4.1原电池 课件-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第一节　原电池 第四章　化学反应与电能 1 Cu Zn - - - Zn2+ H+ H+ Zn－2e－=Zn2+ 2H++2e－=H2↑ 氧化反应 还原反应 负极 正极 阳离子 阴离子 SO42- 发生溶解 产生气泡 原电池总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 电子流向：负极 沿导线 正极 电流方向：正极 沿导线 负极 外电路 内电路 阴离子 负极 阳离子 正极 外电路 内电路 e－ I 一、原电池工作原理 条件2：活泼性不同的两个电极 条件1:有自发氧化还原反应 二、简单原电池构成条件 条件3:电极必须插入电解质溶液中 条件4:两极相连形成闭合回路 两极一液一线一反应 1.分别找正负极变价微粒 负极电极反应式模板： （升）还原剂－ne-= 氧化产物 正极电极反应式模板： （降）氧化剂＋ne-= 还原产物 2.根据电子得失守恒确定电子数目 3.根据电解质环境，利用H+（酸性）、OH-（碱性），O2-、CO32-（熔融盐）等使电极反应式电荷守恒。 4.配平电极反应式，利用H2O等使电极反应式原子守恒。 三步： 1.列物质，定得失 2.电荷守恒看介质 3.原子守恒 注：电极反应式中若有气体生成，需加“↑”；若有固体生成，一般不标“↓” 三、电极方程式的书写思路 电极反应式都写离子方程式 e- Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+ 电极反应 负极：Zn - 2e- = Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e- = Cu 总反应 理想状态下，锌片表面会有实验现象吗？ ①电流表开始读数很大，很快读 数变小 ②锌片表面变红 实验现象： ①锌片与CuSO4溶液接触发生了置换反应 ②部分化学能转化为了热能 原因分析： 锌与硫酸铜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。 学生活动 深入思考 如何对装置进行改进？ 还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Zn Cu A 两个溶液间无法形成闭合回路。 盐桥 装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的琼胶 四、双液-盐桥原电池及原理 （1）盐桥：装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的琼胶(离子只出不进)。 （3）原理：一个原电池由两个半电池组成，一个发生氧化反应，一个 发生还原反应，两个半电池用盐桥连接。 负极半电池 正极半电池 （2）装置图： 思考3：盐桥中K+和Cl-的移动方向？ 思考1：盐桥中有电子流过吗？ 不能，两溶液中SO42-浓度不变 Zn片 Cu片 ZnSO4 CuSO4 Zn2＋ Cu2＋ Cl－ K＋ 没有（电子不下水） 思考2：两溶液中的离子能通过盐桥吗？ 溶液中SO42-浓度怎么变？ K+向正极移动，Cl-向负极移动； K＋ Cl－ 只出不进 【打破思维定势】氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应。 正向正负向负 双液原电池的优缺点是什么？ 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直接反应,增加了原电池的使用寿命。 1、能够产生持续稳定的电流； 优点： 电流太小 缺点： ①沟通内电路，形成闭合回路 ②提供离子，保持两溶液电中性 ③避免电极与电解质溶液直接反应，放电更持久 盐桥的作用 五、隔膜原电池及原理 （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）。 （2）装置图： Cu Zn ZnSO4溶液 CuSO4溶液 交换膜 高中常见的三种离子交换膜 阳离子交换膜：只允许阳离子和水通过 质子交换膜：只允许H＋和水通过 阴离子交换膜：只允许阴离子和水通过 1、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 【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形管）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 C 将 变成 的装置。广泛应用于移动电话、照相机、计算器、遥控器、汽车、卫星等。 1.概念: 2.优点: ①能量转换效率高，供能稳定可靠 ②可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便 ③易维护，可在各种环境下工作。 六、化学电池 化学能 电能 13 化学电池 一次电池 二次电池 燃料电池 碱性锌锰电池 铅蓄电池 氢氧燃料电池等 锂离子电池 镍氢电池 普通锌锰干电池 锌银纽扣电池 3. 化学电池的分类 放电后不可再充电的电池。 放电后可以再充电使活性物质获得再生的电池。 14 1.铅酸蓄电池 铅蓄电池的构造 ：(-)Pb | H2SO4 | PbO2(+) 总反应： Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O Pb -2e- + SO42- =PbSO4 正极： PbO2 +2e- + 4H++SO42-=PbSO4 +2H2O 氧化反应 还原反应 负极： 放电过程: 注意：PbSO4是沉淀，不拆，且电极反应式中不用沉淀符号 D 负极：Pb－2e－＋SO42－=PbSO4 正极：PbO2＋2e－＋4H+＋SO42－=PbSO4 ＋2H2O 消耗H+，酸性减弱 阳极生成 正极 失电子 电子流入的 Zn+2MnO2+2NH4+=Zn(NH3)22++2MnO(OH) 负极： 优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。 2.普通（酸性）锌锰干电池 作正极， 作电解质溶液， 作负极 石墨棒 氯化铵糊 锌筒 Zn - 2e-+2NH4+= Zn(NH3)22++2H+ 正极： 2MnO2 + 2H+ + 2e- = 2MnO(OH) 总反应： 17 碱性锌锰电池 负极： Zn + 2OH- -2e- = Zn(OH)2 正极： 2MnO2 + 2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH- 氢氧化氧锰 正极: ; 负极： ; 电解质: 。 MnO2 Zn粉 KOH 总反应： Zn+2MnO2 + 2H2O = 2MnO(OH) + Zn(OH)2 优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电 缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵 18 3.银锌（纽扣）电池 正极: ; 负极： ; 电解质: 。 Zn－2e-＋2OH－＝Zn(OH)2 Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－ Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2 KOH溶液 Ag2O Zn 负极: 正极: 总反应式: 优点：比能量大、电压稳定，储存时间长，适宜小电流连续放电。广泛用于电子手表、照相机、计算器和其他微型电子仪器。 19 C KOH作电解质溶液，不参与反应，但能提高溶液的导电性 放电过程 负极： 正极： 总反应： LixC6 － xe－＝ 6C+xLi+ Li1-xCoO2+xe－+xLi ＝LiCoO2 LixC6 +Li1-xCoO2 = LiCoO2＋6C 4.锂离子电池工作原理 LixC6 +Li1-xCoO2 LiCoO2＋6C 21 放电过程 负极： 正极： 总反应： Cd+2OH－-2e－ = Cd(OH)2 2NiOOH+2e－+2H2O = 2Ni(OH)2+2OH－ 2NiOOH+Cd+2H2O = 2Ni(OH)2+Cd(OH)2 优点：体积小便于携带，可重复使用500次以上，寿命比铅蓄电池长。广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等。 缺点：镉有致癌作用，废弃的镍镉电池如不回收，会严重污染环境，有被镍氢电池取代的趋势。 5.碱性镍镉电池工作原理 2NiOOH+Cd+2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2 22 6.燃料电池 ①燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能转化为电能的化学电源。 ③两极材料：一般为活性电极，具有很强的催化活性。 如惰性材料（Pt）、活性炭，只具导电性。 ②反应物不储存在电池内部，外加提供燃料和氧化剂。 ④两极判断：通入燃料气的一极 通入O2或空气的一极 ⑤导电介质：可以是电解质溶液，也可以是新型的导离子介质。 ⑥优点：能量转换率高；污染小。 负极 正极 燃料电池的规律 (1)氢氧燃料电池： 负极：2H2 + 4OH- - 4e- ＝ 4H2O 正极： O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH- 总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O ② (-)H2 | OH- | O2(+) 碱性介质 ① (-)H2 | H+ | O2(+) 酸性介质 负极：2H2 - 4e- ＝ 4H+ 正极：O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O 总反应式: 2H2 + O2 ＝ 2H2O 负极： CH4＋10OH－－8e－ = CO32－＋7H2O 正极： 2O2＋4H2O＋8e－ = 8OH－ 总反应式： CH4+2O2+2OH- = CO32-+3H2O ① H2SO4溶液： (2)甲烷燃料电池 用导线连接两个铂电极插入电解质溶液中，向两极分别通入CH4和O2。 负极：CH4＋2H2O－8e－ = CO2＋8H+ 正极： 2O2＋8H＋＋8e－ = 4H2O 总反应式： CH4+2O2 = CO2+2H2O ② KOH溶液： (3)甲醇燃料电池/KOH (4)肼（N2H4）燃料电池/KOH 正极: 3O2+6H2O+12e- === 12OH- 负极: 2CH3OH+16OH--12e- === 2CO32- +12H2O 总反应: 2CH3OH+3O2+4OH- === 2CO32-+6H2O 正极: O2+2H2O+4e- === 4OH- 负极: N2H4+4OH--4e- === N2+4H2O 总反应: N2H4+O2 === N2+2H2O 1.以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是(　　) A．该电池能够在高温下工作 B．电池的负极反应为： C6H12O6+6H2O-24e- = 6CO2↑+24H+ C．放电过程中，H+从负极区向正极区迁移 D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体22.4 L A 2.电化学气敏传感器可用于检测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。下列说法不正确的是（ ） A. 工作时，溶液中OH-向电极a移动 B. a极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O C.反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为4：5 D. O2在电极b上发生还原反应 C 3.(双选)氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是    H2+2NiO(OH)           2Ni(OH)2。根据此反应式判断，下列叙述中正确的是(     ) A.电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 B.电池放电时，镍元素被氧化 C.电池充电时，氢元素被还原 D.电池放电时，H2在负极上反应 CD 负极：H2+2OH--2e- = 2H2O 正极：2NiO(OH)+2H2O+2e- = 2Ni(OH)2+2OH- 29 　(2021·北京丰台区期中)铅蓄电池的结构示意图如图所示，其充、放电时的电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。下列说法正确的是(　　) A．放电时Pb为负极，电极反应式：Pb－2e－=Pb2＋ B．放电时H＋向正极移动，正极区域酸性增强 C．充电时PbO2与外电源的负极相连 D．充电时阳极反应式：PbSO4－2e－＋2H2O=PbO2＋SOeq \o\al(2－,4)＋4H＋ 　(2021·北京丰台区期中)碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液，其结构示意图如图所示，电池总反应式为Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)。下列说法中不正确的是(　　) A．电池工作时，电子转移方向是由Zn经外电路流向MnO2 B．电池正极反应式为2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－ C．电池工作时，KOH不参与反应，没有发挥作用 D．电池工作时，Zn发生氧化反应，MnO2发生还原反应 $