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

第一节 原电池 人教版选择性必修1 第四章 化学反应与电能 第1课时 原电池的工作原理 原电池的工作原理，电极反应式的书写 【学习目标】 1、证据推理与模型认知：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 2、变化与守恒的思想：能运用原电池思维模型分析其工作原理，能用电极反应表示其中发生的化学反应 3、责任意识和创新精神：了解化学电源的发展史，认识科学探索无止境；能从物质变化和守恒的角度分析新型电池的研发和利用 【重点难点】 【知识回顾】 什么是原电池？ 构成原电池需要哪些条件？ 把化学能转化成电能的装置 反应 自发的氧化还原反应 电极材料 离子导体 电子导体 两个能导电的电极 电解质溶液或熔融电解质 导线、电极等 四个基本要素 一、单液原电池 Cu-H2SO4(aq)-Zn原电池（必修） 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 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↑ 电流方向： 正极 → 负极 建构原电池认知模型 失电子场所 （负极） 电子导体 离子导体 得电子场所 （正极） 装置维度 电极 反应物 微观过程 电极产物 锌片 导线 电解质溶液 铜片 还原剂 氧化产物 氧化剂 还原产物 失电子 得电子 阳离子移向 阴离子移向 电子移动方向 电流移动方向 原理维度 【思考】写出Cu-CuSO4(aq)-Zn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+ Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ 电极反应 负极：Zn - 2e- = Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e- = Cu 总反应 （2）观察电极表面的变化（3）连接电流表,观察电流大小及 2 min 内电流随时间的变化情况。 数字化传感器 电流：0.07-0.02A 单液原电池 电流衰减明显 Zn片 Cu片 【问题讨论】 1、电流出现衰减的原因是什么？ 锌失去的电子没有完全经过导线，电能转化效率降低，电流衰减。 2、如何避免Cu2+在锌片上得电子，提高电能转化效率? 锌片与Cu2+不直接接触。 【思考】负极区域应该用什么电解质溶液呢？ A 、CuSO4溶液 B、ZnSO4溶液 电解质溶液和电极材料的选择：烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子 二、双液原电池 单液原电池 双液原电池 盐桥：通常是将浸泡了饱和KCl溶液的琼胶装在U型管中。 特点：1、盐桥中的K+、Cl-可以自由移动 2、琼胶起到固定作用，防止KCl溶液直接流出来。 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。 有盐桥存在为什么能产生持续稳定的电流？ 【思考讨论】 1、锌铜原电池可以看作由两个半电池组成，一个发生氧化反应，另一个发生还原反应。试着写出两个电极上的反应，结合实验现象分析盐桥的作用。 负极：Zn-2e- = Zn2+（氧化反应） 正极：Cu2++2e- = Cu（还原反应） 负极 正极 Cl- K+ 盐桥的作用 ①将两个半电池完全隔开，使原电池能持续、稳定的产生电流并有利于最大限度地将化学能转化为电能。 ②平衡电解质溶液中的电荷，起导电作用，构成闭合回路。 在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。取出盐桥，Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+变为Cu，使得SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。 原电池的正负极的判断：(1)根据电极材料判断：一般是活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。（注意：电解质溶液，Mg、Al、NaOH溶液形成原电池）(2)根据原电池两极发生的变化判断：化合价升高→失去电子→发生氧化反应→负极；化合价降低→得到电子→发生还原反应→正极。(3)根据现象判断：减重或溶解的一极为负极，增重或有气泡放出的一极为正极。(4) 根据电流方向或电子流动方向判断： 电流由正极→负极；电子由负极→正极。(5) 根据原电池里电解质溶液中离子的移动方向：在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。 数字化传感器 电流：0.007A 双液原电池 电流较小， 电流稳定 电流：0.07-0.02A 单液原电池 电流衰减明显 【思考讨论】 2、 双液原电池电流小的原因是什么？ ①离子运动的距离长，长度L大 ②离子运动的通道窄，横截面积S小 I=U/R R=ρL/S 改进? 增大电流？ CuSO4溶液 缩短盐桥的长度， 增大盐桥的横截面积 三、隔膜电池 离子交换膜：是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。 只允许阳离子通过 只允许H+通过 只允许阴离子通过 总结 名称 单液原电池 双液原电池 隔膜原电池 优点 缺点 电流强 1、电流容易衰减 2、氧化剂与还原剂直接接触，不工作也会发生反应 内阻大，电流弱 避免氧化剂与还原剂直接接触，寿命长 1、氧化剂与还原剂不直接接触，寿命长 2、内阻小，电流强 已经能够实用化 【巩固训练】 1、如下图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是(　　) A、外电路的电流方向为：X→外电路→Y B、若两电极分别为Zn和碳棒，则X为碳棒，Y为Zn C、若两电极都是金属，则它们的活动性为X>Y D、X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应 C 2、用铜片、银片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U形管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是（ ） ①在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为：Ag++e-=Ag ③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与 该原电池反应相同 A．①② B．②③ C．②④ D．③④ C 3、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+ C、随着放电的进行，ZnBr2溶液的浓度减小 D、每转移2mole-，理论上有1mol Zn2+通过离子交换膜 C 4、一个完整的氧化还原反应可以拆分，写成两个“半反应”式，一个是“氧化反应”式，一个是“还原反应”式。如氧化还原反应：2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2。 （1）可以写成氧化反应：________________ 还原反应：______________ （2）请将此反应设计成带盐桥的原电池，画出装置图 盐桥 Cu FeCl3溶液 A CuCl2溶液 电流计 C Cu－2e－＝Cu2+ 2Fe3++2e－＝2Fe2+ 5、书写电极反应式 （1）Al-H2SO4(aq)-Mg （2）Al-NaOH(aq)-Mg 总反应： 离子方程式： 负极： 正极： 总反应： 离子方程式： 负极： 正极： Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2↑ Mg + 2H+ = Mg2+ + H2↑ Mg－2e_ = Mg2+ 2H+ + 2e_ = H2↑ 2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑ 2Al + 2OH－ + 2H2O = 2AlO2－ + 3H2↑ 2Al + 8OH_ －6e_ = 2AlO2_ + 4H2O 6H2O + 6e_ = 6OH_ + 3H2↑ （3）Al-稀HNO3(aq)-Cu （4）Al-浓HNO3(aq)-Cu 总反应： 离子方程式： 负极： 正极： 总反应： 离子方程式： 负极： 正极： Al + 4HNO3(稀) = Al(NO3)3 + NO↑ +2H2O Al + 4H+ + NO3－= Al3+ + NO↑ + 2H2O Al－3e_ = Al3+ 4H+ + NO3－ + 3e_= NO↑ + 2H2O Cu + 4H+ + 2NO3－= Cu2+ + 2NO2↑ + 2H2O Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O Cu－2e_ = Cu2+ 4H+ + 2NO3－ + 2e_= 2NO2↑ + 2H2O 课堂小结 单液原电池 双液原电池 隔膜电池 $$