化学：高中原电池讲解
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人教版选修4 · 化学反应原理
第四章
电化学基础
第一节
原电池
本节要点
1、原电池的定义 2、原电池的基本组成 3、构成原电池的基本条件 4、原电池的工作原理
阅读材料
1780年意大利著名生物学家伽伐尼。解剖青蛙 时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。伽伐尼做 了如下实验： 实验1: 用一枝铜钩插入死青蛙的脊髓中， 再挂在铁栏杆上，当青蛙腿碰到铁栏杆时，就 发生颤抖。 实验2:将青蛙放到铜制的解剖盘里，当解剖 刀接触蛙腿时，蛙腿发生抽搐. 他根据实验得出：青蛙自身肌肉和神经里 的“生物电”是导致抽搐的原因。1791年，伽 伐尼发表了《论肌肉中的生物电》论文，引起 广泛关注。
A
X 请回答下列问题： 铜 ( 或 Cu) (1)电极X的材料是________； AgNO3溶液； 电解质溶液Y是___________ 正 极， (2)银电极为电池的________ CuSO4溶液 发生的电极反应为_________________ Ag＋＋e－ = Ag X电极上发生的电极反应为 － = Cu2＋ Cu -2e ____________________________； 负(Cu)电极流向 (3)外电路中的电子是从_______ ________ 正 (Ag) 电极。
内电路：Zn原子失去电子成为Zn2+进入 溶液，使ZnSO4溶液因Zn2+增加而带正 电，盐桥中的Cl- 会移向ZnSO4溶液；同 时Cu2+获得电子成为金属沉淀在铜片上， 使CuSO4溶液因SO42-相对增加而带负电， 盐桥中的K+移向CuSO4溶液，从而形成 闭合回路。
工作原理示意图
外电路பைடு நூலகம்
失e，沿导线传递，有电流产生
练习：
1.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与 锌组成原电池时，锌为负极，此金属是( B )
A.Mg
B.Fe
C.Al
D.Cu
2.我们日常使用的干电池是一种锌锰电池，也 叫碳锌电池。它里面包含二氧化锰、碳粉以 及淀粉等填充物。若负极为锌棒，则正极为
（B ）
A.二氧化锰 B.碳棒 C.淀粉 D.以上都不是
氧化反应
还原反应
负极
Zn-2e=Zn2+
阴离子
铜锌原电池 正极
Cu2++2e- =Cu
阳离子
阳离子 电解质
溶液
内电路
电 负极： Zn-2e- =Zn2+ （氧化反应） 极 正极：Cu2++2e- =Cu （还原反应） 反 2+=Zn2++Cu Zn+Cu 总反应： 应
1、锌铜原电池产生电流时，阳离子 （ B） A 移向Zn 极，阴离子移向Cu 极 B 移向Cu 极，阴离子移向Zn 极 C 和阴离子都移向Zn极 D 和阴离子都移向Cu 极
盐桥 电流计
Ag
Y
思考
上图我们用的是双液原电池，能不 能用单液原电池？也就是说能不能 把盐桥去掉，把Cu棒和Ag棒插在同 一个AgNO3电解质溶液中？
Tip：
1.不能保证只有所需的阴阳离子得失 电子，即其他的阴阳离子也能在正负 极上得失电子，如Zn-Cu-CuSO4原 电池。铜离子得电子后形成单质铜大 多附着在正极铜棒上，但也不排除一 部分铜单质附着在锌棒上。并且与锌 棒形成新的原电池，进一步加速铜在 锌表面析出，致使向外输出的电流强 度减弱。
Tip:
2. 单液原电池电流微弱，供电时间短暂， 不能持续对外提供电能，电池的放电效率 低，不适合于试剂应用。 如Zn-Cu-H2SO4原电池反应开始后，Cu 极上很快聚集许多氢气泡，把Cu极与稀 H2SO4逐渐隔开，增加电池内阻，进而阻碍 H+在Cu片上继续得电子，Zn片上的电子就 不能顺畅地输送到Cu片上，导致电流不能 畅通，有些H+就直接在Zn片上夺取电子生 成H2。
意大利生物学家伽伐尼(Galvani,L.) 在做青 蛙的解剖实验时发现有青蛙抽搐现象。
原电池的雏形
理论解释 ：生物电观点（即 动物有电）
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： 实验1:将青蛙腿放在铜盘里，用解剖刀去接 触，蛙腿抽搐. 实验2:将青蛙腿放在木盘里，用解剖刀去接 触，蛙腿不动. 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。 由此,伏打加以研究,于1799年发明了世界上 第一个电池—伏打电池即原电池
负极
静电 斥力
正极 静电 引力 H+ -
Cu
Zn2+
Zn2+
2+ Zn Zn2+ Zn2+
Zn2+
Zn2+
静电 SO 24 引力
【探究二】 如何检验电子的流动? 电流计 A -
Zn
Cu
Zn2+ Zn－2e－ = Zn2+
H+ H+ 稀硫酸 2H+ + 2e－=H2↑
组成原电池的基本条件
活泼性不同的两导体电极 电解质溶液 形成闭合回路 氧化还原反应能自发进行
电解质溶液：提供可导电的阴阳离 子，导通电路。如，稀硫酸溶液、 硫酸铜溶液等
作用：原电 池工作时， 溶液中的阴 离子会移向 负极，阳离 子则会移向 正极。目 的：保持溶 液的电中 性。
Zn-
Cu
Zn2+
H+ H+ SO42阳离子 正极
负极
阴离子
【探究一】 电解质溶液中阴阳离子定向移动的机理
Zn -
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。
伏打电池是 实用电池的开端。
原电池的定义
原电池是将化学能转化为电能的装置
类似于 水果电池（将水果中化学能转化为电能）
本质：将物质中储存的化学能通过发 生氧化还原反应以电能的形式表现出 来。
干电池
锂电池
纽扣电池
2、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处， 用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之 平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液， 片刻后可观察到的现象是 A. 铁圈和银圈左右摇摆不定
B. 保持平衡状态
C. 铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜 D. 银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜
D
例4. 依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s) = Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。
原电池的基本组成
电极 正极 (发生还原反应，得电子， 电子流入) 负极 (发生氧化反应，失电子， 电子溢出)
如，氧化反应： Zn - 2e- = Zn2+
如，还原反应： Cu2+ +2e- = Cu
电极的判断
从微观上判断 失电子的反应→氧化反应→负极； 得电子的反应→还原反应→正极。
从宏观上判断 1.对于金属—金属电极， 活泼金属是负极，不活泼金属是正极； 2.对于金属—非金属电极， 金属是负极，非金属是正极，如干电池等；
判断下列哪些装置能构成原电池。为什么？
（可以）
（可以）
（可以）
（不可以）
（可以）
（不可以）
（不可以）
盐桥中 通常装 有含KCl 饱和溶 液的琼 脂，离 子在盐 桥中能 移动
盐桥的作用： （1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接 接触。 （2）平衡电荷，使溶液呈电中性。
原电池的工作原理
外电路：Zn失去电子沿导线通过电流表进入 铜片
第四章
电化学基础
第一节
原电池
本节要点
1、原电池的定义 2、原电池的基本组成 3、构成原电池的基本条件 4、原电池的工作原理
阅读材料
1780年意大利著名生物学家伽伐尼。解剖青蛙 时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。伽伐尼做 了如下实验： 实验1: 用一枝铜钩插入死青蛙的脊髓中， 再挂在铁栏杆上，当青蛙腿碰到铁栏杆时，就 发生颤抖。 实验2:将青蛙放到铜制的解剖盘里，当解剖 刀接触蛙腿时，蛙腿发生抽搐. 他根据实验得出：青蛙自身肌肉和神经里 的“生物电”是导致抽搐的原因。1791年，伽 伐尼发表了《论肌肉中的生物电》论文，引起 广泛关注。
A
X 请回答下列问题： 铜 ( 或 Cu) (1)电极X的材料是________； AgNO3溶液； 电解质溶液Y是___________ 正 极， (2)银电极为电池的________ CuSO4溶液 发生的电极反应为_________________ Ag＋＋e－ = Ag X电极上发生的电极反应为 － = Cu2＋ Cu -2e ____________________________； 负(Cu)电极流向 (3)外电路中的电子是从_______ ________ 正 (Ag) 电极。
内电路：Zn原子失去电子成为Zn2+进入 溶液，使ZnSO4溶液因Zn2+增加而带正 电，盐桥中的Cl- 会移向ZnSO4溶液；同 时Cu2+获得电子成为金属沉淀在铜片上， 使CuSO4溶液因SO42-相对增加而带负电， 盐桥中的K+移向CuSO4溶液，从而形成 闭合回路。
工作原理示意图
外电路பைடு நூலகம்
失e，沿导线传递，有电流产生
练习：
1.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与 锌组成原电池时，锌为负极，此金属是( B )
A.Mg
B.Fe
C.Al
D.Cu
2.我们日常使用的干电池是一种锌锰电池，也 叫碳锌电池。它里面包含二氧化锰、碳粉以 及淀粉等填充物。若负极为锌棒，则正极为
（B ）
A.二氧化锰 B.碳棒 C.淀粉 D.以上都不是
氧化反应
还原反应
负极
Zn-2e=Zn2+
阴离子
铜锌原电池 正极
Cu2++2e- =Cu
阳离子
阳离子 电解质
溶液
内电路
电 负极： Zn-2e- =Zn2+ （氧化反应） 极 正极：Cu2++2e- =Cu （还原反应） 反 2+=Zn2++Cu Zn+Cu 总反应： 应
1、锌铜原电池产生电流时，阳离子 （ B） A 移向Zn 极，阴离子移向Cu 极 B 移向Cu 极，阴离子移向Zn 极 C 和阴离子都移向Zn极 D 和阴离子都移向Cu 极
盐桥 电流计
Ag
Y
思考
上图我们用的是双液原电池，能不 能用单液原电池？也就是说能不能 把盐桥去掉，把Cu棒和Ag棒插在同 一个AgNO3电解质溶液中？
Tip：
1.不能保证只有所需的阴阳离子得失 电子，即其他的阴阳离子也能在正负 极上得失电子，如Zn-Cu-CuSO4原 电池。铜离子得电子后形成单质铜大 多附着在正极铜棒上，但也不排除一 部分铜单质附着在锌棒上。并且与锌 棒形成新的原电池，进一步加速铜在 锌表面析出，致使向外输出的电流强 度减弱。
Tip:
2. 单液原电池电流微弱，供电时间短暂， 不能持续对外提供电能，电池的放电效率 低，不适合于试剂应用。 如Zn-Cu-H2SO4原电池反应开始后，Cu 极上很快聚集许多氢气泡，把Cu极与稀 H2SO4逐渐隔开，增加电池内阻，进而阻碍 H+在Cu片上继续得电子，Zn片上的电子就 不能顺畅地输送到Cu片上，导致电流不能 畅通，有些H+就直接在Zn片上夺取电子生 成H2。
意大利生物学家伽伐尼(Galvani,L.) 在做青 蛙的解剖实验时发现有青蛙抽搐现象。
原电池的雏形
理论解释 ：生物电观点（即 动物有电）
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： 实验1:将青蛙腿放在铜盘里，用解剖刀去接 触，蛙腿抽搐. 实验2:将青蛙腿放在木盘里，用解剖刀去接 触，蛙腿不动. 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。 由此,伏打加以研究,于1799年发明了世界上 第一个电池—伏打电池即原电池
负极
静电 斥力
正极 静电 引力 H+ -
Cu
Zn2+
Zn2+
2+ Zn Zn2+ Zn2+
Zn2+
Zn2+
静电 SO 24 引力
【探究二】 如何检验电子的流动? 电流计 A -
Zn
Cu
Zn2+ Zn－2e－ = Zn2+
H+ H+ 稀硫酸 2H+ + 2e－=H2↑
组成原电池的基本条件
活泼性不同的两导体电极 电解质溶液 形成闭合回路 氧化还原反应能自发进行
电解质溶液：提供可导电的阴阳离 子，导通电路。如，稀硫酸溶液、 硫酸铜溶液等
作用：原电 池工作时， 溶液中的阴 离子会移向 负极，阳离 子则会移向 正极。目 的：保持溶 液的电中 性。
Zn-
Cu
Zn2+
H+ H+ SO42阳离子 正极
负极
阴离子
【探究一】 电解质溶液中阴阳离子定向移动的机理
Zn -
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。
伏打电池是 实用电池的开端。
原电池的定义
原电池是将化学能转化为电能的装置
类似于 水果电池（将水果中化学能转化为电能）
本质：将物质中储存的化学能通过发 生氧化还原反应以电能的形式表现出 来。
干电池
锂电池
纽扣电池
2、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处， 用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之 平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液， 片刻后可观察到的现象是 A. 铁圈和银圈左右摇摆不定
B. 保持平衡状态
C. 铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜 D. 银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜
D
例4. 依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s) = Cu2＋(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。
原电池的基本组成
电极 正极 (发生还原反应，得电子， 电子流入) 负极 (发生氧化反应，失电子， 电子溢出)
如，氧化反应： Zn - 2e- = Zn2+
如，还原反应： Cu2+ +2e- = Cu
电极的判断
从微观上判断 失电子的反应→氧化反应→负极； 得电子的反应→还原反应→正极。
从宏观上判断 1.对于金属—金属电极， 活泼金属是负极，不活泼金属是正极； 2.对于金属—非金属电极， 金属是负极，非金属是正极，如干电池等；
判断下列哪些装置能构成原电池。为什么？
（可以）
（可以）
（可以）
（不可以）
（可以）
（不可以）
（不可以）
盐桥中 通常装 有含KCl 饱和溶 液的琼 脂，离 子在盐 桥中能 移动
盐桥的作用： （1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接 接触。 （2）平衡电荷，使溶液呈电中性。
原电池的工作原理
外电路：Zn失去电子沿导线通过电流表进入 铜片