第一節(jié)原電池選擇性必修1第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第1課時(shí)原電池的工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo)1、了解電池構(gòu)成的四個(gè)基本要素，能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池。2、理解原電池的工作原理，雙液原電池的優(yōu)點(diǎn)（重難點(diǎn)）。3、了解原電池原理的應(yīng)用。判斷下列裝置哪些屬于原電池√√√【回顧】1、什么是原電池？將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置一、原電池的工作原理2、構(gòu)成原電池的條件有哪些？（1）自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)；（2）兩個(gè)活動(dòng)性不同的電極；（3）電解質(zhì)溶液（或熔融電解質(zhì)）；（4）形成閉合回路外電路：導(dǎo)線作電子導(dǎo)體內(nèi)電路：電解質(zhì)溶液作離子導(dǎo)體ZnACuCu2＋Zn2+e-ZnCu2＋CuSO42－SO42－內(nèi)電路：陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。外電路：電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極Cu2＋SO42－e-負(fù)極正極Zn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=Cu發(fā)生氧化反應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)CuSO4溶液Zn電子不下水離子不上岸3、原電池工作原理：背景內(nèi)容三正極負(fù)極電極材料不活潑活潑電子流向電子流入電子流出電子得失得電子失電子反應(yīng)類型還原反應(yīng)氧化反應(yīng)離子移向陽(yáng)離子移向陰離子移向電極現(xiàn)象有氣泡/增重溶解/減重特例：Mg-Al-NaOHAl做負(fù)極Mg-Al-HClMg做負(fù)極Fe-Cu-濃HNO3Cu做負(fù)極如何判斷正負(fù)極？【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析】預(yù)測(cè)的現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象鋅片逐漸溶解銅片上有紅色物質(zhì)析出電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)1.鋅片也表面有紅色物質(zhì)生成“鋅片表面附著紅色固體，電流表讀數(shù)不斷減小”的原因？2.銅片上有紅色物質(zhì)析出3.電流表指針先發(fā)生偏轉(zhuǎn)后，示數(shù)逐漸減小4.溶液溫度升高?！颁\片表面附著紅色固體，電流表讀數(shù)不斷減小”的原因？現(xiàn)象原因后果鋅片表面附著紅色固體電流表讀數(shù)不斷減小Zn與Cu2+直接接觸發(fā)生反應(yīng)；

1.銅在鋅表面析出后，與CuSO4溶液一起形成了原電池，產(chǎn)生的電流并沒(méi)有經(jīng)過(guò)電流表，所以電流表的讀數(shù)不斷減小。2.鋅與CuSO4溶液的接觸面積逐漸減少，當(dāng)鋅片表面完全被銅覆蓋后，相當(dāng)于兩個(gè)電極都是銅，已不能發(fā)生原電池反應(yīng)，最后沒(méi)有電流產(chǎn)生?！粳F(xiàn)象分析】（1）能量轉(zhuǎn)換角度：化學(xué)能仍有部分以熱能形式散失，從而能量轉(zhuǎn)化效率較低（2）對(duì)用電器工作的影響：電流不斷衰減，從而電能輸出不穩(wěn)定，用電器無(wú)法正常工作單液原電池的缺點(diǎn)①

鋅與CuSO4溶液直接接觸，可發(fā)生置換反應(yīng)，導(dǎo)致部分化學(xué)能轉(zhuǎn)為熱能。②

工作時(shí)，鋅片上也有Cu析出，原電池的電動(dòng)勢(shì)很快降低，電壓不穩(wěn)定；電子不能完全經(jīng)過(guò)導(dǎo)線輸送到銅片上，電流衰減明顯。解決問(wèn)題的關(guān)鍵：還原劑Zn與氧化劑CuSO4不直接接觸如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，獲得持續(xù)穩(wěn)定的電流呢？A原電池裝置的改進(jìn)①

還原劑Zn與氧化劑CuSO4不直接接觸CuZnCuSO4溶液AZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCu沒(méi)有電流②

加一個(gè)合適的“橋梁”溝通兩種電解質(zhì)溶液AZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCu有電流鹽橋?qū)嶒?yàn)探究【實(shí)驗(yàn)4-1】Ae-ZnSO4溶液CuSO4溶液+ZnCu電流表鹽橋圖4-1鋅銅原電池示意圖如圖4-1所示，將置有鋅片的ZnSO4溶液和置有銅片的CuSO4溶液用一個(gè)鹽橋連接起來(lái)，然后將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接，并在中間串聯(lián)一個(gè)電流表，觀察現(xiàn)象。取出鹽橋，觀察電流表的指針有何變化。通常是裝有含瓊膠的KCl飽和溶液。鹽橋中的K＋、Cl－是可以自由移動(dòng)，瓊脂的固定作用可以防止KCl溶液直接流出來(lái)。鹽橋二、雙液-鹽橋原電池（1）鹽橋：裝有飽和的KCl溶液和瓊脂制成的瓊膠

離子只出不進(jìn)。①溝通內(nèi)電路，形成閉合回路②提供離子，保持兩溶液電中性③避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，放電更持久。（2）鹽橋的作用一個(gè)原電池由兩個(gè)半電池組成，一個(gè)發(fā)生氧化反應(yīng)，一個(gè)發(fā)生還原反應(yīng)，兩個(gè)半電池用鹽橋連接。導(dǎo)線的作用：傳遞電子，溝通外電路；負(fù)極半電池正極半電池（3)雙液原電池及其工作原理K＋Cl-e-Zn2+ZnCu2＋Cu負(fù)極正極含負(fù)極對(duì)應(yīng)金屬離子的鹽溶液

含正極對(duì)應(yīng)金屬離子的鹽溶液

總反應(yīng)：Zn+

Cu2+＝Cu

+Zn2+K+

向正極移動(dòng)Cl?

向負(fù)極移動(dòng)負(fù)極(氧化反應(yīng))：Zn?2e?=Zn2+

正極(還原反應(yīng))：Cu2+

+2e?

=

Cu2、提高了能量轉(zhuǎn)化率（化學(xué)能→電能）；3、有效避免了電極材料與電解質(zhì)溶液的直接反應(yīng)，能夠防止裝置中化學(xué)能的自動(dòng)釋放（自放電）,增加了原電池的使用壽命。1、離子在鹽橋中作定向移動(dòng)，減少了離子的混亂，使離子移動(dòng)更加有序，能夠產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電流；【啟示】氧化劑和還原劑不直接接觸也能發(fā)生反應(yīng)。（4）優(yōu)點(diǎn)把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)完全分開(kāi)在不同區(qū)域進(jìn)行，通過(guò)鹽橋連接，從而提高能量轉(zhuǎn)化效率，獲得持續(xù)的電流，原電池可對(duì)外輸出電能。三、隔膜型原電池及原理高中常見(jiàn)的三種離子交換膜1、陽(yáng)離子交換膜：只允許陽(yáng)離子通過(guò)3、質(zhì)子交換膜：只允許H＋通過(guò)2、陰離子交換膜：只允許陰離子通過(guò)CuZnZnSO4溶液CuSO4溶液交換膜構(gòu)成原電池的反應(yīng)速率比直接接觸的反應(yīng)速率大。如實(shí)驗(yàn)室制H2時(shí),粗鋅與稀硫酸反應(yīng)比純鋅與稀硫酸反應(yīng)快,或向鋅與稀硫酸反應(yīng)的溶液中滴入幾滴CuSO4溶液,反應(yīng)加快。應(yīng)用1增大化學(xué)反應(yīng)速率四、原電池的應(yīng)用100mL濃度為2mol/L的鹽酸與過(guò)量的鋅片反應(yīng),為增大反應(yīng)速率,又不影響生成H2的總量,可采用的方法是(

)A.加入適量6mol/L的鹽酸B.加入幾滴CuCl2溶液C.加入適量蒸餾水D.加入適量的NaCl溶液B應(yīng)用2比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中,用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時(shí),a為負(fù)極;c、d相連時(shí),電流由d到c;a、c相連時(shí),c電極上產(chǎn)生大量氣泡;b、d相連時(shí),b電極上有大量氣泡產(chǎn)生。則四種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?(

)A.a>b>c>d

B.a>c>d>bC.c>a>b>d D.b>d>c>aB應(yīng)用3設(shè)計(jì)原電池。理論上,任何一個(gè)自發(fā)的放熱氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池設(shè)計(jì)思路實(shí)例2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2確定電極反應(yīng)：把氧化還原反應(yīng)拆分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)氧化反應(yīng)(負(fù)極):Cu-2e-=Cu2+還原反應(yīng)(正極):2Fe3++2e-=2Fe2+1、負(fù)極的選擇:找出半反應(yīng)中的氧化反應(yīng),對(duì)應(yīng)金屬作負(fù)極,電解質(zhì)溶液選擇與電極材料相同的金屬陽(yáng)離子的溶液。2、正極的選擇:找出半反應(yīng)中的還原反應(yīng),電解質(zhì)溶液要選擇含有半反應(yīng)中發(fā)生還原反應(yīng)的（金屬）離子,正極可以選擇對(duì)應(yīng)的金屬,也可以選擇石墨電極或鉑電極。負(fù)極材料:Cu；正極材料:石墨或鉑；電解質(zhì)溶液:FeCl3溶液銅AgNO3溶液正Cu-2e-=Cu2+2Ag++2e-=2AgCuAg應(yīng)用3依據(jù)反應(yīng)2Fe3＋＋2I-

=I2＋2Fe2＋，設(shè)計(jì)雙液原電池，畫出示意圖，做好相關(guān)注明并寫出相應(yīng)的電極方程式。鹽橋CKI溶液AFeCl3溶液電流計(jì)C還原反應(yīng)：2Fe3＋＋2e-

=2Fe2＋氧化反應(yīng)：2I--2e-

=I2正極負(fù)極練習(xí)1、如下圖所示的原電池裝置，X、Y為兩電極，電解質(zhì)溶液為稀硫酸，外電路中的電子流向如圖所示，對(duì)此裝置的下列說(shuō)法正確的是(

)A.外電路的電流方向?yàn)椋篨→外電路→YB.若兩電極分別為Zn和碳棒，則X為碳棒，Y為ZnC.若兩電極都是金屬，則它們的活動(dòng)性為X>YD.X極上發(fā)生的是還原反應(yīng)，Y極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)C練習(xí)2、鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，下列有關(guān)敘述正確的是（）CA.銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B.電池工作一段時(shí)間后，甲池的c(SO42-)減小C.電池工作一段時(shí)間后，乙池溶液的總質(zhì)量增加D.陰、陽(yáng)離子分別通過(guò)交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng)，保持溶