4.1.1原电池的工作原理课件 2026-2027学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

在化学反应中，化学能与其他形式的能量可以相互转化并遵循能量守恒定律。化学能与电能的直接转化需要通过氧化还原反应在一定的装置中才能实现。原电池是将化学能转化为电能的装置，电解池是将电能转化为化学能的装置。原电池、电解池都以发生在电子导体（如金属）与离子导体（如电解质溶液）接触界面上的氧化还原反应为基础，这也是研究化学能与电能相互转化规律的电化学的核心问题。 电化学及其产品与能源、材料、环境和健康等领域紧密联系，被广泛地应用于生产、生活的许多方面。 第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 4.1.1 原电池的工作原理 学习目标 1、通过原电池实验，认识电极反应、电极材料、离子导体、电子导体是电池构成的四个基本要素，能设计简单的原电池。 2、在分析锌铜原电池的过程中，逐渐建立原电池的系统分析思路；能根据电极反应、 电流方向或离子的移动方向判断原电池的正极和负极。 实验装置 实验现象 离子方程式     Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ 锌片逐渐溶解，有气泡产生 铜片无明显现象 【复习回顾】原电池 A 锌片逐渐溶解， 铜片上有气泡产生， 电流表指针发生偏转 Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ 失e-，沿导线传递，有电流产生 H2SO4溶液 阴离子 阳离子 Zn失电子，发生氧化反应 Zn - 2e- = Zn2+ H+在铜上得电子，发生还原反应 2H+ + 2e- = H2↑ 总反应式：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ “负失氧” “正得还” 外电路： （导线） 负极 → 正极 e- 内电路： （溶液） 阳离子 → 正极 阴离子 → 负极 ★ 电子不下水 离子不上岸 探究原电池的工作原理 Zn Cu 负极 正极 正向正 负向负 正极 → 外电路 → 负极 → 电解质溶液 → 正极 I I I I 【复习回顾】原电池 A 电极 电极材料 电极反应 反应类型 总反应  负极  正极 电子流向 电流方向 H+流向 SO42-流向 Zn片 Zn - 2e- = Zn2+ Cu片 2H+ + 2e- = H2↑ 氧化反应 还原反应 Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ 从Zn片 → Cu片 从Cu片 → Zn片 → Cu片 → Zn片 （1）定义：把化学能转化为电能的装置 实验装置 是否有电流产生 实验结论 （2）构成原电池的条件 ① 在电极表面上能自发进行氧化还原反应（必定都是放热反应） 有电流 无电流 C ② 反应实质：原电池的负极和电解质溶液发生氧化还原反应 【复习回顾】原电池 实验装置 是否有电流产生 实验结论 有电流 有电流 无电流 ① 有两种活泼性不同的金属电极； 或一种金属与一种非金属(如石墨)电极 Zn ② 较活泼的金属作负极； 较不活泼的金属、石墨等惰性电极作正极 （2）构成原电池的条件 【复习回顾】原电池 实验装置 是否有电流产生 实验结论 有电流 有电流 无电流 两电极材料均浸入电解质溶液或熔融电解质（酸、碱、盐）（或传导离子的介质） （2）构成原电池的条件 【复习回顾】原电池 实验装置 是否有电流产生 实验结论 有电流 无电流 正极、负极、电解质溶液构成闭合回路 （2）构成原电池的条件 【复习回顾】原电池 ① 在电极表面上能自发进行氧化还原反应（必定都是放热反应） ④ 正极、负极、电解质溶液构成闭合回路 ② 有活泼性不同的两个电极，电极材料必须是导体 ③ 两电极材料均浸入电解质溶液或熔融电解质（酸、碱、盐） （2）构成原电池的条件 【复习回顾】原电池 【例】下列装置能形成原电池的是（ ） ACDE 负极： 正极： 总反应： Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu Fe - 2e- = Fe2+ Cu2+ + 2e- = Cu 负极： 正极： 总反应： Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu Fe - 2e- = Fe2+ Cu2+ + 2e- = Cu ① 负极发生氧化反应 ② 正极发生还原反应 离子反应 ，应遵循质量守恒、电荷守恒、电子守恒 ③ 负极反应式 + 正极反应式 = 总反应式 （3）电极反应式书写 【复习回顾】原电池 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu △H ＜ 0 【思考1】该原电池在工作中有何缺点？ 一、原电池的工作原理 Zn与其接触的CuSO4溶液直接发生反应，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 【思考2】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 ？ ★ 导电作用，不与Zn反应的溶液，一般加金属对应的盐溶液 断开电路后，Zn仍在反应，电流、电压均不稳定，造成能量损耗 ★ 单液原电池 ★ 双液原电池 【思考3】该装置有电流产生？怎么解决？ 一、原电池的工作原理 两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路 ★ 盐桥：一种凝胶态的离子导体(如：KCl饱和溶液的琼脂) ① 离子导体，形成闭合回路 ② 平衡电荷，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 【问】K+移向 ，Cl-移向 。 CuSO4溶液 ZnSO4溶液 盐桥的作用 K+和Cl-能在琼胶内自由移动（K+和Cl-的迁移速率接近，可以提高导电能力） 【实验4 - 1】 如图4 - 1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。 一、原电池的工作原理 锌半电池 铜半电池 原电池种类 双液原电池 单液原电池 电流大小 电流稳定性 转化效率 一、原电池的工作原理 【思考4】双液原电池有不足的地方？ 较小 稳定 高 较大 衰减快 低 数字传感器探究单、双液原电池的电流大小及稳定性以及溶液温度变化 一、原电池的工作原理 【思考5】从装置分析为何双液原电池产生的电流较小？ ② 盐桥横截面积 ，离子运动通道 ，离子容量 。 ① 离子在盐桥中的运动距离 ； 长 小 窄 小 缩短盐桥的长度，增大盐桥的横截面积 用膜来代替盐桥 【思考6】如何改进？ 一、原电池的工作原理 【思考7】隔膜原电池的工作原理？ 隔膜：将原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） 常见的隔膜有以下几种： 阳离子交换膜：只允许_______通过 阴离子交换膜：只允许_______通过 质子交换膜：只允许____通过 阳离子 阴离子 H+ 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透过能力的高分子膜 离子交换膜 只允许阳离子通过 只允许阴离子通过 只允许H+通过 交换膜的分类及应用 1、[天津高考]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. 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 E. 若正极增重128g，则通过离子交换膜的Zn2+的物质的量为 2mol C 2、银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成了Ag2S的缘故，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法是：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。试回答： （1）在此原电池中，负极发生的反应方程式为 ，正极发生的反应方程式为 。 （2）反应过程中会产生臭味，原电池总反应的方程式 为 。 Al - 3e- = Al3+ Ag2S + 2e- = 2Ag + S2- 3Ag2S + 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑ + 6Ag 原电池种类 单液原电池 双液原电池 隔膜原电池 优点 电流强 ① 能量转化率高 ② 避免氧化剂与还原剂直接接触，寿命长 ① 能量转化率高 ② 避免氧化剂与还原剂直接接触，寿命长 ③ 内阻小，电流强 缺点 ① 能量转化率低 ② 氧化剂与还原剂直接接触，寿命短 ① 内阻大，电流弱 ② 盐桥需要定期更换 实验装置图 电池四要素 ① 两极；② 电解质溶液 — 离子导体；③ 导线 — 电子导体；④ 自发进行的氧化还原反应 25 1、写出下列原电池中的电极反应和总反应? ① Mg︱稀硫酸︱Al ② Al︱NaOH溶液︱Mg 负极： 正极： 总反应： Mg - 2e- = Mg2+ 2H+ + 2e- = H2↑ Mg + 2H+ = Mg2+ + H2↑ 负极： 正极： 总反应： Al - 3e- + 4OH- = [Al(OH)4]- 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- 2Al + 2OH- + 6H2O = 2[Al(OH)4]- + 3H2↑ Mg Al A 稀硫酸 Al Mg A NaOH溶液 1、写出下列原电池中的电极反应和总反应? ③ Al︱稀硝酸︱Cu ④ Cu︱浓硝酸︱Al 负极： 正极： 总反应： Al - 3e- = Al3+ NO3- + 3e- + 4H+ = NO↑ + 2H2O Al + NO3- + 4H+ = Al3+ + NO↑ + 2H2O 负极： 正极： 总反应： Cu - 2e- = Cu2+ NO3- + e- + 2H+ = NO2↑ + H2O Cu + 4H+ + 2NO3- = Cu2+ + 2H2O + 2NO2↑ Al Cu A 稀硝酸 Cu Al A 浓硝酸 2、某兴趣小组为了提高电池的效率设计了如图所示的原电池。请回答下列问题。 （1）若X是AlCl3溶液，Y是稀硫酸，写出电极名称及对应的电极反应式： Al片(　 　)： 。 Cu片(　 　)： 。 总反应式： 。 （2）若X是浓硝酸，Y是NaCl溶液，写出电极名称及对应的电极反应式： Al片(　 　)： 。 Cu片(　 　)： 。 总反应式： 。 负极 正极 Al - 3e- = Al3+ 2H+ + 2e- = H2↑ 2Al + 6H+ = 2Al3+ + 3H2↑ Cu + 4H+ + 2NO3- = Cu2+ + 2H2O + 2NO2↑ 正极 负极 Cu - 2e- = Cu2+ NO3- + e- + 2H+ = NO2↑ + H2O 3、根据反应2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2，设计一个化学电源，绘制反映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： （1）注明原电池的组成； （2）标明氧化反应和还原反应发生的区域； （3）标明电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向。 4、根据反应2Fe3+ + 2I- = 2Fe2+ + I2，设计一个化学电源，绘制反映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： （1）注明原电池的组成； （2）标明氧化反应和还原反应发生的区域； （3）标明电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向。 只允许K+或Cl-通过的隔膜 5、铁和稀H2SO4反应时，若加入少量CuSO4溶液，Fe与CuSO4反应生成Cu，形成_______________原电池，加快产生H2的速率。 Fe | 稀硫酸 | Cu 6、要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与_____（填“Zn”或“Cu”）相连，使铁作为原电池的_____（填“正极”或“负极”）。 Zn 正极 Fe Zn A 钢铁的防腐 - + Fe C A 钢铁的腐蚀 + - 7、把a、b、c、d四种金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池。则四种金属的活动性顺序由大到小排列为（ ） ① a、b相连，a为负极 ② c、d相连，d上有气泡逸出 ③ a、c相连，a质量减少 ④ b、d相连，b为正极 A. a ＞ c ＞ d ＞ b B. a ＞ c ＞ b ＞ d C. b ＞ d ＞ c ＞ a D. a ＞ b ＞ c ＞ d A 数字传感器探究单、双液原电池的电流大小及稳定性 $