4.1.1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

第四章 化学反应与电能 第1课时，原电池第一节 原电池 1 现代生活离不开方便实用的化学电源，各种各样的化学电源都是依据原电池的原理制造的。 【思考1】回顾必修二的原电池知识，以锌/ H2SO4/铜原电池为例，回答下列问题： (1)原电池的定义以及本质？ (2)原电池的构成条件是什么？ (3)阐述一下原电池的工作原理？ ①书写正负极反应方程式，并标明反应类型。②电子的流向 ③电流的方向 ④离子的移动方向 (4)如何判断原电池的正负极？ 任务一、单液Cu－Zn原电池 1.定义： 把化学能转化成电能的装置，称为原电池。 2.本质： 3.构成条件： 原电池反应的本质是氧化还原反应。 反应 能自发进行的氧化还原反应（能对外界释放能量） 电极 两个活泼性不同的能导电的电极 溶液 电解质溶液或熔融电解质 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) 负极 沿导线 正极 Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2↑ 4.原电池工作原理✬ 电极反应式： 反应类型 负极： 。 正极： 。 电池总反应： 。 电子流向： 。 电流方向： 。 离子移向：阳离子→ 。阴离子→ 。 【活动1】根据原电池工作原理填空。 2H+ + 2e- H2↑ (还原反应) Zn - 2e- Zn2+ (氧化反应) 正极 沿导线 负极 正极 负极 Zn A Cu 稀硫酸 总反应：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ Zn失去电子 发生氧化反应 Zn－2e- = Zn2+ e- e- Zn2+ 发生溶解 负极 正极 e- e- 电子从锌片流出 经外电路 流入铜片 H+在铜片得到电子发生还原反应 2H+ + 2e- = H2↑ 产生气泡 H+ H+ SO42- H2 负极←阴离子 阳离子→正极 内电路 5、原电池正负极判断： CuSO4 对原电池工作原理的进一步探究：如下图是原电池，如果用它做电源，不但效率较低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？ 锌与硫酸铜溶液直接接触，可发生置换反应，导致锌片也有铜析出，电动势降低，电流减弱。 ( Zn+2H+=Zn2++H2↑ ) Zn-2e-=Zn2+ Cu2＋+2e- =Cu 负极 正极 探究：原电池装置的优化 解决问题的核心：使还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触 单液 双液 任务二、双液 - 盐桥原电池 1、为什么没有电流？如何解决？ 方法：加盐桥（盐桥中通常装有含KCl饱和溶液的琼胶， K+和Cl-可在其中自由移动） 一种凝胶态的离子导体 Cl- K+ Zn2+ Cu2+ e- e- e- e- CuSO4 9 2.双液原电池中的桥梁———盐桥 一般装有KCl饱和溶液的琼脂。 (1)、结构： (3)、作用： (2)、特点： a.盐桥中的K+、Cl-可以自由移动（Cl－移向负极区，K＋移向正极区） b.琼胶起到固定作用，防止KCl溶液直接流出来。 c.离子只出不进。 b. 连通电路：传导离子，使之成为闭合回路 a. 平衡电荷：使连接的两溶液保持电中性 【思考与讨论】 能不能用导线代替盐桥？ 盐桥 Zn片（负极） Cu片（正极） 电流表 ZnSO4 CuSO4 Zn - 2e- =Zn2＋ Cl- K+ Cu2＋+2e- =Cu 视频导学：双液 - 盐桥原电池对比单液原电池 【活动2】结合课本P96.97思考与讨论，完成填空。 盐桥中含KCl饱和溶液的琼脂， 离子可在其中自由移动。 电极反应式： 反应类型 负极： 。 正极： 。 电池总反应： 。 电子流向： 。 电流方向： 。 离子移向：阳离子→ 。阴离子→ 。 K＋ Cl- e- Zn2+ Zn Cu2＋ Cu 负极 正极 总反应：Zn + Cu2+＝Cu + Zn2+ K+ 向正极移动， Cl− 向负极移动 负极(氧化反应)： Zn − 2e− = Zn2+ 正极(还原反应)： Cu2+ + 2e− = Cu 现象：发生溶解 现象：表面附着红色固体 锌半电池 铜半电池 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，半电池又叫电极。 1. 双液-盐桥原电池工作原理 视频导学：双液 - 盐桥原电池工作原理 金版 离子交换膜 是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择通过能力的高分子膜 只允许阳离子通过 只允许H+通过 只允许阴离子通过 生产、生活中的高性能电池,基本都是有“膜”电池。 1.电流强度高、平稳 2.温度基本不变 3.转化效率很高 “离子交换膜”原电池的性能： 任务三、隔膜原电池 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(　C　) 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 任务四、原电池的应用 1、比较金属活动性强弱： 金版 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。 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 总反应： 。 负极： 。 正极： 。 ①写出总反应的离子方程式 ②根据反应特点写出负极反应。 负极：还原剂－ne－= 氧化产物 正极：氧化剂＋ne－= 还原产物 正极+负极=总反应式 ③正极=总反应-负极 FeCl3溶液 A Cu + 2Fe3＋ = Cu2＋ + 2Fe2＋ Cu - 2e- = Cu2+ 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ 3、原电池电极反应方程式书写 Cu C 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 2Al －6e－ +8OH- ＝2Al（OH) 4- 6H2O ＋6e－ ＝6OH-＋ 3H2↑ Cu - 2e- =Cu2+ 2NO3-+4H++2e- =2NO2 ↑+2H2O 正极：2Ag+ + 2e- = 2Ag 负极：Cu - 2e- =Cu2+ 金版 B 金版 B 1.有关如图所示原电池(盐桥中吸附有KNO3饱和溶液)的叙述不正确的是(D 　) A．盐桥中的K＋向Cu片移动 B．电子沿导线由Cu片流向Ag片 C．正极的电极反应是Ag＋＋e－==Ag D．Cu片上发生氧化反应，Ag片上发生还原反应 2.某原电池装置如图所示，下列有关叙述中，正确的是 (　B　) A.Fe作正极，发生氧化反应 B.工作一段时间后，NaCl溶液中c(Cl－)增大 C.负极反应：2H＋＋2e－= H2↑ D.工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变 原电池的模型构建 Cu 负 Cu-2e-Cu2+ Ag 正 2Ag++2e-2Ag CuSO4 AgNO3 乙 甲 以反应2Ag++Cu2Ag+Cu2+为例,设计一个带有盐桥的原电池: 1 为 电极,作 极,电极反应为 ; 2 为 电极,作 极,电极反应为 ; 3 为 溶液, ④为 溶液。 离子的移向:盐桥中的阳离子移向 烧杯,阴离子移向 烧杯。 活学活用 2.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电极上产生大量气泡;b、d相连时,b电极上有大量气泡产生。则四种金属的活动性由强到弱的顺序为 (　　) A.a>b>c>d　　　 B.a>c>d>b C.c>a>b>d D.b>d>c>a 【例1】(2023·广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭,可选择性去除Cl-实现废酸的纯化,其工作原理如图。下列说法正确的是 (　　) A.Ag作原电池正极 B.电子由Ag经活性炭流向Pt C.Pt表面发生的电极反应为 O2+2H2O+4e-4OH-　 D.每消耗标准状况下11.2 L的O2,最多去除1 mol Cl- 典例精析 1.火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时 (　　) A.负极上发生还原反应 B.CO2在正极上得电子 C.阳离子由正极移向负极 D.将电能转化为化学能 活学活用 $