改进原电池
物理化学实验项目改进创新 以“原电池电动势的测定及在热力学上的应用”为例
在热力学上的应用”为例
目录
01 一、背景与意义
03 三、实验原理
02 二、实验目的与意义 04 四、实验材料与方法
目录
05 五、实验结果
07 参考内容
06 六、实验分析
内容摘要
随着科学技术的发展，物理化学实验在许多领域都具有广泛的应用。原电池 电动势是其中一个重要的物理化学参数，它反映了电池将化学能转化为电能的能 力。本次演示以“原电池电动势的测定及在热力学上的应用”为例，探讨实验项 目的改进与创新。
2、实验方法
（4）数据处理：根据实验数据，计算原电池电动势。可以绘制温度与电动势 之间的关系图，或者浓度与电动势之间的关系图等。
五、实验结果
五、实验结果
通过实验，我们获取了在不同温度和不同电解液浓度下的原电池电动势数据。 以下是部分实验数据的表格和图表：
五、实验结果
表格：不同温度下原电池电动势数据 图表：温度与电动势之间的关系图通过图表的方式展示了温度与电动势之间 的关系，可以观察到随着温度的升高，电动势呈现出一定的变化趋势。根据这些 数据，我们可以分析热力学性质对能量转化效率的影响。
谢谢观看
三、实验原理
在热力学中，原电池电动势与反应物的活度、反应温度等因素有关。通过测 定不同条件下的原电池电动势，可以研究热力学性质与能量转化效率之间的关系， 为优化能源利用提供理论支撑。
四、实验材料与方法
1、实验材料
1、实验材料
本实验所需材料包括：原电池、电解液、电极、导线、伏特表、恒温水浴、 计时器等。其中，原电池可采用酸性锌锰电池或碱性锌锰电池；电解液可根据实 验需求选择不同种类的溶液；电极选用碳棒或石墨电极；伏特表用于测量电极电 势差；恒温水浴用于控制反应温度；计时器用于记录实验时间。
4.1原电池《盐桥原电池及改进创新》教学设计2023-2024学年高二上学期化学人教版(2019)
《盐桥原电池的工作原理及改进创新》教学设计一、教学目标【知识与技能】⑴了解原电池的构造和基本工作原理；⑵能够正确书写电极反应式和电池总反应方程式；⑶了解盐桥的作用，会判断和设计简单的原电池。
【过程与方法】⑷通过实验探究活动，使学生体验化学能与电能转化的探究过程，并了解原电池的构造和工作原理；⑸通过单液原电池和u型管盐桥原电池的分析对比，学生间相互讨论交流以及教师引导，使学生具备发现问题，分析问题并解决问题的能力。
【情感态度与价值观】⑴通过分组实验与讨论，体验小组合作学习的乐趣，培养团结协作的精神；⑵通过实验探究活动，增强学生探索化学反应原理的兴趣，掌握学习和研究化学问题的方法。
二、教材分析本节内容以（必修2）第六章第一节“化学反应与能量变化”第一课时《化学反应与电能》为基础，进一步介绍原电池的组成和工作原理，通过对原电池中闭合电路形成过程的分析，引出半电池、盐桥等概念。
同时原电池的原理又为后面金属的腐蚀和防护，常见电池的原理及电解原理等重要电化学知识的学习奠定了基础。
新课程标准对原电池知识有新的要求，通过教学体验化学能与电能转化的探究过程，了解原电池的工作原理，能判断电极名称，根据题意写出电极反应式和电池总反应式。
三、学情分析知识角度，高二学生在必修1、必修2和选择性必修1中已经学习过氧化还原反应、原电池的相关知识，同时物理学中电学知识也相当丰富，学习本节内容并不陌生，难度不大。
认知角度，高二学生形象思维能力已充分发展，抽象思维能力也在迅速发展中，同时具有强烈的好奇心和求知欲，对实验探究的热情高，但抽象思维能力和探究能力还不够成熟，需要老师适时的组织和引导。
四、教学重点和难点【教学重点】进一步了解原电池的工作原理，了解u型管盐桥原电池的缺点并改进创新。
【教学难点】盐桥原电池的工作原理，u型管盐桥原电池缺点并改进创新。
五、教学策略【教学方法】以“小组实验探究式教学法”为主，贯穿“小组合作讨论法”，引导学生发现问题、分析问题、解决问题；运用学案和多媒体辅助教学。
原电池知识点系统总结
原电池知识点系统总结原电池知识点系统总结从能量转化角度看，原电池是将化学能转化为电能的装置；从化学反应角度看，原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行。
下面是小编整理的原电池知识点系统总结，欢迎来参考！1.原电池的定义电能的把化学能转变为装置叫做原电池。
2.原电池的工作原理将氧化还原反应中的还原剂失去的电子经过导线传给氧化剂，使氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行，从而形成电流。
3.构成条件两极、一液(电解质溶液)、一回路(闭合回路)、一反应(自发进行的氧化还原反应)。
4.正负极判断负极：电子流出的极为负极，发生氧化反应，一般较活泼的金属做负极正极：电子流入的极为正极，发生还原反应，一般较不活泼金属做正极判断方法：①由组成原电池的两极电极材料判断:一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
注意：Cu-Fe(Al)与浓HNO3组成的原电池以及Mg-Al与NaOH 溶液组成的原电池例外。
②根据电流方向或电子流动方向判断:电流是由正极流向负极;电子流动方向是由负极流向正极。
③根据原电池两极发生的变化来判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。
④根据现象判断：溶解的电极为负极，增重或有气泡放出的电极为正极⑤根据离子的流动方向判断：在原电池内的电解质溶液，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。
5.电子、电流、离子的移动方向电子：负极流向正极电流：正极流向负极阳离子：向正极移动阴离子：向负极移动6.电极反应式(以铜-锌原电池为例)负极(Zn)：Zn-2e-=Zn2+(氧化反应)正极(Cu)：Cu2++2e-= Cu (还原反应)总反应： Zn+ Cu2+=Zn2++ Cu7.原电池的改进普通原电池的缺点：正负极反应相互干扰;原电池的电流损耗快。
①改进办法：使正负极在两个不同的区域，让原电池的氧化剂和还原剂分开进行反应，用导体(盐桥)将两部分连接起来。
《原电池实验的深入探索——寻找自制理想电池的最优实验方案》
高中化学·人教版选修四《化学反应原理》第四章《原电池实验的深入探索》说课稿佛山市顺德区李兆基中学黎秀梅一、教材背景分析（一）教材分析本节实验课在教材中没有直接呈现，以高二年级所使用教材（人教版）选修四《化学反应原理》第四章“电化学基础”中第一节第二节知识为基础，针对原电池应用而设计的实验改进探究课。
本节实验课的内容在教材第四章的首页被指明其重要性——化学能与电能的相互转换则必须通过一定的装置。
装置设计的合理性，对于能量的转换效率至关重要。
因此，非常有必要开展这一节实验课。
同时，尽管已经接触了很多次单液原电池和双液原电池，但是并未真正从本质上理解为什么要引入双液原电池，仅仅停留在增强电池稳定性方面，而不知道U型管盐桥双液原电池的电流很小，并不具有实际应用意义。
而且，第一节第二节内容均未介绍离子交换膜在电池中的作用，恰恰这几乎是近三年全国一高考卷电池装置中均涉及到膜。
所以，通过本节课自制膜电池，可以补充教材中关于膜实验的空白。
（二）学情分析高二学生已掌握简单原电池的工作原理，具备初步设计简单实验的能力，但是对实际生活中带膜的化学电源、电解池、工业生产问题缺乏知识迁移能力，也就是缺乏科学创新思维和实验综合分析能力以及从宏观实验到微观探析的推理能力。
因此，本节课对学生思维能力的培养非常有必要。
（三）教评目标●教学目标：①通过对原电池实验的创新改进，加深对与原电池工作原理的认识，提高学生的设计实验能力和创新能力，发展科学探究与创新意识核心素养。
②利用数字化实验仪器，将微观发生的反应可视化，结合数据曲线，初步形成分析推理、对比归纳能力，发展宏观辨识与微观探析核心素养。
③通过探究原电池如何提供稳定持续电流的过程，了解科学探究的步骤和方法。
在自主探究与交流互动中，培养求真务实，勇于探索的科学态度。
●评价目标：①通过对原电池工作原理的微观本质的讨论和点评，诊断并发展学生对原电池本质的认识水平（物质水平、微粒水平）。
提高原电池能量转换效率有效方法
《大学化学先修课》课程小论文第十章小论文题目：提高原电池能量转换效率有效方法xxxxxxxxxxxxx摘要：提高原电池能量转换效率有效方法之一是利用盐桥，保持电中性就是化学原电池的盐桥起到电荷“桥梁”的作用，保持两边的电荷平衡以防止两边因为电荷不平衡（一边失去电子，一边得到电子造成的）而阻碍氧化还原反应的进行。
实验证明，对于双液锌铜原电池，使用盐桥后原电池的能量转化率可提高很多。
关键词：原电池能量转换效率盐桥双液原电池正文：课堂上，曾经讲过提高原电池能量转换效率有效方法之一是利用盐桥，盐桥常出现在原电池中，通常是由琼脂和饱和氯化钾或饱和硝酸钾溶液构成的。
用来在两种溶液中转移离子。
[1]盐桥作用的基本原理是：由于盐桥中电解质的浓度很高，两个新界面上的扩散作用主要来自盐桥，故两个新界面上产生的液接电位稳定。
又由于盐桥中正负离子的迁移速度差不多相等，故两个新界面上产生的液接电位方向相反、数值几乎相等，从而使液接电位减至最小以至接近消除。
盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路，盐桥既可沟通两方溶液，又能阻止反应物的直接接触，可使由它连接的两溶液保持电中性。
导线的作用是传递电子，沟通外电路。
而盐桥的作用则是沟通内电路，保持电中性就是化学原电池的盐桥起到电荷“桥梁”的作用，保持两边的电荷平衡以防止两边因为电荷不平衡（一边失去电子，一边得到电子造成的）而阻碍氧化还原反应的进行。
[2]带有盐桥的原电池中负极没有和反应物溶液直接接触，二者不会直接发生置换反应，化学能不会转化为热能，几乎全部转化为电能；而没有盐桥的原电池中的负极与反应物溶液直接接触，两者会发生置换反应，电子直接从还原剂转移给氧化剂，就没有电子通过外电路的定向移动，即没有形成电流，部分化学能转化为热能，化学能不可能全部转化为电能。
[3]实验证明，对于双液锌铜原电池，使用盐桥后原电池的能量转化率高达90.76%[4]采用双液原电池是提高能量转换效率的有效办法。
原电池实验改进
宿迁市1号实验
一、问题的提出
苏教版化学2上给出的铜锌原电池装置作为一 个演示实验却存在一些不足： 1．该装置需要稀硫酸较多，不符合绿色化学 思想。 2．用该装置实验往往铜片和锌片同时有气泡 产生，甚至锌片产生的气泡比铜片还多。演示 实验本来是为理论知识的学习服务，在学生还 没有掌握原电池原理的情况下，显然不符合学 生的认知规律。
实验现象更加明显。
谢谢！Βιβλιοθήκη 二、实验改进1．用U型管代替教材上的装置节约硫酸用量。
2．铜丝代替铜片现象更明显。
3．在锌片表面涂凡士林消除锌极上的气泡。
4．用鳄鱼夹直接连接铜丝和锌片可减小电阻。
教 材 装 置
改 进 后 装 置
三、装置优点
1.装置简单，药品用量少、铜丝上产生气泡现
象明显。 2.装置小巧，可做分组实验，产生的臭味几乎 没有。 3.用鳄鱼夹直接连接铜丝和锌片，减小电阻使
原电池演示实验装置改进
【提出问题】在人教版《普通高中课程标准实验教科书·化学2》“化学能与电能”中学习了原电池的原理，我们认识了电池的实质，同学们能否自己动手，运用生活中的材料制作简易电池，如何制作呢？又如何检验原电池是否正常工作？如果根据实践活动“利用水果如苹果、柠檬或番茄等制作原电池”。
那么, 如何才能做成一个效果较好的水果电池呢? 影响水果电池的电流的因素究竟有哪些呢?【探究目的】1. 巩固原电池的原理及形成形成;2. 认识影响水果电池产生电流大小的因素;3. 形成多角度思考问题的习惯;4. 加强化学与生活的联系。
【实验设计方案】1. 实验思路水果中含有大量糖类、蛋白质、生物酸等物质, 其中的生物酸起到电解质的作用。
许多水果(如番茄)的汁液显酸性,若在这些水果里平行地插入铜片和锌片即可形成原电池。
理科教材中的探究活动通常将两个半熟的番茄相连,再用铜片和锌片作电极,构成原电池,同时使用检流计来检验原电池，该实验在理论上是可行的,但实际操作过程中往往收不到理想的效果。
原因在于通过此种方式形成的电路中,电压太小,电阻却较大,即便是灵敏电流计在很多时候也很难测出如此微小的电流。
故而本实验利用音乐贺卡和发光二级管来检验原电池是否正常工作，同时探究水果电池所产生的电流大小与电压与水果电池个数，电极材料及电极之间的关系。
2．实验原理运用生活中常见的水果作为电解质，用两种极性不同的金属，铜片和锌片做为电极，锌片做负极，铜做正极，运用检流表，电压表，发光二级管以及音乐贺卡来检验原电池是否正常工作，以及电流、电压大小。
原电池是将一个能自发进行的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分别在原电池的负极和正极上发生，从而在外电路中产生电流。
水果电池是利用两种金属片的电化学活性是不一样的，其中更=较活泼的金属片能置换出水果中的酸性物质的氢离子，这样，从理论上来说电流大小直接和果酸浓度相关，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
本实验所设计原电池正负极反应如下：铜锌原电池电池反应方程式：Zn+2H+=Zn2++H2负极(Zn)：Zn-2e-＝Zn2+正极(Cu）：2H+＋2e-＝H2锌电极失去电子，从导线经过电流表到达铜表面，电流表指针发生偏转，电流方向与电子转移的方向相反。
原电池产生的电功
原电池产生的电功
受使用的时间、使用方式和环境的影响，原电池的电功是一个可以改变的量。
当不能改变
环境影响时，使用方式和用时是改善原电池电功的最有效的方法。
下面就来谈谈如何改善：
首先，要注意的是使用时应尽量减少放电幅度，尽量保持在40%-80%的电量，尽量不要放
电低于10%。
这样可以有效减少电池的耗电量，预防休息状态下惯性放电，减少电池放电
终止时的浪费。
其次，应尽量避免滥用电池，特别是要避免长期高量级的连续放电。
当电池的充电比较频
繁的时候，也会对电池的电功产生影响，所以应尽量不要频繁充电和放电。
再次，定期清理电池耗电件和检查电路，清除舱外杂物和污垢，这有利于降低电池在使用
过程中的耗电率，避免电池无意引起的信号叠加和短路，减少因设备故障而造成的不必要
浪费。
最后，合理安置电池，尽量避免高温和直射阳光，这两种环境诱发的高温会提高电池耗电量，影响电功的正常使用，所以要注意安置的位置。
通过以上的几点建议，可以较好地改善原电池的电功，使用更长久、更有效率。
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Cu
内 电 路
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
A
Zn
Zn Cu
A
盐桥
Cu
CuSO4
【思考】改进后的原电池装置有什么优点？
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
【结论1】改进后的原电池装置，工作时具有 更高的能量转换率，电流更稳定
A
Zn Zn Cu 改进
CuSO4
A
盐桥
Cu
ZnSO4溶液 CuSO4溶液
【结论2】改进后的原电池装置断路时，化学能不 【思考】改进后的原电池装置还有什么优点？ 会自动释放
锌片表面析出铜 电流表偏转
电流表偏转更大
外电路
Zn 2+ Zn －
e－ e
－ Cl － K － Cl－ K Cl K + +Cl K + +K +－ K Cl － Cl + － － ClK ClK + + － + K KCl Cl － + K － Cl Cl K － + +
SO42－
SO4
Cu2+ 2－
依据氧化还原反应： 2Ag＋(aq)＋Cu(s) = Cu2＋(aq)＋2Ag(s) 电流计 设计的原电池如图所示。 A
请回答下列问题： (1)电极X的材料是 Cu ； 电解质溶液Y是 AgNO3 ； CuSO4 Y 正 (2)银电极为电池的 极， 溶液 ++e- =Ag Ag 发生的电极反应为 ； -=Cu2+ Cu-2e X电极上发生的电极反应为 ； (3)外电路中的电子是从Cu电极流向 Ag电极
Cu2++2e－=Cu
Zn2+
Zn
Cu2+
Cu2+
负极
Cu -
Cu
CuSO4溶液
正极
解决问题
怎样改进才能避免锌电极上产生铜？
A
Zn
电解质溶液 A
Cu
改进 Zn Cu
CuSO4
ZnSO4溶液 CuSO4溶液
？
实验验证
【温馨提示】
1.观察锌片、铜片、电流表的变化并如实记录；
2.相比之前的原电池，问题有没有解决？ 改进前现象 改进后现象 表面无铜析出
X
盐桥
Ag
某原电池装置如右图所示。下列有关叙述正 确的是 A．Fe作正极，发生氧化反应 B．负极反应： 2H+ + 2e－＝H2↑ C．工作一段时间后，NaCl溶液中c(Cl－)增大 D．工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不 变
作业
• 课后练习P73. 3，6
盐桥的作用： (1)传递离子，使整个装置构成通路。 (2)平衡电荷，保持溶液保持电中性。
改进后的优点：
(1)在不改变反应原理的情况下，具有更高 的能量转换率，电流比较稳定 (2)原电池装置断路时，化学能不会自动释放
总结
实际应用
浆 层 纸
绝缘环，用塑料制成。能防止电池的正 负极之间因为有灰尘进入或意外短路而 漏电，能延长电池的使用时间
改进原电池
想一想 下列哪些装置能形成原电池？ C
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A
A
Zn
Zn
Zn
Cu
Zn
Cu
硫酸铜
A
Zn
酒精
硫酸铜溶液
B
Cu
C
CuSO4
E
A
Zn Cu
实验验证
【温馨提示】
1.观察锌片、铜片、电流表的变化 并如实记录； 2.实验结束后请及时将电极从电解 质溶液中取出。
硫酸铜
【思考实验】你预计有哪些现象？
预期现象 锌片溶解 铜片上有铜析出 电流表指针偏转 实验现象 锌片上也有铜析出 铜片上有铜析出 电流表指针偏转
发现 问题
ZnHale Waihona Puke 上有铜产生1.能量转换率低
Zn含杂质，自身与硫酸铜构成原电 池，Cu2+在Zn表面得到部分电子 铜不断覆盖了锌片 2.电流衰减
断路情况下
3.负极损耗
锌与硫酸铜直接接触
Zn－2e－=Zn2+