原电池的发明.docx

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原电池的发明

原电池的发明

　　说起原电池的发明，有一段有趣的故事。

1786年，著名的意大利医师、生物学家伽伐尼，偶然发现挂在窗前铁栅栏的铜钩上的青蛙腿肌肉，每当碰到铁栅栏就猛烈地收缩一次。

这偶然的现象并没有被伽伐尼放过，经不懈的探索和思考，第一个提出了“动物电”的见解。

他认为：

青蛙神经和肌肉是两种不同的组织，带有相反电荷，所以两者存在着电位差，一旦用导电材料将两者接通，就有电流通过，铁栅栏和铜钩在此接通了电路，于是有电流产生，由于有动物电流的刺激，蛙腿肌肉发生收缩。

　　“动物电”的发现引起了意大利物理学家伏打的极大兴趣，他在多次重复伽伐尼的“动物电”实验时，发现实验成败的关键在于其中的两种金属--铁和铜，若把钩着蛙腿的铜钩换成铁钩，肌肉就不会收缩。

他认为"动物电"的实质是金属属性不同造成的，不同金属带有不同的电量，它们之间必然存在电位差，若有导线在中间连接，就会产生电流，蛙腿的收缩正是这种原因产生的电流刺激的结果。

　　伏打经过反复实验，深入钻研，1799年第一个人造电源--伏打电池（伏打曾叫它伽伐尼电池）问世。

原 即原始的意思, 即最早的电池

电池的历史

电池历史

引言

电池的发明已经有二百多年的历史了，电池与我们的生活可以说是密不可分。

但是你知道电池的发展史吗？

你知道电池的工作原理吗？

你知道金属的腐蚀与电池有关吗？

你知道废电池的危害吗？

你知道……？

欢迎畅游电池世界，来探索有关电池的奥秘吧！

您今天所知道的电池其实是几千年来前人的智慧和研究的结晶！

在古代，人类有可能已经不断地在研究和测试“电”这种东西了。

一个被认为有数千年历史的粘土瓶在1932年于伊拉克的巴格达附近被发现。

它有一根插在铜制圆筒里的铁条－可能是用来储存静电用的，然而瓶子的秘密可能永远无法被揭晓。

古希腊

不管制造这个粘土瓶的祖先是否知道有关静电的事情，但可以确定的是古希腊人绝对知道。

他们晓得如果磨擦一块琥珀，它就能吸引轻的物体。

而亚里斯多德也知道有磁石这种东西，它是一种具有強大磁力能吸引铁和金属的矿石。

图为伊拉克巴格达-粘土瓶

巴格达粘土瓶部结构图如下：

伽伐尼（Galvani,L.1737-1798）　　

1780年，意大利的医学家伽伐尼在偶然的情况下，以铜制的解剖刀碰触到置于铁盘內的青蛙，发现其立刻产生抽搐现象，因而认为有微电流流过，他主是生物本身內在的自发电流。

被认为是提出了原电池的雏形。

伽伐尼因研究动物电，发现电可使肌肉及神经活动，他并认为脑是分泌“电液”的器官，而神经则是连接“电液”和肌肉的导体，他的研究开启了19世纪电流生理学的发展，今天医学上的电疗法、心电图等研究，都发源于此。

为了纪念他的贡献，在英文里把检流计称为galvanometer，金属镀锌的程序称为galvanizing。

著名“青蛙”试验原理图如下：

伏打（Volta,A.1745-1827）

意大利物理学家伏打就多次重复了伽伐尼的实验。

作为物理学家，他的注意点主要集中在那两根金属上，而不在青蛙的神经上。

对于伽伐尼发现的蛙腿抽搐的现象，他想这可能与电有关，但是他认为青蛙的肌肉和神经中是不存在电的，他推想电的流动可能是由两种不同的金属相互接触产生的，与金属是否接触活动的或死的动物无关。

实验证明，只要在两种金属片中间隔以用盐水或碱水浸过的（甚至只要是湿的）硬纸、麻布、皮革或其它海绵状的东西（他认为这是使实验成功所必须的），并用金属线把两个金属片连接起来，不管有没有青蛙的肌肉，都会有电流通过。

这就说明电并不是从蛙的组织中产生的，蛙腿的作用只不过相当于一个非常灵敏的验电器而已。

下左图是伏打（Volta）所自制的干式电池单元。

很多个单元串接一堆后便形成所谓的伏打堆（如下右图）

例如，他把许多对（４０对、６０对）圆形的铜片和锌片相间地叠起来，每一对铜锌片之间放上一块用盐水侵湿的麻布片。

这时只要用两条金属线各与顶面上的锌片和底面上的铜片焊接起来，则两金属端点就会产生几伏的电压。

如果把铜片换成银片，则效果更好。

金属片对数越多。

电力越强。

这样产生的电流不仅相当强，而且非常稳定，可供人们研究和利用。

后来人们对伏打发明的这种电源装置叫做“伏打电堆”。

１８００年，伏打给英国皇家学会写信，报告了他的电堆试验。

从此以后，电学的研究便活跃起来了。

图为伏打电池（也称原电池）示意图。

戴维（SirHumphreyDavy）

1813年，戴维爵士（SirHumphreyDavy）在不列颠皇家会馆（Britain‘sRoyalSociety）的地窖里组装了一个巨大的电池。

它是由2,000对金属盘所组成，占地889平方呎。

这个电池是戴维用来实验用的。

经由电解作用，他把天然的钠和钾混合物分离以萃取纯的钠和钾金属。

这是一个危险的实验，因为这两种物质接触到水都会爆炸，必须被浸在煤油或其它碳氢化合物液体中。

    戴维的工作不仅只是在地窖里玩玩这些危险的化学物质而已。

这类的实验是非常重要的，因为它们引导人类更进一步了解电的特性－关于元素如何透过電的吸引力而结合成一般自然化合物。

    继戴维的电池实验之后，法拉第（MichaelFaraday）使用伏特电池进行“电”和“磁力”的重要实验。

他发现当电线通电时，在平行的电线上会产生磁场，因而产生了第一颗电磁石。

    法拉第继续坚持他的研究。

在1831年，他证实了移动的磁石在靠近电线时会产生电，因而诞生了发电机。

１８３６年丹尼尔  

 而于电池的演变进程中，一个重要性的发展则是丹尼尔Daniell以一锌负极浸于稀酸电解质与铜正极浸于硫酸铜溶液所形成的丹尼尔Daniell电池。

这样的设计改善了原本电池电流过减的缺点，增进了连续放电时的性能。

左图为没加盐桥时的示意图，右图为加入盐桥时的示意图（丹尼尔电池）。

雷克兰士（GeorgeLeclanche）　 

 1860年，法国的雷克兰士（GeorgeLeclanche）发明了世界广受使用的电池（碳锌电池）的前身。

它的负极是锌和汞的合金棒（锌－伏特原型电池的负极，经证明是作为负极材料的最佳金属之一），而它的正极是以一个多孔的杯子盛裝着碾碎的二氧化锰和碳的混合物。

在此混合物中插有一根碳棒作为电流收集器。

负极棒和正极杯都被浸在作为电解液的氯化铵溶液中。

此系统被称为「湿电池」。

雷克兰士制造的电池虽然简陋但却便宜，所以一直到1880年才被改进的「干电池」取代。

负极被改进成锌罐（即电池的外壳），电解液变为糊状而非液体，基本上这就是现在我们所熟知的碳锌电池。

第四节原电池原理及其应用教案

天津红桥区教研室秉从

教学目的

1.使学生理解原电池原理

2.常识性介绍日常生活中常用的化学电源和新型化学电池

3.使学生了解金属的电化学腐蚀

教学重点：

原电池原理

教学难点：

金属的电化学腐蚀

教学方法：

实验探究法

教学用品：

铁丝、铜丝、锌片、铜片、稀硫酸、导线、烧杯、电流计

教学过程

第一课时

［引言］前几节我们学习了有关金属的知识，了解了铁和铜的性质。

铁是比较活泼的金属，能溶于稀硫酸，铜是不活泼金属，不溶于稀硫酸。

如果我们把铁和铜连接在一起，同时放到稀硫酸中，会发生什么现象呢？

下面我们做这个实验。

［学生实验］

［提问］大家看到了什么现象？

［讲述］把铁丝和铜丝的上端连接在一起，放入稀硫酸中，在金属丝中有电子流动，构成一个小电池，我们叫它原电池。

下面我们就来研究原电池的原理及其应用。

［板书］第四节 原电池原理及其应用

一、原电池

［学生实验］用锌片、铜片、稀硫酸按下列要求做实验。

［投影］

实验步骤

现  象

1.锌片插入稀硫酸

2.铜片插入稀硫酸

3.锌片和铜片上端连接在一起插入稀硫酸

4.锌片和铜片之间连电流表

5.用干电池判断电流方向

［设疑］

1.锌片和铜片分别插入稀硫酸有什么现象发生？

2.锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，铜片上为什么有气泡产生？

3.锌片的质量有无变化？

溶液中c（H+）如何变化？

4.写出锌片和铜片上变化的离子方程式。

5.电子流动的方向如何？

［学生讨论］

［板书］   锌片 Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）

           铜片 2H++ 2e-=H2↑（还原反应）

          电子由锌片经导线流向铜片

［讲述］我们知道，物质发生反应时，常伴有化学能与热能、光能等的相互转化。

例如，镁条在空气中燃烧的化学反应，伴有放热、发光等现象。

这说明化学能转变为热能和光能。

那么，我们做的这个实验是化学能转变为哪种能呢？

［学生回答］

［教师总结］这种化学能转变为电能的装置叫做原电池。

［板书］原电池的定义：

化学能转变为电能的装置。

［讲述］这一现象早在1799年被意大利的物理学家伏打捕捉到并加以研究，发明了世界上第一个电池──伏打电池，即原电池。

［观看计算机软件］模拟原电池两极的氧化还原反应

［投影］（学生填写下表）

电极

电极材料

电极反应

反应类型

得失电子的粒子

电子流动方向

负极

锌片

Zn-2e-=Zn2+

氧化反应

Zn原子

Zn片→Cu片

正极

铜片

2H++2e-=H2↑

还原反应

H+离子

［引导思考］原电池的两极材料如何选择呢？

［讨论］

［学生精读］

［投影］

电极

电极材料

反应类型

电子流动方向

负极

还原性较强的金属

氧化反应

负极向外电路提供电子

正极

还原性较弱的金属

还原反应

正极从外电路得到电子

［讲述］下面我们再做几个实验共同探讨一下原电池的组成条件和原理。

［投影］

［设疑］ 1.哪种装置可以形成原电池？

         2.指出正、负极溶液上各发生什么变化？

         3.电子的流动方向如何？

［学生讨论］（A、B、C可形成原电池）

［讨论］通过以上做的几个实验，总结一下组成原电池的条件及原理。

（学生发言后小结）

［板书］ 1.组成原电池的条件

①有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极

②电极材料均插入电解质溶液中

③两极相连形成闭合电路

2.原电池的原理：

较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）流向较不活泼的金属（正极）。

［设计实验］有锌片、铜片、橘子、pH试纸、电流表，请同学们推断一下能否组成原电池，并亲手设计一个原电池。

［讲述］通过这个实验，同学们知道了用橘汁作电解液也可以组成原电池。

我们回家也可以用其他金属、水果、液体再试一试，把两个极板的另一端通过导线接触耳机的两极，仔细听听有什么声音，并想想说明什么问题？

［练习］X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y为电池的负极。

X、Y、Z三种金属的活动性顺序为（）。

AX＞Y＞Z　BX＞Z＞Y　CY＞X＞Z　DY＞Z＞X

［小结］按板书的容，归纳本书的容和要点

［作业］课本习题一、1、3、4，二、1、2、3

［预习］1本节“二、化学电源”、“三、金属的电化学腐蚀”

2.回家搜集废干电池并拆开，弄清它的构造及原理。

第二课时

［提问复习］组成原电池的条件是什么？

［引言］人们应用原电池原理，制作了多种电池，如干电池、蓄电池、充电电池、高能电池等，以满足不同的需要。

请同学们说说你所知道的电池的用途。

［投影］教材图4-24（学生分别述说电池的用途）

［板书］二、化学电源

1.干电池

2.铅蓄电池

［展示］干电池和铅蓄电池实物。

（由学生和教师分别讲述这两种电池的构造和用途）

［阅读］课本中3锂电池4新型燃料电池（由学生自学完成）

［板书］3.锂电池

4.新型燃料电池：

氢氧燃料电池、铝、空气燃料电池

［讲述］生活经验告诉我们，有些金属制品在使用一段时间以后，会失去表面的光泽，严重的会变得锈迹斑斑影响使用，尤其是钢铁制品，在潮湿的空气里，很容易生锈，这实际上是一种被叫做金属腐蚀的现象。

下一个问题，我们就要研究一下这个现象。

［板书］三、金属的腐蚀       M-ne-=Mn+

［阅读］学生在教师指导下阅读教材相关容

［投影］阅读要点：

1.什么是金属的腐蚀？

举例说明。

2.金属腐蚀的本质是什么？

3.由于金属接触的介质不同，一般金属的腐蚀可分为几种？

各是什么？

4.什么是化学腐蚀？

举例说明。

5.什么是电化学腐蚀？

6.在潮湿的空气里，钢铁制品的表面为什么会形成无数微小的原电池？

正、负极各是什么？

（学生讨论）

［讲述］在这些微小的原电池里，做负极的铁失去电子被氧化，钢铁表面的水吸收氧气得电子生成OH-，这样钢铁制品被慢慢腐蚀。

［板书］1.化学腐蚀

2.电化学腐蚀

钢铁在潮湿空气里腐蚀   负极：

Fe-2e-=Fe2+

                       正极：

2H2O+O2+4e-=4OH-

［小结投影］

化学腐蚀和电化学腐蚀的比较 

化学腐蚀

电化学腐蚀

条件

金属跟氧化剂直接接触

不纯金属或合金跟电解质溶液接触

现象

无电流产生

有微弱电流产生

本质

金属被氧化的过程

较活泼的金属被氧化的过程

相互关系

化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生

［讲述］金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能等方面都将发生变化，会使机器设备、仪器、仪表的精密度和灵敏度降低，影响使用以至报废，甚至发生严重事故。

据估计，每年由于腐蚀而直接损耗的金属材料，约占金属年产量的10%。

因此防止金属腐蚀有很重要的意义。

金属的防护方法有多种，同学们在课下已做了充分的准备，下面请各组派代表发言。

［讨论发言］

［讲述］（教师最后总结。

）

［练习］1.表面镀有保护金属层的铁片，当镀层有破损时比普通铁片更易腐蚀的是（）。

A.白铁（镀锌铁）   B.马口铁（镀锡铁）

C.镀镍铁            D.镀铜铁

2.下图各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是

A.④＞②＞①＞③     B②＞①＞③＞④

C.④＞②＞③＞①     D.③＞②＞④＞①

3.通常在轮船的尾部和在船壳的水线以下部分，装有一定数量的锌块，请解释原因。

［作业］课本习题一、2，二、4、5，三、1、2