4.1.1 双液原电池与应用-【核心素养新教学】2025-2026学年高二化学同步优质教学课件（人教版选择性必修1）

第一章 化学反应的热效应 第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 本节重点 原电池装置的改进与应用 第1课时 双液原电池与应用 1 原电池的工作原理 按图组装一个Cu-Zn原电池，观察和记录实验现象。 实验用品：数字电流表、烧杯、导线、电极（锌片、铜片）、稀H2SO4溶液 实验要求：仔细观察闭合回路和断开回路（取出铜片）时锌片、铜片、电流表读数的变化并如实记录现象。 实基线象 锌片 铜片 电流表 温度计读数 Cu Zn 正极 负极 逐渐溶解 也有气泡产生 有气泡产生 读数逐渐减小 溶液温度逐渐升高 ？ 1.实验探究 主题1: 盐桥原电池 Cu Zn 正极 负极 缺陷：①电能的转化率低； ②断开电路后，Zn片仍然在反应。 主题1: 盐桥原电池 思考与交流： 1.为什么电流会逐渐减小？ 主要原因：负极与阳离子直接接触 【说明】由于装置中Cu2+与Zn直接接触，Zn失电子后，Cu2+可以直接在锌片上得到电子，所以这种原电池的效率不高，电流在短时间内就会衰减。 2.能否阻止Cu2+在锌片表面还原？ 把锌电极与H2SO4溶液分开 单液原电池 方案：让锌片与稀硫酸不直接接触！ 稀硫酸 Cu Zn A Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 ↑ 改进 Zn A 稀H2SO4 Cu ？ ZnSO4溶液 【思考】怎样才能构成溶液内部的闭合回路？ 1.实验探究 主题1: 盐桥原电池 单液原电池 ZnSO4溶液 稀H2SO4 Zn Cu A 盐桥 盐桥：装有饱和KCl溶液和琼脂制成的胶冻; 琼脂的作用：防止管中溶液流出; K+和Cl-能在胶冻内自由移动. 1.实验探究 主题1: 盐桥原电池 ZnSO4溶液 Cu Zn 稀H2SO4 盐桥 注:这种用盐桥连接的原电池也叫双液原电池 稀硫酸 Cu Zn A Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 ↑ 改进 单液原电池 盐桥原电池 1.实验探究 主题1: 盐桥原电池 改进后的原电池装置有哪些优点？ 1、离子在盐桥中作定向移动，减少了离子的混乱，使离子移动更加有序，能够产生持续稳定的电流； 2、提高了能量转化率（化学能→电能）； 3、有效避免了电极材料与电解质溶液的直接反应， 能够防止装置中化学能的自动释放（自放电）,增加了原电池的使用寿命。 【启示】氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应。 1.实验探究 主题1: 盐桥原电池 ZnSO4溶液 Cu Zn 稀H2SO4 盐桥 2.铜锌双液原电池分析 1、组成：由两个半电池组成 锌半电池 铜半电池 每个半电池中的电极与电解质溶液互不反应，外电路通过导线相连，中间通过盐桥连接形成闭合回路。 2、半反应 锌半电池: （氧化反应） Zn-2e-= Zn2+ 铜半电池： （还原反应） 2H+ + 2e- = H2↑ Zn + 2H+ = Zn2++H2↑ 3、总反应： 主题1: 盐桥原电池 2.铜锌双液原电池分析 负极 Zn-2e-=Zn2+氧化反应 失e-，沿导线传递 （电子不下水） 正极 还原反应 2H+ + 2e- = H2↑ 阳离子 阴离子 负极液 盐桥 阳离子 （离子不上“岸”） 正极液 阳离子 沟通内电路，形成闭合回路。 平衡电荷，使两电解质溶液保持电中性。 主题1: 盐桥原电池 ZnSO4溶液 Cu Zn 稀H2SO4 盐桥 2.铜锌双液原电池分析 锌半电池 铜半电池 优点：电流稳定 不足：电流小 引入盐桥后内阻变大 原因： 增大电流呢？ 缩短盐桥的长度， 增大盐桥的横截面积 能否用一张纸或者 一个膜来代替盐桥呢？ 改进 主题1: 盐桥原电池 ZnSO4溶液 Cu Zn 稀H2SO4 盐桥 3.离子交换膜电池 改进 CuSO4溶液 Zn Cu ZnSO4溶液 A 1.阳离子交换膜： 只允许阳离子通过 2.阴离子交换膜：只允许阴离子通过 3 .质子交换膜：只允许H＋通过 主题1: 盐桥原电池 总结 原电池由单液到双液的演变过程 名称 单液原电池 双液原电池 隔膜原电池 优点 缺点 电流强 1.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 课堂检测 1、依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)==Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。 请回答下列问题： (1)电极X的材料是 ； 电解质溶液Y是 ； (2)银电极为电池的 极， 发生的电极反应为 ； X电极上发生的电极反应为 ； (3)外电路中的电子是从 电极流向 电极。 Cu AgNO3溶液 正 2Ag+ + 2e- = 2Ag Cu - 2e- = Cu2+ 铜 银 课堂检测 2、下列装置不能形成原电池的是（ ） Zn CuSO4溶液 A ZnSO4 CuSO4 B B C 酒精 CuSO4溶液 Fe2(SO4)3溶液 A D C Cu BC 课堂检测 3.下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 石墨 石墨 甲 乙 盐桥 a b KMnO4、MnSO4、H2SO4溶液 Fe2(SO4)3、FeSO4溶液 D 1. 比较金属活动性强弱 一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，较不活泼金属作正极，发生还原反应。 2. 加快氧化还原反应的速率 构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。 例如：实验室制取氢气时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应速率快；或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，产生氢气的速率加快。 主题2: 原电池原理的应用 3.用于金属的防护 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。 4. 设计化学电池 (1)理论上，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。 (2)外电路：还原性较强的物质在负极上失去电子，氧化性较强的物质在正极上得到电子。 (3)内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。 主题2: 原电池原理的应用 设计盐桥原电池的思路： Zn+2Ag+=Zn2++2Ag 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 根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液 外电路用导线连通，可以接用电器 内电路是将电极浸入电解质溶液中，并通过盐桥沟通内电路 画出装置示意图 原电池的设计思路 ——“两极一液一连线” 主题2: 原电池原理的应用 设计原电池的步骤 首先确定反应必须是能自发进行的氧化还原反应。 正负极材料的选择：根据氧化还原反应关系找出正、负极材料，若反应中有金属单质，一般选择活泼性较强的金属作为负极，活泼性较弱的金属或可到店的非金属（如石墨等）作为正极；若反应中没有金属单质，一般用石墨作电极 电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如溶解于溶液中的空气）。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则两个容器中的电解质溶液选择与电解材料相同的阳离子。 注：若负极材料为参与电极反应，参与反应的是两种电解质，则两种电解质溶液分别置于两个容器中，一般用石墨做电解，中间用盐桥连接。 主题2: 原电池原理的应用 课堂检测 1：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，电流由d到c；a、c相连时c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的顺序为 （ ） A．a＞b＞c＞d B．a＞c＞d＞b C．c＞a＞b＞d D．b＞d＞c＞a B 课堂检测 2．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　) ①　　　 ②　　　 ③　　　 ④ A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－=6OH－＋3H2↑ C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋ D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑ B 课堂检测 3．“暖宝宝”的主要原料有：铁粉、活性炭、水、食盐等。其中活性炭是原电池的电极之一，食盐的作用是溶于水形成电解质溶液。下列有关“暖宝宝”的说法中错误的是（ ） A．活性炭作用是作原电池的正极，加速铁粉的氧化 B．“暖宝宝”放出的热量是铁氧化时产生的 C．“暖宝宝”使用前要密封保存，使之与空气隔绝 D．活性炭最终将转化为二氧化碳 B 课堂小结 模型 转换 24 Thank you for watching Lavf57.83.100 $