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

新课导入 2.电解池：借助电流而发生反应的装置 将电能转化为化学能 1.原电池：产生电流的化学反应的装置 将化学能转化为电能 知识结构 电化学：研究化学能与电能之间相互转换的装置、过程和效率的科学。 化学能和其它形式的能量是可以相互转换的，而且严格遵循能量守恒定律。 3.金属的电化学腐蚀与防护 第一节 原电池 第四章 化学反应与电能 第1课时 原电池工作原理 【学习目标】 【重点难点】原电池的工作原理，电极反应式的书写 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：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 【提问】我们在必修中已经学过了铜锌稀硫酸原电池，你能说出它的工作原理吗？如何产生电流的？ 现代生活离不开方便实用的化学电源。各种各样的化学电源都是依据原电池的原理制造的。 情境引入 Zn A Cu 稀硫酸 总反应：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ Zn失去电子 发生氧化反应 Zn－2e- = Zn2+ e- e- Zn2+ 发生溶解 负极 正极 e- e- 电子从锌片流出 经外电路 流入铜片 H+在铜片得到电子发生还原反应 2H+ + 2e- = H2↑ 产生气泡 H+ H+ SO42- H2 负极←阴离子 阳离子→正极 内电路 知识回顾 整个电路构成了闭合回路，带电粒子的定向移动产生电流 原电池：将化学能转化为电能的装置 单液组成原电池的条件： ④能自发放热的氧化还原反应 ①电极：两种活动性不同的金属 [或一种金属与非金属 (石墨)] 负极：较活泼的金属(提供电子） 正极：较不活泼的金属、 石墨等（导电，提供反应场所） ②形成闭合回路：用导线相连[或直接接触] ③电解质溶液[或熔融电解质]（提供自由移动的阴阳离子） （酒精、蔗糖、CCl4不是电解质，浓H2SO4中主要是分子） CuSO4 Cu Zn A 温故知新 记忆口诀：“两极一液一回路”可自发 第 页 【课堂练习】下列装置中属于原电池的是（ ） ABG 【思考】写出以下原电池的总反应方程式、电极反应式，并预测能观察到的现象。 总反应：Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ 负极：Zn － 2e- = Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e- = Cu (逐渐溶解) (质量增加) 实验观察到的现象 锌片表面有红色物质生成 铜片上有红色物质析出 电流表指针先发生偏转后，示数逐渐减小 思考：电流逐渐衰的原因是什么？ 一、单液原电池及工作原理 解决问题的关键： 还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Zn Cu ？ A 【问题】 改进后电流表指针没有示数吗？ 为什么没有电流？该如何解决？ 锌与硫酸铜溶液直接接触发生反应，会使部分化学能转化为热能造成能量损失，锌片表面也会析出铜从而阻碍反应进行，不能产生持续电流。 1.单液原电池的缺点： 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 一、单液原电池及工作原理 增加一个合适的“桥梁”联通两种电解质溶液 2.原电池装置的改进 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。琼脂起固定作用，防止KCl溶液直接流出。 盐桥的作用： ①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。 改进? 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 离子移动：正向正，负向负 外电路：电子由负极经导线流向正极(电子不下水) 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 内电路 【课堂练习】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 12 二、双液原电池及其工作原理 3.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。 【实验】 电流大小： 电流稳定性： 转化效率： 较小 稳定 高 电流大小： 电流稳定性： 转化效率： 较大 衰减快 低 双液原电池与单液原电池对比 思考：双液原电池电流弱的原因是什么？ 14 meiyangyang8602 双液原电池电流弱的原因： 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盐桥使离子运动的距离长 ②离子运动的通道窄 ③离子容量小 改进 离子交换膜：由高分子特殊材料制成，对溶液中的离子具有选择透过能力， 也称为离子选择透过性膜。 观看 三、含隔膜原电池 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 隔膜原电池的优点：电流强而且稳定 【课堂练习】一种检测空气中甲醛(HCHO )含量的电化学传感器的工作原理如图所示。下列说法正确的是（ ） A．传感器工作时，对电极为负极，发生还原反应 B．工作时，H+通过质子交换膜向工作电极附近移动 C．工作时，工作电极附近电解质溶液的pH增大 D．当导线中通过0.16mol电子，参与反应的甲醛为1.2g D 负极 正极 负极：HCHO-4e-+H2O=CO2+4H+ 正极：O2+4e-+4H+=2H2O Cu Zn - - - Zn2+ H+ H+ Zn－2e－=Zn2+ 氧化反应 还原反应 负极 正极 阳离子 阴离子 SO42- 发生溶解 产生气泡 原电池总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 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 2H++2e－=H2↑ 负氧正还 阳正阴负 注意：电子不下水，离子不上岸 知识总结 原电池的工作原理 阳离子 正极液 盐桥 阴离子 负极液 阳离子 阳离子 负极 正极 Zn Cu Zn-2e=Zn2+ 氧化反应 Cu2+ +2e- =Cu 还原反应 失e-，沿导线传递，有电流产生 外电路 分为两个半电池进行 内电路 【打破思维定势】氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应。 知识总结 19 电流 电流 四、原电池的应用 应用一 ： 加快化学反应速率 原因：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互干扰减少，打破静电屏蔽效应，电子得以顺利从负极沿导线移向正极，使得反应速率增大。 应用二： 比较金属活动性强弱 有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置         部分实验现象 a极质量减小，b极质量增加 b极有气体产生，c极无变化 d极溶解，c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是___________。 d＞a＞b＞c 四、原电池的应用 【课堂练习】有a、b、c、d 四种金属。将a与b用导线连接起来，浸入电解质溶液中，a不断腐蚀；将a、d分别投入同浓度的盐酸中，d比a反应剧烈；将铜浸入b的盐溶液中，无明显变化；如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。根据以上现象判断，它们的活动性由强到弱的顺序是 A．d c a b B．d a b c C．d b a c D．b a d c B 应用三 ： 设计原电池 将氧化还原反应:2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2， 设计成带盐桥的原电池。 Cu－2e－===Cu2＋负 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋正 定反应 拆两半 化合价升高的物质作负极：铜；活泼性弱的作正极材料 找材料 化合价降低的物质作电解质溶液 闭合回路 画装置图 四、原电池的应用 (1)原理——作原电池正极的金属材料不参与反应 使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。 例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与锌块相连，使锌作为原电池的负极。 四、原电池的应用 应用四 ：用于金属防护 五、原电池电极反应式书写 判断正负极写出总反应式及电极反应式 【例题】 负极(铜)：Cu - 2e- = Cu2+ 正极(银)：2Ag+ + 2e- = 2Ag Cu + 2Ag+ = Cu2+ + 2Ag Cu Ag AgNO3 C Fe CuSO4 正极(石墨)：Cu2++2e－=Cu 负极(铁)：Fe －2e － = Fe2+ Fe ＋ Cu2+＝Fe2＋＋ Cu 作差法 Mg Al NaOH溶液 A (－) (＋) [练习1] 请写出右边原电池的电极反应式。 四步法 负 极： Al ＝[Al(OH)4]- 一步：判断正负极 二步： 三步： 四步： Al－3e－ ＝ [Al(OH)4]- Al－3e－ +4OH- ＝ [Al(OH)4]- 正 极： 2H2O ＋2e－ ＝2OH—＋ H2↑ 总反应： 2Al + 6H2O + 2 OH－ = 2 [Al(OH)4]- + 3H2↑ ×2 ×3 五、原电池电极反应式书写 四步法——电极反应式书写方法： 【归纳总结】 判 找 标 配 准确找出电极反应物和电极产物 准确判断电池的正、负极 根据有关元素化合价变化标出电子得失数目 根据环境配平电荷，最后根据原子个数配平电极反应式 五、原电池电极反应式书写 【课堂练习】 1、单液原电池 (1)锌(A)－铜(B)－H2SO4溶液(C) 负极：_______________； 正极：_________________； 总反应：_______________________。 (2)Mg(A)－Al(B)－盐酸(C) 负极：________________； 正极：__________________； 总反应：________________________。 Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ Mg－2e－===Mg2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑ (3)铁(A)－铜(B)－FeCl3溶液(C) 负极：______________； 正极：____________________； 总反应：__________________。 Fe－2e－===Fe2＋ 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋ 【课堂练习】 2、带盐桥的双液原电池 某兴趣小组为了提高电池的效率设计了如图所示的原电池。请回答下列问题。 (1)若X是AlCl3溶液，Y是稀硫酸，写出电极名称及对应的电极反应式： Al片(　　)____________________， Cu片(　　)____________________。 负极 2Al－6e－===2Al3＋ 正极 6H＋＋6e－===3H2↑ 正极 负极 Cu－2e－===Cu2＋ 2+4H++2e－===2NO2↑+2H2O (2)若X是浓硝酸，Y是NaCl溶液， 写出电极名称及对应的电极反应式： Al片( 　　)___________________________________， Cu片(　 　)___________________。 【课堂小结】 原 电 池 一、原电池工作原理 盐桥作用：1、连通电路 2、平衡电荷 缺点：电流不稳定 优点：电流稳定 缺点：电流小 优点：电流大且稳定 二、应用思维模型分析或设计原电池 三、电极反应式的书写 Lavf57.83.100 EVCapture4.1.9软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $$