4.1 原电池（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二化学选择性必修第一册（人教版2019）

第一节 原电池 知识点 1 原电池的工作原理 必备知识 清单破 1.原电池的形成条件   第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 2.工作原理 (1)单液原电池与双液原电池的比较     ①单液锌铜原电池(如图Ⅰ所示)在工作过程中,锌直接和CuSO4溶液接触,会有化学反应发生, 使部分化学能转化为热能,导致电池供电能力减弱。 ②双液锌铜原电池(如图Ⅱ所示)中,锌插入ZnSO4溶液、铜插入CuSO4溶液,避免了锌和CuSO4 溶液直接接触,提高了原电池的供电能力。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 特别提醒    (1)盐桥作用:使溶液保持电中性,起导电作用,形成闭合回路;完全隔离两电极反 应,使原电池能持续、稳定地产生电流。(2)原电池输出电能的能力,取决于形成原电池的反 应物的氧化、还原能力。 (2)原电池工作原理(以双液锌铜原电池为例) 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 特别提醒    原电池工作时形成外电路与内电路,外电路通过电子的定向移动形成电流,内电 路通过离子的定向移动形成电流。电子只能在导线中移动而不能在溶液中移动,离子只能在 溶液中移动而不能在导线中移动,可形象地描述为“电子不下水,离子不上岸”。 (3)原电池中正极、负极的判断   第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 3.原电池工作原理的应用 (1)比较金属活动性强弱:原电池中,负极一般是活泼性较强的金属,正极一般是活泼性较弱的金属。 (2)加快化学反应速率:形成原电池时,氧化还原反应速率加快。 (3)设计制作化学电源   第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 (4)用于金属的防护:将需要保护的金属制品作原电池的正极。(详见第三节　金属的腐蚀与 防护) 4.原电池电极反应式的书写规律和方法【详见定点1】 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 知识点 2 化学电源 1.一次电池 (1)碱性锌锰电池   　　负极反应:Zn+2OH--2e-  Zn(OH)2; 　　正极反应:2MnO2+2H2O+2e-  2MnO(OH)+2OH-; 　　总反应:Zn+2MnO2+2H2O  2MnO(OH)+Zn(OH)2。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念   　　负极反应:Zn+2OH--2e- Zn(OH)2; 　　正极反应:Ag2O+H2O+2e- 2Ag+2OH-; 　　总反应:Zn+Ag2O+H2O Zn(OH)2+2Ag。 (3)锂电池 　　Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器,该电池的电极材料分别为锂和碳,电解液是LiAlCl4- SOCl2,电池总反应可表示为4Li+2SOCl2 4LiCl+SO2↑+S。其中负极材料是Li,负极反应式 为4Li-4e- 4Li+,正极反应式为2SOCl2+4e-  SO2↑+S+4Cl-。 (2)锌银电池 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 2.二次电池 (1)铅酸蓄电池 ①充电时电极的连接:“负接负”后作阴极,“正接正”后作阳极。 ②工作时的电极反应式:   第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 特别提醒　放电时负极生成的Pb2+和电解质溶液中的S 不能共存,Pb2+与S 结合生成PbSO4。 (2)锂离子电池 　　一种锂离子电池放电时的原理示意图如下:   　　负极:LixCy-xe- xLi++Cy; 　　正极:Li1-xCoO2+xLi++xe- LiCoO2; 　　总反应:LixCy+Li1-xCoO2 LiCoO2+Cy。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 3.燃料电池 (1)氢氧燃料电池工作原理   第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 电解质溶液 H2SO4溶液 KOH溶液 负极反应 2H2-4e-  4H+ 2H2+4OH--4e-  4H2O 正极反应 O2+4H++4e-  2H2O O2+2H2O+4e-  4OH- 总反应 2H2+O2  2H2O 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 (2)燃料电池与一般电池的不同之处 ①一般电池的容量受限制;燃料电池的燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断反应, 生成物不断地被排出,可以连续不断地提供电能。 ②燃料电池的两电极可使用同种材料。 (3)在燃料电池中燃料并不燃烧,燃料电池的总反应方程式与燃烧反应的化学方程式相似,但 二者条件不同。理论上,所有的燃烧反应均可设计成燃料电池,燃料电池的燃料除氢气外,还 有烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体。燃料电池的能量转化率较高,能源利用率也较高。 4.突破新型化学电池【详见定点2】 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 知识辨析 1.利用原电池的正、负极判断金属活动性,一定是作负极的金属更活泼,这种说法对吗? 2.原电池工作时,电子从负极流出经导线流入正极,然后通过电解质溶液流回负极,这种说法 对吗? 3.一般来说,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率高,这种说法对吗? 4.二次电池的放电反应和充电反应互为可逆反应,这种说法对吗? 5.燃料电池的正、负两极必须是两种活泼性不同的金属,这种说法对吗? 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 一语破的 1.不对。利用原电池的正、负极判断金属活动性时,还要结合电解质溶液,如Mg-NaOH溶液- Al构成的原电池中,Al作负极,Mg作正极,但Mg比Al活泼。 2.不对。电子不进入溶液,溶液中阴、阳离子定向移动形成电流。 3.对。盐桥中通常装有琼脂凝胶,内含氯化钾或硝酸铵等,盐桥中的离子能够定向移动。盐桥 可隔离两电极反应,使原电池能持续、稳定地产生电流。 4.不对。二次电池的充电与放电不是在相同条件下发生的,不能理解为可逆反应。 5.不对。如氢氧燃料电池的正、负极可以均为Pt。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 关键能力 定点破 定点 1 原电池电极反应式的书写规律和方法 1.根据装置书写电极反应式 (1)确定氧化剂和还原剂 先分析题目给定的图示装置,确定原电池正、负极,找出正、负极上的反应物(即氧化剂和还 原剂)。 (2)负极反应式的书写 　　规律:活泼金属或H2(或其他还原剂)失去电子生成金属阳离子或H+(或其他氧化产物)。 　　特例:若电解质溶液中的阴离子与生成的金属阳离子或H+能反应,则该阴离子应写入电 极反应式,如铅酸蓄电池的负极反应式为Pb-2e-+S  PbSO4。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 　　 (3)正极反应式的书写 　　规律:一般为阳离子得电子生成单质或氧气得电子。 特例:若是氧气得电子,要考虑电解质溶液的情况。电解质溶液呈碱性或中性时,正极反 应式为O2+2H2O+4e- 4OH-;电解质溶液呈酸性时,正极反应式为O2+4H++4e- 2H2O。 (4)电池总反应式的书写 　　正、负极反应式相加(注意两电极得失电子数相等)得到电池的总反应式。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 2.根据总反应式书写电极反应式 (1)如果题目给定的是总反应式,分析有关元素的化合价变化情况,找出氧化剂及其对应的还 原产物,氧化剂发生的反应(还原反应)为正极反应;找出还原剂及其对应的氧化产物,还原剂 发生的反应(氧化反应)为负极反应。 (2)先写出较简单的电极反应式,然后利用总反应式减去该电极反应式,即得另一电极反应式。 知识拓展    燃料电池的总反应通常为燃料的燃烧反应,但还需要关注燃料燃烧后的产物与介 质中的物质是否反应。以CH3OH气体-O2燃料电池为例,分析不同介质中的电极反应。 介质一:K2SO4溶液(中性) 总反应为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O;负极反应为2CH3OH-12e-+2H2O 2CO2+12H+;正极 反应为3O2+12e-+6H2O 12OH-。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 介质二:KOH溶液(碱性) 总反应为2CH3OH+3O2+4OH- 2C +6H2O;负极反应为2CH3OH-12e-+16OH- 2C + 12H2O;正极反应为3O2+12e-+6H2O 12OH-。 介质三:H2SO4溶液(酸性) 总反应为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O;负极反应为2CH3OH-12e-+2H2O 2CO2+12H+;正极 反应为3O2+12e-+12H+ 6H2O。 介质四:熔融盐(如熔融的K2CO3) 总反应为2CH3OH+3O2  2CO2+4H2O;负极反应为2CH3OH-12e-+6C   8CO2+4H2O;正 极反应为3O2+12e-+6CO2  6C 。 介质五:掺杂Y2O3的ZrO3固体电解质(在高温下能传导O2-) 总反应为2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O;负极反应为2CH3OH-12e-+6O2- 2CO2+4H2O;正极 反应为3O2+12e- 6O2-。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 典例　如图所示是一个燃料电池的示意图,a、b两极均为Pt,当此燃料电池工作时,下列分析 正确的是 (　    ) A.如果a极通入H2,b极通入O2,NaOH溶液作电解质溶液,则a极上的 电极反应式为H2-2e- 2H+ B.如果a极通入H2,b极通入O2,H2SO4溶液作电解质溶液,则b极上的 电极反应式为O2+4e-+2H2O  4OH- C.如果a极通入CH4,b极通入O2,NaOH溶液作电解质溶液,则a极上的电极反应式为CH4-8e-+10 OH- C +7H2O D.如果a极通入H2,b极通入O2,NaOH溶液作电解质溶液,则溶液中的OH-向b极移动 C 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨    燃料电池中,一般燃料(H2、CO、CH4、CH3OH、C2H5OH等)是负极反应物,氧化 剂(如O2)是正极反应物。写电极反应式时,注意介质类型对产物的影响。 解析    如果a极通入H2,b极通入O2,NaOH溶液作电解质溶液,则a极是负极,电极反应式为H2-2e -+2OH- 2H2O,故A项错误;如果a极通入H2,b极通入O2,H2SO4溶液作电解质溶液,则b极是正 极,电极反应式为O2+4H++4e- 2H2O,故B项错误;如果a极通入CH4,b极通入O2,NaOH溶液作 电解质溶液,则a极是负极,电极反应式为CH4-8e-+10OH- C +7H2O,故C项正确;如果a极 通入H2,b极通入O2,NaOH溶液作电解质溶液,则溶液中的OH-向负极(a极)移动,D项错误。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 定点 2 突破新型化学电池 1.突破新型燃料电池 (1)燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源,基本工作 原理与原电池相同。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 (2)解答新型燃料电池题目的几个关键点: ①通入负极的物质为燃料,通入正极的物质一般为氧气。 ②通过介质中离子的移动方向,可判断电池的正、负极,同时考虑该离子是否参与靠近一极 的电极反应。 ③若正极通入的是O2,正极反应的本质都是O2+4e-  2O2-,但在不同电解质环境中,其正极反 应式的书写形式有所不同。 ④书写燃料电池的电极反应式时,若是酸性电解质溶液则不能出现OH-,若是碱性电解质溶液 则不能出现H+,若是水溶液则不能出现O2-,若是能传导O2-的固体电解质则O2被还原为O2-。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 2.突破二次电池 　　二次电池放电时遵循原电池原理,充电时遵循电解原理,其工作原理特点如下:   　　如果已知二次电池的总反应式,可先写出较易写的电极反应式,然后用总反应式减去较 易写的电极反应式,即可得出较难写的电极反应式。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 典例 钠电池具有性能稳定、安全性好等优点。某钠离子二次电池工作原理如图所示,电池 总反应为NaC6+Na1-xMO2  NaMO2+Na1-xC6(0≤x≤0.55,M为过渡元素)。 下列说法正确的是 (　    ) A.铝箔是原电池的负极 B.放电时,导线中每通过1 mol电子,理论上石墨烯纳米片质量 减轻23 g C.充电时,阳极上发生的电极反应为NaMO2+xe-  Na1-xMO2+xNa+ D.放电时,Na+在铝箔电极上得电子被还原 B 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 思路点拨    根据图示信息分析电池的工作原理,需明确二次电池工作时,充电时阳极发生氧 化反应。 解析    放电时钠失去电子被氧化,铜箔作负极,铝箔是原电池的正极,A错误;放电时负极反应 为NaC6-xe-  xNa++Na1-xC6,即放电时,导线中每通过1 mol电子,理论上石墨烯纳米片释放出 1 mol Na+,其质量减轻23 g,B正确;充电时铝箔与电源的正极相连,作阳极,失电子,发生氧化反 应,阳极反应为NaMO2-xe-  Na1-xMO2+xNa+,C错误;放电时,Na+镶嵌在铝箔电极上,M元素得 电子被还原,D错误。 第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 解题模板       第四章 化学反应与电能 第1讲　描述运动的基本概念 $$