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1、原電池的工作原理,第一課時,化學能轉(zhuǎn)化為電能,生活中我們常使用各種各樣的電池,用于“神七”的太陽能電池,筆記本電腦專用電池,手機專用電池,練習:請根據(jù)在化學必修2中所學原電池 有關(guān)知識,填空: 右圖是一個 池,其中Zn 為 極,Cu為 極,電極反應 分別是 Zn: , Cu: ; 總反應方為 。 該裝置將 能轉(zhuǎn)化為 能。 請在右圖上標出正負極名稱和電子的流動方向。,,溫故知新,原電,負,正,Zn - 2e- = Zn2+,2H+ + 2e- = H2,Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2,化學,電,,,e-,
2、正極,負極,,,,原電池的工作原理,溫故知新,1、原電池:把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。,2、構(gòu)成原電池的條件,(1)有二種活潑性不同的金屬(或金屬與非金屬) 做電極; (2)兩電極在電解質(zhì)溶液中; (3)形成閉合回路; (4)有自發(fā)的氧化還原反應。,(兩極一液成回路、自發(fā)),,,原電池的工作原理,練 習,判斷下列裝置是否能形成原電池?,A,B,C,D,E,F,CDE,上節(jié)課我們學習了化學能與電能的相互轉(zhuǎn)化,請根據(jù)你的經(jīng)驗猜想Zn與CuSO4溶液的反應是吸熱反應還是放熱反應,并設(shè)計實驗方案加以證明。,思考:,,,原電池的工作原理,活動與探究1,實驗1:將鋅片加入CuSO4溶液中,測量溶液溫度的變化
3、,分析能量變化的情況。記錄實驗1的現(xiàn)象和結(jié)論。,現(xiàn)象:,鋅片溶解,有紅色物質(zhì)析出,溫度計顯示溫度迅速上升.,結(jié)論(反應的實質(zhì)):,Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu,該反應為放熱反應,,,原電池的工作原理,活動與探究2,實驗2:請用所提供的試劑與儀器,試設(shè)計將反應釋放的能量轉(zhuǎn)化為電能,自己動手畫出一 套原電池裝置。 注意:要能證明該裝置有電流的產(chǎn)生。,試劑和儀器:CuSO4溶液,鋅片,銅片,電流計, 小燈泡,導線,大燒杯。,,,,原電池的工作原理,活動與探究,實驗2:請用所提供的試劑與儀器,自己動手畫出一套原電池裝置。 注意:要能證明該裝置有電流的產(chǎn)生。,現(xiàn)象:,結(jié)論:,鋅片溶解而
4、變細,銅上有紅色物質(zhì)析出,電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。,,,,Zn-2e-=Zn2+,Cu2++2e-=Cu,CuSO4溶液顏色變淺,,,原電池的工作原理,,A,,,鋅,e-,e-,,,,銅,SO42-,Cu2+,SO42-,Cu2+,Cu2+,Zn2+,,,Cu2+,,Cu2+,SO42-,CuSO4溶液,,Cu2+,SO42-,,,e-,e-,,,e-,e-,,,,+,,,,思考與討論,該電池的電子流向?電極反應?,Zn2+,,,SO42-,e-,,,,原電池的工作原理,思考:,下列裝置能否實現(xiàn)化學能向電能的轉(zhuǎn)化?如果不行,將如何改進使其形成原電池?,,ZnSO4溶液,CuSO4溶液,,,,原電池
5、的工作原理,思考:,,ZnSO4溶液,CuSO4溶液,,,,,,,,,,,鹽橋:在U形管中裝滿用飽和KCl溶液和瓊膠作成的凍膠。離子在鹽橋中能移動。,改進的裝置:,,,原電池的工作原理,交流研討:,1、在鹽橋插入之前,檢流計指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)? 2、在鹽橋插入之后,檢流計指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)? 3、該裝置與普通鋅銅原電池相比,有什么不同的地方? 4、左右燒杯中各發(fā)生了什么反應?,,半電池:包括電極材料和電解質(zhì)溶液,兩個隔離的半電池通過鹽橋連接起來。,,,原電池的工作原理,鹽橋的作用:鹽橋中的Cl-移向ZnSO4溶液,K+移向 CuSO4溶液,使兩電解質(zhì)溶液一直保持電中性,從 而使電子不斷從Zn極流向
6、Cu極,使電流持續(xù)傳導。,Zn-2e-=Zn2+,Cu2++2e-=Cu,總反應:Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu,原電池的氧化反應和還原反應分別在兩個電極上進行,兩個原電池裝置本質(zhì)上是完全相同的。,優(yōu)點:能得到持續(xù)、穩(wěn)定的電流。,鹽橋的作用:(1)使整個裝置構(gòu)成通路,代替兩溶液直接接觸。 (2)平衡電荷,提出問題: 視頻是我們在必修2中學習過的將鋅片和銅片置于稀硫酸 的原電池,如果用它做電源,不但效率低,而且時間稍長 電流就很快減弱,因此不適合實際應用。這是什么原因造 成的呢?有沒有什么改進措施?,造成的主要原因:由于在銅極上很快就聚集了許多氫氣泡,把銅極跟稀硫酸逐漸隔開,這樣就增加了電
7、池的內(nèi)阻,使電流不能暢通。這種作用稱為極化作用。,對鋅銅原電 池工作原理的進一步探究,為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象,設(shè)計如下圖(書P21圖1-3-4)所示的原電池裝置,你能解釋它的工作原理嗎?,,,原電池的工作原理,練習:,為獲得較長時間的穩(wěn)定電流,如何將由“Zn-稀H2SO4-Cu”組成的原電池(如左下圖)進行簡單改裝?,氧化反應,Zn-2e=Zn2+,,銅鋅原電池,電解質(zhì)溶液,失e,沿導線傳遞,有電流產(chǎn)生,,還原反應,Cu2++2e- =Cu,陰離子,陽離子,總反應:,負極,正極,Cu2++2e- =Cu,Zn-2e- =Zn2+,Zn+Cu2+=Zn2++Cu,Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu
8、,(離子方程式),(化學方程式),電極反應,正極:,負極:,(氧化反應),(還原反應),陽離子,,原 電 池 原 理,,,外電路,內(nèi)電路,2寫出下列原電池裝置中的電極反應和電池反應。,,Fe,C,Ag,三、原電池的正負極的判斷方法,微觀判斷 (根據(jù)電子、電流、陰陽離子的移動方向),,電子流出的極 陰離子移向的極,負極,較活潑的電極材料 較不活潑的電極材料,質(zhì)量增加的電極 工作后 質(zhì)量減少的電極,負極 正極,正極 負極,工作后,有氣泡冒出的電極為正極,發(fā)生氧化反應的極 發(fā)生還原反應的極,宏觀判斷: 根據(jù)電極材料 根據(jù)原電池電極發(fā)生 的反應 根據(jù)電極增重還是減重 根據(jù)電極有氣泡冒出:,,,,
9、負極 正極,電子流入的極 陽離子移向的極,,,電子流出的極 陰離子移向的極,正極,電子流入的極 陽離子移向的極,,較活潑的電極材料 較不活潑的電極材料,,,較活潑的電極材料 較不活潑的電極材料,發(fā)生氧化反應的極 發(fā)生還原反應的極,宏觀判斷: 根據(jù)電極材料 根據(jù)原電池電極發(fā)生 的反應,,發(fā)生氧化反應的極 發(fā)生還原反應的極,一定嗎?,判斷右邊原電池的正、負極,并寫出電極反應式。,負極: Cu 失電子 Cu - 2e- = Cu2+ 正極: Fe3+得電子 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+,Cu+2FeCl3 =CuCl2 +2FeCl2,先寫出總反應:即 負極與電解質(zhì)溶液反應,拆成離子方程式
10、:,Cu + 2Fe3 = Cu2 + 2Fe2,根據(jù)化合價升降判斷正負極,四、電極方程式的書寫,1.簡單原電池電極方程式的寫法,電解質(zhì)溶液和電極材料的選擇,電解質(zhì)溶液一般要能夠與負極發(fā)生反應。但若是兩個半反應分別在兩個燒杯中進行,則左右兩個燒杯中的電解質(zhì)溶液應 與電極材料具有相同的陽離子。,請寫出右邊原電池的電極方程式。,總反應方程式:,負極:Al,失e- 2Al - 6e 2Al3+,2Al3+ + 8OH- =2Al(OH4)-,負極總反應: 2Al +8OH- 6e 2Al(OH4)-,正極:總反應負極反應,6H2O 6e 6OH 3H2,拆成離子方程式:,2Al + 2OH
11、+ 6H2O = 2Al(OH4)- + 3H2,根據(jù)化合價升降判斷正負極,2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2,,,,,2、已知氧化還原反應 Cu 2FeCl3 = 2FeCl2 CuCl2, 利用這一反應設(shè)計一個原電池,畫出示意圖, 標出電極材料,電解質(zhì)溶液,寫出電極反應式。,正極:,負極:,總反應:,CuCu2+ +2e-,2Fe3++2e- 2Fe2+,2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+,,,再見,鹽橋的作用: (1)使整個裝置構(gòu)成通路,代替兩溶液直接接觸。,由于鹽橋(如KCl)的存在,其中陰離子Cl-向ZnSO4溶液擴散和遷移,陽離子K+則向CuS
12、O4溶液擴散和遷移,分別中和過剩的電荷,保持溶液的電中性,因而放電作用不間斷地進行,一直到鋅片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+幾乎完全沉淀下來。若電解質(zhì)溶液與KCl溶液反應產(chǎn)生沉淀,可用NH4NO3代替KCl作鹽橋。,(2)平衡電荷。 在整個裝置的電流回路中,溶液中的電流通路是靠離子遷移完成的。取出鹽橋,Zn失去電子形成的Zn2+進入ZnSO4溶液,ZnSO4溶液因Zn2+增多而帶正電荷。同時,CuSO4則由于Cu2+變?yōu)镃u,使得SO42-相對較多而帶負電荷。溶液不保持電中性,這兩種因素均會阻止電子從鋅片流向銅片,造成電流中斷。,,,,,,,,,,,Cu,Zn,,,,,,,2e-,Cu2+,2e-,Cu2+,Cu Cu,Zn2+,CuSO4溶液,Zn2+,CuSO4,,