第4章第1节 原电池 课件 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

电池与储能的未来 选择性必修一 第四章 第一节 原电池 2024 2019人教版高中化学 高二 选择性必修一 第四章 第一节 原电池 第1课时 新授课 1 目 录 CATALOG 01 情境引入 构建原电池的三种模型 a 单液原电池 b 双液原电池 c 隔膜原电池 原电池的未来发展方向 课堂小结 02 03 04 电动汽车产业发展的瓶颈和储能的未来 氢氧燃料电池 2 创设情境—— 储能的未来在于电池技术的发展 3 问题一 如何储存风能、太阳能等可再生能源的能量？ 风能 动能 机械能 电能 蓄电池 光能 电能 蓄电池 回顾旧知 构成原电池的必要条件 条件1:有自发氧化还原反应 条件3:电极必插入电解质溶液中 条件4:两极相连形成闭合回路 条件2：有两种活泼性不同的金属（或金属与非金属）作电极.活泼为负，不活泼为正 两极一液一回路一反应 问题二 单液原电池的工作原理是什么？ e- Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ 电极反应 负极：Zn - 2e- = Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e- = Cu 总反应 原电池的工作原理： 外电路：Zn失去e-，e-通过导线聚集在Cu片表面，溶液中Cu2+在Cu片表面得电子被还原； 内电路：电解质溶液中Cu2+和SO42-分别向正极和负极移动形成电流。 理想状态下，锌片表面会有实验现象吗？ 学生活动 实验一 锌片、铜片、硫酸铜溶液、电流表、原电池槽。 1、请组装出一个原电池装置； 2、观察锌片的变化； 3、观察并记录数字电流表读数的变化。 实验仪器和药品： 实验内容： 观察锌片表面实验现象，并注意电流表读数的变化 学生活动 小组讨论 实验现象： 原因分析： ①锌片表面变红 ②电流表开始读数很大，很快读数变小 ①锌片与CuSO4溶液接触发生了置换反应 ②部分化学能转化为了热能 如何设计实验证明化学能转化为了热能？ 利用温度传感器测量电解质溶液温度的变化 教师活动 数字实验探究 实 验 现 象 ①温度传感器数值增大 ②电流传感器开始数值很大，很快出现衰减，且电流数值不稳定。 电流传感器 温度传感器 学生活动 深入思考 （1）该原电池在工作中有何缺点？ 锌与硫酸铜溶液直接接触发生反应，化学能转化为电能效率低(部分化学能直接转化为热能),不能持续产生电流。 （2）如何对装置进行改进？ 还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Zn Cu ？ A 学生活动 深入思考 会有电流吗？ 两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。 盐桥 一种凝胶态的离子导体 解决方案 ①沟通内电路，形成闭合回路 ②提供离子，保持两溶液电中性 ③避免电极与电解质溶液直接反应，放电更持久 盐桥的作用 问题三 怎样解决单液原电池电流不稳定的问题？ 二、双液-盐桥原电池及原理 （1）盐桥：装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的琼胶(离子只出不进)。 （3）原理：一个原电池由两个半电池组成，一个发生氧化反应，一个 发生还原反应，两个半电池用盐桥连接。 负极半电池 正极半电池 （2）装置图： 教师活动 实验探究 实 验 现 象 ①温度传感器数值温度 ②电流传感器数值稳定，但电流数值较小 ③锌片表面几乎无变化 电流稳定 转化效率高 电流较小 数字传感器探究双液原电池的电流大小及稳定性以及溶液温度变化 问题四 双液原电池的优缺点是什么？ 2、提高了能量转化率（化学能→电能）； 3、有效避免了电极材料与电解质溶液直接反应,增加了原电池的使用寿命。 1、能够产生持续稳定的电流； 优点： 电流太小 缺点： 根据 思考双液原电池电流太小的原因？ 思考： 引入盐桥后内阻变大（离子运动距离长，通道窄，离子容量小） I = U R 问题五 如何增大双液原电池的电流？ 改进 增大电流呢？ 缩短盐桥的长度 增大盐桥的横截面积 用膜来代替盐桥 R= ρL S 学生实验 构建隔膜电池模型 实验仪器和药品： 两块玻璃片、铜片、锌片、隔膜纸、滤纸、CuSO4溶液、ZnSO4溶液 问题六 隔膜原电池的工作原理？ 三、隔膜原电池及原理 （1）隔膜：将电池的正负极材料隔开，防止两极接触发生短路（不同的膜形成不同的离子通道）。 （2）装置图： Cu Zn ZnSO4溶液 CuSO4溶液 交换膜 高中常见的三种离子交换膜 阳离子交换膜：只允许阳离子通过 质子交换膜：只允许H＋通过 阴离子交换膜：只允许阴离子通过 问题七 未来原电池的发展趋势 北京冬奥会的运输主力 分析氢氧燃料电池工作原理示意图 A H2 O