4.1.1原电池 课件-2026-2027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及应用，从生活中化学电源导入，衔接必修二铜锌单液原电池知识，通过分析电流衰减现象引出双液原电池优化，构建“问题-分析-解决”的学习支架。 其亮点在于以问题驱动结合实验探究，通过锌片表面红色物质成因、盐桥作用等分析培养科学思维，设计Fe³⁺与I⁻反应原电池等实例落实科学探究与实践，帮助学生深化对能量转化的化学观念，教师可依托清晰逻辑提升教学效率。

第一节 原电池 第1课时 化学反应与电能 第四章 1 原电池原理的应用 2 原电池的工作原理 1 本节重点 本节难点 知识导航 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。 新课导入 一、原电池的工作原理 通过必修二的学习，我们已经知道，将锌片、铜片置于稀硫酸中并以导线连接起来组成原电池，可以获得电流。 锌铜原电池示意图 大鹿化学工作室 负极电极反应 正极电极反应 总反应方程式 (还原反应) 2H+ + 2e- H2↑ Zn - 2e- Zn2+ (氧化反应) Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2↑ 知识梳理 4 稀硫酸 锌片 铜片 Zn－2e－=Zn2+ 氧化反应 负极 发生溶解 2H++2e－=H2↑ 还原反应 正极 产生气泡 外电路 内电路 负极 沿导线 正极 正极 沿导线 负极 电子流向： 电流方向： 阳离子 正极 阴离子 负极 原电池总反应：_____________________ 原电池——工作原理 注意： 电子不下水, 离子不上岸 Zn+2H+=Zn2++H2↑ 一、原电池的工作原理 知识梳理 预测出现的现象？ 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 请根据反应：Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu 设计一个原电池。 知识梳理 温度 电流 17.3 ℃ 0.126A 25 ℃ 0.026A 【数字实验探究单液原电池】 锌片被红色物质覆盖 铜片上有红色物质析出 一段时间后，电流表读数不断减小 实 际 现 象 ： 溶液温度升高 猜测下电流衰减的原因可能是什么？ 知识梳理 分析“锌片表面附着红色固体，电流逐渐衰减” 的原因。 现象 原因 锌片表面附着红色固体 电流逐渐衰减 1、Zn与Cu2+直接接触发生反应； 2、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 思考：该装置能量转化率低的原因是什么？ 由于这种原电池中氧化反应与还原反应并没有完全隔开， 知识梳理 为什么没有直接利用该装置作为化学电源呢？ 装置携带不方便，能量转化不充分 产生氢气容易爆炸安全性 电池电流电压容易收到硫酸浓度的影响而不稳定 硫酸本身是强烈腐蚀性的，安全性差 反应本身不好控制，容易发热起火等等 知识梳理 9 单位质量或单位体积输出的能量多 理想的化学电源的特点 质量小 便于 携带 价格 便宜 体积小 反复 使用 内阻小 连续 工作 寿命长 知识梳理 10 如何优化这种电池呢？ 二、双液原电池 双液 单液 解决问题的核心： 使还原剂Zn 与 氧化剂CuSO4 不直接接触 知识梳理 11 两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路 为什么没有电流？该如何解决？ 1、盐桥 一种凝胶态的离子导体 盐桥中一般装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻; 胶冻的作用是防止管中溶液流出; K+和Cl-能在胶冻内自由移动。 a.沟通内电路,形成闭合回路； b.提供离子，平衡电荷保持溶液电中性。 (2) 作用： (1)成分：含有琼胶的KCl饱和溶液 知识梳理 12 知识梳理 　　　 SO42－ Zn2+ e－ e－ SO42－ Cu2+ K+ Cu Zn K+ Cl－ K+ Cl－ K+ Cl－ K+ Cl－ K+ Cl－ Cl－ K+ K+ Cl－ K+ K+ K+ Cl－ Cl－ K+ Cl－ Cl－ Cl－ 2、双液原电池工作示意图 负极：Zn - 2e- Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e- Cu 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 氧化反应 还原反应 知识梳理 14 Cu片 Zn片 CuSO4溶液 ZnSO4溶液 盐桥 导线 Cl- K+ Zn2+ Cu2+ e- e- e- e- 3、双液原电池中各部分的作用 电极材料 电极反应物 电极材料 电极反应物 离子导体 离子导体 离子导体 电子导体 知识梳理 4、构成条件 ( 进行电子转移的场所 ) 活动性不同的两块电极材料 条件一 电极均与电解质溶液接触 条件二 形成闭合回路 条件三 能自发进行的氧化还原反应 条件四 ( 内电路，实现离子定向迁移 ) ( 外电路，实现电子定向转移 ) ( 还原剂-氧化反应、氧化剂-还原反应 ) 知识梳理 依据反应2Fe3＋＋2I- = I2＋2Fe2＋，设计原电池，实现化学能转化为电能，并概括设计原电池的一般思路。 盐桥 C KI溶液 A FeCl3溶液 电流计 C 还原反应：2Fe3＋＋2e- = 2Fe2＋ 氧化反应：2I- - 2e- = I2 正极 负极 1、应用思维模型分析或设计原电池 三、原电池的应用 分析 氧化反应和 还原反应 选择 电极材料 与电极反应 相对应 选择 正极区、负极区 的电解液 典例精讲 2、加快化学反应速率 原因：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干扰减少，打破静电屏蔽效应，电子得以顺利从负极沿导线移向正极，使得反应速率增大。 三、原电池的应用 知识梳理 3、 比较金属活动性强弱 原理：一般情况下，两种金属分别作原电池的两极时，作负极的金属比较活泼，发生氧化反应；作正极的金属的活泼性相对较差，发生还原反应。 举例：有两种金属A和B，用导线连接插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，根据原电池原理，金属活泼性A大于B 稀硫酸 A 发生溶解 产生气泡 B 三、原电池的应用 知识梳理 对比下图，分析得出双液电池的优缺点，并思考如何改进。 电流较小 电流稳定 转化率高 电流较大 转化率低 电流衰减快 知识梳理 1、隔膜型原电池及原理 高中常见的三种离子交换膜 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 Cu Zn ZnSO4溶液 CuSO4溶液 交换膜 拓展延伸 一、原电池工作原理 盐桥作用：1、连通电路 2、平衡电荷 缺点：电流不稳定 优点：电流稳定 缺点：电流小 优点：电流大且稳定 二、双液原电池 三、原电池的应用 课堂小结 1799年，意大利科学家伏打发明了世界上最早的电池--伏打电池。由于它的诞生，加深了人们对光、热、电磁、化学变化之间的关系的认识，导致了与电化学、电磁相联系的一系列重大的科学发现，也为电力应用开辟了广阔的前景。 人类历史上的第一块电池--伏打电池 拓展延伸 1、注明原电池的组成。 2、标明氧化反应和还原反应发生区域。 3、标明电子的运动方向和阴阳离子的迁移方向。 请同学们结合图4-1绘制原电池工作原理的示意图，并与同学交流。示意图要求包括以下内容 思考与讨论 A ZnSO4溶液 CuSO4溶液 + Zn Cu 电流表 盐桥 图4-1锌铜原电池示意图 课本97页 知识梳理 原电池工作原理示意图 阳离子迁移方向 阴离子迁移方向 发生氧化反应 发生还原反应 － ＋ 电流表 隔膜或盐桥 负极 正极 A e- e- 电子导体 离子导体 负极 发生氧化反应 还原剂 正极 发生还原反应 氧化剂 知识梳理 蓝对勾 105页 及时演练 2．有关电化学知识的描述正确的是(　　) A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能 B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含KCl饱和溶液的琼胶 C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成 D．从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池 答案　D 解析　CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应；KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。 随堂演练 由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　) A．a＞b＞c＞d　　 B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c C 蓝对勾 105页 典例精讲 === 及时演练 蓝对勾 106页 及时演练 4.如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向烧杯中央滴入M的浓溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)(　　) A．当M为CuSO4、杠杆为导体时，A端低，B端高 B．当M为AgNO3、杠杆为导体时，A端高，B端低 C．当M为盐酸、杠杆为导体时，A端高，B端低 D．当M为CuSO4、杠杆为绝缘体时，A端低、B端高 A 随堂演练 5.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a电极→FeCl3溶液→b电极 D．电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜 答案　D 解析　根据Cl－的移动方向可知，b电极为负极，a电极为正极，根据电池反应式可知，Zn发生失电子的氧化反应，即b电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，A、B项错误；电子流动方向是b电极→导线→a电极，C错误；正极材料的活泼性应比负极材料弱，D正确。 随堂演练 第一节 原电池 第1课时 原电池的工作原理 原电池的应用 原电池的构成条件 实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥) 加快化学反应速率 金属活动性强弱比较 设计原电池 课堂小结 Lavf57.83.100 1．下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是( ) A．均发生了化学能转化为电能的过程 B．Zn和Cu既是电极材料又是反应物 C．工作过程中，电子均由Zn电极经导线流向Cu电极 D．相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高 B 2．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置 部分实验现象 a极质量减小；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 实验装置 部分实验现象 d极溶解，c极有气体产生 电流从a极流向d极 3.控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是( ) A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被氧化 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，乙中的石墨电极为正极 B 【变式训练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．铜电极上发生氧化反应 B．原电池工作一段时间后，甲池的c(SOeq \o\al(2－,4))减小 C．原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 C $