第二单元 化学能与电能的转化
第一节 原电池的工作原理（教案）
教学目标：1了解原电池的构成及工作原理
2 学会写电极反应式和原电池反应方程式
教学重点：进一步了解原电池的工作原理，能够写出电极反应式和原电池反应方程式。
教学难点：原电池的工作原理
教学用具：有关实验用品
教学过程：
引入：夜景图 [多媒体]
同学们，请看这些夜景图，我们除了感叹景色美丽之外 ，你有没有想过：是谁给我们燃亮了黑夜、送来了光明？对！是电，正因为电，也让我们的生活世界变得五彩斑斓。我们在化学必修2中已经认识了一种可以让化学能直接转化成电能的装置——原电池。这节课我们将继续探讨原电池的知识内容。
板书： 第一节：原电池
复习：请大家回忆，原电池的反应本质是什么：
（氧化还原反应）
氧化还原反应有很多，把锌投入到稀硫酸溶液中，是氧化还原反应，有电产生吗？所以，原电池的形成是有条件的，大家还记得是什么条件？
两极一液一线
注：原电池反应建立在自发的氧化还原反应的基础之上的。
练习：请根据这幅图片，解释外电路电子流向、溶液中离子流向，写出该原电池的电极反应式和电池反应方程式？
【设疑】如果你要出较远地方，交通工具是电动自行车，要到达目的地，行驶的自行车蓄电池如何放电才能如你所愿呢？
【回答】那当然是放电越久越好！
【导入】好，下面我们将结合高一有关原电池知识来探究怎样的原电池如何工作，如何持续放电！
学生动手练习：
实验1 请同学们根据Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu这个氧化还原反应，设计一个原电池，实验仪器和药品任选。各小组成员之间，通力合作，发挥你们的聪明才智。
预案：1.锌—硫酸铜—铜
学生活动：(注意观察电流表中指针的变化和两电极的变化)
1.实施方案
2.描述实验现象：（都有电流，但不稳定；两个电极上都有红色物质生成）随着实验时间的延续，电流表指针偏转的角度逐渐减小，最终没有电流通过，同时锌片表面逐渐被铜覆盖。
分析（学生或老师引导学生进行）：由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，在反应一段时间后，难以避免溶液中有铜离子在锌片表面直接还原，一旦有少量的铜在锌片表面析出，即在锌表面也构成了原电池，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。（浓度降低也能使电流强度减弱，在初中阶段我们就不讲了。）
假设问题: 这样的原电池能不能用来做电源？
展示：化学电源图片
过渡：这些化学电源都能提供持续稳定的电流。如何才能使我们刚才设计的原电池产生持续稳定的电流呢？
提示：从不稳定因素着手（铜离子与锌片接触），作为原电池，其功能就是将化学能转换为电能，上述实验中在负极上的变化趋势影响了供电效率，是否可以设法阻止溶液中的铜离子在负极锌片上被还原？
（留给学生足够的时间让他们小组之间讨论，找到问题的原因）
学生活动： 1.交流原因，找到改进设想：（将铜离子与锌分开）
2.提示根据原电池的形成条件：小组之间交流，选择合理的方案
（分析：从原电池的形成条件来看， 只差第三个条件---构成闭合回路，如何实现？导线 电解质溶液） 学生方案展示
①若是导线，形成原电池时，在两极形成电荷堆积，导线上也会出现电子堆积，电阻致使电子不能畅通定向移动，无法形成持续稳定地电流
②若是电解质溶液，外电路的电子定向移动，内电路离子也定向移动，构成一个内外循环的通路，就可以得到持续稳定地电流）
3. 论证实验可行性
4.实验，描述现象
5.写出两个半电池反应的电极方程式及总方程式：
（－）：锌片 Zn-2e-=Zn2+
（＋）：铜片 Cu2++2e-= Cu
总电极方程式：Zn+ Cu2+=Zn2++ Cu
6.尝试让学生解释盐桥的作用
①.使整个装置构成闭合回路，避免两溶液直接接触
②平衡电荷
盐桥：充满饱和KC l溶液的琼胶
“动画，演示 ”边看边解说，总结电流形成的原因
实验2、如教材P13图1-8所示，向盛有30ml1.0mol/LCuSO4溶液和 30ml1.0mol/L的ZnSO4溶液分别插入铜片和锌片，连接导线和电流计，观察现象。将盐桥插入两只烧杯内的电解质溶液，观察现象。
现象: 电流计指针发生偏转 锌片变薄 铜片变厚
结论: 化学能转化为电能
活动与探究：
例：利用2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。
负极：
正极：
电池反应：
小结：原电池是以氧化-还原反应为依据，使氧化反应与还原反应分别在两个不同区域内进行，再以适当的方式连接起来，从而获得稳定持续的电流。
结束语：这一节课我们比较深入的学习和探究了原电池的相关知识，在学习过程中同学们非常积极，非常地投入。进行科学探索，我们需要的就是这种精神。科学家们就是根据你们今天所探究出来方法，设计出了很多化学电源。而实际上有关实用化学电源问题是复杂的、多元化的，在以后的学习中我们再一起共同探讨。在信息时代的今天，同学们也可以通过网络“摆渡”一下，了解更多相关知识。
八、板书设计：
第一节：原电池
原电池的概念：直接将化学能转变成电能的装置。
原电池的本质：
氧化还原反应
构成原电池的条件：
1、两极：活性不同的两极电极材料（可以是两种活性不同的金属或金属与非金属）
2、电解质溶液：要求电极材料在电解质溶液中能自发的发生氧化还原反应
3、要形成一个闭合的回路。
简称“两极一液一线”
复习：正、负极的判断：
正极：不活泼金属极或电子流入极或溶液中阳离子流向的一极
负极：活泼金属极或电子流出极或溶液中阴离子流向的一极
电极方程式：（－）：锌片 Zn-2e-=Zn2+
（＋）：铜片 2H++2e-=H2↑
总电极方程式：Zn+2H+=Zn2++H2↑
三、实验探究问题：请同学们根据Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu这个氧化还原反应，参照构成原电池的条件，设计一个原电池，实验仪器和药品任选，并组织学生实验。
四、对实验的改进：
发现问题→寻求解决的方法→从而对实验进行改进
两个半电池反应的电极方程式及总方程式：
（－）：锌片 Zn-2e-=Zn2+
（＋）：铜片 Cu2++2e-= Cu
总电极方程式：Zn+ Cu2+=Zn2++ Cu
盐桥组成：充满饱和溶液的琼胶
盐桥作用：①.使整个装置构成闭合回路，避免两溶液直接接触
②平衡电荷
九、教学反思：
CuSO4 溶液
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第一节 原电池的工作原理（学案）
教学目标：1了解原电池的构成及工作原理
2 学会写电极反应式和原电池反应方程式
教学重点：进一步了解原电池的工作原理，能够写出电极反应式和原电池反应方程式。
教学难点：原电池的工作原理
教学用具：有关实验用品
教学过程：
一、课前复习：
1、原电池是_______________________________的装置。
原电池反应的本质是________________________反应。
组成原电池的条件：
a 、————————————————————————
b 、———————————————————————
c 、———————————————————————
2、如右图所示，组成的原电池：
当电解质溶液为稀H2SO4时： Zn电极是____（填“正”或“负”）极，其电极反应为_______________，该反应是______（填“氧化”或“还原”，下同）反应； Cu电极是______极，其电极反应为_______________,该反应是_________反应。
二、导入新课
【活动探究1】
注意分析溶液中的阴阳离子的移向问题
根据Zn+Cu2+=Zn2++Cu设计一个铜、锌原电池。
指出所选用的电解质溶液，写出该原电池的两电极反应式、总反应式。画出原电池的构造图。
【现象】（1）
（2）
（3）
（4）
【分析】
电流计的指针发生 ，说明有 产生，即发生了 能转化为 能的过程。由电流的方向可知，电子由 通过导线流向 ，由此判断 是负极、 是正极。锌片上有 流出发生了 反应，即： ；锌原子 电子通过导线流向 ， 进入溶液，溶液中的 在铜片上 电子发生 反应，即： ，生成的 沉积在铜片上。两极之间溶液中 的定向移动和外部导线中 的定向移动构成闭合的回路，使两个电极反应持续进行，发生有序的电子转移过程，产生电流。其总反应式为： 。
【思考与交流】这样的原电池能不能用来做电源？如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？
原因：
改进措施：
对实验的改进：
发现问题→寻求解决的方法→从而对实验进行改进
【活动探究2】
如教材P13图1-8所示，向盛有30ml1.0mol/LCuSO4溶液和 30ml1.0mol/L的ZnSO4溶液分别插入铜片和锌片，连接导线和电流计，观察现象。将盐桥插入两只烧杯内的电解质溶液，观察现象。
现象:
结论:
【思考与交流】改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？[附：盐桥制法：1)将热的琼胶溶液倒入U形管中(注意不要产生裂隙)，将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。2)将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花都住管口即可]
产生持续、稳定的电流的原因
盐桥的作用
请同学们思考：
上述原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的？ 指出电池的正负极，并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。
负极（ 片）： 正极（ 片）：
电池反应（总化学方程式）：
活动与探究3：
例：利用2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。
随堂练习
1、练习：下列哪些装置能组成原电池？（ ）
2.一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu, 该反应的的原电池正确组合是（ ）(以下电解质溶液浓度相同)
A B C D
正极 Zn Cu Cu Fe
负极 Cu Zn Zn Zn
电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl
3.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 ( )
A.Mg B.Fe C.Al D.Cu
4.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
Zn
Cu
×
CuSO4溶液
G
Zn
Cu
CuSO4 溶液
←
氧化反应
———————————
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
———————————
阴离子
阳离子
总反应：
负极
正极
电极反应
正极：
负极：
（氧化反应）
（还原反应）
小结：
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原电池的工作原理
滦南县长宁中学 史海军
硫酸铜溶液
请写出图片中原电池的电极反应式和电池反应方程式。
负极：
（锌片） Zn-2e-=Zn2+
氧化反应
正极：
（铜片） 2H++2e-=H2↑
反应方程式：
Zn+2H+=Zn2++H2↑
稀H2SO4
还原反应
活动与探究一
根据Zn+Cu2+=Zn2++Cu设计一个铜、锌原电池。
指出所选用的电解质溶液，写出该原电池的两电极反应式、总反应式。画出原电池的构造图。
正极（铜电极）：还原反应
Cu2+ + 2e- = Cu
负极（锌电极）：氧化反应
Zn - 2e- = Zn2+
电池总反应：Zn+ Cu2+ = Cu+ Zn2+
Zn
Cu
CuSO4
CuSO4 溶液
电流表指针发生偏转，但不稳定。
两个电极上都有红色物质生成
CuSO4 溶液
思考：如何才能得到持续稳定的电流？
分析：
由于锌片与硫酸铜溶液直接接触，铜在锌片表面析出，锌表面也构成了原电池，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，也就是说不能产生持续稳定的电流。
普通干电池
手机电池
钮扣电池
笔记本电脑
专用电池
摄像机
专用电池
“神六”用
太阳能电池
http://jpk.whut./hxsupload/2005928221233853.swf
导线
在原有实验基础上进行改进，设计成一个能产生持续稳定电流的原电池。
实验探究
动画展示
锌铜原电池装置示意图
盐桥：在U型管中装满用饱和KCl溶液的琼脂。
思考：
1、盐桥的作用是什么？
（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。
（2）平衡电荷
（保证其连接的两个半电池中的电解质溶液呈电中性）
2、 此电池的优点？
能产生持续、稳定的电流，提高原电池电流效率。
活动与探究二
如教材P13图1-8所示，向盛有30ml1.0mol/LCuSO4溶液和 30ml1.0mol/L的ZnSO4溶液分别插入铜片和锌片，连接导线和电流计，观察现象。将盐桥插入两只烧杯内的电解质溶液，观察现象。
现象:
电流计指针发生偏转
锌片变薄
铜片变厚
结论:
化学能 电能
Zn-2e-=Zn2+
Zn+ Cu2+ ＝ Zn2+ + Cu
2e-
Cu2++2e-=Cu
小结：
将原电池反应中的氧化反
应与还原反应分开在两个不同
区域内进行，再以适当的方式
连接起来，从而获得了稳定持
续的电流。
活动与探究三
利用2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。
正极：2Fe3＋＋2e- =2Fe2+
负极：Cu-2e- =Cu2+
Cu
C
CuSO4
FeCl3
C
Cu
FeCl3
设计原电池的思路：
半电池：
画出装置示意图
电极材料
电解质溶液
根据电极反应确定
还原剂（电极材料）和氧化产物（电解质溶液）为负极的半电池
氧化剂（电解质溶液）和还原产物（电极材料）为正极的半电池
外电路
用导线连通，可以接用电器
内电路
是将电极浸入电解质溶液中，并通过盐桥沟通内电路
（或其它不活泼材料）
根据负极氧化、正极还原写出电极反应式
前提：是氧化还原反应
练习
⒈
判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式.
①
②
③
(×)
(×)
(∨)
2H++2e-＝H2↑
负极：
总反应：
正极：
Zn－2e-＝Zn2+
Zn+2H+＝Zn2++H2↑
⑦
⑥
(×)
(∨)
负极：
正极：
总反应：
Zn－2e-＝Zn2+
Cu2++2e-＝Cu
Zn+Cu2+＝Zn2++Cu
或 Zn+CuSO4＝ZnSO4+Cu
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
3
试将下列两个氧化还原反应分别设计成两个原电池
⑴
Zn + 2AgNO3=Zn(NO3)2+2Ag
⑵
2Fe3++Fe=3Fe2+
( D )
( Zn∣AgNO3∣C )
( Fe∣Fe2(SO4)3∣C )
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；
D. 银圈向下倾斜；
