《第一節(jié)　原電池》講義

《第一節(jié)原電池》講義原電池同學(xué)們好，今天咱們開(kāi)始學(xué)習(xí)高中人教版選修4第四章電化學(xué)基礎(chǔ)里的第一節(jié)——原電池。在開(kāi)始正式學(xué)習(xí)之前呢，我先給大家講個(gè)我自己的小經(jīng)歷。我有一次去鄉(xiāng)下玩，看到一位老爺爺在擺弄他的老收音機(jī)。那收音機(jī)特別有年代感，我就好奇地湊過(guò)去看。老爺爺說(shuō)這收音機(jī)有時(shí)候聲音忽大忽小的，他懷疑是電池的問(wèn)題。這就跟咱們今天要學(xué)的原電池有很大關(guān)系呢。那什么是原電池呢？咱們簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，原電池就是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。就像咱們生活中的電池，能給各種小電器供電。一、原電池的構(gòu)成條件1、有兩個(gè)活潑性不同的電極這就好比兩個(gè)人干活，一個(gè)力氣大一個(gè)力氣小。這兩個(gè)電極就像這兩個(gè)人，它們的活潑性不一樣。比如說(shuō)，鋅和銅就是比較常見(jiàn)的一對(duì)。鋅比較活潑，銅相對(duì)不那么活潑。咱們可以想象鋅就像個(gè)急性子，特別容易失去電子，而銅呢，就比較淡定，不太容易失去電子。2、電極要插入電解質(zhì)溶液中電解質(zhì)溶液就像是個(gè)特殊的環(huán)境，電極要在這個(gè)環(huán)境里才能發(fā)揮作用。比如說(shuō)，稀硫酸就可以是一種電解質(zhì)溶液。就像魚(yú)兒離不開(kāi)水一樣，電極離不開(kāi)電解質(zhì)溶液。3、形成閉合回路這就像咱們得把路打通一樣。如果電路斷開(kāi)了，那電子就沒(méi)法跑了，就不能形成電流了。就像老爺爺收音機(jī)里的電池，如果電池和收音機(jī)之間的連接斷了，那收音機(jī)肯定就不響了。我給大家舉個(gè)具體的例子來(lái)理解原電池的構(gòu)成條件。咱們就拿鋅-銅-稀硫酸原電池來(lái)說(shuō)。鋅片和銅片就是兩個(gè)電極，鋅片是負(fù)極，銅片是正極。鋅片插到稀硫酸里，鋅原子就會(huì)失去電子變成鋅離子進(jìn)入溶液，這個(gè)過(guò)程可以寫(xiě)成：Zn-2e?=Zn2?。電子就會(huì)從鋅片通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)跑到銅片上。而溶液中的氫離子呢，就會(huì)在銅片表面得到電子變成氫氣冒出來(lái)，這個(gè)反應(yīng)可以寫(xiě)成：2H?+2e?=H?↑。這樣就形成了一個(gè)完整的電流回路，化學(xué)能就轉(zhuǎn)化成電能了。二、原電池的工作原理1、負(fù)極負(fù)極是比較活潑的電極，就像咱們前面說(shuō)的鋅片。在負(fù)極發(fā)生的是氧化反應(yīng)。什么是氧化反應(yīng)呢？就是物質(zhì)失去電子的反應(yīng)。就像鋅原子失去電子變成鋅離子，它把自己的電子給“送”出去了，自己就發(fā)生了變化。2、正極正極是相對(duì)不活潑的電極，像銅片。在正極發(fā)生的是還原反應(yīng)。還原反應(yīng)呢，就是得到電子的反應(yīng)。氫離子在正極得到電子變成氫氣，這就是還原反應(yīng)。咱們?cè)賮?lái)看這個(gè)過(guò)程中的電子流向。電子是從負(fù)極流向正極的。就像一群小螞蟻搬家，從負(fù)極這個(gè)“老家”搬到正極這個(gè)“新家”。而電流的方向呢，和電子流向是相反的，是從正極流向負(fù)極。這就像我們走路，你朝著一個(gè)方向走，那反方向就會(huì)有別的東西過(guò)來(lái)。3、離子的移動(dòng)方向在原電池里，離子也不是老老實(shí)實(shí)地待在原地的。在溶液里，陽(yáng)離子會(huì)向正極移動(dòng)，陰離子會(huì)向負(fù)極移動(dòng)。這就好比男生喜歡往女生多的地方湊，女生喜歡往男生多的地方湊（這只是個(gè)簡(jiǎn)單的比喻哈）。比如說(shuō)在鋅-銅-稀硫酸原電池里，氫離子（陽(yáng)離子）會(huì)向銅片（正極）移動(dòng)，而硫酸根離子（陰離子）會(huì)向鋅片（負(fù)極）移動(dòng)。三、原電池的正負(fù)極判斷1、根據(jù)電極材料的活潑性判斷這個(gè)咱們前面也提到過(guò)一點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，比較活潑的金屬是負(fù)極，相對(duì)不活潑的金屬或者能導(dǎo)電的非金屬是正極。比如說(shuō)，在鎂-鋁-稀硫酸原電池中，鎂比鋁活潑，所以鎂是負(fù)極，鋁是正極。2、根據(jù)電極反應(yīng)類(lèi)型判斷發(fā)生氧化反應(yīng)的是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的是正極。就像前面說(shuō)的鋅-銅-稀硫酸原電池，鋅失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，所以鋅是負(fù)極；氫離子在銅片上得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以銅是正極。3、根據(jù)電子流向或電流流向判斷電子流出的一極是負(fù)極，電子流入的一極是正極；電流流入的一極是負(fù)極，電流流出的一極是正極。這就像看水的流向一樣，水從哪里流出來(lái)，哪里就是源頭（負(fù)極），水流入的地方就是終點(diǎn)（正極）。四、原電池原理的應(yīng)用1、制作化學(xué)電源咱們生活中用的各種各樣的電池，很多都是根據(jù)原電池的原理制作的。比如說(shuō)干電池，就是一種常見(jiàn)的化學(xué)電源。干電池的外殼是鋅筒，它就是負(fù)極，中間的碳棒是正極。里面的電解質(zhì)是氯化銨等物質(zhì)。當(dāng)電池工作的時(shí)候，鋅失去電子，在正極碳棒附近，二氧化錳等物質(zhì)參與反應(yīng)，就產(chǎn)生了電能。2、加快化學(xué)反應(yīng)速率原電池還能加快化學(xué)反應(yīng)速率呢。比如說(shuō)，在實(shí)驗(yàn)室里，如果我們要制取氫氣，可以用鋅和稀硫酸反應(yīng)。如果我們把鋅和一塊銅連接起來(lái)，放到稀硫酸里，就會(huì)發(fā)現(xiàn)氫氣產(chǎn)生的速度比單獨(dú)用鋅和稀硫酸反應(yīng)要快。這是為什么呢？因?yàn)樾纬闪嗽姵?，電子的轉(zhuǎn)移變得更加容易了，反應(yīng)就更快了。3、比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱我們可以根據(jù)原電池的正負(fù)極來(lái)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱。如果在一個(gè)原電池里，A金屬是負(fù)極，B金屬是正極，那就說(shuō)明A金屬比B金屬活潑。就像我們前面說(shuō)的鎂-鋁-稀硫酸原電池，因?yàn)殒V是負(fù)極，鋁是正極，所以我們就知道鎂比鋁活潑。我再給大家講個(gè)我看到的有趣現(xiàn)象。有一次我在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室，有兩個(gè)同學(xué)在做關(guān)于原電池的實(shí)驗(yàn)。他們?cè)谧霾煌饘俸退岱磻?yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，一個(gè)同學(xué)用的是純鋅和稀硫酸反應(yīng)，另一個(gè)同學(xué)用的是鋅和銅連接起來(lái)再和稀硫酸反應(yīng)。結(jié)果用鋅和銅連接起來(lái)的同學(xué)，很快就看到有大量氣泡產(chǎn)生，而純鋅和稀硫酸反應(yīng)的同學(xué)，氣泡產(chǎn)生得比較慢。這就是原電池加快化學(xué)反應(yīng)速率的一個(gè)很好的體現(xiàn)。同學(xué)們，原電池的知識(shí)雖然看起來(lái)有點(diǎn)復(fù)雜，但只要我們把每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都理解透徹，就會(huì)發(fā)現(xiàn)很有趣。咱們?cè)倩仡櫼幌轮攸c(diǎn)哈。重點(diǎn)：1、原電池的構(gòu)成條件，這是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。一定要記住是兩個(gè)活潑性不同的電極、電極要插入電解質(zhì)溶液中、形成閉合回路這三個(gè)條件。2、原電池的工作原理，特別是正負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)類(lèi)型，負(fù)極是氧化反應(yīng)，正極是還原反應(yīng)，還有電子和離子的移動(dòng)方向。3、正負(fù)極的判斷方法，根據(jù)電極材料活潑性、電極反應(yīng)類(lèi)型、電子或電流流向來(lái)判斷。難點(diǎn)：1、離子在溶液中的移動(dòng)方向可能會(huì)讓一些同學(xué)感到困惑。大家要記住陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。2、在一些復(fù)雜的原電