原电池的设计及应用

原 电 池 的 设 计 及 应 用 学 习 目 标 1、 复 习 巩 固 原 电 池 的 构 成 条 件 、 工 作 原 理 ；2、 通 过 一 系 列 设 计 制 作 原 电 池 的 活 动 ， 更 深 刻 地 认 识 原 电 池 的 构 造 特 点 和 工 作 原 理 ， 更 熟 练 正 确 地 书 写 电 极 反 应 式 。 一 位 年 轻 的 化 学 家 来 看 望 格 林 太 太 ，并 为 格 林 太 太 揭 开 了 病 因 ： 由 于 金 和 铁 （ 钢 的 主 要 成 分 ）是 活 动 性 不 同 的 两 种 金 属 ， 唾 液 中含 有 电 解 质 ， 故 构 成 原 电 池 ， 产 生微 小 的 电 流 ， 使 得 格 林 太 太 头 痛 。因 此 ， 必 须 换 掉 其 中 一 颗 假 牙 。 构 成 原 电 池 一 般 条 件 ：(1) 两 电 极(2)电 解 质 溶 液(3)形 成 闭 合 回 路两 活 泼 性 不 同 的 导 电 材 料 请 用 铜 、 锌 、 硫 酸 溶 液 制 作 原 电 池 ， 并 检 测出 电 流 。 注 意 观 察 现 象 ， 给 出 合 理 的 解 释动 手 设 计 氧 化 反 应Zn-2e-=Zn2+ 铜 锌 原 电 池电 解 质 溶 液失 e-,沿 导 线 传 递 ， 有 电 流 产 生还 原 反 应2H+2e-=H2阴 离 子 阳 离 子负 极 正 极 总 反 应 ： Zn+2H+=Zn2+H2 (离 子 方 程 式 ）复 习 原 电 池 的 工 作 原 理原 电 池 工 作 原 理 相 当 于 将 自 发 的 氧 化 、 还 原 两 反 应 分割 在 正 负 两 极 同 时 、 不 同 地 进 行 ， 电 子 从 负 极 定 向 流入 正 极 ， 从 而 产 生 道 路 电 流 。 原 电 池 的 作 用 是 将 化 学能 转 化 为 电 能 。 因 此 ， 理 论 上 任 何 一 个 自 发 的 氧 化 还原 反 应 都 可 以 分 割 为 两 半 反 应 ， 设 计 为 原 电 池 。 Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 可 设 计 成铜 、 锌 原 电 池 ,那 么 能 否 根 据Zn+Cu2+=Zn2+Cu也 设 计 一 个铜 、 锌 原 电 池 呢 ?设 计 一所 选 用 电 解 质 溶 液 _该 原 电 池 的 负 极 _， 负 极 反 应 _ 正 极 _， 正 极 反 应 _G CA B （ 注 意 ： A、 B原 电 池 即 以 A、 B为 电 极 材 料 。 ）CuSO4溶 液Zn Zn-2e-=Zn2+Cu2+2e-=CuCu 除 Zn+2H+=Zn2+H2 、 Zn+Cu2+=Zn2+Cu两 反 应外 ,若 保 持 电 极 材 料 不 变 ， 通 过 改 变电 解 质 溶 液 , 你 能 再 设 计 一 个 铜 .锌原 电 池 吗 ?设 计 二 现 有 试 剂 ： CuSO4溶 液 、 ZnSO4溶 液 、H2SO4溶 液 、 NaOH溶 液 、 FeCl3溶 液 、NaCl溶 液 、 酒 精总 反 应 式 ： _选 用 的 电 解 质 溶 液 为 _相 应 的 半 反 应 ： 负 极 _ 正 极 _Zn+2Fe3+=Zn2+2Fe2+FeCl3溶 液Zn-2e-=Zn2+2Fe3+2e-=2Fe2+ 根 据 Zn+Cu2+=Zn2+Cu已 经 设 计 出 了铜 、 锌 原 电 池 ， 若 保 持 总 反 应 不 变 , 通 过 改 变 电 极 材 料 ,你 能 设 计 出 别的 原 电 池 吗 ？设 计 三 GZn Cu硫 酸 铜 负 极 _负 极 反 应 _正 极 _正 极 反 应 _选 用 的 电 解 质 溶 液 _Zn Zn-2e-=Zn2+Cu2+2e-=CuC或 Fe CuSO4溶 液现 有 电 极 材 料 :Fe棒 、 Cu棒 、 C棒 、 Zn片 、 Cu片 设 计 四现 在 拓 宽 范 围 ， 请 你 利 用 所 提 供 的 试 剂 、 材 料设 计 各 种 原 电 池 。 （ 不 能 与 前 面 的 设 计 方 案 雷 同 ， 即 避 免再 设 计 铜 、 锌 原 电 池 和 总 反 应 为 Zn+Cu2+=Zn2+Cu的 原 电 池 ）总 反 应 _ 选 用 的 电 解 质 溶 液 _正 极 材 料 _ 正 极 反 应 _负 极 材 料 _ 负 极 反 应 _请 大 家 动 脑 想 一 想现 有 试 剂 ： CuSO4溶 液 、 ZnSO4溶 液 、 H2SO4溶 液 、 NaOH溶 液 、 FeCl3溶 液 、 NaCl溶 液 、 酒 精现 有 电 极 材 料 :Fe棒 、 Cu棒 、 C棒 、 Zn片 、 Cu片 变 形 设 计原 电 池 的 两 极 是 否一 定 要 插 入 同 一 池 内 ?CuSO 4Zn CuZnSO4 左 图 原 电 池 中 :负 极 _负 极 反 应 _正 极 _正 极 反 应 _总 反 应 _ A CA B 原 电 池 要 形 成 闭 合回 路 ， 往 往 是 将 两电 极 插 入 同 一 池 内 G CA B设 计 五 请 用 镁 、 铝 作 电 极 ,设 计 一 个 原 电 池所 用 电 解 质 溶 液 _ 负 极 _ 负 极 反 应 _正 极 _ 正 极 反 应 _总 反 应 _现 有 试 剂 ： CuSO4溶 液 、 ZnSO4溶 液 、 H2SO4溶 液 、 NaOH溶 液 、 FeCl3溶 液 、 NaCl溶 液 、 酒 精H2SO4溶 液Mg Mg-2e-= Mg2+2H+2e-=H2AlMg+2H+=Mg2+H2 G CA B设 计 五 请 用 镁 、 铝 作 电 极 ,设 计 一 个 原 电 池所 用 电 解 质 溶 液 _ 负 极 _负 极 反 应 _正 极 _正 极 反 应 _总 反 应 _现 有 试 剂 ： CuSO4溶 液 、 ZnSO4溶 液 、 H2SO4溶 液 、 NaOH溶 液 、 FeCl3溶 液 、 NaCl溶 液 、 酒 精NaOH溶 液Mg 2Al-6e-+8OH-=2AlO2-+4H2O6H2O+6e-=3H2 +6OH-Al 2Al+2OH-+2H2O= 2AlO2-+3H2从 以 上 两 种 镁 、 铝 原 电 池 中 ,你 对 原 电 池 负 极 的判 断 有 什 么 认 识 ？ G CA B反 思 原 电 池 一 定 要 有 活 泼 性 不 同 的两 电 极 吗 ？不 一 定 。因 为 原 电 池 的 电 极 材 料 本 身 可 以 不 参 加反 应 ， 而 只 起 到 导 电 和 做 载 体 的 作 用 。例 如 燃 料 电 池 。 应 用 为 省 药 品 和 时 间 ， 甲 、 乙 、 丙 三 位 同 学 用铜 片 、 锌 片 、 稀 硫 酸 、 CuSO4溶 液 ； 直 流 电 源 、石 墨 电 极 、 导 线 、 烧 杯 、 试 管 等 中 学 化 学 常 见 的药 品 和 仪 器 （ 用 品 ） ， 以 巧 妙 的 构 思 ， “ 接 力 ” 的方 式 ， 设 计 了 比 较 铜 与 锌 金 属 活 动 性 相 对 强 弱 的系 列 实 验 。 试 填 写 下 列 空 白 ： 甲 同 学 分 别 将 一 小 片 铜 片 、 锌 片 置 于 烧 杯 底 部 （铜 与 锌 不 接 触 ） ， 小 心 向 烧 杯 中 加 入 稀 硫 酸 ，观 察 到 的 现 象 是 。 甲 同 学 的 设 计 思 路 是 。（ 1） 锌 片 上 有 气 泡 产 生 ， 铜 片 上 无 气 泡 。锌 能 置 换 出 酸 中 的 氢 而 铜 不 能 。 为 省 药 品 和 时 间 ， 甲 、 乙 、 丙 三 位 同 学 用铜 片 、 锌 片 、 稀 硫 酸 、 CuSO4溶 液 ； 直 流 电 源 、石 墨 电 极 、 导 线 、 烧 杯 、 试 管 等 中 学 化 学 常 见 的药 品 和 仪 器 （ 用 品 ） ， 以 巧 妙 的 构 思 ， “ 接 力 ” 的方 式 ， 设 计 了 比 较 铜 与 锌 金 属 活 动 性 相 对 强 弱 的系 列 实 验 。 试 填 写 下 列 空 白 ： 应 用 乙 同 学 接 着 甲 的 实 验 ， 向 烧 杯 中 滴 加 溶 液 ，进 而 观 察 到 的 现 象 是 ， 。 乙 同 学 作 出锌 、 铜 金 属 活 动 性 相 对 强 弱 所 依 据 的 原 理 是 ， 。（ 2） CuSO4溶 液 。 锌 片 上 有 红 色 铜 析 出 ， 锌 片 上产 生 气 泡 的 速 率 明 显 加 快 。 活 泼 金 属 可 将 不 活 泼 金属 从 其 盐 溶 液 中 置 换 出 来 ， Zn、 Cu,稀 硫 酸 组 成 原 电池 ， Zn为 负 极 。 （ 3）2CuSO4 + 2H2O 2Cu + O2+ 2H2SO4 阴 极 上 有 红 色 铜 析 出 。 为 省 药 品 和 时 间 ， 甲 、 乙 、 丙 三 位 同 学 用铜 片 、 锌 片 、 稀 硫 酸 、 CuSO4溶 液 ； 直 流 电 源 、石 墨 电 极 、 导 线 、 烧 杯 、 试 管 等 中 学 化 学 常 见 的药 品 和 仪 器 （ 用 品 ） ， 以 巧 妙 的 构 思 ， “ 接 力 ” 的方 式 ， 设 计 了 比 较 铜 与 锌 金 属 活 动 性 相 对 强 弱 的系 列 实 验 。 试 填 写 下 列 空 白 ： 应 用 丙 同 学 使 用 直 流 电 源 、 石 墨 电 极 组 装 好 电 解 装 置 ，向 乙 同 学 实 验 后 的 溶 液 中 补 充 了 必 要 的 试 剂 （ 作 为电 解 液 ） 。 反 应 在 调 控 下 随 即 开 始 ， 实 验 中 有 关 化 学反 应 方 程 式 为 。 获 得 的 实 验 明 显 现 象 是 。 电 解 为 省 药 品 和 时 间 ， 甲 、 乙 、 丙 三 位 同 学 用铜 片 、 锌 片 、 稀 硫 酸 、 CuSO4溶 液 ； 直 流 电 源 、石 墨 电 极 、 导 线 、 烧 杯 、 试 管 等 中 学 化 学 常 见 的药 品 和 仪 器 （ 用 品 ） ， 以 巧 妙 的 构 思 ， “ 接 力 ” 的方 式 ， 设 计 了 比 较 铜 与 锌 金 属 活 动 性 相 对 强 弱 的系 列 实 验 。 试 填 写 下 列 空 白 ： 应 用 请 你 再 单 独 设 计 一 个 简 单 的 实 验 （ 试 剂 、 仪 器自 选 ） ， 探 究 和 证 实 锌 和 铜 的 金 属 活 动 性 的相 对 强 弱 （ 简 要 说 明 操 作 和 现 象 ） 。（ 4） 分 别 取 一 小 片 铜 片 与 锌 片 于 试 管 中 ，向 试 管 中 加 入 少 量 的 棕 黄 色 的 溶 液 ， 稍 待 ，溶 液 的 棕 黄 色 褪 去 得 一 近 乎 无 色 溶 液 。 1、 拆 ： 将 已 知 氧 化 还 原 反 应 拆 分 成 两个 电 极 反 应 。2 结 合 电 极 反 应 找 正 负 极 材 料 和 合 理的 电 解 质 溶 液 。设 计 原 电 池总 结 : 3、 按 要 求 画 出 原 电 池 装 置 图 。还 原 剂 +氧 化 剂 =氧 化 产 物 +还 原 产 物拆 ： 还 原 剂 -ne_=氧 化 产 物 氧 化 剂 +ne_=还 原 产 物（ ） （ +） （ 电 解 质 溶 液 ）活 泼 性 差 的 导 体 - + 电 解 质 溶 液 挑 战 :现 有 铜 片 、 盐 酸 、 碳 棒 ， 其 它 仪 器 任 选 ，（ 1） 能 否 设 计 成 原 电 池 ？ 说 明 原 因 。（ 2） 设 计 实 验 使 铜 与 盐 酸 反 应 生 成 氢 气 ，画 出 示 意 图 。 练 习 : .某 高 中 化 学 兴 趣 小 组 为 了 探 索 铝 电 极在 原 电 池 中 的 作 用 ， 设 计 并 进 行 了 以下 一 系 列 实 验 ， 实 验 结 果 记 录 如 下 ： 编 号 电 极 材 料 电 解 质 溶液 电 流 计 指 针 偏转 方 向1 Mg、 Al 稀 硫 酸 偏 向 Al2 Al、 Cu 稀 硫 酸 偏 向 Cu3 Al、 石 墨 稀 硫 酸 偏 向 石 墨4 Mg、 Al NaOH溶液 偏 向 Mg5 Al、 Zn 浓 硝 酸 偏 向 Al 试 根 据 上 表 中 的 实 验 现 象 回 答 下 列 问 题 ：1、 实 验 1、 2的 Al所 做 的 电 极 是 否 相 同 ？答 ： _。 编 号 电 极 材 料 电 解 质 溶液 电 流 计 指 针 偏转 方 向1 Mg、 Al 稀 硫 酸 偏 向 Al2 Al、 Cu 稀 硫 酸 偏 向 Cu3 Al、 石 墨 稀 硫 酸 偏 向 石 墨4 Mg、 Al NaOH溶液 偏 向 Mg5 Al、 Zn 浓 硝 酸 偏 向 Al2、 写 出 实 验 3的 电 极 反 应 式 和 电 池 总 反 应 方 程 式 。铝 为 ( )_； 石 墨 为 ( )_；电 池 总 反 应 ： _ 。 编 号 电 极 材 料 电 解 质 溶液 电 流 计 指 针 偏转 方 向1 Mg、 Al 稀 硫 酸 偏 向 Al2 Al、 Cu 稀 硫 酸 偏 向 Cu3 Al、 石 墨 稀 硫 酸 偏 向 石 墨4 Mg、 Al NaOH溶液 偏 向 Mg5 Al、 Zn 浓 硝 酸 偏 向 Al3、 实 验 4中 的 铝 做 正 极 还 是 负 极 ？ 答 ： _，为 什 么 ？ 答 ： _。 写 出 铝 电 极 的 电 极 反 应 式 _。 4、 解 释 实 验 5中 电 流 计 指 针 偏 向 铝 的 原 因_。5、 根 据 实 验 结 果 总 结 ： 在 原 电 池 中 金 属 铝做 正 极 还 是 做 负 极 受 到 哪 些 因 素 的 影 响 ？ 编 号 电 极 材 料 电 解 质 溶液 电 流 计 指 针 偏转 方 向1 Mg、 Al 稀 硫 酸 偏 向 Al2 Al、 Cu 稀 硫 酸 偏 向 Cu3 Al、 石 墨 稀 硫 酸 偏 向 石 墨4 Mg、 Al NaOH溶液 偏 向 Mg5 Al、 Zn 浓 硝 酸 偏 向 Al 练 习 12（ 07山 东 ） ： 铁 及 铁 的 化 合 物 应 用 广 泛 ，如 FeCl3可 用 作 催 化 剂 、 印 刷 电 路 铜 板 腐 蚀 剂和 外 伤 止 血 剂 等 。（ 1） 写 出 FeCl3溶 液 腐 蚀 印 刷 电 路 铜 板 的 离 子方 程 式（ 2） 若 将 （ 1） 中 的 反 应 设 计 成 原 电 池 ， 请 画出 原 电 池 的 装 置 图 ， 标 出 正 负 极 ， 并 写 出 电 极反 应 式 。 小 结 1、 原 电 池 的 本 质 ； 2、 原 电 池 的 概 念 、 原 电 池 能 量 变 化 ； 3、 原 电 池 的 构 成 条 件 ； 4、 原 电 池 判 定 方法 ； 5、 原 电 池 原 理 （ 总 反 应 、 电 极 名 称 、 电 子流 向 、 电 极 反 应 类 型 ， 电 极 反 应 、 总 反 应与 电 极 反 应 的 关 系 、 离 子 流 向 等 ） ； 6、 原 电 池 正 负 极 判 定 ； 7、 电 极 反 应 式 书 写 ； 8、 原 电 池 设 计 ；重 点 重 点 随 堂 检 测 1、 把 金 属 甲 和 乙 分 别 插 入 稀 硫 酸 中 ， 观 察 到金 属 甲 表 面 有 气 泡 产 生 ， 金 属 乙 表 面 无 气泡 产 生 ， 此 实 验 说 明 甲 的 金 属 活 动 性 比 乙的 ； 若 把 这 两 种 金 属 用 导 线 连 接 后 平 行插 入 稀 硫 酸 中 ， 则 可 观 察 到 金 属 的 表 面有 气 泡 产 生 ， 一 段 时 间 后 金 属 的 质 量 减少 。 2、 已 知 氧 化 还 原 反 应 Cu 2FeCl3 = 2FeCl2 CuCl2，利 用 这 一 反 应 设 计 一 个 原 电 池 ， 画 出 示 意 图 ，标 出 电 极 材 料 ， 电 解 质 溶 液 ， 写 出 电 极 反 应 式 。CuCl 2 FeCl3ACu C 正 极 ：负 极 ：总 反 应 ： Cu 2e - Cu2+2Fe3+2e- 2Fe2+2Fe3+Cu 2Fe2+Cu2+ 4.为 获 得 较 长 时 间 的 稳 定 电 流 ,如 何 将 必 修 2中 由“ Zn-稀 H2SO4-Cu”组 成 的 原 电 池 （ 如 左 下 图 ）进 行 简 单 改 装 ？ZnSO 4 H2SO4AZn CuCu ZnH2SO4A 电 化 腐 蚀 的 因 素 探 究 在 前 面 的 实 验 中 ， 大 家 有 没 有 留 意 到 不 同 的 原 电 池 产生 的 电 流 有 大 有 小 ， 这 种 差 异 传 达 了 什 么 信 息 ？ 现 在 就 请 大 家 设 计 方 案 ， 用 实 验 事 实 来 说 明影 响 铁 的 电 化 腐 蚀 的 因 素 有 哪 些 ？提 示 :设 计 几 组 对 比 实 验 ,用 电 流 大 小 来 说 明 金 属 中 使 用 最 广 泛 的 莫 过 于 钢 铁 了 ， 但 由 于 铁 自 身不 能 形 成 致 密 的 氧 化 膜 ， 我 国 每 年 因 腐 蚀 而 损 失 的 铁 占钢 铁 年 产 量 的 十 分 之 一 ， 这 是 一 个 非 常 惊 人 的 数 目 。 那你 知 道 影 响 铁 的 电 化 腐 蚀 的 因 素 有 哪 些 吗 ？ 金 属 的 腐 蚀 包 括 哪 两 种 ？ 哪 种 腐 蚀 最 常 见 也 最 严 重 ？ 电 化 腐 蚀 的 因 素 探 究1、 电 解 质 溶 液 相 同 时 ， 正 负 极 材 料 活 泼 性 差 异 越 大 ,产 生 的 电 流 越 大 ， 铁 的 腐 蚀 也 越 严 重 。如 电 解 质 溶 液 为 CuSO4溶 液 时 :负 极 正 极 电 流 大 小Fe 铜 棒 小碳 棒 大 电 化 腐 蚀 的 因 素 探 究2、 正 极 材 料 相 同 时 ， 电 流 大 小 与 电 解 质 溶 液 的性 质 （ 种 类 、 浓 度 ） 有 关 。 以 Cu-Fe原 电 池 为 例电 解 质 溶 液 电 流 大 小 原 电 池 总 反 应1mol/L硫 酸 溶 液 大 Fe+2H+=Fe2+H21mol/LNaCl溶 液 小 2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2酒 精 无电 解 质 溶 液 电 流 大 小1mol/L硫 酸 溶 液 大极 稀 的 硫 酸 溶 液 小 电 化 学 防 腐1、 原 电 池 原 理 ： 牺 牲 阳 极 的 阴 极 保 护 法2、 电 解 池 原 理 ： 与 电 源 负 极 相 连 的 阴 极 保 护 法 1.如 图 装 置 ， 电 流 表 G发 生 偏 转 ， 同 时 A极 逐 渐变 粗 ， B极 逐 渐 变 细 ， C为 电 解 质 溶 液 ， 则 A、 B、C应 是 下 列 各 组 中 的 哪 一 组 （ ） A、 A是 锌 ， B是 铜 ， C为 稀 H2SO4 B、 A是 铜 ， B是 锌 ， C为 稀 硫 酸 C、 A是 铁 ， B是 银 ， C为 AgNO3溶 液 D、 A是 Ag， B是 铁 ， C为 AgNO3溶 液 G CA BD问 题 解 决 问 题 解 决 O2+2CO2+4e- 2CO32-2CO+O2 2CO2 3.有 A、 B、 C、 D四 种 金 属 。 将 A与 B用 导 线 连 结 起来 ， 浸 入 电 解 质 溶 液 中 ， 不 易 腐 蚀 。 将 A、 D分别 投 入 等 浓 度 的 盐 酸 中 ， D比 A反 应 剧 烈 。 将 铜 浸入 的 盐 溶 液 里 ， 无 明 显 变 化 。 如 果 把 铜 盐 浸 入C的 盐 溶 液 里 ， 有 金 属 C析 出 。 据 此 判 断 它 们 的 活动 性 由 强 到 弱 的 顺 序 是 ： （ ） （ A） D C A B （ B） D A B C （ C） D B A C （ D） B A D C B问 题 解 决 制 作 电 池 ： 若 能 形 成 原 电 池 ， 想 一 想 ， 为 什 么 ？请 同 学 们 课 后 用 镁 条 、 锌 片 、 铜 片 、 番 茄 、 桔子 等 和 若 干 导 线 组 成 原 电 池 ， 用 音 乐 卡 测 试 能否 产 生 电 流 。 请 尝 试 怎 样 才 能 使 音 乐 卡 更 响 。社 会 调 查 ： 调 查 市 场 上 常 见 的 化 学 电 池 的 种 类 ， 讨 论 它 们 的 工 作 原 理 、 生 产 工 艺 和 回 收 价 值 。课 后 实 践 分 析 电 池 ： 请 找 出 不 同 的 废 旧 电 池 进 行 解 剖 ，找 出 正 负 极 材 料 ， 写 出 电 极 反 应 和 总 反 应 。 生 活 中 我 们 常 使 用 各 种 各 样 的 电 池 。电 子 表 、 电 子 计 算 器 、MP3、 随 身 听 、 手 掌 机 、数 码 相 机 、 电 动 玩 具 、电 瓶 车 、 摩 托 车 、 汽 车 、助 听 器 、 心 脏 起 搏 器 、宇 宙 飞 船 、 人 造 卫 星 等 。