原电池课题研究

原电池课题研究

课题研究背景：

在历史上科学家们是怎样形成原电池理论的呢？这开始于1780年，伽伐尼做了著名的“青蛙腿”实验，得出结论：“动物肌肉里储存着电”；但伏特认为青蛙的肌肉和神经中是不存在电的，他推想电的流动可能是由两种不同的金属相互接触产生的。他通过实验证明，只要在两种金属片中间，隔以用盐水或碱水浸过的硬纸、麻布或其它海绵状的东西，并用金属线把两个金属片连接起来，不管有没有青蛙的肌肉，都会有电流通过。进而形成了原电池理论，并制作了著名的“伏特电堆”。我们可以看出科学家们正是在发现问题，大胆猜测、提出假设，实验验证，再修改假设，再实验验证……的探究过程中逐步获得客观存在的知识的。但究竟是什么使科学家们始终保持着探索新知的巨大动力和强烈欲望呢？是获得新知的愉悦感和世人对新知的认同！那我们能不能模仿科学家在获得客观知识的过程中进行探究式、发现式的学习，让学生也在获得新知的愉悦感中被大家认同呢？答案是肯定的。所以我们决定继科学家之后研究原电池。

课题研究的目标和意义：

在中学化学实际教学的综合练习中，常常涉及有关原电池的工作原理等方面一系列问题。特别是随着科学技术的飞速发展和人民生活水平的不断提高，电池的应用范围越来越广泛。当今的电池工业已能制造出各种各样的实用电池，广泛应用于日常生活和科学技术的各个层面。教师在学生已有知识基础上实现知识的迁移拓展，使学生巩固掌握原电池的工作原理，认识各种常用原电池的基本构造。在研究过程中，提高学生的科学素养，培养学生的相互配合、相互合作的团队精神。

主要研究内容和研究方法：

1.原电池的内部构造

2.原电池的发电原理

3.尝试独立制作原电池

4.实验、演示、设疑、讨论

研究步骤及进度安排：

1.老师为同学们做电池方面的报告。

2.学生走访相关方面的专家、到有关部门做调查，做好记录；到县电池工业部门了解相关方面知识。

3.到图书馆、资料室或上网查询有关电池知识的资料。

需要的设备：

万用电表、锌片、铜片、铁片、烧杯、碳棒、木棒、塑料棒、硫酸铜溶液、稀硫酸、盐酸、蔗糖溶液、无水乙醇、番茄、桔子

研究报告：

原电池是将化学能转变成电能的装置。常见的主要有以下几种：

1.干电池（以锌锰干电池为例）

（1）基本构造：干电池以锌皮制成的圆筒形外壳作负极，顶端附有铜帽的石墨碳棒作正极，

它的周围用石墨和二氧化锰的混合物填充固定。正极和负极间装入氯化锌和氯化铵的水溶液作为电解质，为了防止溢出，用浆糊制成糊状物。

（2）工作原理：Ｚｎ+2ＭｎＯ2+2ＮＨ4+=Ｚｎ2++Ｍｎ2Ｏ3+2ＮＨ3+Ｈ2Ｏ

负极：Ｚｎ-2ｅ=Ｚｎ2+

正极：2ＮＨ4++2ｅ=2ＮＨ3+Ｈ2，2ＭｎＯ2+Ｈ2=Ｍｎ2Ｏ3+Ｈ2Ｏ

（3）应用范围：干电池是应用于工农业生产及人民生活中最普遍的一种电池。普通锌锰电池生产工艺简单、成本较低，深受人民欢迎，但其电池容量和放电时间均不如碱性锌锰电池。

2.可充电电池（以氢镍电池为例）

（1）基本构造：氢镍电池的正极板材料为ＮｉＯ（ＯＨ），负极板材料为吸氢合金。电解液通常用30%的ＫＯＨ水溶液，隔膜采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。

（2）工作原理：1/2Ｈ2+ＮｉＯ（ＯＨ）=Ｎｉ（ＯＨ）2

负极：1/2Ｈ2-ｅ+ＯＨ-=Ｈ2Ｏ

正极：ＮｉＯ（ＯＨ）+ｅ+Ｈ2Ｏ=Ｎｉ（ＯＨ）2+ＯＨ-

（3）应用范围：氢镍电池是一种新型碱性可充电电池。因充放电循环使用寿命较长，适用于快速充电和大电流放电，已广泛应用于摄像机、移动电话、无绳电话、对讲机、笔记本电脑、各种便携式设备电源和电动工具中。但是，由于含有重金属元素，会造成污染。

3.钮扣电池（以银锌电池为例）

（1）基本构造：银锌钮扣电池是用不锈钢制成的，由正极壳、负极盖、ＫＯＨ电解质溶液、绝缘密封圈、Ａｇ2Ｏ和石墨组成的正极活性材料、锌汞合金组成的负极活性材料、隔离膜等部分组成。

（2）工作原理：Ａｇ2Ｏ+Ｚｎ=2Ａｇ+ＺｎＯ

负极：Ｚｎ（Ｈｇ）+2ＯＨ--2ｅ=ＺｎＯ+Ｈ2Ｏ+Ｈｇ

正极：Ａｇ2Ｏ+Ｈ2Ｏ+2ｅ=2Ａｇ+2ＯＨ-

（3）应用范围：由于钮扣电池体积小、重量轻、耗电最小，因此被广泛应用于电子表、电子计算器、钟表、数码相机等微型精密仪器中。

4.海水电池

（1）基本构造：海水电池以海水为电解质溶液，以铝合金为负极，金属（Ｐｔ/Ｆｅ）为正极，靠海水中的溶解氧使铝不断氧化而源源不断地产生电流。

（2）工作原理：4Ａｌ+3Ｏ2+6Ｈ2Ｏ=4Ａｌ（ＯＨ）3

负极：4Ａｌ-12ｅ=4Ａｌ3+

正极：3Ｏ2+12ｅ+6Ｈ2Ｏ=12ＯＨ-

（3）应用范围：由于海水电池需以海水作为电解质溶液，并且靠海水中的溶解氧使铝不断氧化而源源不断地产生电流，因此，海水电池主要应用于海上设备（如航标灯）。

5.燃料电池（以氢氧燃料电池为例）

（1）基本构造：氢氧燃料电池是一种将氢气和空气中的氧气通过电化学过程结合成水，并产生电能的发电装置。其电池的负极是多孔镍电极，通入Ｈ2，正极为覆盖氧化镍的镍电极，通入Ｏ2，电解液为ＫＯＨ。

（2）工作原理：2Ｈ2+Ｏ2=2Ｈ2Ｏ

负极：2Ｈ2+4ＯＨ--4ｅ=4Ｈ2Ｏ

正极：Ｏ2+2Ｈ2Ｏ+4ｅ=4ＯＨ-

（3）应用范围：氢氧燃料电池不需要燃料，无转动部件，具有能量转化率高、无污染、无噪音、运行寿命长、可靠性高、维护性能好等特点，受到了国际能源界的广泛关注。

6.太阳电池（以单晶硅电池为例）

（1）基本构造：太阳电池又称光伏电池，是一种可将太阳光能直接转化成电能的半导体装

置。它由金属正电极（正极）、减反射膜、硅半导体材料和金属底电极（负极）等基本部分组成。

（2）工作原理：由于硅是半导体材料，晶体内部有电子，也有未充电子的空穴，当太阳光照射到电池上时，电子和空穴被分离，太阳电池的两端就出现异号电荷积累，产生光生电压，形成电流。

（3）应用范围：太阳电池具有性能稳定、工作可靠、应用方便等特点。