2020-2021学年人教版高中化学选修四 4.1原电池 课件（共38张ppt）
文档属性
| 名称 | 2020-2021学年人教版高中化学选修四 4.1原电池 课件（共38张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2021-07-09 14:01:03 | ||
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文档简介
(共38张PPT)
第四章
电化学基础
第一节
原
电
池
生活中我们常使用各种各样的电池
用于“神七”的太阳能电池
笔记本电脑专用电池
手机专用电池
1780年，伽伐尼(Galvani,L.)
青蛙抽搐实验。
原电池的雏形
理论解释
：生物电观点
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。
1836年丹尼尔发明了第一个实用电池
能使离子通过的隔膜
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
复习回顾
1、原电池是______________________的装置。
原电池反应的本质是____________________反应。
将化学能转化为电能
氧化还原反应
2、如右图所示，组成的原电池：
（1）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。
（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时：
Zn电极
是____极，其电极反应为_____________，
该反应是________反应；Cu电极是____极，
其电极反应为_______________,该反应_________反应.
负
Zn
－2e
-
=
Zn
2+
氧化
正
2H+
+2e-
=H2↑
还原
负
Zn
－2e
-
=
Zn
2+
氧化
正
Cu2+
+
2e
-
=
Cu
还原
A
稀H2SO4
锌片
铜片
练一练：
写出电极反应式和电池总反应方程式。溶液中阴、阳离子如何移动？
理论上应看到只在铜片上有大量气泡，实际锌片上也有大量气泡产生，这是什么原因导致的呢？
最终又会造成什么后果？
A
CuSO4
锌片
铜片
实验探究1：
置疑
写出正负极的电极反应式并确定阴阳离子移动方向。
1、为什么锌片上最后也全部被铜覆盖，且电流计指针逐渐指向零?
2、用什么办法避免Cu2+在锌片上被还原析出铜，以延长电池放电时间提高供电效率?
硫酸铜
硫酸铜
此电池的优点：
能产生持续、稳定的电流。
盐桥：
在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼脂作成的冻胶。
实验4-1
实验现象：
分析：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？
有盐桥存在时电流计指针发生偏转，即有电流通过电路。
取出盐桥，电流计指针即回到零点，说明没有电流通过。
盐桥的作用：
（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。
得出结论
由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或
CuSO4溶液中的
Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。
（2）平衡电荷。
盐桥制法：
1)将热的琼脂溶液倒入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。
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。
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
负极（锌片）：
Zn
－2e
-
=
Zn
2+
（氧化反应）
正极（铜片）：
Cu2+
+
2e
-
=
Cu
（还原反应）
电池反应（总化学方程式）：Zn
+
Cu2+
=
Zn
2+
+
Cu
电池符号：
Zn
︱
ZnSO4‖
CuSO4
︱
Cu
负极
盐桥
正极
对锌铜原电
池工作原理的进一步探究
?
由两个半电池组成原电池的工作原理
（1）把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。
①在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子。
②在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。
半电池：包括电极材料和电解质溶液，两个隔离的半电池通过盐桥连接起来。
氧化反应
Zn-2e=Zn2+
铜锌原电池
电解质溶液
盐桥
失e，沿导线传递，有电流产生
还原反应
Cu2++2e-
=Cu
阴离子
阳离子
总反应：
负极
正极
Cu2++2e-
=Cu
Zn-2e-
=Zn2+
Zn+Cu2+=Zn2++Cu
Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu
(离子方程式）
（化学方程式）
电极反应
正极：
负极：
（氧化反应）
（还原反应）
阳离子
一、原
电
池
原
理
外电路
内电路
二、与原
电
池
相关的概念
1.电路：
外电路
内电路
电子流向：失电子的一极向得电子的一极
电流方向：与电子流动方向相反
阴离子流动方向与电子流动方向一致
阳离子流动方向与电流方向一致
2.电极：
正极：电子流入的一极
负极：电子流出的一极
3.电极反应式：
正极：
2H++
2e-＝
H2↑
负极：
Zn－2e-＝
Zn2+
4.总反应式：
Zn+
2H+
＝
Zn2+
+
H2↑
三、组成原电池的条件
?（1）有两种活动性不同的金属（或一种是非金属单质或金属氧化物）作电极。
?
（2）电极材料均插入电解质溶液中。
?
（3）两极相连形成闭合电路。
?
（4）内部条件：能自发进行氧化还原反应。
A
B
C
D
E
F
M
N
1.下列哪几个装置能形成原电池？
V
X
V
V
X
X
X
V
典型例题：
练习：
为获得较长时间的稳定电流,如何将由“Zn-稀H2SO4-Cu”组成的原电池（如左下图）进行简单改装？
Cu
Zn
H2SO4
A
ZnSO4
H2SO4
A
Zn
Cu
四、原电池的正负极的判断方法
微观判断
（根据电子流动方向）
电子流出的极
电子流入的极
——负极
——正极
较活泼的电极材料
较不活泼的电极材料
质量增加的电极
工作后
质量减少的电极
——负极
——正极
——正极
——负极
工作后，有气泡冒出的电极为正极
发生氧化反应的极
发生还原反应的极
宏观判断：
①根据电极材料
②根据原电池电极
发生的反应
③根据电极增重还是减重
④根据电极有气泡冒出：
——负极
——正极
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(
)
A.Mg
B.Fe
C.Al
D.Cu
B
2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的
pH(
)
A.不变
B先变大后变小
C逐渐变大
D.逐渐变小
C
典型例题：
五、电解质溶液和电极材料的选择
①活泼性不同
的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极
②金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极
③金属和化合物。如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极
④惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt
（电池的电极必须导电）
电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应
与电极材料具有相同的阳离子。
请根据氧化还原反应
:
Cu
+2
Fe3+
=
Cu2+
+
2Fe2+
设计成原电池。你有哪些可行方案?
Cu
Cu
–
2e-
=
Cu2+
比Cu不活泼的金属或石墨
2Fe3+
+
2e-
=
2Fe2+
Fe2(SO4
)3、FeCl3等
负极：
正极：
电解质溶液：
练一练
若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？试画出原电池的装置简图。
六、原电池设计思路：
１)根据电池反应写出电极反应
２)找出两电极材料
３)选择电解质溶液
４)形成闭合回路
依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)==Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池，写出电极反应式并画出装置图
练习
1.利用原电池原理设计新型化学电池；
2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；
3.进行金属活动性强弱比较；
4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。
三、原电池的主要应用：
5.解释某些化学现象
(1)比较金属活动性强弱。
例1：
下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是
C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；
A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲
上有H2气放出；
B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；
D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；
（C）
原电池原理应用：
(2)比较反应速率
例2
：
下列制氢气的反应速率最快的是
粗锌和
1mol/L
盐酸；
B.
A.
纯锌和1mol/L
硫酸；
纯锌和18
mol/L
硫酸；
C.
粗锌和1mol/L
硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。
D.
（
D
）
原电池原理应用：
例4：
下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速
率由慢到快的顺序是
(4)
(2)
(1)
(3)
(3)比较金属腐蚀的快慢
原电池原理应用：
(4)判断溶液pH值变化
例5：
在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4
溶液的浓度为0.125mol/L
,
若工作一段时间后，从装置中共收集到
0.168L升气体，则流过导线的电子为————
mol,溶液的pH值变_________？（溶液体积变化忽略不计）
0.2
解得：
y
＝0.015
(mol)
x
＝0.015
(mol)
＝
＝3.75×
10﹣
4(mol/L
)
∴pH
＝-lg3.75
×10－4
＝4
-lg3.75
答：……
－0.015
根据电极反应：
正极：
负极：
Zn－2e-＝Zn2+
2H++2e-
＝H2↑
得：
2
2
22.4
x
y
0.168
解：
0.2×0.125×2
c(H+)余
∴
2H+
——
2e——H2↑
大
0.015
原电池原理应用：
(5)原电池原理的综合应用
例6：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。
“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。
“热敷袋”是利用
放出热量。
2)炭粉的主要作用是
。
3)加入氯化钠的主要作用是
。
4)木屑的作用是
。
铁被氧化
与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化
氯化钠溶于水、形成电解质溶液
使用“热敷袋”时受热均匀
原电池原理应用：
拓展练习
（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的
现象。
两极反应式为：正极
；
负极
。
该装置将
能转化为
能。
（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，
则负极为
，
总反应方程为
。
镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转；
Al+4OH-=AlO-+2H2O
Mg－2e—=Mg2+
化学能
电能
Al
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
小
结
１定义:
（1）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理
原电池
把化学能转化成电能的装置。
2、原电池的工作原理
较活泼的金属发生氧化反应,电子从较活泼的金属(负极)通过外电路流向较不活泼的金属(正极)。
负极
正极
电子流向
电流流向
（2）形成原电池的条件
（3）原电池的正负极的判断方法
（4）电极材料的选择（电池的电极必须导电）
你知道了吗
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第四章
电化学基础
第一节
原
电
池
生活中我们常使用各种各样的电池
用于“神七”的太阳能电池
笔记本电脑专用电池
手机专用电池
1780年，伽伐尼(Galvani,L.)
青蛙抽搐实验。
原电池的雏形
理论解释
：生物电观点
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。
1836年丹尼尔发明了第一个实用电池
能使离子通过的隔膜
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
复习回顾
1、原电池是______________________的装置。
原电池反应的本质是____________________反应。
将化学能转化为电能
氧化还原反应
2、如右图所示，组成的原电池：
（1）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。
（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时：
Zn电极
是____极，其电极反应为_____________，
该反应是________反应；Cu电极是____极，
其电极反应为_______________,该反应_________反应.
负
Zn
－2e
-
=
Zn
2+
氧化
正
2H+
+2e-
=H2↑
还原
负
Zn
－2e
-
=
Zn
2+
氧化
正
Cu2+
+
2e
-
=
Cu
还原
A
稀H2SO4
锌片
铜片
练一练：
写出电极反应式和电池总反应方程式。溶液中阴、阳离子如何移动？
理论上应看到只在铜片上有大量气泡，实际锌片上也有大量气泡产生，这是什么原因导致的呢？
最终又会造成什么后果？
A
CuSO4
锌片
铜片
实验探究1：
置疑
写出正负极的电极反应式并确定阴阳离子移动方向。
1、为什么锌片上最后也全部被铜覆盖，且电流计指针逐渐指向零?
2、用什么办法避免Cu2+在锌片上被还原析出铜，以延长电池放电时间提高供电效率?
硫酸铜
硫酸铜
此电池的优点：
能产生持续、稳定的电流。
盐桥：
在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼脂作成的冻胶。
实验4-1
实验现象：
分析：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？
有盐桥存在时电流计指针发生偏转，即有电流通过电路。
取出盐桥，电流计指针即回到零点，说明没有电流通过。
盐桥的作用：
（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。
得出结论
由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或
CuSO4溶液中的
Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。
（2）平衡电荷。
盐桥制法：
1)将热的琼脂溶液倒入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。
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。
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
负极（锌片）：
Zn
－2e
-
=
Zn
2+
（氧化反应）
正极（铜片）：
Cu2+
+
2e
-
=
Cu
（还原反应）
电池反应（总化学方程式）：Zn
+
Cu2+
=
Zn
2+
+
Cu
电池符号：
Zn
︱
ZnSO4‖
CuSO4
︱
Cu
负极
盐桥
正极
对锌铜原电
池工作原理的进一步探究
?
由两个半电池组成原电池的工作原理
（1）把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。
①在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子。
②在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。
半电池：包括电极材料和电解质溶液，两个隔离的半电池通过盐桥连接起来。
氧化反应
Zn-2e=Zn2+
铜锌原电池
电解质溶液
盐桥
失e，沿导线传递，有电流产生
还原反应
Cu2++2e-
=Cu
阴离子
阳离子
总反应：
负极
正极
Cu2++2e-
=Cu
Zn-2e-
=Zn2+
Zn+Cu2+=Zn2++Cu
Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu
(离子方程式）
（化学方程式）
电极反应
正极：
负极：
（氧化反应）
（还原反应）
阳离子
一、原
电
池
原
理
外电路
内电路
二、与原
电
池
相关的概念
1.电路：
外电路
内电路
电子流向：失电子的一极向得电子的一极
电流方向：与电子流动方向相反
阴离子流动方向与电子流动方向一致
阳离子流动方向与电流方向一致
2.电极：
正极：电子流入的一极
负极：电子流出的一极
3.电极反应式：
正极：
2H++
2e-＝
H2↑
负极：
Zn－2e-＝
Zn2+
4.总反应式：
Zn+
2H+
＝
Zn2+
+
H2↑
三、组成原电池的条件
?（1）有两种活动性不同的金属（或一种是非金属单质或金属氧化物）作电极。
?
（2）电极材料均插入电解质溶液中。
?
（3）两极相连形成闭合电路。
?
（4）内部条件：能自发进行氧化还原反应。
A
B
C
D
E
F
M
N
1.下列哪几个装置能形成原电池？
V
X
V
V
X
X
X
V
典型例题：
练习：
为获得较长时间的稳定电流,如何将由“Zn-稀H2SO4-Cu”组成的原电池（如左下图）进行简单改装？
Cu
Zn
H2SO4
A
ZnSO4
H2SO4
A
Zn
Cu
四、原电池的正负极的判断方法
微观判断
（根据电子流动方向）
电子流出的极
电子流入的极
——负极
——正极
较活泼的电极材料
较不活泼的电极材料
质量增加的电极
工作后
质量减少的电极
——负极
——正极
——正极
——负极
工作后，有气泡冒出的电极为正极
发生氧化反应的极
发生还原反应的极
宏观判断：
①根据电极材料
②根据原电池电极
发生的反应
③根据电极增重还是减重
④根据电极有气泡冒出：
——负极
——正极
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(
)
A.Mg
B.Fe
C.Al
D.Cu
B
2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的
pH(
)
A.不变
B先变大后变小
C逐渐变大
D.逐渐变小
C
典型例题：
五、电解质溶液和电极材料的选择
①活泼性不同
的两种金属。如锌铜原电池，锌作负极，铜作正极
②金属和非金属。如锌锰干电池，锌作负极，石墨棒作正极
③金属和化合物。如铅蓄电池，铅版作负极，PbO2作正极
④惰性电极。如氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt
（电池的电极必须导电）
电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应
与电极材料具有相同的阳离子。
请根据氧化还原反应
:
Cu
+2
Fe3+
=
Cu2+
+
2Fe2+
设计成原电池。你有哪些可行方案?
Cu
Cu
–
2e-
=
Cu2+
比Cu不活泼的金属或石墨
2Fe3+
+
2e-
=
2Fe2+
Fe2(SO4
)3、FeCl3等
负极：
正极：
电解质溶液：
练一练
若是采用烧杯和盐桥装置图，采用的电解质溶液又是什么？试画出原电池的装置简图。
六、原电池设计思路：
１)根据电池反应写出电极反应
２)找出两电极材料
３)选择电解质溶液
４)形成闭合回路
依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)==Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池，写出电极反应式并画出装置图
练习
1.利用原电池原理设计新型化学电池；
2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；
3.进行金属活动性强弱比较；
4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。
三、原电池的主要应用：
5.解释某些化学现象
(1)比较金属活动性强弱。
例1：
下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是
C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；
A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲
上有H2气放出；
B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；
D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；
（C）
原电池原理应用：
(2)比较反应速率
例2
：
下列制氢气的反应速率最快的是
粗锌和
1mol/L
盐酸；
B.
A.
纯锌和1mol/L
硫酸；
纯锌和18
mol/L
硫酸；
C.
粗锌和1mol/L
硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。
D.
（
D
）
原电池原理应用：
例4：
下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速
率由慢到快的顺序是
(4)
(2)
(1)
(3)
(3)比较金属腐蚀的快慢
原电池原理应用：
(4)判断溶液pH值变化
例5：
在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4
溶液的浓度为0.125mol/L
,
若工作一段时间后，从装置中共收集到
0.168L升气体，则流过导线的电子为————
mol,溶液的pH值变_________？（溶液体积变化忽略不计）
0.2
解得：
y
＝0.015
(mol)
x
＝0.015
(mol)
＝
＝3.75×
10﹣
4(mol/L
)
∴pH
＝-lg3.75
×10－4
＝4
-lg3.75
答：……
－0.015
根据电极反应：
正极：
负极：
Zn－2e-＝Zn2+
2H++2e-
＝H2↑
得：
2
2
22.4
x
y
0.168
解：
0.2×0.125×2
c(H+)余
∴
2H+
——
2e——H2↑
大
0.015
原电池原理应用：
(5)原电池原理的综合应用
例6：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。
“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。
“热敷袋”是利用
放出热量。
2)炭粉的主要作用是
。
3)加入氯化钠的主要作用是
。
4)木屑的作用是
。
铁被氧化
与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化
氯化钠溶于水、形成电解质溶液
使用“热敷袋”时受热均匀
原电池原理应用：
拓展练习
（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的
现象。
两极反应式为：正极
；
负极
。
该装置将
能转化为
能。
（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，
则负极为
，
总反应方程为
。
镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转；
Al+4OH-=AlO-+2H2O
Mg－2e—=Mg2+
化学能
电能
Al
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
小
结
１定义:
（1）由两个半电池组成的锌铜原电池的工作原理
原电池
把化学能转化成电能的装置。
2、原电池的工作原理
较活泼的金属发生氧化反应,电子从较活泼的金属(负极)通过外电路流向较不活泼的金属(正极)。
负极
正极
电子流向
电流流向
（2）形成原电池的条件
（3）原电池的正负极的判断方法
（4）电极材料的选择（电池的电极必须导电）
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