4.1原电池 第一课时 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 原电池 [第一节] 2023年杭州亚运会绿色新能源：“归锦号”新能源公交船+氢能应急电源车 在必修中我们已经学过了铜锌稀硫酸原电池，你能说出它的工作原理吗? 【提问】 锂电池+柴油混合动力系统 氢燃料电池+锂电池 【复习回顾】 负极 正极 外电路 内电路 离子的移动方向： 阳离子移向正极 阴离子移向负极 电子不下水 离子不上岸 电子的移动方向： 负极→正极 (1)构成条件： (2)原电池工作原理 两极，一液，一回路，自发进行的氧化还原反应 单液铜锌原电池工作原理 e－ e－ e－ e－ Zn2+ Cu2＋ e－ e－ SO42－ 内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极(离子不上岸) － + 外电路：电子由负极经导线流向正极(电子不下水) 负极：氧化反应 Zn－ 2e－=Zn2＋ 正极：还原反应 Cu2＋+2e－=Cu 总反应：Zn＋Cu2+ ＝ Zn2+ + Cu 预测实验现象：铜片表面附着红色固体，电流表指针偏转。 整个电路构成了闭合回路，带电粒子的定向移动产生电流 利用数字化实验探究单液铜锌原电池工作效率 学生分组实验1： 仪器：朗威数据采集器、电流传感器、温度传感器、电脑、烧杯、导线。 药品：0.5mol/L CuSO4溶液、铜片1条、锌片1条。利用所给药品和仪器按照如图所示装置连接电路： 实验步骤：将打磨好的锌片和铜片连接电流传感器，浸入0.5mol/L 的CuSO4溶液中，把温度传感器插入硫酸锌溶液中(不要接触电极片)，打开电脑，点击DISLab 8.0软件测定锌铜双液原电池的电流变化曲线与温度变化曲线，待数据稳定不变后，点击采集并记录实验结果，填写实验报告。 温度传感器 电流传感器 数据采集器 单液铜锌原电池实验探究结果 锌 铜 理论上的现象 实验观察到的现象 锌片逐渐溶解 锌片表面有红色物质生成 铜片逐渐溶解 铜片上有红色物质析出，溶液温度上升 电流表指针发生偏转 电流表指针先发生偏转，一段时间后，示数不断减小 ？ 解决问题的关键：还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触 改进方法：将锌与硫酸铜溶液分开，形成双液原电池 该如何解决？ 盐桥 两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。 有无电流产生？ 一种凝胶态的离子导体 思考：如何改进原电池装置，避免Cu2+在锌片上得电子，提高原电池能量转化效率? K＋ Cl- e- Zn2+ Zn Cu2＋ Cu 负极 正极 含负极金属离子的盐溶液 含正极金属离子的盐溶液 总反应：Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ K+向正极移动，Cl-向负极移动 负极(氧化反应)： Zn - 2e- = Zn2+ 正极(还原反应)： Cu2+ + 2e- = Cu 盐桥的作用：①沟通内电路，形成闭合回路 ②平衡两侧的电荷，使溶液保持电中性；③避免电极与电解质溶液的直接接触，放电更持久。 ACID-BASE TITRATION 负极(氧化反应)： Zn - 2e- = Zn2+ 正极(还原反应)： Cu2+ + 2e- = Cu Cl- K+ 盐桥的作用：①沟通内电路，形成闭合回路 ②平衡两侧的电荷，使溶液保持电中性；③避免电极与电解质溶液的直接接触，放电更持久。 Zn2+ 总反应：Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ Cu2+ 含负极金属离子的盐溶液 含正极金属离子的盐溶液 K+向正极移动，Cl-向负极移动 小组合作，实验探究 利用数字化实验探究双液铜锌原电池工作效率 学生分组实验2： 仪器：朗威数据采集器、电流传感器、温度传感器、电脑、烧杯、导线。 药品：0.5mol/L CuSO4溶液、0.5mol/LZnSO4溶液、盐桥、铜片1条、锌片1条。利用所给药品和仪器按照如图所示装置连接电路： 实验步骤：将打磨好的锌片和铜片连接电流传感器，并分别浸入0.5mol/L的ZnSO4溶液和0.5mol/L 的CuSO4溶液中，把温度传感器插入硫酸锌溶液中(不要接触电极片)，打开电脑，点击DISLab 8.0软件测定锌铜双液原电池的电流变化曲线与温度变化曲线，待数据稳定不变后，点击采集并记录实验结果，填写实验报告。 数据采集器 温度传感器 电流传感器 双液铜锌原电池实验探究结果 实验现象 电极现象 锌片上无明显变化，铜片上有红色物质析出 电流曲线 电流示数稳定 温度变化 溶液温度变化不明显，化学能基本全部转化为电能 电流大小： 电流稳定性： 转化效率： 电流大小： 电流稳定性： 转化效率： 较大 衰减快 低 较小 稳定 高 原电池高效化创新改进 一是盐桥距离长，离子运动距离变长。 二是盐桥与电解质溶液接触面积小，离子运动通道变窄，导致原电池内阻变大电流变小。 三是离子容量小。 思考1：U型管双液原电池电流变小的原因是什么？（从盐桥内离子移动距离和离子运动通道两个方面思考， 对原电池内阻的影响） 原电池高效化创新改进 影响电阻的因素 离子通道材料的要求 ◆长度 ◆横截面积 ◆材料 ◆要轻薄 ◆与溶液接触面积更大 ◆电阻小 选择性 必要条件：阻挡氧化剂和还原剂直接接触 思考2：若要增大电流可以如何改进？ 缩短盐桥的长度，增大盐桥的横截面积 1.阳离子交换膜： 只允许阳离子通过 3.质子交换膜： 只允许H＋通过 2.阴离子交换膜： 只允许阴离子通过 [资料]高中阶段三种常见的离子交换膜： 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。 守 恒 观 失e- 失电子场 所（负极） 电子导体 （导线） 离子导体 （电解质溶液） 得电子场所 （正极材料） 电极反应物 电极产物 过程 现象 装置维度 原理维度 还原剂 氧化产物 氧化剂 得e- 还原产物 e-移动方向 阴离子 阳离子 原电池模型 Zn Cu A SO42- Cu2+ e- 课堂小结 习题巩固 1.下列装置能形成原电池的是（ ） B． C． D． A． D 2.如下图所示原电池的总反应为：Cu＋2Ag＋ Cu2＋＋2Ag，下列叙述正确的是（ ） A．电子从银电极经导线流向铜电极 B．工作一段时间后，右烧杯中电极重量减轻C．电池工作时，Cu2＋向铜电极移动 D．反应过程中银电极上有气泡 B 3.某同学根据化学反应Fe+Cu2+=Fe2++Cu，并利用实验室材料制作原电池，下列关于该原电池组成的说法正确的是( ） A 4.如图所示原电池的反应原理为 ，下列说法正确的是（ ） A．石墨为电池的负极B．电池工作时Zn逐渐被消耗C．电子由石墨电极经外电路流向Zn电极D．反应 在负极上发生 B $$