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

普通干电池 充电干电池 钮扣电池 笔记本电脑 专用电池 摄像机专用电池 手机电池 新课导入 第一节 原电池 第四章 化学反应与电能 第一课时 原电池的工作原理 再探单液原电池 原电池的工作原理 原电池 1.概念：将化学能直接转变为电能的装置 2.本质：氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行。 知识回顾 3.构成要素 A Zn Cu SO42－ H+ H+ 正极 负极 e－ 电极反应 电极材料 离子导体 电子导体 理论上，自发的氧化还原反应均可设计成原电池。 ①两个活泼性不同的电极。 ②具有电解质溶液。 ③形成闭合回路。 Cu Zn - - - Zn2+ H+ H+ 2H++2e－=H2↑ 氧化反应 还原反应 负极 正极 SO42- 发生溶解 产生气泡 原电池总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 工作原理 宏观 微观 知识回顾 Cu Zn - - - Zn2+ H+ H+ 负极 正极 阳离子 阴离子 SO42- 电子流向：负极 沿导线 正极 电流方向：正极 沿导线 负极 外电路 内电路 阴离子 负极 阳离子 正极 外电路 内电路 e－ I 电子不下水，离子不上岸 工作原理 知识回顾 原电池正、负极的判断方法 电极名称 负极 正极 电极材料 活泼性较强的金属 活泼性较弱的金属 电子流向 流出电子的一极 流入电子的一极 反应类型 发生氧化反应 发生还原反应 离子流向 阴离子移向的一极 阳离子移向的一极 实验现象 溶解的一极 增重或有气泡放出 知识回顾 电流流向 电流流入的一极 电流流出的一极 注意：利用金属的活泼性判断原电池的正负极，一般是较活泼金属作负极，较不活泼金属作正极，但也要注意电解质溶液的性质。 ①Mg-Al用导线连接插入NaOH溶液中，则Al作负极，Mg作正极。 ②Cu-Al用导线连接插浓HNO3中，则Cu作负极，Al作正极。 NaOH Al Mg A Al Cu A 浓HNO3 知识回顾 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 对点练习 Cu-CuSO4(aq)-Zn原电池 实验现象： ①电流表指针偏转。 ②锌片和铜片上均有红色固体生成。 ③溶液温度升高。 ④一段时间后，电流会逐渐减小。 ？ ？ ？ 单液的铜锌原电池 单液原电池的缺点： ①锌与CuSO4溶液直接接触，发生置换反应，导致部分化学能转为热能，造成能量损耗。 ②工作时，锌片上也有铜析出，原电池的电动势很快降低，电压不稳定 怎样改进原电池装置，获得稳定的电流？ 单液的铜锌原电池 12 改进方法：将锌与硫酸铜溶液分开 改进 CuSO4溶液 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 盐桥 双液原电池 13 双液原电池 双液原电池 盐桥 一种凝胶态的离子导体 盐桥中通常装有: 含KCl饱和溶液的琼脂， K+和Cl-可在其中自由移动。 双液原电池 双液原电池 实验4-1 有盐桥存在时，电流表指针偏转 取出盐桥，电流表指针不再偏转 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Zn Cu A 随着时间的延续，能产生持续稳定的电流 有盐桥存在为什么能产生持续稳定的电流？ 双液原电池 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+几乎完全变成Cu。 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。 双液原电池 解决了电池自放电的损耗问题， 提高了能量转化率, 增加了原电池的使用寿命。 18 双液原电池 盐桥的作用 (1) 使整个装置构成闭合回路，代替两溶液直接接触（离子通路） (2) 平衡电荷(离子库，可以源源不断的供 给需要的离子) 双液原电池的工作原理 双液原电池 半电池 正极半电池 构成 原电池由两个半电池组成；半电池中的反应就是半反应，即电极反应；半电池又叫电极 负极半电池 如：Zn2+/Zn 如：Cu2+/Cu 由金属电极和相应的金属阳离子电解质溶液组成 由发生还原反应的离子 (可溶性)电解质溶液组成 半电池 e－ Cu CuSO4溶液 Zn ZnSO4溶液 A － + 电流计 双液原电池工作原理 负极：Zn（氧化反应） 电极反应： Zn－ 2e = Zn2＋ 电子流出，电流流入 阴离子移向 正极：Cu（还原反应） 电极反应： Cu2＋＋2e－= Cu 电子流入，电流流出 阳离子移向 K＋ Cl- e- Zn2+ Zn Cu2＋ Cu 双液原电池工作原理 e－ 【打破思维定势】 氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应。 ZnSO4 CuSO4 Zn + Cu2+= Zn2+ + Cu 总反应 优点：电流稳定 不足：电流小 引入盐桥后内阻变大 双液原电池的改进 [资料]高中阶段三种常见的离子交换膜： 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 阴离子交换膜 双液原电池的改进 1.利用原电池原理设计新型化学电池。 原电池的应用 2.形成原电池加快化学反应速率， 如Zn与稀H2SO4溶液反应生成H2，加入少量CuSO4能加快反应速率。 或者用粗锌与稀H2SO4反应可加快生成氢气的速率。 3.进行金属活动性强弱比较。 电解质溶液选择与电极材料有相同离子的溶液。 25 以 2Fe3+ + Fe = 3Fe2+为原电池反应，设计盐桥原电池 Fe 负极：Fe -2e- = Fe2+ 正极：2Fe3+ +2e- = 2Fe2+ C 负极区 正极区 FeCl3 每个半电池中的电极与电解质溶液互不反应 A FeCl2 盐桥 对点练习 原电池的工作原理 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型管）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 对点练习 $$