师:好,今天我们一起复习原电池的第一课时。先来看看电池的发展史。电池已成为我们日常生活中必不可少的物品,但其漫长的发展历史可能超出你的想象。意大利化学家伏特发明了伏特电堆,这是第一块真正意义上的现代电池。基于实际使用需求,法国物理学家普兰特于1859年发明了世界上最早的实用电池——铅酸电池,由此开启了电池的应用时代。之后,随着科技发展,人们探索出多种新型电池,它们能量密度更大、体积更小,能为各种小型电子产品供电。这就是电池的发展史。接下来,看看本节课的学业要求以及核心素养。这节课的重点是原电池的构成条件、工作原理,以及应用这个原理去研究普通原电池、燃料电池还有锌铜单液原电池。
这是我们这节课的三个任务。先看任务一,这个大家比较熟悉,一起来回答。负极是什么片?
生:锌片。
师:正极呢?
生:铜片。
师:锌片发生什么反应?
生:失去两个电子。
师:电子从哪极流向哪极?
生:从负极锌片流向正极铜片。
师:离子的迁移方向呢,阴离子向哪移动?
生:向负极移动。
师:那总反应方程式呢?
生:锌和硫酸铜生成硫酸锌和铜。
师:好,咱们桌子上已经有一瓶硫酸铜溶液了,大家尝试着完成这个实验,看看有没有电流产生。
(学生进行实验操作)
师:有电流产生吧?说明形成了原电池。对于原电池,有还原剂和氧化剂,分别在负极和正极反应。从电子导体和离子导体的角度来看,电子导体中电子由哪极到哪极?
生:从负极到正极。
师:离子导体呢?
生:阴离子向负极移动。
师:来看这个题,比较简单,选啥呢?
生:选D。
师:好,简单,咱就过了。第二题做完啦,选什么?
生:选B。
师:需不需要讲?
生:不需要。
师:继续看第三个,选什么?
生:选B。
师:那我改一下条件,我现在想选A,怎么改条件就能选A了?
生:锌过量。
师:非常好。来看黑板,这是单液原电池,后面还带了两个图像。大家发现有什么特点?单液原电池好不好?
生:不是非常好。
师:为什么?看第一个电流图,有什么问题?
生:电流不稳定。
师:对,我们想要稳定的电流,所以电流不稳定不太好。再看右面那个图,这是什么图?
生:温度图。
师:说明它由什么变了呢?我们想要的是电能,所以它的能量转化率比较低。那是什么原因导致有这些弊端呢?氧化还原反应构成原电池没问题,什么原因导致这两个弊端?
生:锌和铜离子直接接触了。
师:对,原因就是锌和硫酸铜溶液直接接触了。即便不跟另外的铜片连接,锌和硫酸铜也能反应。那咱们想个办法改进一下,分开什么?用啥?
生:盐桥,用盐桥电池。
师:那它的反应跟单液原电池一样吗?
生:一样。
师:它的负极和正极反应是不是都一样?
生:对。
师:那离子是通过什么移动的?
生:盐桥。
师:盐桥里面通常是什么?
生:琼脂和氯化钾。
师:那离子怎么移动?
生:钾离子向正极移动。
师:想想盐桥的作用。
生:平衡电荷、连接形成闭合回路、隔开反应物。
师:对了,作用有两个,一是隔离开反应物,二是提供离子平衡电荷形成闭合回路。再来深入认识盐桥。使用一段时间之后,盐桥是不是得更换?补充的方式是放入什么?
生:饱和的氯化钾溶液。
师:在离子移动过程中,氯化钾会消耗,所以要补充氯化钾。再来看,之所以选择氯化钾,不选硝酸钾或硫酸钾,给出的一个原因是离子迁移速率,它们迁移速率相近,这样能同时移动。2020年全国卷给出的表格,给的就是离子迁移速率,我们要找谁呢?找迁移速率相近的,数字差不多的,找谁呀?
生:硝酸钾或者氯化钾。
师:看这三个数值是不是基本一样?那为啥不选硝酸根呀?
生:硝酸根具有强氧化性。
师:所以通常盐桥用氯化钾。再来看这个图像,找到那条红色的线了吗?看它的电流是不是很稳定?但是有什么缺点?
生:电流太小了。
师:为啥电流会小呢?
生:电子在盐桥上转移,盐桥有电阻。
师:盐桥有电阻,里面有琼脂等会产生电阻。还有没有其他原因?
生:电子通过速率太小了。
师:电子速率太小,什么原因?再往下分析一下。
生:盐桥太窄。
师:对了,盐桥太窄导致通过率低,所以电流比较小。是不是改变一下接触面积,减小电阻会更好?那换成个啥呢?
生:离子交换膜。
师:看离子交换膜的作用,一是隔离,二是平衡电荷形成闭合回路,同时它的接触面比较大。想想我们学过哪些离子交换膜?
