师：同学们，大家好。化学能可以转化为热能或光能，那能否转化为其他形式的能量呢？这节课，我们将循着前人的足迹，一起探究原电池的发展史和工作原理。我们要研究三个问题：第一，伏打电池为什么会产生电流？为获得稳定持续的电流有哪些改进？能不能获得容量大、重量轻的电池？原电池的相关内容，我们着重研究工作原理，以及常见化学电源电极反应式的书写。

　　师：把一枚铁片和一枚银币放在舌头上，当用导线将它们连接起来时，舌头会有酸苦的触电感觉。200多年前，意大利帕维亚大学的教授伏打就做了这样一个实验，他认为电流的来源是浸泡在导电溶液中的两种不同金属。1801年，伏打通过深入研究，确认不同金属在进入导电液体时会产生电流。他把一对铜片和锌片浸入盐水中，再把铜片和锌片上各接出一根导线，做成了世界上第一个电池。伏打对他发明的电池进行了改良，在许多组圆形的铜片和锌片之间加入浸有食盐水或稀硫酸的纸片来产生电流。由于将许多组伏打电池串联在一起，因此被称为伏打电堆。伏打电堆可以产生比单个伏打电池高若干倍的电压，这种装置作为第一个产生稳定持续电流的电池传遍了全世界。

　　师：请同学们思考，锌片和铜片用导线连接起来放入稀硫酸中为什么会产生电流呢？关于原电池，相信大家已经不陌生了，还记得它的工作原理吗？下面我就带大家一起回顾一下。

　　师：如果把锌电极和铜电极用导线相连，并插入盛有硫酸的烧杯中，会发现在铜电极的表面上会产生很多气泡。从微观角度来说，电子是从锌电极流出来的，经过用电器进入铜电极。此时，溶液中的氢离子向铜电极移动，氢离子在铜电极表面得到电子后变成氢气，而溶液中的硫酸根离子向锌电极移动，形成了闭合回路，从而构成原电池。

　　师：锌电极失去的电子经导线流向铜电极，铜电极上富余电子，带正电荷的氢离子向铜电极移动，获得电子生成氢气。铜电极上电子减少，锌电极就源源不断地向铜电极输入电子，构成外电路。锌失去电子生成锌离子，负极区正电荷增多，溶液中的硫酸根离子受电性作用向负极区迁移，溶液中的氢离子、硫酸根离子定向移动，构成内电路。

　　师：锌发生氧化反应，氢离子发生还原反应。总反应式为锌和氢离子生成锌离子和氢气。原电池的实质就是将自发的氧化还原反应中的氧化反应和还原反应分别在两个区域发生。可见，原电池的构成包括电极材料、电极反应、电子导体和离子导体。

　　师：伏打电池工作时，人们发现锌片表面也有气泡产生，这是为什么呢？

　　生：因为锌和硫酸直接接触发生反应，产生氢气。

　　师：能不能避免锌片上产生气泡呢？

　　生：想象一下，如果将锌片和硫酸分开，锌片上就不产生气泡了。比如，将锌片附近的硫酸全部推到另一只烧杯中，锌片放入硫酸锌溶液中，铜片放入硫酸中，锌和铜用导线连接，两溶液用盐桥连接，也可以形成原电池。

　　师：1836年，丹尼尔发明了丹尼尔电池。在丹尼尔电池中，溶液中的离子是怎样移动的呢？

　　生：从图中可以看出，负极区锌失电子阳离子增多，盐桥中的阴离子移向负极区。正极区铜离子获得电子阳离子减少，盐桥中的钾离子移向正极区，溶液中的阴阳离子定向移动构成了内电路。

　　师：科学家发现用隔膜或离子交换膜可以代替盐桥，不仅可以隔开两侧电解液，也可以让离子通过而保持电荷平衡。此时锌与硫酸不接触，不发生反应，因此能量转化率提高了。

　　师：19世纪60年代，勒克朗谢发明了第一个干电池。对比干电池和伏打电池，请问干电池的构造中二氧化锰和氯化铵有什么样的作用呢？

　　生：氯化铵是电解质，除了能够增强导电性以外，还可以补充正极上消耗的氢离子。铵根离子获得电子生成氨气和氢气。由于在密封的体系中不允许产生气体，二氧化锰可以吸收氢气生成氢氧化氧锰，失水生成三氧化二锰，负极生成的锌离子吸收氨气生成二氨合锌离子。

　　师：电极反应式怎么书写呢？

　　生：负极区锌失电子生成锌离子，正极铵根离子获得电子生成氨气和氢气，二氧化锰结合氢气生成三氧化二锰和水。正极总反应式为二氧化锰和铵根离子获得电子生成氨气、三氧化二锰和水。电池的总反应式为锌和二氧化锰和铵根离子生成二氨合锌离子、三氧化二锰和水。反应中锌失去电子发生氧化反应做负极，二氧化锰获得电子发生还原反应做正极，因此也称作锌锰干电池。

　　师：伏打将铅棒和碳棒用导线连接后放入硫酸溶液中，铅溶解，碳棒上产生氢气，构成原电池。对比伏打电池和铅蓄电池的构造有什么不同呢？

　　生：现代铅蓄电池负极是铅，正极在铅的外表附着了二氧化铅。

　　师：二氧化铅的作用是什么呢？

　　生：可能是吸收氢气。

　　师：电极反应式呢？

　　生：负极铅失去两个电子生成铅离子，正极二氧化铅获得电子和氢离子，生成铅离子和水。由于溶液中存在硫酸根，可以与生成的铅离子结合生成硫酸铅沉淀。因此负极和正极的电极反应式分别为铅失去电子结合硫酸根生成硫酸铅；二氧化铅获得电子结合氢离子、硫酸根生成硫酸铅和水。总的反应式为铅和二氧化铅和硫酸生成硫酸铅和水。由于负极和正极生成的固体硫酸铅疏松地附着在两个电极表面，当放电完毕后，可以再通过充电的形式回到原来的电极材料。阴极硫酸铅获得电子生成铅和硫酸根，发生还原反应；阳极硫酸铅失去电子和水，生成二氧化铅、氢离子和硫酸根，发生氧化反应。