4.1.1 原电池的工作原理 课件 2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修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 常见的化学电源： 课堂导入 判断下列装置哪些能构成原电池？ H2SO4 Zn Zn （1） 石墨 石墨 H2SO4 （2） H2SO4 Zn 石墨 （3） Zn Cu H2SO4 （4） CuSO4 Zn Cu （5） C2H5OH Zn Cu （6） Zn Cu ZnSO4 CuSO4 （7） √ √ √ 知识回顾 原电池 (将化学能转化为电能的装置) 两极一液一回路一反应 ①能自发进行氧化还原反应 ③有电解质溶液或熔融电解质； ④形成闭合回路。 ②两种活泼性不同的导电材料作电极； (1)构成条件： 知识回顾 负极 正极 外电路 内电路 负极( Zn): Zn - 2e - = Zn 2+ (氧化反应) 正极( Cu): 2H + +2e - =H2 ↑ (还原反应) 总反应：Zn +2H+ = Zn2++H2↑ (2)工作原理 离子的移动方向： 阳 离 子→ 正 极 电子的移动方向： 负 极→正 极 阴 离 子→ 负 极 Zn2+ SO42- H+ 知识回顾 锌铜原电池 CuSO4溶液 Zn Cu A Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu 知识回顾 6 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.为什么电流表读数不断减小？ 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。 当锌片表面完全被铜覆盖后，相当于两个电极都是铜，已不能发生原电池反应，所以最后没有电流产生。 知识回顾 7 （1）该原电池在工作中有何缺点？ （2）如何改进？ 锌与CuSO4溶液直接接触发生反应，化学能转化为电能效率低(部分化学能直接转化为热能)，不能持续产生电流。 让Zn与CuSO4溶液不直接接触 ZnSO4溶液 Cu CuSO4溶液 Zn A CuSO4溶液 Zn Cu A Zn Cu CuSO4溶液 A 深入探讨 双液原电池中的桥梁———盐桥 盐桥中装有含饱和KCl溶液的琼脂。 1、结构： 2、特点： （1）盐桥中的K+、Cl-可以自由移动 （2）琼脂起到固定作用，防止KCl溶液直接流出来。 （3）离子只出不进。 一、原电池的工作原理 Cu CuSO4溶液 Zn A ZnSO4溶液 【实验4-1】 一、原电池的工作原理 有盐桥存在时，电流计指针_____，取出盐桥时，电流计指针________ 实验现象： Cu CuSO4溶液 Zn A ZnSO4溶液 【实验4-1】 偏转 不偏转 实验结论： 锌片与CuSO4溶液在没有直接接触，有盐桥连接的情况下也能构成原电池。 一、原电池的工作原理 锌铜原电池工作原理 Cu2++2e- =Cu Zn + Cu2+= Zn2+ + Cu 总反应： e- e- Cu Zn 发生氧化反应 发生还原反应 Cl- K+ CuSO4溶液 ZnSO4溶液 Zn-2e- =Zn2+ Zn2+ Cu2+ + - 盐桥作用: ② 沟通内电路传导离子，使之形成闭合回路 ① 平衡电荷，使两溶液保持电中性 ③ 将原电池分为两个半电池，提高能量转化效率 负极 正极 思考： 3.两溶液中的离子能进入盐桥吗？ 1.盐桥中有电子流过吗？ 2.盐桥中K+和Cl-的移动方向？ 没有 不能，只出不进 K+向CuSO4 溶液中移动 Cl-向ZnSO4溶液中移动 两溶液中SO42-浓度不变 　　　 SO42－ Zn2+ e－ e－ SO42－ Cu2+ K+ Cu Zn K+ Cl－ K+ Cl－ K+ Cl－ K+ Cl－ K+ Cl－ Cl－ K+ K+ Cl－ K+ K+ K+ Cl－ Cl－ K+ Cl－ Cl－ Cl－ 盐桥工作示意图 一、原电池的工作原理 1、注明原电池的组成。 2、标明氧化反应和还原反应发生区域。 3、标明电子的运动方向和阴阳离子的迁移方向。 绘制要求： 请同学们根据“双液原电池装置”绘制原电池工作原理的示意图。 思考与讨论 一、原电池的工作原理 正极 负极 隔膜或盐桥 原电池工作原理示意图 原电池基本要素 1.电极材料 2.电极反应 3.离子导体 4.电子导体 发生氧化反应 发生还原反应 内电路 阳离子迁移方向 阴离子迁移方向 — e- + e- 外电路 一、原电池的工作原理 原电池正负极的判断 电极材料 反应类型 电子流向 电极现象 离子移向 负极 正极 较活泼金属 较不活泼金属或 能导电的非金属 氧化反应 还原反应 电子流出 电子流入 e- 不断溶解 质量减小 电极增重或 有气体产生 阴离子移向 阳离子移向 一、原电池的工作原理 特别提醒 判断电极时，有时不能简单地依据金属的活动性顺序来判断，要看反应的具体情况。如： (1) 若a电极为铝，b电极为镁，X为氢氧化钠溶液，则负极为 电极。 (2) 若a电极为铁，b电极为铜，X为浓硝酸，则负极为 电极。 铝 铜 一、原电池的工作原理 1.下列有关电化学知识的描述正确的是( ) A.反应 可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，将化学能转化为电能 B.某原电池反应为 ，该原电池装置中的盐桥中可装含琼胶的KCl饱和溶液 C.原电池的两极一定是活泼性不同的两种金属 D.理论上，任何能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池 D 课堂检测 2.用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( ) ① 在外电路中，电流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．①② B．②③ C．②④ D．③④ Ag Cu Cu(NO3)2溶液 AgNO3溶液 盐桥 C 课堂检测 3.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.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后，甲池的c（SO42-）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 C 课堂检测 4、如图所示原电池的盐桥中装有饱和K2SO4溶液，电池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅。下列叙述中正确的是（ ） A. b极是电池的正极 B. 甲烧杯中K＋经盐桥流向乙烧杯 C. 甲烧杯中溶液的pH逐渐减小 D. 电池的总反应离子方程式为： MnO4－＋5Fe2＋＋8H＋＝Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O D 课堂检测 5. 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Cl-向Y极移动 B.化学能转变为电能 C.电子由X极沿导线流向Y极 D.Y极发生的反应为 ,周围pH增大 A 课堂检测 从反应特点建构电极反应式书写模型 二、原电池电极反应式的书写 一般电极材料本身失电子 R－ne－= Rn＋负极溶解，质量减小 负极：还原剂－ne－= 氧化产物 正极：氧化剂＋ne－= 还原产物 一般电解质溶液中的阳离子得电子 如：2H＋＋2e－=H2↑ 有气体放出 或 Tn＋＋ne－= T 质量增大 电极反应式的书写步骤： (1)负极失去电子总数 = 正极得电子总数 (2)正极反应式+负极反应式=电池的总反应式 (3)考虑电极反应产物是否能与电解质溶液中的离子发生反应，若能反应，要一并写入对应的电极反应式中 【注意】 二、原电池电极反应式的书写 Cu C FeCl3溶液 正极： 发生还原反应，化合价降低 A ①写出总反应的离子方程式 ②根据反应特点判断正负极并写出对应的电极反应 简单原电池电极反应式的书写 Cu + 2Fe3＋ = Cu2＋ + 2Fe2＋ 负极： 发生氧化反应，化合价升高 Cu - 2e- = Cu2+ 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ 二、原电池电极反应式的书写 ①写出总反应的离子方程式 ②写出其中容易写出的一极的电极反应 复杂原电池电极反应式的书写 ③利用总反应减去已写出的电极反应，即得到另一极的电极反应 Fe Cu 浓硝酸 Cu+4H++2NO3- =Cu2++2NO2↑+2H2O 负极：Cu - 2e- =Cu2+ 正极：2NO3-+4H++2e-=2NO2 ↑+2H2O 二、原电池电极反应式的书写 请写出下列原电池对应的电极反应式 Ag Cu 硝酸银溶液 A Mg Al NaOH溶液 A Cu Al 浓硝酸 A Al －3e－ +4OH- ＝AlO2- + 2H2O 2H2O ＋2e－ ＝2OH-＋ H2↑ Cu - 2e- =Cu2+ 2NO3-+4H++2e- =2NO2 ↑+2H2O 负极：Cu - 2e- =Cu2+ 正极：Ag+ + e- = Ag 课堂检测 1．比较金属活动性 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的金属活泼。 例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。则： 金属_____是负极，金属_____是正极；金属活动性：________。 a b a ＞ b 三、原电池的应用 把A、B、C、D四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。 若A、B相连时，A为负极； C、D相连时，D上产生大量气泡； A、C相连时，电流由C经导线流向A； B、D相连时，电子由D经导线流向B， 则此四种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ） ① A＞B＞C＞D ② A＞C＞D＞B ③ C＞A＞B＞D ④ B＞A＞C＞D ② A＞B C＞D A＞C D＞B 课堂检测 2．加快氧化还原反应的速率 一个氧化还原反应，构成原电池时的反应速率比直接接触时的反应速率更快。 例2：若用纯Zn与稀 H2SO4 反应制H2时，常常加入少量 CuSO4溶液，Zn 与 CuSO4 反应生成 Cu后，形成 Zn-Cu 原电池，从而加快制备H2的速率。 例1：实验室利用Zn与稀 H2SO4 反应制H2时，常用粗锌而不用纯锌，原因是粗锌中的杂质、Zn与稀硫酸形成原电池，加快了Zn的腐蚀，使产生H2的速率加快。 三、原电池的应用 还原剂和氧化产物为负极的半电池 氧化剂和还原产物为正极的半电池 （2）根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液（找） 外电路用导线连通（可接电流表或用电器） 内电路将电极浸入电解质溶液中（或通过盐桥连接） （3）画出装置示意图（画） 思路: （1）将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应（拆） 3．设计原电池 理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。 三、原电池的应用 例：利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2，设计原电池，画出原电池的示意图，并写出电极反应方程式。 (+) (-) G Zn Pt FeCl3溶液 (+) (-) ZnCl2溶液 FeCl3溶液 盐桥 G Zn C 负极(Zn)：Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应） 正极(Pt或C)：2Fe3++2e-=2Fe2+ （还原反应） 课堂检测 根据原电池的工作原理，将以下反应设计一个原电池装置，并在方框中画出装置图。 2Fe3+ + I- = 2Fe2+ + I2 负极 负极材料______________ 电解质溶液____________ 正极 正极材料______________ 电解质溶液_____________ 石墨 KI溶液 石墨 FeCl3溶液 课堂检测 将被保护的金属与比其活泼的金属连接 原理： 作原电池正极的金属材料不参与反应 例如： 要保护一个铁制的输水管道，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极，铁制的输水管道作原电池的正极 稀硫酸 Zn Fe 4．用于保护金属 三、原电池的应用 如图下列各烧杯中都盛有海水，铁在其中腐蚀由快到慢的顺序是（ ） Fe A B Sn Fe C Zn Fe D Cu Fe A. B ＞A ＞C ＞ D B. D ＞ C ＞ A ＞ B C. D ＞ B ＞ A ＞ C D. C ＞ B ＞ D ＞ A C 课堂检测 Lavf57.83.100 Lavf58.28.100 $