高一化学《原电池》.pdf

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第 4 讲 原电池



课前导入

电 池
电池在我们今天的生活中，可以说已经成为不可离开的东西了：大到汽车用的蓄电池，小到电子
表上的纽扣电池。你可知道，200 多年前的电池发明过程中有一段曲折的故事，它至今仍能给我们以有
益的启迪。
1800 年，英国皇家学会会长收到了意大利帕费亚大学物理学教授伏打 (A．Volta，1745-1827)的一
封信，信中说他制成了一种能够提供“不会衰竭的电荷及无穷的电力”的仪器，这里所说的那种仪器，
就是后来所说的伏打电池。那么，伏打是如何发明出这种电池的呢？
事情还须回到一年前：伏打收到他的同胞、生理学家伽法尼的一篇论文。文中谈到他的一次偶然
发现：当他把悬有去了皮的青蛙腿的铜钩挂在铁架台上，发现蛙腿会发生奇异的痉挛现象。伽法尼从
职业本能出发，把注意力集中到了肌肉收缩上，认为这是一种由生物电引起的现象。起初伏打也曾这
样想，不久便对此产生了怀疑。物理学家的敏感把他的注意引到了两种金属的接触上，他的结论是“接
触电”或“金属电”，而非“生物电”。
接下来，伏打做的实验就是把不同的两种金属(锌和铜)放进食盐水中进行实验。他成功了！世界上
第一个原电池——伏打电池就此诞生！ 1801 年，拿破仑把伏打召到巴黎，亲自授予奖章和奖金，并给
予许多优厚待遇。
在绿色新能源给我们生活带来许多变化的今天，让低碳环保理念得以充分体现的莫过于世博会上
英国馆的“蒲公英”。它是由约 6 万只纤细的透明亚克力“触须”组成，向外伸展。亚克力是纯聚甲基丙烯
酸甲酯材料，是一种人工透明材料。透明亚克力的作用是在白天将室外的光均匀地传递到室内，形成
一种梦幻效果，夜晚又将室内的光导出，既使夜景变得丰富，也不需要泛光照明，非常节电。
你能尝试利用水果设计一套环保低碳的水果电池吗？试试看！




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能 源


知识点睛

1. 一次能源和二次能源
（1）直接从自然界取得的能源称为一次能源，如原煤﹑石油﹑天然气﹑天然铀等。
（2）一次能源经过加工、转化得到的能源称为二次能源，如电力﹑蒸汽等。而其中的电力是目前使用
最方便、污染最小的一种二次能源。
2. 化学能与电能的转化
传统的化学能转化为电能是通过化石燃料的燃烧，使化学能转变为电能，即火力发电。例如，烧
煤发电是从煤中的化学能开始的一系列能量转化过程：
化学能 燃烧热能 蒸汽机械能 发电机电能
在上述能量的一系列转化过程中能量的损耗非常大，化学能转化为电能的利用率非常低，传统的
燃煤发电，能量利用率不足 30%。想要提高能量利用率，最好能跳过中间过程，将化学能直接转化为
电能。那么，如何将化学能直接转化为电能？
在上面的能量转化过程中，燃烧﹙发生氧化还原反应﹚是实施化学能转换为电能的关键。氧化还
原反应的本质是得失电子的过程，如果设计一个装置使电子能够做定向移动，那便会产生电流，就实
现了将化学能直接转化为电能。

原 电 池 原

知识点睛

1． 原电池原理

【思考】
（1）实验 1 锌片和稀 H SO 能直接发生反应，实质是什么？
2 4
实验 2 铜片为什么不能与稀硫酸发生反应？
（2）实验 3、4 中，铜片和锌片连接后插入稀硫酸中，锌片仍然会溶解，可是气泡却在铜片上冒出，
产生的是什么气体？这说明什么？ 铜片上的电子由何而来？同时电流计发生偏转，又能说明什
么问题呢？
【答案】锌与稀硫酸发生氧化还原反应，Zn+2H  Zn2++H  。实验 1：反应过程中 H+直接得到锌原
2

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子失去的电子而被还原生成 H 。实验 2：在金属活动性顺序表中，铜排在氢的后面，所以不
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能置换出 H 。实验 3、4：在金属活动顺序表中，锌比铜活泼，锌更容易失电子被氧化成 Zn2+，
2
铜片上的电子是锌失去的电子通过导线流向铜片，H+在铜片上得到电子而被还原生成氢气。

【小结】①锌片与稀硫酸直接反应时，电子是在锌和氢离子之间直接转移；
②锌片与铜片连接时，电子是沿着导线由锌片间接的向铜片附近的氢离子转移，即锌失去的
电子发生了定向移动——形成电流。

我们知道在外电路中，电流是由正极流向负极的，而且电流的方向和电子的流向相反，在上面的
装置中，电子由锌经外电路流向铜，所以在该装置中锌片为负极(有电子流出，失电子发生氧化反应
的一极)，铜片为正极(有电子流入，得电子发生还原反应的一极)。在溶液内部电解质电离出的离子做
定向移动，H+(阳离子)流向铜片(正极)，SO 2-(阴离子)流向锌片(负极)，电极、导线和电解质溶液共同
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形成了一个闭合回路。

这一过程的电极反应式可以表示为：
负极(锌片)： Zn - 2e-  Zn2 ﹙氧化反应﹚
正极(铜片)： 2H  2e-  H  ﹙还原反应﹚
2
电池总反应： Zn+2H  Zn2++H 
2
这种将化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。
最早的化学电池就是根据原电池原理制成的，化学电池的反应本质是氧化还原反应：
化学能 氧化还原反应电能
化学电源

2． 原电池的形成条件
Zn、Cu 和稀硫酸之所以能形成原电池装置，首先是 Zn 与稀硫酸能够发生自发的氧化还原反应，
若有氧化还原反应的发生，说明有电子做了定向的转移，要想实现电子移动形成电流，就必须有两个
电极（一般电极是两个活泼性不同的金属或导电的非金属），电子转移如图所示：



在这个原电池装置中，小灯泡持续发光说明电路中有持续稳定的电流，因此该电路为闭合回路；
同时也说明稀硫酸不仅仅做反应物同时还起到了导电作用，因此原电池中的溶液必须是电解质溶液。

【小结】形成原电池的条件
①能发生氧化还原反应。
②两个活泼性不同的金属（或导电的非金属）做电极。
C（石墨）经常用作惰性电极材料。
③形成闭合回路。
④电解质溶液。

【练习】某活动小组设计原电池装置，你认为设计合理的是（ ）

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【解析】看设计是否满足构成原电池的条件。由原电池的构成条件可知，A 中两个电极的活动性相同，
不能形成原电池； C 中没有形成闭合回路，不符合构成条件；D 酒精为非电解质，也不能形
成原电池。 Fe 能与 CuSO 反应．选 B 。
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【答案】 B

3． 原电池电极反应式的书写及正负极的判断
研究一个原电池，首先要学会判断原电池的正负极，学会判断电子、离子的流向，学会分析发生
的反应的实质，进而会书写电极反应式。
如果将 Cu 和 Ag 用导线连接插入 AgNO 溶液中（如右图），能否形成原电池？
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电极反应式如何书写？
负极（铜片） Cu  2e-  Cu2 （氧化反应）
正极（银片） 2Ag  2e-  2Ag（还原反应）
原电池反应： 2Ag  Cu  2Ag + Cu2+


【总结】(1)正负极判断方法
①失电子发生氧化反应的一极为负极；
得电子发生还原反应的一极为正极；
②在外电路中，电子流出的一极为负极，电子流入的一极为正极；
③通过电流方向判断：在外电路中电流从正极流向负极；
④在电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。
备注：①当两极是活泼性不同的材料时，通常较活泼金属为负
极，不活泼金属或非金属为正极；
②有时原电池反应会伴随电极质量变化，通常质量增加
的为正极，质量减少的为负极；
③通常情况下，若有一极有气体放出，则该电极往往是
正极。

(2)原电池的电极反应式和总反应式的书写方法
①首先根据电极材料以及电解质溶液确定发生的氧化还原反应。
②根据氧化还原反应判断出氧化剂（氧化剂得电子在正极发生反应）和还原剂（还原剂失电
子在负极发生反应）。
③预先写出正负极的电极反应式：
正极反应式：氧化剂 + ne- = 还原产物；
负极反应式：还原剂 -ne- = 氧化产物。
④最后根据反应的环境（尤其是电解质溶液的酸碱性），确定最终的正负极的电极反应式。
备注：①电极反应式常用“=”，不用“→”；电极反应式中若有气体生成需要加“↑”，若有析出
物一般不加“↓”。
②正负极上发生的电极反应相加消去电子可得总的原电池反应式。
③若电解质溶液的溶质为弱电解质，应写成分子形式。
【练习】①将锌棒和铜棒用导线连接，并插入到装有硝酸银的溶液中，问是否能形成原电池？若能形

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