1.2.1 原电池的工作原理 课件 2023-2024学年高二上学期化学苏教版（2019）选择性必修1

专题1 化学反应与能量变化 第二单元 化学能与电能的转化 原电池的工作原理 小杨老师 15521324728 ［课标要求］ 1.从氧化还原反应的角度认识原电池的工作原理，能设计简单的原电池。 2.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。了解原电池及常见化学电源的工作原理。 2024版高考总复习 3 1．了解原电池的构成及工作原理。 2．能书写简单的原电池电极反应式和电池反应式。 3．能根据氧化还原反应设计简单的原电池。 【学习目标】 化学能与电能的相互转化，是能量转化的重要形式之一。 碱性干电池 充电宝（锂电池） 电解水实验装置 电镀产品 Cu Zn - - - Zn2+ H+ H+ 电极名称：负极 电极反应式： 2H++2e－=H2↑ 反应类型：氧化反应 反应类型：还原反应 阳离子 阴离子 SO42- 原电池总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 外电路 内电路 e－ 电极反应式： Zn－2e=Zn2+ 电极名称：正极 阴离子 负极 阳离子 正极 电子流向： 负极 沿导线 正极 原电池的工作原理 化学能转化为电能的装置 6 原电池的构成条件： 3、形成闭合回路 4、氧化还原反应能自发进行 2、两电极插入电解质溶液中 1、两种活泼性不同的金属(或另一种为非金属导体)构成电极 原电池 原电池的工作原理 K Ca Na　Mg　Al　Zn　Fe Sn Pb　(H)　Cu　Hg Ag Pt　Au 特例：1、Mg-Al-NaOH溶液电池 负极：Al 正极：Mg 2、Cu-Fe-浓HNO3溶液电池 负极：Cu 正极：Fe 1、下列装置中，能构成原电池的是 随堂演练　知识落实 √ 2．下列化学反应中，不能设计为原电池的是(　　) A．Zn＋CuSO4=ZnSO4＋Cu B．Fe＋H2SO4(稀)=FeSO4＋H2↑ C．CuO＋H2SO4(稀)=CuSO4＋H2O D．Cu＋2AgNO3=2Ag＋Cu(NO3)2 能设计成原电池的化学反应必须是氧化还原反应 C 实验探究 【实验1】1.0mol·L-1的CuSO4溶液30mL，加适量锌粉，用温度计测量溶液的温度。 实验现象： 实验结论： 能量变化的主要形式： 溶液的温度升高，溶液蓝色变浅 Zn与CuSO4溶液反应放热 Zn(s)+CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)+Cu(s) Δ H<0 化学能→热能 【实验2】向两只烧杯中分别加入30mL 1.0mol·L-1的CuSO4溶液和30mL 1.0mol·L-1的ZnSO4溶液，将连接导线和电流计的锌片和铜片分别插入ZnSO4溶液和CuSO4溶液中，将盐桥插入两只烧杯的电解质溶液中，观察实验现象。 取出盐桥，观察实验现象。 实验现象： 实验结论： 能量变化的主要形式： 【实验2】向两只烧杯中分别加入30mL 1.0mol·L-1的CuSO4溶液和30mL 1.0mol·L-1的ZnSO4溶液，将连接导线和电流计的锌片和铜片分别插入ZnSO4溶液和CuSO4溶液中，将盐桥插入两只烧杯的电解质溶液中，观察实验现象。 取出盐桥，观察实验现象。 实验现象： 实验结论： 能量变化的主要形式： 插入盐桥，电流计指针发生偏转。 取出盐桥，指针不发生偏转。 Zn与CuSO4溶液反应产生了电流。 化学能→电能 现象 锌片 ，铜片上 ，电流表指针发生____ 微观探析 在硫酸锌溶液中，负极一端的 失去电子形成 进入溶液 在硫酸铜溶液中，正极一端的 获得电子变成 沉积在铜片上 实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥) 逐渐溶解 有红色物质生成 偏转 Zn Zn2＋ Cu2＋ Cu 工作原理，电 极反应式 负极：________________( 反应) 正极：________________( 反应) 总反应：_____________________ Zn－2e－=Zn2＋ 氧化 Cu2＋＋2e－=Cu 还原 Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu 电子或离子 移动方向 电子： 极经导线流向 极 盐桥： 移向ZnSO4溶液， 移向CuSO4溶液 负 正 Cl- K＋ 氧化反应 Zn-2e=Zn2+ 铜锌原电池 电解质溶液 失e，沿导线传递，有电流产生 还原反应 Cu2++2e- =Cu 阴离子 阳离子 总反应： 负极 正极 Cu2++2e- =Cu Zn-2e- =Zn2+ Zn+Cu2+=Zn2++Cu 电极反应 正极： 负极： （氧化反应） （还原反应） 阳离子 一、原电池的工作原理 外电路 内电路 铜锌原电池的工作原理 盐桥的作用： ①将两个半电池隔开，提高电池效率。 ②连接两个半电池，保持溶液的电中性， 形成闭合回路。 原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物 的氧化还原能力。 原电池模型建构 模型转换 离子交换膜 单液电池 图1 单液Zn-Cu原电池装置 图2单液Zn-Cu原电池电流曲线 图3单液Zn-Cu原电池温度曲线 图2和图3说明单液Zn-Cu原电池存在什么弊端？原因是什么？ 部分能量转化为热能，电能转化率低 电流衰减，不稳定 原因：Zn与电解质CuSO4直接接触 双液电池-盐桥 负极：Zn-2e－=Zn2+ 正极：Cu2++2e－=Cu 总反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu 盐桥的作用是 ①隔离Zn和CuSO4溶液，避免直接反应 ②提供离子迁移通道，平衡电荷，形成闭合回路 盐桥成分：琼胶、饱和KCl溶液 Zn-2e－=Zn2+ Cl－ Cu2++2e－=Cu K+ （1）盐桥中琼胶的作用：控制离子流速，防止过早失效。 （2）用饱和氯化钾的原因：K+和Cl－迁移速率接近，且不发生化学反应。 （3）盐桥使用一段时间需要更换，恢复的方式是放入饱和氯化钾溶液中。 对盐桥的深入认识 双液电池-盐桥 特点：带盐桥的双液锌铜原电池电流稳定，但明显小于单液电池 分析下图，带盐桥的双液电池电流有何特点？造成的原因是什么？ 原因：在于盐桥通道狭小限制了离子的通过率、加之琼胶的影响，进一步增大了盐桥的电阻。 图4单/双液Zn-Cu原电池电流曲线 课堂练习 1．铜—锌原电池工作时，下列叙述正确的是(　　) A．正极反应为Zn-2e-=Zn2+ B．电池反应为Zn+Cu2+=Zn2++Cu C．在外电路中，电子从正极流向负极 D．盐桥中的K+移向ZnSO4溶液 答案：B 解析：Zn为负极，A项错；在外电路中电子从负极流向正极，C项错；盐桥中的K+应移向正极所在的CuSO4溶液，D项错。 负极 正极 根据离子反应Cu2++Fe=Cu+Fe2+设计一个原电池。 （1）写出原电池的电极反应式 （2）画出原电池构造示意图，指出正负极。 负极： 正极： 实验探究 Fe-2e-=Fe2+ Cu2++2e-=Cu Fe Cu FeSO4溶液 CuSO4溶液 负极 正极 设计原电池的步骤 （1）用双线桥分析氧化还原反应的电子转移方向和数目； （2）分别写出正、负极的电极反应式； （3）根据电极反应式确定半电池的电极材料和电解质溶液： 电极材料：一般活泼金属作负极，不活泼金属（或非金属导体）作正极； 电解质溶液：负极电解液一般是负极金属对应的阳离子的溶液；正极电解液一般是氧化剂对应的电解质溶液。 3．有一纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的反应方程式为Zn＋Ag2O＋H2O==2Ag＋Zn(OH)2。 (1)Zn发生 反应，是______极，电极反应式是____________________________。 (2)Ag2O发生________反应，是______极，电极反应式是______________。 答案：（1）氧化 负 Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2 （2）还原 正 Ag2O＋2e－＋H2O=2Ag＋2OH－ 4．选择合适的电极材料和电解质溶液，将氧化还原反应2FeCl3+Cu=CuCl2+2FeCl2设计成原电池，要求写出正负极反应式，并画出带盐桥的装置图，并在装置图上标明正负极材料和电解质溶液。 答案：负极反应式：Cu-2e-=Cu2+ 正极反应式：2Fe3++2e-=2Fe2+ 5．如图所示进行实验,下列说法不正确的是(　　) A．装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生 B．甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能 C．装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计,可观察到电流计指针发生偏转 D．装置乙中负极的电极反应式：Zn-2e-=Zn2+ 答案：B 解析：A项，装置甲的锌片与稀硫酸反应生成氢气，装置乙的锌、铜和稀硫酸构成原电池，在铜片产生气泡，正确；B项，甲装置把化学能转化为热能，乙装置把化学能转化为电能，不正确；C项，装置乙形成原电池，正确；D项，装置乙形成原电池,锌为负极,电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正确。 Lavf57.4.100 $$