1、原电池的工作原理及应用高二年级 化学阅读材料阅读材料 1780年意大利著名生物学家伽伐尼。解剖青蛙时，已死去年意大利著名生物学家伽伐尼。解剖青蛙时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。伽伐尼做了如下实验：的青蛙竟然发生了抽搐。伽伐尼做了如下实验：实验实验1:用一枝用一枝铜钩铜钩插入死青蛙的脊髓中，再挂在插入死青蛙的脊髓中，再挂在铁栏杆铁栏杆上，上，当青蛙腿碰到铁栏杆时，就发生颤抖。当青蛙腿碰到铁栏杆时，就发生颤抖。实验实验2:将青蛙放到将青蛙放到铜制铜制的解剖盘里，当的解剖盘里，当解剖刀解剖刀接触蛙腿时，接触蛙腿时，蛙腿发生抽搐蛙腿发生抽搐.他根据实验得出：青蛙自身肌肉和神经里的他根据实验得出：青蛙自
2、身肌肉和神经里的“生物电生物电”是是导致抽搐的原因。导致抽搐的原因。1791年，伽伐尼发表了年，伽伐尼发表了论肌肉中的生物论肌肉中的生物电电论文，引起广泛关注。论文，引起广泛关注。善于质疑的意大利物理学家伏打，提出了疑问：为什么只善于质疑的意大利物理学家伏打，提出了疑问：为什么只有青蛙腿和铜器或铁器接触时才发生抽搐？他做了如下实验：有青蛙腿和铜器或铁器接触时才发生抽搐？他做了如下实验：实验实验1:将青蛙腿放在将青蛙腿放在铜盘铜盘里，用里，用解剖刀解剖刀去接触，蛙腿抽搐去接触，蛙腿抽搐.实验实验2:将青蛙腿放在将青蛙腿放在木盘木盘里，用里，用解剖刀解剖刀去接触，蛙腿不动去接触，蛙腿不动.伏打用实
3、验推翻了伽伐尼的结论，认为要有两种活泼性不同伏打用实验推翻了伽伐尼的结论，认为要有两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿才会抽搐。的金属同时接触蛙腿，蛙腿才会抽搐。由此由此,伏打加以研究伏打加以研究,于于1799年发明了世界上第一个电池年发明了世界上第一个电池伏打电池即伏打电池即原电池原电池 伏打对生物电观点的质疑伏打对生物电观点的质疑 （Volta,A.1745-1827）1800年建立伏打电堆模型。年建立伏打电堆模型。伏打电池是伏打电池是实用电池的开端。实用电池的开端。请根据反应请根据反应：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu 分析该反应氧化剂、还原剂及电子转移情况和分析该反应氧化剂、还原剂
4、及电子转移情况和现象及反应快慢。现象及反应快慢。CuSO4一、原电池的工作原理一、原电池的工作原理氧化还原反应（本质：反应物之间有电子转移）氧化还原反应（本质：反应物之间有电子转移）负极负极（还原性）（还原性）还原反应还原反应氧化反应氧化反应正极正极（氧化性）（氧化性）失失e 得得e电子电子e电流电流结论结论把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，再以把氧化反应和还原反应分开在不同的区域进行，再以适当的方式连接起来，就可以获得电流适当的方式连接起来，就可以获得电流人教版化学选修四原电池PPT(24页)人教版化学选修四原电池PPT(24页)CuSO4 溶液溶液电流表指针发生偏转吗？两个电极上及
5、溶电流表指针发生偏转吗？两个电极上及溶液都有什么现象？换成液都有什么现象？换成H2SO4现象又如何？现象又如何？该装置是否构成原电池？电流表指针发生该装置是否构成原电池？电流表指针发生偏转吗？铜电极上有什么现象？偏转吗？铜电极上有什么现象？探究探究1探究探究2指针偏转，锌片逐渐溶解，铜片质量增加，指针偏转，锌片逐渐溶解，铜片质量增加，溶液颜色变浅速度较快。溶液颜色变浅速度较快。是原电池，指针不偏转，铜极增重。是原电池，指针不偏转，铜极增重。人教版化学选修四原电池PPT(24页)人教版化学选修四原电池PPT(24页)（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成条件一：
6、形成条件一：活泼性不同的两个电极活泼性不同的两个电极负极：较活泼的金属。（一定吗？）负极：较活泼的金属。（一定吗？）正极：较不活泼的金属、石墨等正极：较不活泼的金属、石墨等判断下列哪些装置能构成原电池。为什么？判断下列哪些装置能构成原电池。为什么？人教版化学选修四原电池PPT(24页)人教版化学选修四原电池PPT(24页)形成条件二：电极需插进电解质溶液中；形成条件二：电极需插进电解质溶液中；形成条件三：必须形成闭合回路形成条件三：必须形成闭合回路（可以）（可以）（不可以）（不可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）人教版化学选修四原电池PPT(24页)人教版化学选修四原电池PPT(24页)
7、氧化反应氧化反应Zn-2e=Zn2+铜锌原电池铜锌原电池电解质溶液电解质溶液失失e，沿导线传递，有电流产生，沿导线传递，有电流产生还原反应还原反应Cu2+2e-=Cu阴离子阴离子阳离子阳离子总反应：总反应：负极负极正极正极 Cu2+2e-=CuZn-2e-=Zn2+Zn+Cu2+=Zn2+CuZn+CuSO4=ZnSO4+Cu(离子方程式）离子方程式）（化学方程式）（化学方程式）电极反应电极反应正极：正极：负极：负极：（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）阳离子阳离子外电路外电路内电路内电路人教版化学选修四原电池PPT(24页)人教版化学选修四原电池PPT(24页)回顾旧知回顾旧知1
8、 1、原电池、原电池 的装置。的装置。原电池反应的本质是发生原电池反应的本质是发生_ _ _反应。反应。2 2、原电池的构成条件：、原电池的构成条件：3 3、原电池正、负极规律、原电池正、负极规律 负极负极电子电子 的极。通常是活泼性的极。通常是活泼性 的的金属，发生金属，发生 反应反应正极正极电子电子 的极。通常是活泼性的极。通常是活泼性 的金属的金属或非金属导体，发生或非金属导体，发生 反应反应 流出流出较强较强氧化氧化流入流入较弱较弱还原还原能自发地发生氧化还原反应能自发地发生氧化还原反应有两种活泼性不同的金属（或其中一种为非金属导体）有两种活泼性不同的金属（或其中一种为非金属导体）电解
9、质溶液电解质溶液构成闭合回路构成闭合回路将化学能转变为电能将化学能转变为电能氧化还原氧化还原人教版化学选修四原电池PPT(24页)人教版化学选修四原电池PPT(24页)CuSO4 溶液溶液电流表指针发生偏转吗？电流表指针发生偏转吗？指针稳定吗？两个电极上都指针稳定吗？两个电极上都有什么现象？效率高吗？有什么现象？效率高吗？电流表指针发生偏转，但电流表指针发生偏转，但不稳定。放电时间短效率低，不稳定。放电时间短效率低，两个电极上都有红色物质生两个电极上都有红色物质生成成人教版化学选修四原电池PPT(24页)人教版化学选修四原电池PPT(24页)CuSO4 溶液溶液思考：如何才能得到持续稳定思考：
10、如何才能得到持续稳定的电流？将锌片与铜片隔离。的电流？将锌片与铜片隔离。分析：分析：由于锌片与硫酸铜溶液直接由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，铜在锌片表面析出，锌表接触，铜在锌片表面析出，锌表面也构成了原电池，进一步加速面也构成了原电池，进一步加速铜在锌表面析出，致使向外输出铜在锌表面析出，致使向外输出的电流强度减弱。当锌片表面完的电流强度减弱。当锌片表面完全被铜覆盖后，不再构成原电池，全被铜覆盖后，不再构成原电池，也就没有电流产生。也就没有电流产生。人教版化学选修四原电池PPT(24页)人教版化学选修四原电池PPT(24页)硫酸锌溶液硫酸锌溶液 硫酸铜溶液硫酸铜溶液上述装置构成原电池了吗？为什么
11、？上述装置构成原电池了吗？为什么？怎样才能构成原电池呢？怎样才能构成原电池呢？人教版化学选修四原电池PPT(24页)人教版化学选修四原电池PPT(24页)为了避免发生这种现象，设计如下图（书为了避免发生这种现象，设计如下图（书P71图图4-1）所示的原电池装置，你能解释它）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？的工作原理吗？盐桥中通常装有含琼胶盐桥中通常装有含琼胶的的KClKCl饱和溶液饱和溶液此装置优点：能稳定长此装置优点：能稳定长时间放电时间放电工作原理工作原理外电路外电路：Zn失去电子沿导线通过电流表转移到铜片失去电子沿导线通过电流表转移到铜片内电路内电路：Zn原子失去电子成为原子失
12、去电子成为Zn2+进入溶液，使进入溶液，使ZnSO4溶液因溶液因Zn2+增加而带正电，盐桥中的增加而带正电，盐桥中的Cl会移向会移向ZnSO4溶液；同溶液；同时时Cu2+获得电子成为金属沉淀在铜片上，使获得电子成为金属沉淀在铜片上，使CuSO4溶液因溶液因SO42相对增加而带负电，盐桥中的相对增加而带负电，盐桥中的K+移向移向CuSO4溶液，溶液，从而形成闭合回路。从而形成闭合回路。1.1.组成组成两个半电池左两个半电池左右两个烧杯中的电右两个烧杯中的电解质溶液应解质溶液应 与电极材料具有相同的阳离子。与电极材料具有相同的阳离子。盐桥的作用盐桥的作用让溶液始终保持电中性让溶液始终保持电中性代替
13、两溶液直接接触使两个烧杯中的代替两溶液直接接触使两个烧杯中的溶液连成一个通路溶液连成一个通路盐桥：盐桥：饱和饱和 KCl KCl 溶液溶液(以琼以琼 胶制作成冻胶胶制作成冻胶)原电池原电池二、电极反应式的判断和书写二、电极反应式的判断和书写（1 1）.原电池两极的判断原电池两极的判断：若给出装置则与电解液反应的一极为负极，若：若给出装置则与电解液反应的一极为负极，若给出总反应方程式则分析给出总反应方程式则分析反应中有关物质元素化合价的变化，确定原电池反应中有关物质元素化合价的变化，确定原电池的正极和负极的正极和负极。（2 2）书写电极反应时，要将总化学反应与正、负极反应联系在一起考虑，）书写电
14、极反应时，要将总化学反应与正、负极反应联系在一起考虑，它们具有加和性：它们具有加和性：化学反应方程式化学反应方程式=正极反应方程式正极反应方程式+负极反应方程式。负极反应方程式。（3 3）.在原电池反应中，必须遵循在原电池反应中，必须遵循得失电子守恒得失电子守恒。（4 4）.介质参与电极反应的原则：原电池的两极反应若均在一定介质中进介质参与电极反应的原则：原电池的两极反应若均在一定介质中进行，介质常常参与电极反应。行，介质常常参与电极反应。在酸性介质中，在酸性介质中，H H+可能反应，在碱性介质中，可能反应，在碱性介质中，OHOH可能反应。可能反应。判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。
15、判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。Cu Cu C CFeClFeCl3 3溶液溶液负极：负极：CuCu 失电子失电子 CuCu -2e2e-=CuCu2+2+正极：正极：FeFe3+3+得电子得电子 2Fe2Fe3+3+2e2e-=2Fe2Fe2+2+A ACu+2FeClCu+2FeCl3 3=CuCl=CuCl2 2+2FeCl+2FeCl2 2先写出总反应：先写出总反应：即即 负极与电解质溶液反应负极与电解质溶液反应拆成离子方程式：拆成离子方程式：CuCu +2Fe2Fe3 3 =CuCu2 2+2Fe2Fe2 2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极1.简单原电池电
16、极方程式的写法简单原电池电极方程式的写法请写出请写出右边原电池的右边原电池的电极电极方程式。方程式。总反应方程式：电极与电解液反应的方程式总反应方程式：电极与电解液反应的方程式负极：负极：AlAl，失，失 Al3+Mg AlNaOHNaOH溶液溶液A拆成离子方程式：拆成离子方程式：2Al+2OH+2H2O =2AlO2+3H2根据化合价升降判断正负极根据化合价升降判断正负极2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2三、原电池的设计三、原电池的设计（一）负极参与的电池：（一）负极参与的电池：活泼性不同活泼性不同 的两种金属。的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极如锌铜原电池，锌作
17、负极，铜作正极金属和非金属。金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极金属和化合物。金属和化合物。如铅蓄电池，铅版作负极，如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极作正极（二）两极均不参与电池：（二）两极均不参与电池：惰性电极。惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt（电池的电极必须导电）（电池的电极必须导电）电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应
18、与与电极电极材料具有相同的阳离子材料具有相同的阳离子。请根据氧化还原反应请根据氧化还原反应:Cu+2 Fe3+=Cu2+2Fe2+设计成原电池。设计成原电池。你有哪些可行方案你有哪些可行方案?Cu Cu 2e-=Cu2+比比Cu不活泼的金属或石墨不活泼的金属或石墨2Fe3+2e-=2Fe2+Fe2(SO4)3、FeCl3等等负极：负极：正极：正极：电解质溶液：电解质溶液：练一练练一练若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？试画出原电池的装置简图。什么？试画出原电池的装置简图。1.1.利用原电池原理设计新型化学电池；利用原电池原理设计新型
19、化学电池；2.2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；酸反应制取氢气；3.3.进行金属活动性强弱比较；进行金属活动性强弱比较；4.4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。而受到保护。如在铁器表面镀锌。四、原电池的主要应用：四、原电池的主要应用：5.5.解释某些化学现象解释某些化学现象原电池原理的综合应用原电池原理的综合应用市场上出售的市场上出售的“热敷袋热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。木屑、少量氯化钠和水等。“热敷袋热敷袋”启
20、用之前启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。量铁锈存在。1)“热敷袋热敷袋”是利用是利用 放出热量。放出热量。2)炭粉的主要作用是炭粉的主要作用是 。3)加入氯化钠的主要作用是加入氯化钠的主要作用是 。4)木屑的作用是木屑的作用是 。铁被氧化铁被氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化氯化钠溶于水、形成电解质溶液氯化钠溶于水、形成电解质溶液使用使用“热敷袋热敷袋”时受热均匀时受热均匀原电池原理应用：原电池原理应用：
