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第四章《化学反应与电能》导学案
第一节 原电池的工作原理
第一课时 原电池的工作原理
【学习目标】
1. 认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用；
2. 从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理；
3. 了解原电池及常见化学电源的工作原理，理解原电池的构造组成；
4. 能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池及创造性实验设计。
【学习重难点】
重点：原电池原理、盐桥的作用、探究能力的培养；
难点：原电池设计改进、探究能力的培养。
【课前预习】
旧知回顾
一、原电池的知识总结
1．定义：将 转化为 的装置叫做 _ 。
2．组成条件
（1）两个活泼性不同的电极
【注意】①其中一个电极的金属性相对较活泼，另一个相对较不活泼，如：金属与金属、金属与非金属。
②燃料电池中两极选石墨或铂电极。
（2）电解质溶液
（3）电极用导线相连并插入电解液，构成闭合回路
（4）自发的氧化还原反应
3．原电池中电子流向、电流的流向及离子的迁移方向
外电路中电子的流向：负极——导线——正极
外电路中电流的流向：正极——导线——负极
内电路中离子的迁移：阴离子移向负极溶液，阳离子移向正极溶液。
【课中探究】
情境导入：我们生活中无处不见电池的使用，户外运动检测的电子手表；手机、笔记本电
脑很多家用电器都需要使用电池；还有近几年推行的环保交通工具，电动汽车，它的主要
核心就是在电池的技术，那么大家知道电池的能量是如何转化的吗？一、原电池原理（铜锌原电池为例）
活动1、铜锌原电池原理的梳理
任务1： 实验演示：将锌片和铜片分别用夹子夹好与电流表串联，再同时插入到盛有
CuSO 溶液的烧杯中，如图所示：
4
【讨论1】
1.观察两电极的现象，电解质溶液的现象及电流表的读数如何变化？
【答题要点】
1.原电池工作中两极的现象：
①锌片逐渐溶解，铜片一极厚度变大，颜色仍是红色；
②CuSO 溶液颜色逐渐变浅；
4
③电流表的指针发生偏转。
【讨论2】
原电池工作时，电子，电流的移动方向及两极反应式的书写。
【答题要点】
1.原电池中电子流动方向和电流方向
①外电路：
电子的移动：由负极（Zn片）→导线→正极（Cu片）。
电流的移动：由正极（Cu片）→导线→负极（Zn片）。
②内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极。
【记忆小口诀】电子不下水（电子只在导线和电极移动，不可进入到溶液中）；
离子不上岸（离子会在电解质溶液中定向移动，不进入导线）
2.原电池两极的电极方程式
负极： 反应： （较活泼金属）
正极： 反应： （较不活泼金属）
总反应式：
【对应练习1】按图所示装置，完成实验并回答下列问题：（1）有关的实验现象是①锌片 ，铜片 ，CuSO 溶液颜色 ；②电流表的
4
指针 ，装置中的能量变化是 。
（2）电子流动方向和电流方向
①外电路：电子由 电极经过导线流向 电极，电流由 电极流向 电极。锌
电极为 极，铜电极为 极。
②内电路：阳离子移向 极，阴离子移向 极。
（3）电极反应：负极反应式是 ，发生 反应；
正极反应式是 ，发生 反应；
电池总反应的离子方程式是 。
【讨论3】
将化学能转化为电能，这种装置称为原电池，那么思考，原电池构成的条件有哪些呢？
原电池中正负极如何判断？
【答题要点】
1.原电池构成的条件
①活泼性不同的两极；②电解质溶液；③闭合的回路；④自发的氧化还原反应。
2.原电池正、负极的判断方法
(1)氧化还原角度判断电极正负极
负极：氧化反应——还原剂——化合价升高（失电子）
正极：还原反应——氧化剂——化合价降低（得电子）
(2)根据外电路中电子流向或电流方向来判断
负极：电子流出或电流流入的一极；
正极：电子流入或电流流出的一极。
(3)根据内电路(电解质溶液中)中离子的迁移方向来判断
阳离子向正极移动；阴离子向负极移动
(4)根据原电池的两电极材料来判断
① 两种金属(或金属与非金属)组成的电极，则较活泼的金属作负极；
② 若只有一种电极与电解质溶液能反应，则能反应的电极作负极（Al-NaOH-Mg原电
池）。
(5)根据电极质量/现象的变化来判断
负极：金属溶解，质量减少的电极；正极：有气泡或是电极质量增加。
【讨论4】在掌握原电池原理的基础上，结合生活中的例子以及化学实验中的一些实验现象，思
考原电池主要有哪些应用？
【答题要点】
原电池原理的主要应用
（1）加快氧化还原反应的速率：
当自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时可以加快反应速率。
例：在Zn与稀盐酸溶液反应时，加入少量CuCl 溶液能使产生H 的反应速率加快，
2 2
因为锌、铜(是锌与CuCl 反应产生的)与稀盐酸构成了原电池。
2
（2）比较金属活动性的强弱
可以通过活泼性比较，负极的金属活动性比正极的金属活动性强。也可以通过电极反
应现象进行比较，电极质量较少，作负极较活泼，有气体生成、电极质量不断增加或不变
作正极，较不活泼。
【对应训练2】在如图所示的8个装置中，属于原电池的是( )
A．①④ B．③④⑤
C．④⑧ D．②④⑥⑦
【对应训练3】某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl ===ZnCl＋2FeCl ，设计了如图所示的
3 2 2
原电池装置，下列说法正确的是( )
A．Zn为负极，发生还原反应
B．b电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
C．电子流动方向是a电极→FeCl 溶液→b电极
3D．电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜
【对应练习4】有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，
B为正极， 将C、D分别投入等浓度盐酸中，C比D反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液里，
无明显变化。 如果把铜浸入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．DCAB B．DABC
C．DBAC D．ABCD
二、双液（盐桥）原电池原理学习
活动1： 讨论如何阻止少量的Cu2+会在Zn表面还原的，这样的装置我们如何设计？
任务1：结合我们学习过的原电池原理，按照课本【实验4-1】所示装置完成实验
1.引导同学认识新的实验仪器：盐桥
【过渡】介绍实验台上的装置，是一个装有饱和KCl和琼脂的装置，这个装置的作用是起
到联通两个电解质溶液，所以我们称之为 。下面我们按照教材P94页实验4-1，按下
图所示装置完成实验，并回答下列问题：
【实验4-1】
将置有锌片的ZnSO 溶液和置有铜片的CuSO 溶液用一个盐桥连接起来，然后将锌片
4 4
和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流表，两池溶液我们选择用盐桥连接。
任务2：引导学生观察实验现象，①观察电流表指针的变化；②观察两电解质溶液颜色变
化；③观察两电极质量，颜色变化；④观察取出盐桥后的实验现象；并总结归纳，填写下
列表格：
实验步骤 实验现象
①不用盐桥，Cu、Zn用导线连起来，并在导
线间接电流表分别插入 CuSO 和ZnSO 溶液
4 4
②使用盐桥，Cu、Zn用导线连起来，并在导
线间接电流表分别插入 CuSO 和ZnSO 溶液
4 4
③利用上述完整装置，将 ZnSO 溶液和
4
CuSO 溶液交换
4任务3：将同学分小组讨论，盐桥的组成以及作用是什么？
【答题要点】
1.盐桥的组成及作用：
（1）盐桥的组成
资料卡片：盐桥——常见的盐桥是一个倒置的U形管，含有琼胶的KCl饱和溶液，含有
K+与Cl-，其中的琼胶是一种含水丰富的凝胶，离子在其中既可以运动，又能起固定作用。
（2）盐桥的作用
盐桥在原电池的两个半电池中起到桥梁的作用，负极金属锌失电子形成锌离子进入溶
液，阳离子数增加，盐桥中的阴离子Cl-移向负极进入溶液，使负极区硫酸锌溶液保持电中
性，盐桥中的阳离子K+就移向正极进入溶液，使正极区硫酸铜溶液保持电中性，保证电子
长时间在外电路作定向移动，形成稳定的电流。
活动2、双液原电池的工作原理
任务1：根据所学习的原电池原理，分组讨论并总结盐桥原电池中电子的、离子的移动方
向？
【答题要点】
电子的移动方向：电子由Zn失去，经导线流向Cu电极。
离子的移动方向：
①硫酸锌溶液中：Zn2＋向盐桥移动；
②硫酸铜溶液中：Cu2＋向铜极移动；
③盐桥中：K＋移向正极区(CuSO 溶液)，Cl－移向负极区(ZnSO 溶液)，使氧化还原反应持
4 4
续进行，不断的产生电流。
任务2：分析单液原电池和盐桥原电池装置特点，以及盐桥电池的优势是哪些。
【问题1】从装置结构讨论两池的差别
【答题要点】
1.原电池的两个装置的比较 (以铜锌原电池为例)
【问题2】引导学生总结盐桥原电池的优势：
【答题要点】
单液原电池中的还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，氧化剂与还原剂直接接触，易造
成能量损耗；而双液原电池（盐桥）中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区，能避免能
量损耗。使氧化反应和还原反应分别在两个半电池中进行，Zn与ZnSO(aq)组成的锌半电
4
池；Cu与CuSO (aq)组成的铜半电池。
4
【对应训练5】锌铜原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是( )A．正极反应式为Zn-2e-=Zn2+ B．电池总反应为Zn+Cu2+=Zn2++Cu
C．在外电路中，电流从负极流向正极 D．盐桥中的K+移向ZnSO 溶液
4
【对应训练6】关于下图所示的原电池，下列说法正确的是( )
A．电子从锌电极通过电流表流向铜电极
B．盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移
C．锌电极发生氧化反应；铜电极发生还原反应，其电极反应式为2H++2e-=H ↑
2
D．取出盐桥后，电流表仍会偏转；铜电极在反应前后质量不变
【对应训练7】关于下图所示的原电池，下列说法正确的是( )
A．电子从锌电极通过电流表流向铜电极
B．盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移
C．锌电极发生氧化反应；铜电极发生还原反应，其电极反应是2H＋＋2e－===H ↑
2
D．取出盐桥后，电流表仍会偏转，铜电极在反应前后质量不变
【对应训练8】用铜片、银片设计成如图所示的原电池。以下有关该原电池的叙述正确的
是（ ）A．电子通过盐桥从乙池移向甲池
B．铜片是负极，发生还原反应
C．开始时，银片上发生的反应是Ag－e-=Ag＋
D．将铜片浸入AgNO 溶液中发生的化学反应与该原电池总反应相同
3
三、原电池的设计学习
【导入】根据原电池工作原理，判断该氧化还原反应2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+能否设计原
电池，并写出电极反应式，同时设计单液原电池和双液原电池，画出此原电池的装置简图。
【要点分析】
1.原电池电极的选取：通过分析总电极反应式：2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+
负极：氧化反应——还原剂——化合价升高（失电子），所以选择Cu作为电极；
正极：还原反应——氧化剂——化合价降低（得电子），可以选择石墨作为电极；
2.电解质溶液的选择：通过分析总电极反应式：2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+
2Fe3+得电子，选择含有2Fe3+的溶液作为与负极反应的电解质溶液。
活动1、单液原电池的设计
任务1：单液原电池的设计，从电极的选取，电极反应式的书写考虑问题，进行总结。
【答题要点】
单液原电池
任 务
2 ：
在 掌
电池
握 了
装置
原 电
池 的
工 作
原 负极 电极- Cu ； 电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋ 理
基 正极 电极-石墨； 电极反应式：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 础
上 ， 引
电解质
导 电解质溶液选择FeCl 溶液。 学
溶液 3
生 将2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+设计成盐桥原电池的装置。
【答题要点】
双液原电池
电池
装置
负极 电极- Cu ； 电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋
正极 电极-石墨； 电极反应式：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
电解质 正极（石墨）插入的电解质溶液FeCl 溶液，负极（Cu）插入的
3
溶液 电解质溶液选择CuCl 溶液。
2
【对应训练9】如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是( )
A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极
B．该原电池的总反应为2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+
C．电极Ⅱ的电极反应为Cu2+＋2e-=Cu
D．盐桥中装有含琼胶的氯化钾饱和溶液，其作用是传递电子
【对应训练10】某原电池的工作原理如图所示，总反应为Zn+2NH +=Zn2++2NH↑+H ↑，下
4 3 2
列说法正确的是( )
A．石墨为电池的负极
B．电池工作时Zn逐渐被消耗C．电子由石墨电极经外电路流向Zn电极
D．反应2NH ++2e-=2NH↑+H ↑在负极上发生
4 3 2
活动2、含离子交换膜的电池
任务1：引导学习含离子交换膜的电池，这一部分只是简单认识该装置。
【思考】盐桥原电池电流弱的原因？
装置特点：两电极分别在两池，离子通过盐桥移动，所以距离长。由于盐桥的体积有
限，所以离子容量小，那我们如何改进你呢？
【回答要点】
1.离子交换膜的定义：阴离子交换膜只允许阴离子通过，阳离子交换膜只允许阳离子通过
以及展现含有离子交换膜的装置。
2. 离含离子交换膜的电池作用：可以解决盐桥电池电流强度逐渐变小的问题。
2.原电池装置的演变过程：
【对应训练11】锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，
下列有关叙述正确的是( )
A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
课 后 作 业 练 习
【例1】 考点：原电池装置的判断 难度：☆☆
下列装置中，能构成原电池的是( )【例2】 考点：原电池正负极的判断 难度：☆☆
下列有关原电池的电极名称的叙述错误的是( )
A．发生氧化反应的一极为负极 B．正极为电子流入的一极
C．比较不活泼的金属为负极 D．电流流出的一极为正极
【例3】 考点：原电池原理综合的判断 难度：☆☆☆☆
原电池的正负极不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，则下列说法正确的是
（ ）
A．Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，刚开始时负极的电极反应式为
B．Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池，负极的电极反应式为Al-3e-+4OH-==AlO -+2H O
2 2
C．由Fe、Cu、浓硝酸组成的原电池，刚开始时负极的电极反应式为Fe-3e-==Fe3+
D．由Fe、Cu、FeCl 溶液组成的原电池，负极的电极反应式为Cu-2e-==Cu2+
3
【例4】 考点：原电池应用的考察 难度：☆☆☆
有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验 实验1 实验2 实验3 实验4
装置
a极质量减小； b极有气体产生； d极溶解；
部分实 电流从a极流向d
验现象 极
b极质量增加 c极无变化 c极有气体产生
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A．a>b>c>d B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c
【例5】 考点：双液原电池原理的判断 难度：☆☆☆锌铜原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是( )
A．正极反应式为Zn-2e-=Zn2+ B．电池总反应为Zn+Cu2+=Zn2++Cu
C．在外电路中，电流从负极流向正极 D．盐桥中的K+移向ZnSO 溶液
4
【例6】 考点：原电池设计的考察 难度：☆☆☆
某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl ===ZnCl＋2FeCl ，设计了如图所示的原电池装
3 2 2
置，下列说法正确的是( )
A．Zn为负极，发生还原反应
B．b电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
C．电子流动方向是a电极→FeCl 溶液→b电极
3
D．电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜
【例7】 考点：原电池设计的考察 难度：☆☆☆☆
某原电池的工作原理如图所示，总反应为Zn+2NH +=Zn2++2NH↑+H ↑，下列说法正确的是(
4 3 2
)
A．石墨为电池的负极
B．电池工作时Zn逐渐被消耗
C．电子由石墨电极经外电路流向Zn电极
D．反应2NH ++2e-=2NH↑+H ↑在负极上发生
4 3 2
【例8】 考点：盐桥原电池设计的考察 难度：☆☆☆☆如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是( )
A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的负极
B．该原电池的总反应为2Fe3+＋Cu=Cu2+＋2Fe2+
C．电极Ⅱ的电极反应为Cu2+＋2e-=Cu
D．盐桥中装有含琼胶的氯化钾饱和溶液，其作用是传递电子
【例9】 考点：原电池原理的综合考察 难度：☆☆
由铁片、铜片和200 mL稀硫酸构成的原电池如图所示。
(1)原电池的负极反应式为 ，正极反应式为 。
(2)电流的方向是 。
(3)一段时间后，当在铜片上放出1.68 L(标准状况)气体时，消耗 g铁。
【例10】 考点：盐桥原电池原理的综合考察 难度：☆☆
依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)=2Ag(s)+Cu2+(aq)设计的原电池如图所示。
请回答下列问题：
(1)电极X的材料是 ；电解质溶液Y是 。
(2)银电极为电池的 极，发生的电极反应为 ；X电
极上发生的电极反应为 。(3)外电路中的电子从 电极流向 电极。
