第1节 第1课时 原电池的工作原理（同步课件）-【上好课】2024-2025学年高二化学同步精品课堂（人教版2019选择性必修1）

第一节 原电池 课时1 原电池的工作原理 人教版2019选择性必修一 第四章 化学反应与电能 计算 素养目标 证据推理与模型认知： 探究双液原电池的原理，了解科学探究的步骤，提高科学探究的能力。掌握构建原电池模型的方法，建立守恒观念。 科学探究与创新意识： 了解化学在生产生活和科技领域的应用，感受化学学科的价值与美丽，强化社会责任感。 宏观辨识与微观探析： 以锌铜原电池为例，从宏观和微观的角度，分析理解原电池的工作原理，能正确判断原电池的正极和负极，会书写其电极反应式。 教学目标 本节重点 原电池的工作原理 电极反应的分析与表征 本节难点 原电池思维模型的建构 1、以锌铜原电池为例，理解原电池的工作原理及其应用。 2、学会判断原电池的正、负极。 3、学会书写原电池正负电极反应式和电池总反应，根据氧化还原反应设计简单原电池。 meiyangyang8602 你知道吗？ 历史上第一个化学电源是怎么发明的？ 新课导入 1780年的一天，意大利生物学家伽法尼解剖青蛙。将青蛙腿放到铜制的解剖盘里，当解剖刀接触青蛙腿时，发现 他认为：青蛙肌肉和神经里的“生物电”导致抽搐。他将青蛙腿放到木制的解剖盘里，用解剖刀去接触，蛙腿不动！他又进行了各种实验，发现：两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿就会抽搐。他认为由于两种金属插在了由肌肉提供的溶液中，构成回路而产生电流，从而刺激了蛙腿的抽动。 观看 meiyangyang8602 你知道吗？ 历史上第一个化学电源是怎么发明的？ 新课导入 1799年伏达用锌片、浸盐水的湿布、银片依次重叠起来，创制了最早的获得连续电流的伏达电堆。 伏达电堆模型 伏特在摆弄他的伏特柱 观看 新课导入 你知道吗？ 在电池的发展方面作出的贡献所获得的诺贝尔化学奖吗？ 北京时间10月9日下午5点45分，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2019年度诺贝尔化学奖授予美国得州大学奥斯汀分校John B. Goodenough教授、纽约州立大学宾汉姆顿分校M.stanley Whittlingham教授和日本化学家Akira Yoshino，以表彰其在锂离子电池的发展方面作出的贡献。 从伏打电池到锂电池，钠电池等各种新型电池的发展，建构原电池的思维模型。 观看 单液原电池及工作原理 壹 双液原电池及其工作原理 贰 知识导航 meiyangyang8602 隔膜原电池 叁 请你设计！ 用铜片、锌片，CuSO4溶液设计原电池， 写出总反应方程式、电极反应式，并预测能观察到的现象。 课堂思考 Zn2+ Cu2+ Zn + Cu2+ Cu + Zn2+ 电极反应： 负极：Zn - 2e- Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e- Cu 总反应： 预测观察到的现象 01 单液原电池及工作原理 课堂探究 复习回忆 一、单液原电池及工作原理 探究学习 1.原电池及工作原理 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 课堂探究 观察分析 一、单液原电池及工作原理 实验探究 实验验证预测 现象：只有铜片表面附着红色固体，电流表指针偏转。 课堂探究 一、单液原电池及工作原理 理解辨析 2.实验现象分析 实验探究 预测的现象 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 铜片上有红色物质析出 铜片上有红色物质析出 电流表指针发生偏转 电流表指针先发生偏转后，示数逐渐减小 课堂思考 请你思考！ “锌片表面附着红色固体，电流逐渐衰减” 的原因。 探究学习 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，Zn片、附着在Zn上的Cu以及CuSO4溶液局部形成了原电池，促进了Cu在锌片表面析出。 转移的电子没有经过导线，电流逐渐衰减 该装置能量转化率低的原因是什么？如何解决？ 13 课堂探究 重点理解 探究学习 3.单液原电池 一、单液原电池及工作原理 (1)单液原电池的缺点： ①锌与CuSO4溶液直接接触，可发生置换反应，导致部分化学能转为热能。 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 。 (2)解决问题的关键： 还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触 课堂探究 重点理解 一、单液原电池及工作原理 探究学习 4.原电池装置的改进 ①还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Zn Cu ？ A 课堂探究 一、单液原电池及工作原理 4.原电池装置的改进 探究学习 重点掌握 为什么没有电流？该如何解决？ 课堂探究 一、单液原电池及工作原理 重点掌握 探究学习 4.原电池装置的改进 两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。 该如何解决？ ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Zn Cu ？ A 课堂探究 一、单液原电池及工作原理 ②加一个合适的“桥梁”沟通两种电解质溶液 探究学习 重点掌握 4.原电池装置的改进 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Zn Cu ？ A 02 双液原电池及其工作原理 课堂探究 二、双液原电池及其工作原理 探究学习 重点掌握 1.盐桥：一种凝胶态的离子导体，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。 ③.离子只出不进。 课堂探究 二、双液原电池及其工作原理 理解辨析 实验探究 2.双液原电池实验现象 【实验4-1】 如图4-1所示，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液用一个盐桥连接起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流表，观察现象。取出盐桥，观察电流表的指针有何变化。 A e- ZnSO4溶液 CuSO4溶液 + Zn Cu 电流表 盐桥 图4-1锌铜原电池示意图 课堂探究 二、双液原电池及其工作原理 重点掌握 实验探究 2.双液原电池实验现象 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 课堂探究 重点理解 二、双液原电池及其工作原理 探究学习 思考与讨论 课堂探究 理解分析 探究学习 3.双液原电池工作原理 二、双液原电池及其工作原理 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 课堂探究 理解分析 二、双液原电池及其工作原理 探究学习 4.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。 课堂探究 二、双液原电池及其工作原理 理解辨析 探究学习 请结合图4-1绘制反映原电池工作原理的示意图，并与同学交流。示意图要求包括以下内容： (1)注明原电池的组成； (2)标明氧化反应和还原反应发生的区域； (3)标明电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向。 思考与讨论 + - 负极 氧化反应 正极 还原反应 典例精讲 【例1】用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有含KCl饱和溶液的琼胶）构成一个原电池（如下图）。以下有关该原电池的叙述正确的是(　　) ①在外电路中,电子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.只有①② B.①②④ C.只有②③ D.①③④ B 27 课堂思考 请你总结！ 单液、双液锌铜原电池的异同 原电池 双液电池 单液电池 电极反应 正极：Cu2+ + 2e- Cu 负极：Zn - 2e- Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e- Cu 负极：Zn - 2e- Zn2+ 电极材料 正极：铜片; 负极：锌片 正极：铜片; 负极：锌片 离子导体 ZnSO4溶液、盐桥、CuSO4溶液 CuSO4 溶液 电子导体 导线 导线 课堂探究 对比分析 二、双液原电池及其工作原理 探究学习 5.利用数字化实验探究单、双液铜锌原电池工作效率 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】 课堂探究 理解分析 二、双液原电池及其工作原理 实验探究 5.利用数字化实验探究单、双液铜锌原电池工作效率 电流较小， 电流稳定， 转化效率高 电流较大， 衰减快， 转化效率低 双液原电池电流弱的原因是什么？ meiyangyang8602 你知道吗？ 双液原电池电流弱的原因？ 课堂思考 探究学习 改进? 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？ ①离子运动的距离长 ②离子运动的通道窄 ③离子容量小 改进? 观看 03 隔膜原电池 meiyangyang8602 课堂探究 理解应用 三、隔膜原电池 探究学习 1.隔膜：将电池的正负极材料隔开，防止两极接触发生短路 （不同的膜形成不同的离子通道）。 2.常见的三种离子交换膜 Cu Zn ZnSO4溶液 CuSO4溶液 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 电流强而且稳定 课堂探究 理解应用 三、隔膜原电池 探究学习 3.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。 阴离子交换膜： 只允许阴离子通过 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 课堂探究 三、隔膜原电池 理解应用 探究学习 4.生活中膜电池 课堂探究 三、隔膜原电池 理解应用 探究学习 4.生活中膜电池 典例精讲 【例2】（安徽高考题）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 37 典例精讲 【例3】根据原电池工作原理，将下列氧化还原反应设计成原电池： 2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2 要求： （1）分别写出氧化反应和还原反应。 （2）根据原电池构成要素，选择合适的物质或材料，并画出原电池的工作原理示意图。 38 典例精讲 （1）氧化反应： 2I- - 2e- I2 还原反应： 2Fe3+ + 2e- 2Fe2+ （2） （2） （1）氧化反应： 2I- - 2e- I2 还原反应： 2Fe3+ + 2e- 2Fe2+ 同学甲 同学乙 石墨 石墨 石墨 石墨 （2） 同学丙 只允许K+或Cl-通过的隔膜 （1）氧化反应： 2I- - 2e- I2 还原反应： 2Fe3+ + 2e- 2Fe2+ 39 课堂小结 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- 40 课堂小结 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.能量转化率低 2.氧化剂与还原剂直接接触，寿命短 1.内阻大，电流弱 2.盐桥需要定期更换 1.能量转化率高 2.避免氧化剂与还原剂直接接触，寿命长 1.能量转化率高 2.避免氧化剂与还原剂直接接触，寿命长 3.内阻小，电流强 41 随堂演练 1、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．电子从锌极经过导线移向铜极 B．铜电极上发生反应 C．电池工作一段时间后，乙池的 减小 D．电池工作一段时间后，甲池的 增加 A 42 随堂演练 2、如图所示的电池，盐桥由琼脂和饱和KCl溶液构成。下列有关说法正确的是（ ） A．电池负极反应：Fe2+-e-=Fe3+ B．盐桥中K+移向FeCl3溶液 C．当有6.02×1023个电子转移时，Fe电极减少56g D．电池总反应：Fe+Fe3+=2Fe2+ B 43 随堂演练 3.依据氧化还原反应：Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag设计的原电池如图所示。 请回答下列问题： (1)电极X的材料是___， 电解质溶液Y是_____________。 (2)银电极的电极反应式是____________________； X电极的电极反应式是________________。 (3)外电路中的电子是从___________极流向___________极。 (4)该原电池的正极是____，还可以选用____________等材料。 铜 硝酸银溶液 2Ag＋＋2e－=2Ag Cu－2e－=Cu2＋ 负(或铜) 正(或银) 银 铂、石墨 44 演示完毕 感谢聆听 https://www.zxxk.com/user/13354804 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 $$