4.1.1原电池的工作原理 课件 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 第一课时 原电池的工作原理 1 学习目标 通过原电池实验，认识电极反应、电极材料、离子导体、电子导体是电池构成的四个基本要素，能设计简单的原电池。 在分析锌铜原电池的过程中，逐渐建立原电池的系统分析思路;能根据电极反应、电流方向或离子的移动方向判断原电池的正极和负极，正确书写电极反应式。 知识回顾：判断下列装置哪些属于原电池？为什么？ H2SO4 Zn Zn （1） 石墨 石墨 H2SO4 （2） H2SO4 Zn 石墨 （3） Zn Cu H2SO4 （4） CuSO4 Zn Cu （5） C2H5OH Zn Cu （6） Zn Cu ZnSO4 CuSO4 （7） √ √ √ 1.原电池的概念 2.原电池的形成条件 原电池是将化学能转变为电能的装置 ① 能自发进行的氧化还原反应 ② 两个活泼性不同的电极 ③ 电解质溶液（或熔融电解质） ④ 闭合回路 一、原电池的工作原理 Zn Cu H2SO4 4 e- e- 正极 负极 外电路 内电路 H+ H+ 锌片： Zn－2e- = Zn2+ 铜片： 2H+＋2e- = H2↑ 氧化反应 还原反应 负极 正极 电子流向： 负极 → 正极 离子移动： 阳离子(+)：向正极， 阴离子(-) : 向负极。 电子不下水，离子不上岸 总反应： Zn＋2H+ = Zn2+＋H2↑ 3.原电池的工作原理 写出以下原电池的总反应方程式、电极反应式，标出电子流向和离子迁移方向，并预测能观察到的现象。 e- Zn2+ Cu2+ Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ 电极反应 负极：Zn - 2e- = Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e- = Cu 总反应 课堂练习1： 【实验】原电池实验 铜片、锌片表面均附着红色固体， 电流表指针偏转，但电流逐渐衰减。 【实验现象】 Zn片 【原因分析】 现象 原因 锌片表面附着红色固体 电流逐渐衰减 Zn与Cu2+直接接触发生反应； 锌与CuSO4溶液的接触面积减少，电流逐渐衰减 Cu片 【实验】原电池实验 【思考】该装置能量转化率低的原因是什么？如何解决？ 还原剂Zn 与 氧化剂CuSO4 不直接接触 解决问题的关键： 【思考】为什么没有电流？该如何解决？ 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 盐桥中通常装有: 含KCl饱和溶液的琼胶， K+和Cl-可在其中自由移动。 小杨老师 15521324728 微信公众号：杨sir化学 公众号——杨sir化学 小杨老师 15521324728 侵权必究 11 ↑ ↑ Cl- K+ 双液电池的工作原理 负极： Zn - 2e- = Zn2+ 正极： Cu2+ + 2e- = Cu 盐桥中的离子迁移进入两侧电解质溶液，联通了两侧电解质溶液，从而形成闭合回路。 4.双液原电池 思考4：盐桥有什么作用？ 思考3：盐桥中K+和Cl-的移动方向？ 思考1：盐桥中有电子流过吗？ 不能，两溶液中SO42-浓度不变 Zn片 Cu片 ZnSO4 CuSO4 Zn2＋ Cu2＋ Cl－ K＋ 没有（电子不下水） 思考2：两溶液中的离子能通过盐桥吗？ K+向正极移动，Cl-向负极移动； K＋ Cl－ 只出不进 【打破思维定势】氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应。 正向正负向负 （1）形成闭合回路； （2）平衡电荷，使溶液呈电中性； （3）持续稳定的产生电流，提高能量转换率 5.盐桥的作用 6.分析单双液原电池的比较 双液原电池的优点：电流稳定且持续时间比单液的长 缺点：内部电路电阻大，产生电流太小，工作效率较低 分析：如何增大电流？ 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 改进? 增大电流呢？ 缩短盐桥的长度，增大盐桥的横截面积 能否用一张薄薄的隔膜代替盐桥呢？ 双液原电池电流弱的原因？ 1.离子运动的距离长 2.离子运动的通道窄 3.离子容量小 Cu 隔膜型原电池及原理： 课堂练习2：锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是(　　) A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后，甲池的c(SO42-) 减小 C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 C 二、正、负极的判断 根据电子流动方向 电子流出的极 电子流入的极 ——负极 ——正极 阴离子移向的一极 阳离子移向的一极 根据离子流向 微观判断 ——负极 ——正极 18 发生氧化反应的极 发生还原反应的极 ④根据电极有气泡冒出 ——负极 ——正极 质量增加的电极 工作后 质量减少的电极 ——正极 ——负极 工作后，有气泡冒出的电极为正极 较活泼的电极材料 较不活泼的电极材料 —负极 —正极 ①根据电极材料 宏 观 判 断 ②根据原电池电极发生的反应 ③根据电极质量的变化 19 [特别提醒] 判断电极时，不能简单地依据金属的活动性顺序来判断，要看反应的具体情况。如： (1)Al在强碱溶液中比Mg更易失电子，Al作负极、Mg作正极。 (2)Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu更难失电子，Cu作负极、Fe、Al作正极。 20 三、电池电极反应式书写 1.先确定电池的正负极，列出电极上的反应物质。一般情况下，负极是负极本身失电子，正极为电解质溶液中的阳离子得电子。 2.书写电极反应式时，要注意生成的离子能否在溶液中的离子能否发生反应，若反应需加入电极反应式中。 3.正负电极反应式相加可以得总反应方程式。 课堂练习3：写出下列原电池中的电极反应和总反应 ①Cu︱FeCl3溶液︱Pt ②Zn︱AgNO3溶液︱Cu 负极：Cu -2e -=Cu2+ 正极： Fe3++e-=Fe2+ 负极：Zn —2e -=Zn2+ 正极： Ag++e-=Ag ③Al︱NaOH溶液︱Mg ④Al︱浓硝酸︱Cu 负极：Al —3e -+4OH-=AlO2-+2H2O 正极： 2e-+2H2O= H2↑+ 2OH― 负极：Cu —2e -=Cu2+ 正极: 2H++NO3- +e-= H2O+NO2↑ 总反应： 2Al+2OH―+2H2O=2AlO2-+3H2↑ 总反应： Cu+4H++2NO3-=Cu2++2H2O+2NO2↑ 总反应： Cu +2Fe3+=Cu2+ +2Fe2+ 总反应： Zn +2Ag+= Zn2++2Ag 四、原电池工作原理的应用 1．加快氧化还原反应的速率 如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，能使产生H2的速率加快。 课堂练习4： 选择合适的图像填空： (1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是_________。 (2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是___________。 A B 2．比较金属活动性强弱 课堂练习5： a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。a、b相连时，电流由a经导线流向b；c、d相连时，电子由d到c；a、c相连时，a极上产生大量气泡；b、d相连时，H+移向d极。则四种金属的活动性由强到弱的顺序为( ) A.a>b>c >d B. a>c>d>b C.c>a>b>d D.b>d>c>a D 3.设计原电池 利用反应 Cu+2FeCl3 = CuCl2 + 2FeCl2 ，设计一个原电池，画出原电池装置图，指出所用电极材料，并写出电极反应式。 思路点拨： (1)总反应拆成两个半反应 (2)确定电极材料 (3)确定电解质溶液 (4)构成闭合回路 盐桥 Cu C CuCl2溶液 FeCl3溶液 G 获得该课件的老师，只享有课件的使用权，可以用于教学和公开课，但不可以有以下行为： （1）不得传播该课件（包括免费分享和二次贩卖） （2）不得将该课件上传到各大网站 （3）不得直接使用该课件参加课件比赛或录课 （4）不得直接在个人公众号发布该课件 【违者必究法律责任】 做课件不容易，知识产权应当得到保护，如发现侵权行为，欢迎联系18288733534，不胜感激~ 课堂练习6：某原电池的总反应的离子方程式为：2Fe3++Fe == 3Fe2+，不能实现该反应的原电池组成是（ ） A、正极为铜，负极为铁，电解质溶液为FeCl3溶液 B、正极为碳，负极为铁，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液 C、正极为铁，负极为锌，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液 D、正极为银，负极为铁，电解质溶液为CuSO4溶液 C 课堂练习7：高密度储能电池锌溴电池如图所示，总反应为Zn+Br2=ZnBr2。下列说法错误的是（ ） A．电极M为正极 B．负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+ D．每转移2mole-，理论上有1mol Zn2+通过离子交换膜 C．随着放电的进行，ZnBr2溶液的浓度减小 C 课堂练习8：控制合适的条件，将反应2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是 ( ) D A. 反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B. 反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原 C. 电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态 D. 电流表读数为零后，向甲中加入FeCl2固体， 乙中的石墨电极为负极 课堂练习9：100 mL浓度为2 mol·L－1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成H2的总量，可采用的方法是(　　) A．加入适量6 mol·L－1的盐酸 B．加入几滴CuCl2溶液 C．加入适量蒸馏水 D．加入适量的NaCl溶液 B 课堂练习10：M、N、P、E四种金属，已知： ①M＋N2＋ =N＋M2＋； ②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出； ③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中,电极反应为E2＋＋2e－=E， N－2e－=N2＋。则这种金属的还原性由强到弱的顺序是(　　) A．P＞M＞N＞E　　　 B．E＞N＞M＞P C．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N A （1）电极X的材料是_______；电解质溶液Y是 ； （2）银电极为电池的 极，电极反应为________________________；X电极上发生的电极反应为 ； （3）外电路中的电子是从_____电极流向______电极。 盐桥 X Y溶液 A CuSO4溶液 电流计 Ag 铜 AgNO3溶液 正 Cu-2e-=Cu2+ 2Ag+ +2e-=2Ag Cu Ag 课堂练习11：依据氧化还原反应：2Ag+ +Cu = Cu2++2Ag设计的原电池如右图所示。请回答下列问题： Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.5.7 $$