4.1 第1课时 原电池的工作原理(课件PPT)-【优化指导】2025-2026学年高中化学选择性必修第一册（人教版2019 单选）

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 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 栏目索引 基础落实 梳理必备知识 重难探究 提升关键能力 学以致用 发展学科素养 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 化学能 电能 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 氧化还原 活动性 电解质 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 偏转 电流表的指针回到零点 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R Zn Zn2＋ Cu2＋ Cu 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R Cl－ K＋ Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R C 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R C 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R B 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R D 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R C 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R D 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R A 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R C 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R D 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R C 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R C 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 课时梯级训练（18） 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 谢谢观看！ 第四章　化学反应与电能 高中化学 选择性必修1 化学反应原理 R 课程标准 核心素养目标 1.了解原电池的工作原理。 2．能分析、解释原电池的工作原理，能设计简单的原电池。 1.科学探究与创新意识：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要素，能设计简单的原电池。 2．证据推理与模型认知：在分析锌铜原电池的过程中，逐渐建立原电池的系统分析思路，建构原电池装置的思维模型。 一、原电池及构成条件 1．定义：将______转化为____的装置称为原电池。 2．构成条件 二、原电池的工作原理 1．实验探究锌铜原电池(教材实验4－1) 实验装置 实验步骤 (1)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；(2)取出盐桥，观察电流表的指针有何变化 实验 现象 (1)接通电路时，电流表的指针发生____，锌片逐渐溶解，铜片上有红色固体析出；(2)取出盐桥，____________________ 2.锌铜原电池的工作原理分析 电极变化 负极 在ZnSO4溶液中，负极一端的____失去电子变成_______进入溶液，电子由负极通过导线流向正极 正极 在CuSO4溶液中，正极一端的_______得到电子变成____沉积在铜片上 离子移动 盐桥 _______移向ZnSO4溶液，____移向CuSO4溶液，使氧化还原反应持续进行，锌铜原电池得以不断地产生电流 工作原理 负极 __________________________ (氧化反应) 正极 ___________________________(还原反应) 总反应 ____________________________ ◆名师点拨 (1)原电池可看作由两个半电池组成，一个发生氧化反应，另一个发生还原反应。 (2)原电池构成的“四要素” ◆拓展延伸 (1)盐桥的组成：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼脂，琼脂不流出，离子可在其中自由移动。 (2)盐桥的作用：①平衡电解质溶液中的电荷，起导电作用，形成闭合回路；②避免电极与电解质溶液直接接触，减少电流的衰减。 ◆要点图解 原电池的工作原理示意图 探究一 探究原电池的构成及工作原理 原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献。某学习小组的同学利用反应Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2设计原电池装置如图所示，探究原电池的构成及工作原理，盐桥中装有含KNO3饱和溶液的琼脂。 [问题设计] (1)判断该原电池的正极和负极，并写出电极反应。 (2)判断盐桥中K＋和NO eq \o\al(\s\up1(－),\s\do1(3)) 的移动方向，并指明外电路中电子的流向。 提示：负极是Cu：Cu－2e－===Cu2＋　正极是Ag：Ag＋＋e－===Ag。 提示：盐桥中K＋移向AgNO3溶液，NO eq \o\al(\s\up1(－),\s\do1(3)) 移向CuSO4溶液　电子的流向：Cu电极→电流表→Ag电极。 (1)原电池中正极和负极的判断方法 (2)原电池的工作原理 [例1] 根据反应Zn(s)＋Cu2＋(aq)===Zn2＋(aq)＋Cu(s)设计成如图所示的原电池，下列叙述正确的是(　　) A．KNO3盐桥中的K＋移向Zn(NO3)2溶液 B．Cu作负极，Zn作正极 C．工作一段时间后，Zn(NO3)2溶液中c(Zn2＋)增大 D．取出盐桥后，电流表的指针依然发生偏转 Zn→Zn2＋，发生氧化反应；Cu2＋→Cu，发生还原反应，推测Zn为负极，Cu为正极，故KNO3盐桥中的K＋向Cu(NO3)2溶液移动，A、B错误；工作过程中，Zn→Zn2＋，故Zn(NO3)2溶液中c(Zn2＋)增大，C正确；取出盐桥后，不能构成闭合回路，无法形成原电池，电流表指针不发生偏转，D错误。 解答本题的思路如下： (1)判断电极反应，确定电极名称：Zn―→Zn2＋，发生氧化反应；Cu2＋―→Cu，发生还原反应。 (2)依据原电池的工作原理，推测盐桥中的K＋的移动方向及Zn(NO3)2溶液中c(Zn2＋)变化。 1．如图所示，a、b两电极的材料分别为铁和铜中的一种。下列说法正确的是(　　) A．该装置可将电能转化为化学能 B．a极可能发生反应Cu－2e－===Cu2＋ C．电极b质量可能增加 D．该过程可能有大量气体产生 已知Fe比Cu活泼，故在Fe、Cu和CuSO4溶液构成的原电池中，Fe为负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Cu为正极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu。该装置为原电池装置，故该装置可将化学能转化为电能，A错误；该原电池的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋和Cu2＋＋2e－===Cu，则a极不可能发生反应Cu－2e－===Cu2＋，B错误；若电极b为Cu，则电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，则电极b质量增加，C正确；该过程不可能有大量气体产生，D错误。 探究二__原电池电极反应的分析与表征 原电池的电极名称及反应不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。如图所示的四个原电池装置，请结合原电池的构成及工作原理分析。 [问题设计] (1)①中Mg作______，正极反应为__________________________；②中Mg作______，负极反应为________________________。 (2)③中Fe作______，电极反应为_________________________。 (3)④中Fe作_____，Cu作________，负极反应为______________。 提示：负极　2H＋＋2e－===H2↑　正极　Al＋4OH－－3e－===[Al(OH)4]－ 提示：正极　NO eq \o\al(\s\up1(－),\s\do1(3)) ＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O 提示：负极　正极　Fe－2e－===Fe2＋ 1．书写原则 2．未给出原电池总反应(一般给出装置图) 3．已知总反应，书写电极反应式 ①分析原电池总反应中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。 ②若有一极的电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应减去较易写出的电极反应式即得到另一电极反应式。 【易错警示】当氧化剂、还原剂、还原产物、氧化产物由多种元素组成时，还应注意电解质是否参与反应。 [例2] 如图所示的电池，盐桥由琼脂和饱和KCl溶液构成。下列说法正确的是(　　) A．电池负极反应：Fe2＋－e－===Fe3＋ B．盐桥中K＋移向FeCl3溶液 C．电池正极反应：Fe3＋＋3e－===Fe D．电池总反应：Fe＋Fe3＋===2Fe2＋ Fe为负极，石墨为正极，电池负极反应：Fe－2e－===Fe2＋，A错误；原电池中阳离子移向正极，石墨电极为正极，故盐桥中K＋移向FeCl3溶液，B正确；电池正极反应：Fe3＋＋e－===Fe2＋，C错误；D项电荷不守恒，电池总反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，D错误。 2．在课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流表、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成，橙汁呈酸性(含大量H＋)。下列结论错误的是(　　) A．该原电池由电极、电解质溶液、电流表和导线等组成 B．a为铝片、b为锌片时，a极反应为Al－3e－===Al3＋ C．a为锌片、b为铜片时，b极反应为2H＋＋2e－===H2↑ D．a为锌片、b为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片 铝比锌活泼，铝片和锌片通过导线相连，插入橙汁中形成原电池，铝作负极，电极反应为Al－3e－===Al3＋，B正确；Zn比Cu活泼，形成原电池时Zn作负极，Cu作正极，则b极反应为2H＋＋2e－===H2↑，C正确；a极为负极，电子由负极(锌片)流出，D错误。 探究三 原电池原理的应用 科学家找到了一种从菠菜中提取能量的方法。利用这种方法，科学家发明了一种所谓的“菠菜电池”，这种电池使用时间长达3周以上，可以应用在手机、笔记本电脑以及其他移动设备上。 [问题设计] (1)若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀硫酸反应制取H2，哪种方法产生H2的速率快？ (2)将金属a、b用导线相连插入稀硫酸中，发现b上产生气泡，则a与b相比较，谁更活泼？ 提示：粗锌。 提示：a。 应用 原理 实例 加快氧化还原反应速率 相当于给氧化还原反应“推动力”，明显加快反应速率 实验室用粗锌与稀硫酸反应制取氢气 比较金属活动性 活动性强的金属作负极，只需判断出金属作正极还是负极就可比较 如将金属a和b用导线连接后插入稀硫酸中，若a极溶解(负极)，b极上生成气泡(正极)，则活动性：a>b 应用 原理 实例 用于金属防护 负极溶解而正极无变化，故可将被保护的金属作原电池的正极 铁闸上连接一锌块，或轮船船体上嵌入锌块，能保护铁闸或船体 制作化学电源 原电池能将化学能转变成电能，可设计各种电池 锌锰干电池、燃料电池、铅酸蓄电池等 应用 原理 实例 设计原电池[以Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag为例] ①根据化合价的变化写出电极反应式 负极：Cu－2e－===Cu2＋ 正极：Ag＋＋e－===Ag 应用 原理 实例 ②确定电极材料 负极：若是活泼金属，可直接作负极，若是燃料或离子，可选用惰性电极。正极：选用活动性比负极弱的金属或惰性电极 ③电解质溶液的选择：一般选用反应物作电解质溶液 ④用导线和盐桥构成闭合回路 [例3] 用如图所示装置探究原电池中的能量转化，注射器用来收集气体并读取气体体积，记录实验数据如表所示。 装置编号 实验数据 时间/min ① ② 气体体积/mL 溶液温度/℃ 气体体积/mL 溶液温度/℃ 0 0 22.0 0 22.0 8.5 30 24.8 50 23.8 10.5 50 26.0 —— —— 下列说法错误的是(　　) A．0～8.5 min内，生成气体的平均速率：①<② B．两个装置中反应均为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑ C．对比两装置中溶液的温度，说明反应释放的总能量：①>② D．最终两装置中溶液的温度①>②，说明②中反应的化学能部分转化为电能 0～8.5 min内，相同条件下，装置①中生成气体没有装置②中生成气体多，所以生成气体的平均速率①＜②，A正确；装置①中为Zn和H2SO4的化学反应，装置②为Cu­Zn­H2SO4原电池反应，两反应均为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，B正确；对比两装置的溶液温度，说明装置①中把化学能转化为热能比装置②中的多，但两装置总反应方程式均为Zn(s)＋H2SO4(aq)===ZnSO4(aq)＋H2(g)，释放的总能量与生成的气体的量成正比，由表中数据可知时间相同时，装置①中生成气体没有装置②中生成气体多，所以反应释放的总能量①＜②，C错误；生成气体体积相同时两反应释放的总能量相等，两装置的溶液温度①＞②，说明装置②中反应的化学能部分转化为电能，D正确。 3．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　) A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原 C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极 乙中I－失去电子放电，发生氧化反应，A正确；由总反应方程式知，Fe3＋被还原成Fe2＋，B正确；当电流表为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，C正确；甲中加入Fe2＋，导致平衡逆向移动，则Fe2＋失去电子生成Fe3＋，甲中石墨电极为负极，则乙中石墨电极为正极，D错误。 1．下列各组装置中能形成原电池的是(　　) 两电极活动性不同，能发生自发进行的氧化还原反应，而且形成了闭合回路，符合原电池的构成条件，能形成原电池，A正确；乙醇、蔗糖都是非电解质，不能形成原电池，B、C错误；铂和碳都不能和氢氧化钠溶液反应，不能发生自发进行的氧化还原反应，不能形成原电池，D错误。 2．某实验小组同学设计原电池装置如图所示，下列说法错误的是(　　) A．Cu极为正极，发生还原反应 B．Zn极质量减小，Cu极质量增大 C．放电时，盐桥中的K＋向盛有ZnSO4溶液的烧杯中移动 D．原电池总反应的离子方程式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 该装置为原电池，Zn为负极，失去电子发生氧化反应，质量减小，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Cu为正极，Cu2＋得电子发生还原反应，质量增大，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。Cu极为正极，Cu2＋得电子，发生还原反应，A正确；Zn极质量减小，Cu极质量增大，B正确；放电时，盐桥中的K＋进入盛有CuSO4溶液的烧杯中，向Cu电极(正极)方向移动，C错误；自发的氧化还原发生在Zn与Cu2＋之间，则原电池总反应的离子方程式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，D正确。 3．我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下，该电池以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是(　　) A．电子由a极经导线流向b极 B．b极的电势比a极的高 C．b极电极反应式：I eq \o\al(\s\up1(－),\s\do1(3)) ＋2e－===3I－ D．溶液中每增加1 mol阴离子，消耗锌的质量是65 g 根据电池示意图可知，a极上Zn被氧化为Zn2＋，则a极作负极，b极作正极。电子由a极(负极)经导线流向b极(正极)，A正确；正极电势高于负极电势，即b极的电势比a极的高，B正确；b极作正极，I eq \o\al(\s\up1(－),\s\do1(3)) 被还原为I－，则b极电极反应式为I eq \o\al(\s\up1(－),\s\do1(3)) ＋2e－===3I－，C正确；总反应式为Zn＋I eq \o\al(\s\up1(－),\s\do1(3)) ===Zn2＋＋3I－，即溶液中每增加1 mol阴离子转移1 mol电子，则消耗0.5 mol锌，其质量为32.5 g，D错误。 4．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，下列叙述正确的是(　　) A．铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO eq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)) )减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 锌铜原电池中，Zn的活动性比Cu强，Zn作负极，失电子被氧化成Zn2＋，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋；Cu作正极，溶液中Cu2＋在其表面得电子被还原生成Cu，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，A错误；甲、乙两池中SO eq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)) 均未参与电极反应，故甲池中c(SO eq \o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4)) )不变，B错误；工作过程中，在Cu电极表面Cu2＋不断被还原，为维持溶液呈电中性，甲池中Zn2＋透过阳离子交换膜进入乙池，故乙池溶液的总质量增加，C正确；甲、乙池中间是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，阴离子不能通过，Zn2＋透过阳离子交换膜进入乙池，保持两池溶液中电荷平衡，D错误。 5．用如图装置进行实验，可观察到如下现象：图1中，Cu电极上产生大量无色气泡；图2中，Cu电极上无气泡产生，而Cr电极上产生大量气泡。下列说法正确的是(　　) A．图1是电解池装置，图2是原电池装置 B．两个装置中，电子均由Cr电极经导线流向Cu电极 C．图2中Cr电极为正极 D．由实验现象可知，金属活动性：Cu>Cr 图1和图2均为原电池装置，A错误；图1中Cu电极上产生无色气泡，即产生氢气，Cu为正极，电子由Cr电极经导线流向Cu电极，图2中Cr电极上产生气泡，Cr为正极，Cu与浓硝酸反应，Cu为负极，电子由Cu电极经导线流向Cr电极，B错误；图2中Cr电极上产生大量气泡，Cr为正极，Cu与浓硝酸反应，Cu为负极，C正确；根据图1中相关现象可以比较出两种金属的活动性：Cr>Cu，D错误。 $$