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

该高中化学课件聚焦原电池工作原理，涵盖定义、构成条件、电极反应及装置改进（单液、双液、隔膜电池）等核心内容。课堂导入从生活中的电池应用提问，通过锌与稀硫酸的能量变化实验引入化学能转电能，再结合锌铜原电池实验，搭建从能量转化到装置原理的学习支架，引导学生逐步深入理解。 其亮点在于突出科学探究与实践，通过数字化实验对比单液、双液、隔膜电池的电流和温度变化，培养证据推理能力。设计原电池任务（如铜锌CuSO₄体系）及疑点释疑（锌片红色固体成因），发展科学思维。采用“探究-设计-改进-应用”逻辑，帮助学生构建化学观念，教师可借助实例提升教学效率，学生加深对原电池原理的理解与应用能力。

组织建设 第一节　原电池 第四章 化学反应与电能 课时1 原电池的工作原理 教学内容 电池的原理是什么呢？ 你看过传说中的“水果电池”吗？ 电池在日常生活中的应用随处可见 教学引入 锌和稀硫酸溶液的反应中的能量变化 探究 将温度传感器插入 1 mol · L-1 的稀硫酸溶液中，再向其中加入少量锌粉，测量反应过程中溶液的温度，记录实验现象。 温度变化曲线 e- 化学能 热能 Zn ＋H2SO4 ＝ ZnSO4 ＋ H2↑ 教学内容 锌和稀硫酸溶液的反应中的能量变化 探究 【实验二】将锌片、铜片插入稀硫酸溶液中，金属片之间用导线连接，导线中间接入电流表，记录实验现象。 电流 表指针偏转 有电流 产生 实验现象：锌片溶解，铜片上有气泡冒出 教学内容 一、原电池 1. 定义：将___________转变成___________的装置叫做原电池。 化学能 电能 2.原电池的工作原理 Cu Zn - - - Zn2+ H+ H+ SO42- Zn－2e－=Zn2+ 负极：e- 流出的一极 锌片溶解 氧化反应 正极：e- 流入的一极 产生气泡 外电路 内电路 2H++2e－=H2↑ 电子流向： 负极 沿导线 正极 还原反应 阳离子 阴离子 阴离子 负极 阳离子 正极 原电池总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑ “电子不下水，离子不上岸” 教学内容 3、构成原电池的条件： ①能自发进行的氧化还原反应。 ②两个活泼性不同的电极 ③两极均插入电解质溶液中 ④形成闭合回路 负极（活 泼） ：电子流出 正极（不活泼）：电子流入 负极 正极 e- e- e- Cu Zn A 教学内容 【学以致用】 A B C D E F H 典例1 下列哪几个装置能形成原电池？ √ X √ √ X X √ CuSO4 教学巩固 【任务一】请你设计！用铜片、锌片，CuSO4溶液设计原电池 【思考】 1.预测能观察到的现象 2.判断正负极，书写电极反应方程式 3.判断电路中电子的流向，阴阳离子的流向 教学内容 设计原电池 设计步骤：定—拆—找—画 ③找：根据氧化还原反应 还原剂找负极、氧化剂找电解质溶液， 正极选择不活泼的金属（能导电的非金属） ④画：连接成闭合回路，画出原电池装置图。 ②拆：将氧化还原反应拆为氧化反应+还原反应。 负极：还原剂-ne-=氧化产物； 正极：氧化剂+ne-=还原产物 ①定：确定一个自发进行的氧化还原反应 Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu↑ Zn－2e－==Zn2＋ Cu2+ + 2e- = Cu Cu或C CuSO4 教学内容 e- Zn2+ Cu2+ Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ 电极反应 负极：Zn - 2e- = Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e- = Cu 总反应 预期现象：锌片变细；铜片上有红色物质附着，铜片变粗；电流表指针偏转 【任务一】请你设计！用铜片、锌片，CuSO4溶液设计原电池 教学内容 任务二：铜锌原电池工作原理的再探究 利用数字化实验探究铜锌原电池工作过程，观察并记录实验现象，其中哪些与预测一致，哪些与预测不同？ 教学内容 【铜锌原电池现象】 实际实验现象 预测实验现象 锌片 Zn-2e-=Zn2+ 铜片 Cu2++2e-=Cu 电流表 锌片腐蚀，不断溶解 铜片上有红色物质析出 电流表指针发生偏转 锌片表面有红色固体析出 铜片上有红色物质析出 电流表读数不断减小 教学内容 现象 原因 锌片表面附着红色固体 电流逐渐衰减 【疑点释疑】 Zn与Cu2+直接接触发生反应，Zn片、附着在Zn上的Cu以及CuSO4溶液局部形成了原电池，促进了Cu在锌片表面析出。 转移的电子没有经过导线，电流逐渐衰减 教学内容 该原电池在工作中的缺点： 【深入探讨】 怎样改进原电池装置，获得稳定的电流？ 锌与CuSO4溶液直接接触，发生置换反应，导致部分化学能转为热能，造成能量损耗，化学能转化为电能效率低，不能持续产生电流。 解决问题的关键：还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触 教学内容 两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。 【疑问】为什么没有电流？该如何解决？ 任务三：原电池装置的改进 教学内容 ※资料卡片 盐桥：装有含KCl饱和溶液的琼胶，Cl-、K+可在其中自由移动。 一种凝胶态的离子导体 教学内容 随着反应的进行ZnSO4溶液中Zn2+离子浓度增大，为使ZnSO4溶液保持电中性，盐桥中的Cl-会移向ZnSO4溶液 随着反应的进行CuSO4溶液中Cu2+离子浓度减小，为使CuSO4溶液保持电中性，盐桥中的K+会移向CuSO4溶液 Cl- K+ Zn2+ Cu2+ e- e- e- e- Zn－2e-＝Zn2+ Cu2+＋2e-＝Cu 双液原电池工作原理 发生氧化反应 发生还原反应 教学内容 盐桥中的离子迁移进入两侧电解质溶液，连通了两侧电解质溶液，从而形成闭合回路。 17 盐桥的作用 （1）形成闭合回路； （2）平衡电荷，使溶液呈电中性； （3）避免电极与电解质溶液直接反应，减少电流的衰减，提高原电池的工作效率。 教学内容 [电子运动方向] [电流流动方向] [离子运动方向] [电极反应式] [总反应] 负极→正极 正极→负极 盐桥：Cl-→负极 K+→正极 负：Zn - 2e-=Zn2+ 正：Cu2+ - 2e-=Cu Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu 教学内容 【任务四】利用数字化实验探究双液铜锌原电池工作效率 盐桥太长而截面积又小 ，引入盐桥后内阻变大，需定期更换 电流较大但不稳定 电流稳定但较小 【问题】双液原电池电流弱的原因是什么？ 教学内容 改进? 增大电流呢？ 缩短盐桥的长度 增大盐桥的横截面积 能否用一张薄薄的 隔膜代替盐桥呢？ Zn A ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Cu 教学内容 与单液原电池相比，电极未变，溶液浓度未变，最大的变化是增加了盐桥，这些内容教师提醒学生 隔膜原电池 【任务一】认识隔膜 Cu Zn ZnSO4溶液 CuSO4溶液 交换膜 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）隔膜又叫离子交换膜。 2.常见的四种离子交换膜 ①阳离子交换膜：只允许阳离子通过 ③质 子 交 换 膜：只允许H+通过 ②阴离子交换膜：只允许阴离子通过 电流强而且稳定 ④双极性膜：膜的一侧为阳膜，只允许阳离子通过，另一侧为阴膜，只允许阴离子通过。 教学内容 图1 3种原电池的电流、温度变化整合[1] 教学内容 单液原电池起始电流强度最高，但是电流衰减太快了，而且温度升高比较明显，电池的能量转化率很低。双液原电池虽然电流很稳定，而且能量转化率也比较高，但明显电流强度太小了。带有离子交换膜的电池不仅电流平稳，强度高，而且溶液温度基本不变，说明能量转化率很高。 23 【任务二】初步认识隔膜电池 阴离子交换膜 负极 正极 正极 负极 教学内容 【例题】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2mole-，理论上有1mol Zn2+通过 离子交换膜 C 教学反馈 判断原电池正负极方法（重要） 判断依据 正极 负极 电极材料 电子流向 电极反应类型 电极现象 溶液中离子流向 不活泼金属或非金属导体 活泼金属 电子流入 电子流出 还原反应 氧化反应 电极增重或产生气体 电极减轻 阳离子流向正极(K+流向) 阴离子流向负极（氯离子流向） 电子流出 电流流入 电流流向 课堂小结 1、比较金属活泼性 一般情况下， 负极的金属活动性比正极的金属活动性强。 【习题】有X、Y、Z三块金属片，进行如下实验: ①X、Y用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，Y极产生大量气泡； ②Y、Z用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电流由Y→导线→Z； ③X、Z用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，Z极发生氧化反应。 据此判断三种金属的活动性顺序为(　 　) A、X>Y>Z B、X>Z>Y C、Z>X>Y D、Y>Z>X K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu …… C 二、原电池的应用 课堂小结 实际反应中电极中的特例： Cu Fe 浓HNO3 Al Mg NaOH溶液 2Al - 6e- + 8OH-= 2Al(OH)4- 6H2O + 6e- = 3H2↑ + 6OH- 负极: 正极: 2Al + 2OH- +6H2O = 2Al(OH)4- +3H2↑ Cu - 2e- = Cu2+ 2NO3- + 2e- + 4H+ = 2NO2↑ + 2H2O 负极: 正极: Cu + 2NO3- + 4H+ = Cu2+ + 2NO2↑ + 2H2O Al作负极 Cu作负极 课堂小结 2、加快氧化还原反应的速率 【习题】纯锌跟稀硫酸的反应速率很小，为了加快锌的溶解，增大放出氢气的速率，并且使产生氢气的量不变，当稀硫酸过量时，可向其中加入少量(　 　) A、硫酸铜溶液 B、硫化铜固体 C、铜          D、镁条 例如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则生成氢气的速率加快。Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率。 Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4 C 课堂小结 原电池 原电池的工作原理 双液电池和盐桥 负极：氧化反应 电子流向： 正极：还原反应 负极 → 正极 离子移动： 阳离子(+)：向正极， 阴离子(-) : 向负极。 盐桥的作用： 1)形成闭合回路； 2)平衡电荷，使溶液呈电中性； 3)持续稳定的产生电流，提高能量转换率 课堂小结 【例1】（2020·河北石家庄一中高二月考）控制适合的条件，将反应 2Fe3＋＋2I- 2Fe2＋＋I2 设计成如下图所示的原电池。下列判断错误的是（ ） A．反应开始时，甲中的石墨电极为正极 B．反应开始时，乙中的石墨电极上I-发生氧化反应 C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙 中的石墨电极为负极 D 教学反馈 【例2】某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的原电池装置，下列说法正确的是(　　) A．Zn为负极，发生还原反应 B．b电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ C．电子流动方向是b电极→FeCl3溶液→a电极 D．电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜 D 教学反馈 【例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．电子从锌极经过导线移向铜极 B．铜电极上发生反应 C．电池工作一段时间后，乙池的 减小 D．电池工作一段时间后，甲池的 增加 A 教学反馈 $