4.1 原电池 第1课时（同步课件）化学人教版选择性必修1

人教版选择性必修 1 第四章 化学反应与电能 第1课时 原电池的工作原理 第1节 原电池 1 电极反应式 2 原电池的工作原理 1 学习内容导览 2 1.以锌铜原电池为例，理解原电池的工作原理及其应用。 2.学会判断原电池的正、负极。 3.学会书写原电池正负电极反应式和电池总反应，根据氧化还原反应设计简单原电池。 重点：原电池的工作原理,书写原电池正负电极反应式； 难点：书写原电池正负电极反应式。 素养锚定·课标定位 电池的生产过程 各种各样的化学电源都是依据原电池的原理制造的。 现代生活离不开方便实用的化学电源。 情境启思·任务缘起 原电池的 工作原理 01 5 任务一 复习：用铜片、锌片，CuSO4溶液设计原电池 一、原电池的工作原理 e－ e－ e－ e－ Zn2+ Cu2＋ e－ e－ SO42－ 内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极(离子不上岸) － + 外电路：电子由负极经导线流向正极(电子不下水) 负极：氧化反应 Zn－ 2e－=Zn2＋ 正极：还原反应 Cu2＋+2e－=Cu 总反应：Zn＋Cu2+ ＝ Zn2+ + Cu 这种原电池中氧化反应与还原反应并没有完全隔开，如锌与其接触的硫酸铜发生反应，电流会逐渐衰减。 分层研学·探理悟新 任务二 实验验证电流逐渐衰减 一、原电池的工作原理 分层研学·探理悟新 1.单液原电池电流衰减的实验及原因 知识总结 一、原电池的工作原理 ⑴实验现象 Zn2+ Cu2+ 锌片表面有红色物质生成，铜片上有红色物质析出，电流表指针先发生偏转后，示数逐渐减小。 ⑵实验现象分析 现象 原因 锌片表面附着红色固体 电流逐渐衰减 Zn与Cu2+直接接触发生反应，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 分层研学·探理悟新 任务三 原电池装置的改进 一、原电池的工作原理 还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Zn Cu ？ A 分层研学·探理悟新 9 任务三 原电池装置的改进 一、原电池的工作原理 为什么没有电流？该如何解决？ 分层研学·探理悟新 10 任务三 原电池装置的改进 两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。 该如何解决？ ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Zn Cu ？ A 一、原电池的工作原理 分层研学·探理悟新 任务三 原电池装置的改进 （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 分层研学·探理悟新 知识总结 2.双液原电池及其工作原理 一、原电池的工作原理 ⑴实验现象 实验表明，接通电路时，电流表的指针发生偏转，即电路中有电流通过。从上述装置中取出盐桥，电流表的指针又回到零点，即电路中没有电流通过。 一种凝胶态的离子导体，通常是将浸泡了饱和KCl溶液的琼胶装在U型管中。 ⑵盐桥 ①.盐桥中的K+、Cl-可以自由移动 ②.琼胶起到固定作用，防止KCl溶液直接流出来。 ③.离子只出不进。 分层研学·探理悟新 任务四 双液原电池的工作原理 （1）图4-1 所示的锌铜原电池工作时，电子在导线中的运动方向是怎样的？阴离 子和阳离子在电解质溶液中的运动方向是怎样的？ （2）锌铜原电池可看作由两个半电池组成，一个发生氧化反应，另一个发生还原 反应。试分别写出两个电极上的反应及总反应的离子方程式。 一、原电池的工作原理 分层研学·探理悟新 知识总结 2.双液原电池及其工作原理 ⑶电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向 一、原电池的工作原理 锌铜原电池工作时，负极一端的Zn 失去电子变成Zn2+ 进入溶液，电子由负极通过导线流向正极，正极一端的 Cu2+获得电子变成Cu 沉积在铜片上。盐桥中的Cl -移向ZnSO4溶液，K+移向CuSO4溶液，使氧化还原反应持续进行，锌铜原电池得以不断地产生电流。 分层研学·探理悟新 一、原电池的工作原理 任务四 双液原电池的工作原理 请结合图4-1 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。 分层研学·探理悟新 知识总结 2.双液原电池及其工作原理 ⑷注明原电池的组成 一、原电池的工作原理 Zn2+ Zn－2e－=Zn2＋ Cu2+ Cu2＋＋2e－=Cu Cl- K+ 分层研学·探理悟新 知识总结 2.双液原电池及其工作原理 ⑸标明氧化反应和还原反应发生的区域 负极（锌片）： Zn －2e - = Zn 2+ （氧化反应） 正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu （还原反应） 电池反应（总化学方程式）：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu 3.盐桥的作用 ①沟通内电路，形成闭合回路 ②平衡两侧的电荷，使溶液保持电中性； ③避免电极与电解质溶液的直接接触，放电更持久。 一、原电池的工作原理 分层研学·探理悟新 一、原电池的工作原理 知识总结 4.各部分的作用 Cu片 电极材料 Zn片 电极反应物 电极材料 CuSO4溶液 电极反应物 离子导体 ZnSO4溶液 离子导体 盐桥 离子导体 导线 电子导体 分层研学·探理悟新 19 知识总结 5.原电池的构成要素 一、原电池的工作原理 还原剂-氧化反应、氧化剂-还原反应 离子导体 电极材料 电极反应 电子导体 内电路，实现离子定向迁移 进行电子转移的场所 外电路，实现电子定向转移 分层研学·探理悟新 任务五 分析：双液原电池电流弱的原因 一、原电池的工作原理 改进? 缩短盐桥的长度，增大盐桥的横截面积 能否用一张薄薄的隔膜代替盐桥呢？ ①离子运动的距离长 ②离子运动的通道窄 ③离子容量小 改进? 分层研学·探理悟新 知识总结 6.隔膜原电池的工作原理 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 ④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。 一、原电池的工作原理 分层研学·探理悟新 知识总结 6.隔膜原电池的工作原理 一、原电池的工作原理 分层研学·探理悟新 一、原电池的工作原理 【例1】如图所示原电池的盐桥中装有饱和K2SO4溶液，电池工作一段时间后，甲烧杯中溶液颜色不断变浅。下列叙述不正确的是( ) A．b极是电池的负极 B．甲烧杯中K+经盐桥流向乙烧杯 C．甲烧杯中溶液的pH逐渐增大 D．电池的总反应离子方程式为5Fe2++MnO4-+8H+=Mn2++5Fe3++4H2O B 典例剖析·逻辑释疑 电极反应式 的书写 02 25 任务六 化学方程式中的变化与守恒 二、电极反应式的书写 化学方程式是一种重要的化学语言。因研究的需要，有多种表示化学反应的形 式，如离子方程式、热化学方程式、反应历程表达式、电极反应式、有机反应式等。 表达化学反应时，一方面，既要符合化学反应的事实（如组成、结构的变化），也要 符合质量守恒定律，有时还要考虑能量守恒（如根据热化学方程式计算反应热）；另 一方面，必须反映化学反应中各种粒子及其有关量的变化与守恒，例如，离子方程式 中有关离子电荷的守恒，氧化还原反应、电极反应式中电子的转移与守恒。在学习化 学方程式时，不要忽视其中蕴含的变化与守恒观念。 化学方程式中的变化与守恒 分层研学·探理悟新 知识总结 1.电极反应式的书写 ⑴直接法书写电极方程式。 ④元素守恒：巧用水进行元素守恒的配平。 ①判物质：根据负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应的产物。 正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu （还原反应） 电池反应（总化学方程式）：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu 负极（锌片）： Zn －2e - = Zn 2+ （氧化反应） ②电子守恒：根据元素化合价变化，标出得失电子数目。 ③电荷守恒：根据电解质溶液的酸碱性，利用H+和OH-配电荷守恒。 二、电极反应式的书写 分层研学·探理悟新 1.电极反应式的书写 知识总结 ⑵间接法书写电极方程式 ①正负极反应式之和为电池反应的方程式。 ②一般先写出反应的总方程式和较易写出的电极反应式，然后用总方程式减去较易写出的电极反应式得较难写的电极反应式。 正极：2MnO2 + 2e- + 2H2O 2MnO(OH) + 2OH- 负极：Zn - 2e- + 2OH- Zn(OH)2 总反应：Zn+2MnO2+2H2O = 2MnO(OH)+Zn(OH)2 0 +4 +3 +2 二、电极反应式的书写 分层研学·探理悟新 【例2】Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2。电池的总反应可表示为 8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。 ①负极材料为____，电极反应为_________________。 ②正极的电极反应为_______________________________。 锂 8Li－8e－===8Li＋ 3SOCl2＋8e－===2S＋ ＋6Cl－ 二、电极反应式的书写 典例剖析·逻辑释疑 【例3】分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是( ) A．①②中Mg做负极，③④中Fe做负极 B．②中Mg做负极，电极反应式为Mg-2e-=Mg2+ C．③中Cu做负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2＋ D．④中Cu做正极，电极反应式为2H＋＋2e-=H2↑ C 二、电极反应式的书写 典例剖析·逻辑释疑 原电池的工作原理 原电池的工作原理 单液原电池电流衰减的实验及原因 双液原电池及其工作原理 盐桥的作用 各部分的作用 原电池的构成要素 隔膜原电池的工作原理 电极反应式的书写 直接法书写电极方程式。 间接法书写电极方程式 体系梳整·认知升华 1．结合下图判断，下列说法正确的是(　　) A.装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋ B.装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C.装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动 D.放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大 D 当堂诊学·成效校验 2．298K 时，在 FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3+立即被还原成 Fe2+。 据此某学习小组设计如图所示的原电池装置。下列说法正确的是 A．正极反应为：Zn – 2e−=Zn2+ B．盐桥中 K+向左池移动 C．Pt 电极上有气泡出现 D．左烧杯中溶液的红色变深 B 当堂诊学·成效校验 D 3．如图是原电池的装置图，图中电流计指针偏转。下列说法错误的是( ) A．若c为硫酸铜溶液，a电极的质量增加，则a为正极 B．若c为稀硫酸溶液，b电极上产生气泡，则b为正极 C．若a为Zn，b为Fe，c为NaCl溶液，则Na+移向b极 D．若总反应为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，a、b的材料可分别为Cu、Fe 当堂诊学·成效校验 感谢观看 更多练习见分层作业 人教版选择性必修 1 https://www.zxxk.com/user/13354804 35 Lavf58.20.100 wxmmcibr22dr0100 Lavf58.20.100 wxmmcibr22dr0100 SO $