【课件】原电池的工作原理课件2023-2024学年上学期高二化学人教版（2019）选择性必修1.pptx

第一节 原电池的工作原理第四章第四章 化学反应与电能化学反应与电能1.能正确判断原电池的正极和负极，会书写其电极反应式2.认识化学能与电能的相互转化，建立对电化学过程的系统分析思路学习目标 1min自学指导 6min阅读课本第94-95页，完成大本第 74-75页D自学检测 练一练 3min振动不属于化学能正极Ag+与Cl-反应Fe在浓硝酸中钝化，Cu与浓硝酸反应，Cu作负极、Fe作正极盐桥的作用：利用溶液中离子的移动，使两个半电池中的溶液形成闭合回路。若撤去盐桥，电流表的指针不发生偏转。两极：一般为两种活泼性不同的金属 （或一种金属与非金属导体，石墨）一液：电解质溶液，或熔融电解质 （酒精、蔗糖、CCl4不是电解质）一回路：用导线相连（或直接接触）一反应：自发的氧化还原反应知识回顾-原电池（一）定义：将化学能直接转化为电能的装置。（二）构成条件：教师点拨 25min【知【知识回回顾】原原电池原理示意池原理示意图两极一液一回路，负极氧化失电子，阴向负极阳向正CuZn-Zn2+H+H+负极氧化反应正极还原反应阳离子阴离子SO42-外电路电子迁移：负 正内电路离子迁移：阳离子：移向正极阴离子：移向负极eI角度1电极反应角度2粒子迁移外电路：电子迁移内电路：离子迁移预期现象：预期现象：锌片溶解；铜片上有红色物质析出；电流表指针偏转锌片溶解；铜片上有红色物质析出；电流表指针偏转负极：负极：Zn-2e-=Zn2+正极：正极：2Cu2+2e-=Cu观察并记录实验现象，其中哪些与预测一致，哪些与预测不同观察并记录实验现象，其中哪些与预测一致，哪些与预测不同？再探原再探原电池池锌铜原电池锌铜原电池：Zn+Cu2+=Zn2+Cu1.为什么锌片上有红色物质生成？因为锌与CuSO4溶液直接接触，发生氧化还原反应，所以锌片表面有铜析出。2.为什么电流表读数不断减小？因为铜在锌表面析出后，与CuSO4溶液一起形成了原电池，产生的电流并没有经过电流表，所以电流表的读数不断减小。锌与CuSO4溶液的接触面积逐渐减少，当锌片表面完全被铜覆盖后，相当于两个电极都是铜，已不能发生原电池反应，最后没有电流产生。【分析原因分析原因】（1）该原电池在工作中有何缺点？（2）如何改进？【深入探讨】锌与硫酸铜溶液直接接触发生反应，锌与硫酸铜溶液直接接触发生反应，化学化学能转化为电能效率低能转化为电能效率低(部分化学能直接转化部分化学能直接转化为热能为热能),不能持续产生电流。不能持续产生电流。还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触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？原电池装置的改造原电池装置的改造三、双液-盐桥原电池盐桥：装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的琼胶（1）琼胶的作用是防止管中溶液流出；（2）K+和Cl-能在琼胶内自由移动；（3）离子只出不进。Zn CuZnSO4溶液溶液CuSO4溶液溶液AZn2+e-e-Cu2+Cl-K+盐桥盐桥沟通内电路，形成闭合回路平衡电荷，使溶液保持电中性避免电极与电解质溶液直接反应，放电更持久。盐桥的作用：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。锌半电池锌半电池铜半电池铜半电池e-e-CuZn负极：氧化反应正极：还原反应Cl-K+Zn2+Cu2+-CuSO4溶液溶液ZnSO4溶液溶液优点优点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的直接反应，能够防止装置中化学能的自动释放(自放电)，增加了原电池的使用寿命。1、离子在盐桥中作定向移动，减少了离子的混乱，使离子移动更加有序，能够产生持续稳定的电流；缺点：1.内阻大，电流弱 2.盐桥需要定期更换得电子，发生 反应 失电子，发生 反应电极：负极：正极：氧化还原溶液中离子移动方向：本质：发生氧化还原反应负氧正还电子流向：负极 沿导线 正极电流方向：正极 沿导线 负极 正极阴离子 负极阳离子 “电子不下水”“离子不上岸”与单液原电池工作原理一样阴离子 阳离子盐桥原电池双液电池单液电池电极反应电极材料电子导体双液原电池解决了电池自损耗的问题，能产生持续、稳定的电流。正极：铜片;负极：锌片正极：铜片;负极：锌片导线导线阴离子阴离子负极液负极液正极液正极液盐桥盐桥阳离子阳离子阳离阳离子子阳离子阳离子电流电流氧化反应还原反应CuCu2+2+2e+2e-=Cu=Cu负极正极 外电路ZnZnCuCu失失e e-，沿导线传递，有电流产生，沿导线传递，有电流产生内电路分为两个半电池进行思维模型电子不下水电子不下水 离子不上岸离子不上岸正极得电子数目正极得电子数目=负极失电子数目负极失电子数目电流较大，电流较大，衰减快，衰减快，温度升高明显，温度升高明显，转化效率低转化效率低电流较小电流较小，电流稳定，电流稳定，温度基本不变，温度基本不变，转化效率高转化效率高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：只允许阴离子通过改进?增大电流呢？能否用一张薄薄的隔膜代替盐桥呢？双液原电池电流弱的原因？改进措施？离子运动的距离长离子运动的通道窄 离子容量小电池内阻大，输出电压小离子交换膜简介 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。由于固定离子基团吸引膜外的异种电荷离子，在电位差推动下透过膜体，同时排斥同种电荷的离子，拦阻它进入膜内。小结单液原电池双液原电池隔膜原电池隔膜原电池微型化1.两极2.电解质溶液3.导线4.自发进行的氧化还原反应电池四要素离子导体电子导体 电流表指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出锌半电池铜半电池ZnCu2=CuZn2负 正氧化 还原锌电极盐桥离子正极区(CuSO4溶液)阴离子 阳离子盐桥只出不进负 正探究原电池的构成与工作原理A B C D具有活泼性不同的两个电极，两电极插入电解质溶液中，形成闭合回路，且两电极能自发地发生氧化还原反应。非电解质 没有闭合回路 电极活泼性相同 铁制品发生氧化反应 Fe2e=Fe2 电子是在外电路从负极经过导线移向正极；在电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。C负 正正(Ag)负(Cu)没有闭合回路C负极：Cu2e=Cu2正极：2Fe32e=2Fe2+-还原 氧化 正极区原电池电极反应式的书写负极：Lie=Li正极：LiMnO2e=LiMnO2电极反应式的书写：电极反应式的书写：负极：还原剂e-氧化产物正极：氧化剂+e-还原产物根据总反应式写出根据总反应式写出一剂一产物一剂一产物写出写出得失电子得失电子根据电解质溶液酸碱性根据电解质溶液酸碱性用用H+/OH平衡电荷平衡电荷H原子守恒原子守恒配配H2O正极：3Ag2S6e=6Ag3S2负极：2Al6e=2Al3S2和Al3发生相互促进的双水解：2Al33S26H2O=2Al(OH)33H2S总反应：3Ag2S2Al6H2O=6Ag2Al(OH)33H2SAg2SAg，还原反应为正极反应活泼金属为负极H2S设计双液原电池依据：已知一个依据：已知一个氧化还原反应氧化还原反应，负极：负极：如发生氧化反应的为金属单质如发生氧化反应的为金属单质，可可用该金属直接作负极用该金属直接作负极;如为气体如为气体(如如H2)或溶液中的还原性离子或溶液中的还原性离子，可可用惰性电极用惰性电极(如如Pt、石石墨墨棒棒)作负极作负极。正极：正极：发生还原反应的发生还原反应的(电解质溶液中的阳离子电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。在正极上被还原。正极电极材料一般不如负极材料活泼。本例中可正极电极材料一般不如负极材料活泼。本例中可用惰性电极用惰性电极(如如Pt、石墨石墨棒棒)作正极作正极。电解质溶液电解质溶液：电解质溶液一般能与负极材料反应。：电解质溶液一般能与负极材料反应。但如果两个半反应分别在两个容器中进行但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子选择与电极材料相同的阳离子。如本例中如本例中可用可用ZnCl2和和FeCl3溶液作电解质溶液溶液作电解质溶液。由题意：需要盐桥，负极为Zn，正极为比Zn活泼性差的金属或非金属石墨等，电解质溶液选择与电极材料有相同离子的溶液。2Fe32e=2Fe2ZnPtZn2e=Zn2设计原电池2Cu4e=2Cu2O24e4H=2H2O3H26e6OH=6H2O2FeO425H2O6e=Fe2O310OH随堂自测 5min P77BA-+负极区(ZnSO4溶液)Cu22e=CuC+-+-+-B-+-+-+O22H2O4e=4OH2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2Mg2H=Mg2H2Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O2FeO22H2O=2Fe(OH)2A B C DC2H2e=H2Zn6.3 g2eZnH2 m=0.165-0.12=6.3g