4.1.1 原电池的工作原理 【教学评一体化】 课件 2025-2026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 容山中学 化学科组 第一节 原电池 第1课时 原电池的工作原理 主讲人：郭 静 目 录 CONTENTS 1 单液原电池及其工作原理 2 双液原电池及其工作原理 3 隔膜原电池 学习目标 1、掌握原电池的工作原理，简单电池的设计。 2、通过对单液原电池的综合分析及对其缺点的优化改进，了解盐桥的神奇作用。 3、掌握双液原电池的工作原理及其应用与改进。 新课导入 生活中离不开电 生活中的电池 新课导入 极氪001 三元锂电池，充电1小时，续航1000公里，动力足，跑得远。 电流稳定？ 电流大？ 问题1：高效原电池具备哪些性能特征？ 电流输出大而稳定 问题2：简单原电池是高效原电池吗？ 任务一 知识回顾 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。 ⑧ 一、概念 二、构成要素 原电池是将化学能转变为电能的装置 ①自发的氧化还原反应（原电池的总反应） ②电子导体——活泼性不同的两电极（或相同电极处于不同环境） ③离子导体——电解质溶液（或熔融电解质） ④形成闭合回路 自发氧还、两极、一液、成回路 任务一 知识回顾 三、原电池的工作原理 稀硫酸 锌片 铜片 Zn－2e－=Zn2+ 氧化反应 负极 发生溶解 2H++2e－=H2↑ 还原反应 正极 产生气泡 外电路 内电路 负极 沿导线 正极 正极 沿导线 负极 电子流向： 电流方向： 阳离子 正极 阴离子 负极 原电池总反应：_____________________ 电子不下水，离子不上岸 Zn+2H+=Zn2++H2↑ 探究课堂 原电池的原理应用 写出原电池的总反应式，电极反应式，标出电子转移，离子迁移方向； 并预测观察到的现象。 e− Zn2+ Cu2+ 负极 正极 总反应 Zn − 2e− = Zn2+ Cu2+＋2e− = Cu Zn＋Cu2+ = Zn2+＋Cu 预测现象 负极 正极 电解质 电流表 锌片逐渐溶解变薄 Cu片上有红色物质析出 溶液蓝色逐渐变浅 电流表指针发生偏转 − + 理论分析 任务二 再探单液原电池 实验探究 任务二 再探单液原电池 实验探究 预测现象 实际现象 负极 正极 电解质 电流表 锌片逐渐溶解变薄 Cu片上有红色物质析出 溶液蓝色逐渐变浅 电流表指针发生偏转 锌片上也有红色物质析出 Cu片上有红色物质析出 溶液蓝色逐渐变浅 电流表指针偏转，但电流在衰减 分析原因 Zn片 Cu片 Zn与Cu2+ 直接接触，发生置换反应。 单液电池中，Zn与Cu2+直接接触，同时同地发生电子转移，大部分化学能转变为热能；Cu附着，阻止Zn2+进入溶液，导致电子不能完全输送到铜片上，使电流减小。 转移的电子没完全经过导线 电流衰减的原因 单液电池中，Zn与Cu2+直接接触，同时同地发生电子转移，大部分化学能转变为热能；Cu附着，阻止Zn2+进入溶液，导致电子不能完全输送到铜片上，使电流减小。 任务二 再探单液原电池 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Cu析出，原电池的电动势很快降低，电压不稳定； 电子不能完全经过导线输送到铜片上，电流衰减明显。 解决问题的关键： 还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触 如何改进实验装置，获得持续稳定的电流呢？ A 任务二 再探单液原电池 四、原电池装置的改进 ① 还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触 Cu Zn CuSO4溶液 A ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Zn Cu 【思考】负极区域应该用什么电解质溶液呢？ 与电极材料和盐桥中的电解质均不反应 没有电流 两个溶液间缺少离子导体 无法形成闭合回路 ② 加一个合适的“桥梁”沟通两种电解质溶液 A ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Zn Cu 有电流 盐桥 双液原电池 含负极对应金属离子的盐溶液 电解质溶液和电极材料的选择：烧杯中的电解质溶液应与电极材料具有相同的阳离子。盐桥与电解质溶液接触，因此盐桥中电解质与烧杯中的电解质不能相互反应；同时，要选取阴阳离子移动速度接近的电解质。 任务三 双液原电池及其工作原理 二、双液原电池及其工作原理 1. 盐桥：一种凝胶态的离子导体，通常是将浸泡了KCl饱和溶液 的琼胶装在U型管中；离子可在其中自由移动。 (1)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溶液流出来。 ③ 离子只出不进。 实验探究 【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 任务三 双液原电池及其工作原理 双液原电池实验现象 实验4-1 插入盐桥时电流表指针发生偏转，且电流稳定。 取出盐桥，电流表指针回零。 实验现象 【分析】为什么改进后的装置能够持续、稳定的产生电流？ 盐桥在此的作用是什么？ 任务三 双液原电池及其工作原理 (2)盐桥的作用 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 ①连接两个半电池，形成闭合回路； ②传导离子，平衡电荷，保持溶液的电中性； ③避免还原剂与氧化剂直接接触，减少电流衰减， 放电更持久，提高电池的工作效率。 加入盐桥时，盐桥中阴离子向负极区的ZnSO4 溶液扩散和迁移，阳离子则向正极区的CuSO4溶液 扩散和迁移，分别中和两边溶液过剩的电荷，保持溶液的电中性。 任务三 双液原电池及其工作原理 2. 双液原电池工作原理 课本P97 思考与讨论 K＋ Cl- e- Zn2+ Zn Cu2＋ Cu 负极 正极 含负极对应金属离子的盐溶液 含正极对应金属离子的盐溶液 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 外电路： 电子导电 e− e− e− Am+ Bn− 内电路： 离子导电 【模型深化】 双液原电池的工作原理 发生氧化反应 发生还原反应 负极(电势低) 正极 电解质 (溶液或熔融态) 盐桥 把氧化反应和还原反应完全分开在不同区域进行，通过盐桥连接，从而提高能量转化效率，获得持续的电流，原电池可对外输出电能。 学习评价 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 任务三 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。利用所给药品和仪器按照如图所示装置连接电路： 【实验】 数字化传感器 电流：0.07→0.02A 单液原电池 电流衰减明显 Zn片 Cu片 —— 电流数据 电流：0.007A 双液原电池 电流较小， 电流稳定 电流：0.07→0.02A 单液原电池 电流衰减明显 数字化传感器 —— 电流数据 任务三 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 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 双液原电池电流小的原因是什么？ 实验数据及其结论 任务三 双液原电池及其工作原理 双液原电池电流小的原因是什么？ 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, 长度L大 ②离子运动的通道窄, 横截面积S小 ③离子容量小 改进? I=U/R，R=ρL/S ZnSO4溶液 CuSO4溶液 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Q1：隔膜原电池中离子是如何移动？离子浓度怎样变化？ SO42-向负极移动，ZnSO4(aq)中c(SO42-)增大，CuSO4(aq)中c(SO42-)减小 任务四 认识隔膜原电池 三、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： 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 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。 学习评价 2、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Cu − 2e− ＝Cu2+ C. 电池工作一段时间后，乙池的c(SO42−)减小 D. 电池工作一段时间后，甲池的c(Zn²+)增加 A ZnSO₄(aq) CuSO₄(aq) 阳离子交换膜 学习评价 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+ C．随着放电的进行，ZnBr2溶液的浓度减小 D．每转移2 mol 电子，理论上有 1 mol Zn2+通过离子交换膜 C 课堂小结 建构原电池认知模型 失电子场所 （负极） 电子导体 离子导体 得电子场所 （正极） 装置维度 电极 反应物 微观过程 电极产物 锌片 导线 电解质溶液 铜片 还原剂 氧化产物 氧化剂 还原产物 失电子 得电子 阳离子移向 阴离子移向 电子移动方向 电流移动方向 原理维度 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 装置图 电流强 1.电流衰减明显，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 已经能够实用化 CuSO4溶液 CuSO4溶液 CuSO4溶液 学习评价 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 AgNO3溶液 2Ag+＋2e− ＝2Ag Cu − 2e− ＝Cu2+ 负(或铜) 正(或银) 银 铂、石墨 4. 依据氧化还原反应：Cu＋2Ag+＝Cu2+＋2Ag 设计的原电池如图所示。 学习评价 5. 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。 小结设计原电池的一般思路！ 学习评价 （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+ 2Fe3+ + 2I− == 2Fe2+ + I2 Lavf57.83.100 $$