化学家园

化学电源（1）---原电池原理

                                      

学习目标：1、理解原电池工作的原理；
2、了解构成原电池的一般条件。

学习重点：原电池工作的原理与一般构成条件

学习难点：原电池工作原理的微观过程分析

教学过程：如下
  1、    原电池的化学原理  >>>>>>动画演示1
[实验1] 将铜片插入稀硫酸溶液中------无明显现象
解释：Cu的还原能力比H₂的弱，Cu+H₂SO₄------不能发生反应，
即：Cu + H⁺------不能发生反应。

[实验2] 将锌片插入稀硫酸溶液中------锌片表面上有大量气泡生成、锌片的质量减小
解释：Zn的还原能力比H₂的强，Zn + H₂SO₄====== ZnSO₄ + H₂ ,
即：Zn + 2H⁺ ====== Zn²⁺ + H₂
显然：还原能力Zn>H₂ 、氧化能力 H⁺>Zn²⁺
上述反应为氧化还原反应，电子转移情况如下式所示：Zn + 2H⁺ ====== Zn²⁺ + H₂
值得注意的是：反应过程中发生了电子的转移，但因为这些电子转移的方向是随机的、无规则的，所以并没有形成具有一定方向性的电子流，因而也就未能形成电流！

[实验3] 用导线将铜片与锌片连接起来------锌片表面上的气泡减少而铜片表面上出现气泡，锌片的质量减少而铜片的质量没有变化
解释：>>>>>>动画演示2 
Zn失电子的能力比Cu失电子的能力强，用导线将两者相连后，两者相互竞争，结果失电子能力较强的锌取得了压倒性优势： Zn – 2e ^- ====== Zn²⁺ (氧化反应)，锌离子进入溶液；
Zn失去的电子经导线传送到铜片并均匀分布在铜片的表面上;
溶液中的Zn²⁺和H⁺在静电作用下都要向带负电荷的铜片迁移，但因为H⁺氧化能力>Zn²⁺，所以H⁺优先得到电子发生如下反应:2H⁺ + 2e ^- ====== H₂ (还原反应) 形成气泡逸出溶液。

毫无疑问：在本次实验中，电子将从锌片有规则地沿导线向铜片迁移从而形成具有一定方向性的电子流，电子带负电荷，其运动方向的反方向即为外电流的方向，而溶液中阳离子在两极之间向铜片一侧的迁移则为内电流的方向。用电流计检测，应该有电流！
[实验4] >>>>>>动画演示3
在外电路中串入电流计------电流计指针发生偏转，说明回路中有电流！

上述反应的总方程式为：Zn + 2H⁺ ====== Zn²⁺ + H₂
显然：与原总反应方程式是一样的。

[小结] 我们把这种“将化学能转化为电能的最原始的装置” 叫做原电池，把输出电子（带负电荷）的一极叫做负极，把电子流入的一极叫做正极。

[趣味实验] >>>>>>动画演示4 
水果电池------取一只新鲜的桔子，一边插铜芯电线、另一边插铝芯电线：
A、用小耳机与电线接触------可听到“咔、咔” 的声音；
B、用舌尖舔导线------有一种酸麻的感觉；
C、用电流计检测------发现指针发生明显偏转；
D、用两根相同的铜芯电线或两根相同的铝芯电线做类似的实验-----指针不发生偏转；
E、将两根电线插到汽油中------指针不发生偏转；
F、将两根电线中的一根或两根从水果中拔出------指针不发生偏转；
G、用小刀将桔子从两根导线之间切开------指针不发生偏转；

[分析] 新鲜桔子中含有大量有机酸性物质，与铜线、铝线接触构成闭合回路后，形成原电池，产生电流电极反应式如下：
2Al – 6e ^- ====== 2 Al³⁺ (氧化反应)    铝芯电线做负极
6H⁺ + 6e ^- ====== 3H₂  (还原反应)   铜芯电线做正极

[小结] 2、构成原电池的条件
（1）、 一般来说，要有两根活动性不同的导体做电极（其中较活泼的即较易失电子的一根做负极、较不活泼的即较难失电子的一根做正极）；[燃料电池中一般采用具有催化活性的导体做载体，载体吸附气体反应物在其多孔的表面上发生电极反应]
（2）、 要有合适的电解质溶液（即能与负极发生自发的氧化还原反应）；
（3）、 三者要相互接触并形成闭合回路。

上述操作中的D违反规则1、E违反规则2、FG违反规则3，所以不能形成原电池产生电流！

【作者: 长空星雨】【访问统计:】【2006年04月2日 星期日 12:20】【 加入博采】【打印】