1.2.1 原电池的工作原理 课件-2025-2026学年高二上学期化学苏教版选择性必修1

该高中化学课件聚焦原电池工作原理，涵盖构成条件、单液与双液电池差异、电极反应式书写及应用。以伏打电池导入，回顾必修知识，通过问题链搭建新旧联系，引导学生从已知到未知逐步深入。 亮点在于以实验探究为主线，从单液电池电流衰减现象驱动改进，探究双液电池及盐桥作用，培养科学探究与实践能力。通过电极反应式书写步骤模型建构，强化科学思维中的证据推理，助力学生建立物质转化与能量变化观念，教师使用可提升教学效率，激发学生探究兴趣。

第二节 化学能与电能的转化 课时1 原电池的工作原理 第一章 化学反应与能量变化 学习目标 1.以铜锌原电池为例，分析原电池的构成及工作原理，掌握原电池电极反应式的书写方法； 2.通过实验探究，分析单液原电池与双液原电池（带盐桥）的差别，理解双液原电池的优势； 3.能利用原电池原理设计具有一定功能的简单原电池。 课程导入 现代生活离不开化学电源。 “化学电源”——是具有实用价值的原电池 世界上第一个电池——伏打电池（伏打电堆） 课程导入 请回顾必修第二册所学的原电池，思考构成原电池的一般条件和原理。 将不同的金属片插入电解质水溶液形成的电池统称伏打电池（即铜锌原电池）是一种化学能转化为电能的装置。 反应 能自发进行的氧化还原反应(能对外界释放能量) 电极 两个活泼性不同的电极 溶液 电解质溶液 回路 形成闭合回路 内电路：电解质溶液作离子导体 外电路：导线作电子导体 回顾旧知 原电池的一般构成条件 阳离子 正极 阴离子 负极 【正正，负负】 回顾旧知 原电池的工作原理 Cu Zn - - - Zn2+ H+ H+ SO42- 外电路 内电路： Zn－2e－=Zn2+ 氧化反应 负极 发生溶解 正极 产生气泡 2H++2e－=H2↑ 还原反应 电子流向： 电流方向： 负极 沿导线 正极 正极 沿导线 负极 阳离子 阴离子 原电池总反应：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ 电子不下水，离子不上岸 负失氧 正得还 锌和硫酸铜溶液的反应能不能设计成原电池? 思考 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 任务一 铜锌单液原电池的再探究 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？ 相同： 铜片表面附着红色固体，电流表指针偏转。 不同： 锌片表面附着红色固体 电流逐渐衰减 任务一 铜锌单液原电池的再探究 8 思考讨论：实验证明用锌铜单液原电池做电源，不但效率较低，而且时间稍长电流就很快减弱。是什么原因造成的呢？ 现象 原因 铜片、锌片表面均附着红色固体 电流表指针偏转，但电流在衰减 Zn与Cu2+直接接触发生反应 锌与CuSO4溶液的接触面积减少，电流逐渐衰减 Zn片 Cu片 如何避免Cu2+在锌片上得电子，提高电能转化效率? 任务二 双液原电池及其工作原理 A 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 无法形成闭合回路 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 原电池装置的改进 任务二 双液原电池及其工作原理 如图1-8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。 【实验探究】 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 任务二 双液原电池及其工作原理 思考：工作原理什么？盐桥是什么？作用又是什么？ e- Zn2+ Zn Cu2＋ Cu ZnSO4溶液 CuSO4溶液 氧化反应 Zn - 2e- = Zn2+ 还原反应 Cu2+ + 2e- = Cu 总反应：Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ 盐桥： K+向正极移动 Cl- 向负极移动 Zn 负极 Cu 电子导体 离子导体 正极 K＋ Cl- 工作原理 任务二 双液原电池及其工作原理 1、定义：通常是装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子在盐桥中能移动。 2、作用： 盐桥 ① 导电，形成闭合回路； ② 提供离子，平衡两侧溶液的电荷，使溶液保持电中性； ③ 避免还原剂与氧化剂直接接触，相比单液原电池能量转化率大大提高。 任务二 双液原电池及其工作原理 思考：能否盐桥换成导线？ 由两个半电池组成，每个半电池中的电极与电解质溶液互不反应(电极材料与阳离子往往一致)，电池反应的还原剂与氧化剂分别位于两个半电池中，中间通过盐桥连接形成闭合回路，从而获得了稳定持续的电流。 任务二 双液原电池及其工作原理 双液原电池有稳定持续电流的原因 双液电池-盐桥 带盐桥的双液电池电流 有何特点？为什么？ 原因：在于盐桥通道狭小限制了离子的通过率、加之琼胶的影响，进一步增大了盐桥的电阻。 特点：带盐桥的双液锌铜原电池电流稳定，但明显小于单液电池 任务二 双液原电池及其工作原理 思考 改进后的铜锌双液原电池提高了能量转化的效率，得到了较稳定的电压和电流？也解决了开路损耗的的问题，请你思考该电池是否实用? 任务二 双液原电池及其工作原理 使用不方便，不便于携带，所以并不是所有的原电池都能成为化学电源，这之间还必须满足一些条件，在工艺和技术上也要有一些转化。 思考 如何判断原电池中的正、负极？ 正极 负极 电极材料 较不活泼金属或非金属 较活泼金属 发生反应 还原反应 氧化反应 电子流向 电子流入 电子流出 反应现象 电极增重或有气体产生 不断溶解 离子流向 阳离子移向 阴离子移向 任务二 双液原电池及其工作原理 例1 有关下图装置的说法中正确的是(　　) A．电流从铜经过导线流向石墨 B．盐桥中的K＋移向石墨电极 C．乙池中电极反应式为NO ＋4H＋＋e－===NO2↑＋2H2O D．当铜棒质量减少6.4 g时，甲池溶液质量增加6.4 g B 典例解析 18 任务三 原电池电极反应式书写 电极反应式的书写原则 （1）遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒 （2）遵循离子方程式的书写规则 （3）两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式 【思考与讨论】具体应该如何书写电极反应式呢？ (1)甲装置中正极为________，电极反应式为__________________， 负极为__________，电极反应式为________________。 1．根据如下装置图，回答问题： (1)甲装置中正极为________，电极反应式为__________________， 负极为__________，电极反应式为________________。 (2)乙装置中正极为_____，电极反应式为_________________________，负极为______，电极反应式为________________________。 Al 2H＋＋2e－===H2↑ Mg Mg－2e－===Mg2＋　 Mg 2Al-6e－+8OH- =2[Al(OH)4]- 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－ Al 典例分析 (1)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备硫 酸铜，若将该反应设计为原电池，其负极反应式是_______________________，正极反应式是_______________________。 (2)某原电池总反应为2FeO42－＋3H2===Fe2O3＋4OH－＋H2O，在该原电池中：负极反应式是__________________________；正极反应式是__________________________________。 2、 根据下列原电池的总反应式，写出其电极反应式。 2Cu－4e－===2Cu2＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O 3H2－6e－＋6OH－===6H2O 2FeO42－＋5H2O＋6e－===Fe2O3＋10OH－ 典例分析 电极反应式的书写步骤 阶段性总结 第一步： 负极：还原剂─ne─=氧化产物 正极：氧化剂+ne─=还原产物 总反应：正极反应+负极反应 注意： 电极反应方程式中如果有气体产生，需要加↑，由于固体一般附着在电极上，所以不加↓ 如果一个电极反应方程式较难书写，可以先写出总反应方程式，然后在用总反应减去简单的电极反应方程式。 第二步： 第三步： 调平电荷(H+/OH-/CO32-/Li+/......) 看H补H2O，用O检查；如果是熔融的碳酸盐就是看C补C (具体问题具体分析) 第四步： 例：有a、b、c、d四种金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:由此可判断这四种金属的活动性顺序是 。 判断金属活动性强弱 一般情况下，负极金属的活动性较强，正极金属的活动性较弱。 d>a>b>c 实验装置     部分实验现象 电流从b极流向a极 b极有气体产生，c极无变化 d极溶解，c极有气体产生 电子从d极流向a极 任务三 原电池原理的应用 任务三 原电池原理的应用 加快化学反应速率 原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。 思考 实验室制氢气，用纯锌还是粗锌（含碳）好？ 粗锌放入稀硫酸中构成原电池，化学反应速率增大。 如果只有纯锌，如何处理才能加快反应速率？ 可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。 设计化学电源（电池） （1）拆反应：将电池总反应拆成两个半反应，即原电池的负极反应和正极反应。 Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)2 负极：Cu - 2e- = Cu2+ 正极：2Ag+ + 2e- = 2Ag （2）定材料：确定负极材料、正极材料和电解质溶液。 负极：Cu 正极：Ag(或C） 电解质溶液：负极区：Cu(NO3)2溶液；正极区：AgNO3溶液 （3）画装置：画出装置图，并注明电极材料和电解质溶液 饱和KNO3溶液 任务三 原电池原理的应用 例2 请用FeCl3溶液、CuCl2溶液、盐桥、铜片、石墨棒设计原电池实现电池反应：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2 (负极)： Cu－2e－===Cu2＋ (正极)： 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 典例分析 26 金属的防护（牺牲阳极的阴极保护法） 将被保护的金属（比如钢铁）与比其更活泼的金属连接在一起，更活泼的金属（如镁、锌等）作阳极（负极），在不断被腐蚀后定期更换，而作为阴极（正极）的金属就不易被腐蚀而得到保护。此法常用于保护海轮外壳及石油管道等。 任务三 原电池原理的应用 潮湿的空气里钢铁容易生锈 原理： 负极反应： ； 正极反应： ； 总反应：2Fe＋ O2 ＋ 2H2O ＝2Fe(OH) 2 4Fe(OH) 2＋O2 ＋ 2H2O ＝4Fe(OH) 3 2Fe－4e-＝2Fe2+ O2＋2H2O＋4e-＝4OH- 解释生活中的现象 吸氧腐蚀 任务三 原电池原理的应用 课堂小结 原电池的工作原理 原电池原理的应用 不良反应 构成 盐桥作用 正负极判断 比较金属活动性强弱 加快反应的速率 设计原电池 原电池电极反应式书写 原则 常见方法 29 1、下列电极反应式书写正确的是(　　) A．铝、铜与浓硝酸组成的原电池，负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋ B．铜、锌在稀硫酸中构成原电池，正极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ C．以铜为电极将2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计成原电池，正极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋ D．以铝、铁为电极，在氢氧化钠溶液中构成原电池，负极的电极反应式为Al－3e－===Al3＋ B 课堂练习 D 2、某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构如图所示，电池总反应可表示为2H2＋O2===2H2O。下列有关说法正确的是(　　) A．电子通过外电路从b极流向a极 B．b极上的电极反应为： O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2 D．H＋由a极通过固体电解质移向b极 课堂练习 31 谢谢观看 THANKS Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Tencent CAPD MTS (T-tech) $