4.1.1 原电池 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1课时 原电池的工作原理 核心素养发展目标 1.复习必修第二册中的铜锌原电池装置,巩固原电池装置的构造及形成条件。 2.通过实验,认识双液原电池相比普通原电池的优点,特别是盐桥的作用,培养宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想等学科核心素养。 3.依据带盐桥的锌铜原电池装置,学会分析电子和阴、阳离子的移动方向,并以电极反应式的形式表达出来,培养证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想等学科核心素养。 活泼性不同 电解质 构成条件： 两极、一液、一线、一反应~ 原电池将化学能直接转化为电能的装置，组成原电池需要什么条件？ 下列所示装置是否能构成原电池将化学能转化为电能？请说明理由。 原电池的组成： ①有两种活动性不同的电极（金属或导电非金属单质） ②电解质溶液或熔融电解质； ③形成闭合回路； ④自发进行的氧化还原反应。 A B C D E F M N CuSO4 √ √ √ √ 内电路： 电子流出（或电流流进）的一极叫负极， 电子流进（或电流流出）的一极叫正极。 Zn-Cu-CuSO4原电池，你知道Cu是正极还是负极吗？？ Cu是正极 Cu Zn - - - Zn2+ Cu2+ Cu2+ Zn－2e－=Zn2+ Cu2+ + 2e- = Cu 氧化反应 还原反应 负极 正极 SO42- 发生溶解 红色物质析出 外电路 内电路 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： 阴离子 负极 阳离子 正极 模型构建 CuSO4溶液 e- Zn2+ Cu Zn Cu2+ 1. 锌片上的红色物质是什么？为什么锌片上有红色物质生成？ 因为锌与CuSO4溶液直接接触，发生置换反应，所以锌片表面有铜析出。 2. 一段时间后，为什么电流表读数不断减小？ 刚开始锌片逐渐溶解，铜片表面有红色固体生成，电流表指针发生偏转；一段时间后，因为铜在锌表面析出后，与CuSO4溶液一起形成了原电池，产生的电流并没有经过电流表，所以电流表的读数不断减小，很快电流为0 3. 该原电池在工作中有何缺点？ 4. 如何改进缺点？ 电极材料与电解质溶液接触，即没有将氧化剂与还原剂分开，不易控制 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 逻辑推理 原子守恒、电子守恒、电荷守恒、能量守恒 原电池装置如何改造，能改进电极材料与电解质溶液接触的缺点？ 解决问题的关键：还原剂Zn与氧化剂CuSO4分开 两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。 为什么没有电流？该如何解决？ 科学精神 两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。怎么办？ 盐桥 盐桥 一种凝胶态的离子导体 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Zn Cu A 思考1：盐桥中有电子流过吗？ 不能，两溶液中SO42-浓度不变 没有 思考2：两溶液中的离子能通过盐桥吗？ 思考3：盐桥中K+和Cl-的移动方向？ K+向正极移动，Cl-向负极移动； 只出不进 Zn2＋ Cu2＋ ①沟通内电路，两个半电池形成闭合回路 ②平衡电荷 ③产生持续、稳定的电流 思考4：盐桥作用 Cl－ K＋ K＋ Cl－ 逻辑推理 盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的琼胶，琼胶能让胶体不流出，K+和Cl-能在其中自由移动。 2.下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是 A.均发生了化学能转化为电能的过程 B.Zn和Cu既是电极材料又是反应物 C.工作过程中，电子均由Zn电极经导线流向Cu电极 D.相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高 B 负极： Zn - 2e- Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e- Cu 电流较大， 衰减快， 转化效率低 电流较小， 电流稳定， 转化效率高 双液原电池 一个原电池由两个半电池组成，一个发生氧化反应，一个发生还原反应，两个半电池用盐桥连接。 Zn片 Cu片 ZnSO4 CuSO4 Zn2＋ Cu2＋ Cl－ K＋ K＋ Cl－ 双液原电池 改进? 增大电流呢？ 缩短盐桥的长度，增大盐桥的横截面积 思考6：对比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 传递电子，沟通外电路； 隔离氧化剂和还原剂,沟通内电路,不同区域实现电子定向移动 思考5： 导线的作用： 盐桥的作用： 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 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？ 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。 逻辑推理 归纳总结 单液原电池 双液原电池 隔膜原电池 隔膜原电池微型化 1.两极 2.电解质溶液 3.导线 4.自发进行的氧化还原反应 电池四要素 —离子导体 —电子导体 例3、依据氧化还原反应： 2Ag＋(aq)＋Cu(s) = Cu2＋(aq)＋2Ag(s) 设计的原电池如图所示。 盐桥 X Y A CuSO4溶液 电流计 Ag 请回答下列问题： (1)电极X的材料是 ； 电解质溶液Y是 ； (2)银电极为电池的 极， 发生的电极反应为：_________________________； 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。 铜(或Cu) AgNO3溶液 正 Ag＋＋e－= Ag Cu -2e－ = Cu2＋ 负(Cu) 正(Ag) 设计思路 负极 负极材料______________ 负极反应物____________ 正极 正极材料______________ 正极反应物_____________ 电子导体 _________ 离子导体 _________ 6.请选择适当的材料和试剂，将反应 2Fe3＋＋2I- = 2Fe2＋＋I2 ，设计成一个原电池，请填表格： 在方框内画出简单的装置示意图，并标明使用的材料和试剂。 石墨 KI溶液 石墨 FeCl3溶液 导线 盐桥 控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I- = 2Fe2＋＋I2 设计成如下图所示的原电池。下列判断错误的是 A．反应开始时，甲中的石墨电极为正极 B．反应开始时，乙中的石墨电极上I-发生氧化反应 C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙 中的石墨电极为负极 D （2021·全国）设计原电池装置证明Fe3＋的氧化性比Cu2＋强。 （1）写出能说明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的离子方程式： ___________________________________。 （2）若要将上述反应设计成原电池，电极反应式分别是： ①负极：_______________________ ②正极：_______________________。 （3）画出装置图，指出电极材料和电解质溶液： ①不含盐桥 ②含盐桥 2Fe3＋＋Cu == 2Fe2＋＋Cu2＋ 2Fe3＋＋2e-=2Fe2＋ Cu-2e-=Cu2＋ 3、（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 3. 某种利用垃圾渗透液发电的装置示意图如下。工作时,下列说法中不正确的是( ) A.盐桥中 向Y极移动 C.电子由X极沿导线流向Y极 B.化学能转变为电能 D.Y极发生的反应为 ,周围pH增大 A 5. 某研究性学习小组根据反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4=2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1mol·L－1，溶液的体积均为200mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。 回答下列问题： （1）此原电池的正极是石墨 （填“a”或“b"”），发生 反应。 （2）电池工作时，盐桥中的SO42－移向 （填“甲”或“乙”）烧杯。 （3）写出两烧杯中的电极反应式： 甲 ，乙 。 （4）若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5mol·L－1，则反应中转移的电子 mol。 a 还原 乙 MnO4－＋5e－＋8H＋=Mn2＋＋4H2O Fe2＋－e－=Fe3＋ 0.5 市场上出售的许多自热产品如暖宝宝、蒸汽眼罩等等。其主要成分是：铁屑、炭粉、木屑与少量NaCl、水等。它在使用之前，需要塑料袋与空气隔绝。使用时开启塑料袋上的小孔，轻轻揉搓就会有热量放出。当使用完后还会发现有铁锈生成。 (1) 他们使用时，为什么会放出热量？ (3)试写出有关的电极反应式和化学方程式 (2)碳粉的主要作用是什么？氯化钠又起了什么作用？ 铁被氧气氧化放热。 负极：2Fe - 4e- = 2Fe2+ 正极：O2+2H2O + 4e- = 4OH- 总反应：4Fe+3O2+6H2O = 4Fe(OH)3 碳粉的主要作用是和铁粉、氯化钠溶液一起构成原电池，加速铁屑的氧化 氯化钠溶于水，形成了电解质溶液。 暖宝宝的反应原理为利用原电池加快氧化反应速率，将化学能转变为热能。为了使温度能够持续更长，使用了矿物材料蛭石来保温。因为在使用前不能发生反应所以袋子材质要很特别，由原料层，明胶层和无纺布袋组成。无纺布袋是采用微孔透气膜制作的，它还得有一个常规不透气的外袋。在使用时，去掉外袋，让内袋（无纺布袋）暴露在空气里，空气中的氧气通过透气膜进入里面。放热的时间和温度就是通过透气膜的透氧速率进行控制的。 2、暖宝宝发热原理 $$