2021_2022学年新教材高中化学第四章化学反应与电能第一节第1课时原电池的工作原理课件新人教版选择性必修1202106242197.ppt

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1、第四章化学反应与电能第一节原电池第1课时原电池的工作原理必备知识必备知识自主学习自主学习一、原电池原理一、原电池原理1 1原电池的概念和实质原电池的概念和实质(1)(1)概念：将概念：将_转化为转化为_的装置。的装置。(2)(2)实质：利用能自发进行的实质：利用能自发进行的_反应把化学能转化为电能。反应把化学能转化为电能。化学能化学能电能电能氧化还原氧化还原2 2原电池工作原理原电池工作原理(1)(1)实验探究实验探究实验步实验步骤骤将置有锌片的将置有锌片的ZnSOZnSO4 4溶液和置有铜片的溶液和置有铜片的CuSOCuSO4 4溶液用一个盐桥溶液用一个盐桥(KCl)(KCl)连接起来，然后

2、将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电连接起来，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。流表，观察现象，取出盐桥，观察电流表的指针有何变化。实验装实验装置置实验现实验现象象锌片锌片_，铜片上有，铜片上有_析出，电流表指针发生析出，电流表指针发生_，取出盐桥，电流表指针取出盐桥，电流表指针_。原理分原理分析析在在ZnSOZnSO4 4溶液中，锌片逐渐溶液中，锌片逐渐_，即，即ZnZn被氧化，锌原子被氧化，锌原子_电子，形成电子，形成ZnZn2 2进入溶液；从锌片上释放出的电子，经过导线流进入溶液；从锌片上释放出的电子，经过导线流向铜片

3、，向铜片，CuSOCuSO4 4溶液中的溶液中的CuCu2 2从铜片上从铜片上_电子，被还原成为金电子，被还原成为金属铜并沉积在铜片上。属铜并沉积在铜片上。随着反应的进行，左边烧杯的溶液中随着反应的进行，左边烧杯的溶液中c(Znc(Zn2 2) )增大，右边烧杯增大，右边烧杯的溶液中的溶液中c(Cuc(Cu2 2) )减小。同时，盐桥中的减小。同时，盐桥中的ClCl会移向会移向_溶液，溶液，K K会移向会移向_溶液，使溶液，使ZnSOZnSO4 4溶液和溶液和CuSOCuSO4 4溶液均保持溶液均保持_，氧化还原反应得以继续进行，从而使原电池不断地产生电流。氧化还原反应得以继续进行，从而使原电

4、池不断地产生电流。溶解溶解红色物质红色物质偏转偏转回到零点回到零点溶解溶解失去失去得到得到ZnSOZnSO4 4CuSOCuSO4 4电中性电中性(2)(2)原电池工作原理原电池工作原理装置图装置图电极名称电极名称负极负极正极正极电极材料电极材料_片片_片片电极反应电极反应_反应类型反应类型_反应反应_反应反应锌锌铜铜ZnZn2e2e=Zn=Zn2 2CuCu2 22e2e=Cu=Cu氧化氧化还原还原电子流向电子流向由由_片沿导线流向片沿导线流向_片片离子迁移方向离子迁移方向阴离子向阴离子向_迁移；阳离子向迁移；阳离子向_迁移迁移电池反应方程式电池反应方程式_两类装置的不同两类装置的不同点点还

5、原剂还原剂ZnZn与氧化剂与氧化剂CuCu2 2直直接接触，既有化学能转化接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗为热能，造成能量损耗ZnZn与氧化剂与氧化剂CuCu2 2不直接接触，不直接接触，仅有化学能转化为电能，避仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长持续时间长锌锌铜铜负极负极正极正极ZnZnCuCu2 2=Zn=Zn2 2CuCu(3)(3)原电池形成的条件原电池形成的条件闭合回路闭合回路两极有电势差两极有电势差两个活性不同的电极，相对较活泼的金属作两个活性不同的电极，相对较活泼的金属作_。_

6、溶液或溶液或_电解质电解质自发的自发的_反应反应负极负极电解质电解质熔融熔融氧化还原氧化还原【自主探索自主探索】(1)(1)将两块锌片分别通过导线与电流计连接，然后浸入盛有硫酸铜溶液的烧杯将两块锌片分别通过导线与电流计连接，然后浸入盛有硫酸铜溶液的烧杯中。装置中锌片表面如何变化？电流计指针是否偏转？中。装置中锌片表面如何变化？电流计指针是否偏转？提示：提示：锌片表面有红色物质析出。电流计指针不偏转，说明没电流产生。锌片表面有红色物质析出。电流计指针不偏转，说明没电流产生。(2)(2)某原电池总反应为某原电池总反应为CuCu2AgNO2AgNO3 3=Cu(NO=Cu(NO3 3) )2 22A

7、g2Ag，装置中的盐桥中可以是装，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的有含琼胶的KClKCl饱和溶液吗？饱和溶液吗？提示：提示：不可以。因为不可以。因为AgNOAgNO3 3溶液能和溶液能和KClKCl溶液反应生成溶液反应生成AgClAgCl沉淀，盐桥中可以是沉淀，盐桥中可以是装有含琼胶的装有含琼胶的KNOKNO3 3饱和溶液。饱和溶液。二、原电池的设计二、原电池的设计1 1原电池的组成：原电池是由两个原电池的组成：原电池是由两个_组成，如锌铜原电池是锌半电池和组成，如锌铜原电池是锌半电池和铜半电池通过铜半电池通过_连接。连接。2 2原电池设计关键原电池设计关键(1)(1)外电路外电路负极负极(_

8、(_的物质的物质) ) 正极正极( (较稳定的金属或能导电的非金属较稳定的金属或能导电的非金属) )。(2)(2)内电路内电路将两极浸入将两极浸入_溶液中，使阴、阳离子做溶液中，使阴、阳离子做_。阴离子移向。阴离子移向_极，极，阳离子移向阳离子移向_极。极。半电池半电池盐桥盐桥还原性较强还原性较强电解质电解质定向移动定向移动负负正正【自主探索自主探索】(1)NaOH(1)NaOH溶液与稀硫酸反应是放热反应，此反应可以设计成原电池吗？溶液与稀硫酸反应是放热反应，此反应可以设计成原电池吗？提示：提示：不可以。因为原电池反应必须是氧化还原反应，该反应是复分解反应，不可以。因为原电池反应必须是氧化还原

9、反应，该反应是复分解反应，不是氧化还原反应，所以不能设计成原电池。不是氧化还原反应，所以不能设计成原电池。(2)(2)判断下列说法是否正确。正确的打判断下列说法是否正确。正确的打“”“”，错误的打，错误的打“”。任何自发的放热反应均可设计成原电池反应。任何自发的放热反应均可设计成原电池反应。( () )提示：提示：。能设计成原电池的化学反应必须是氧化还原反应。能设计成原电池的化学反应必须是氧化还原反应。FeCuSOFeCuSO4 4(aq)Cu(aq)Cu形成的原电池的负极反应为形成的原电池的负极反应为FeFe3e3e=Fe=Fe3 3。( () )提示：提示：。负极反应为。负极反应为FeFe

10、2e2e=Fe=Fe2 2。关键能力关键能力合作学习合作学习【合作探究】(1)在CuZnH2SO4原电池中，若电路中转移2 mol电子，则消耗锌的质量是多少？(宏观辨识与微观探析)提示：负极电极反应式为Zn2e=Zn2，所以每转移2 mol电子，消耗锌1 mol，即消耗锌65 g。(2)某原电池工作时，a电极质量增加，则该电池的电解质溶液可以是盐酸吗？(证据推理与模型认知)提示：不能，因为a电极质量增加，说明该电极上应有金属析出，应是溶液中的金属阳离子得电子而析出金属，故电解质溶液不可能是盐酸。【母题追问】(1)上题装置中，外电路中电子是如何流动的？提示：电子由乙池中石墨电极沿导线流入甲池中石

11、墨电极。(2)上题装置中，盐桥中离子是如何移动的？提示：阳离子移向甲池，阴离子移向乙池。思考：(1)该电池的负极材料是什么？发生什么反应？提示：负极材料是Zn，发生氧化反应。(2)请尝试写出正负极的电极反应式。提示：负极：Zn2e2OH=ZnOH2O；正极：MnO2H2Oe=MnO(OH)OH。【合作探究】(1)实验室常用粗锌和稀硫酸反应制备H2，请讨论为何不用纯锌？(科学探究与创新意识)提示：粗锌中的锌、杂质和稀硫酸构成原电池，加快化学反应速率，而纯锌与稀硫酸反应比粗锌缓慢。(2)根据原电池原理如何比较Fe、Cu两种金属的活动性强弱？(科学探究与创新意识)提示：将铁片和铜片用导线连接浸入稀硫

12、酸中，发现铁片逐渐溶解，铜片表面有气泡产生，说明铁比铜活泼。【母题追问】设计该原电池时，正极材料是否唯一？提示：题中正极材料主要起到传导电子的作用，不参与反应，所以并不是唯一的，可以选择石墨、Pt等材料。3某同学查阅资料得知锂电池是一种新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应式是LiMnO2=LiMnO2。该同学欲用此原理设计成原电池，请问：(1)如果设计成原电池，则该原电池负极材料应选择什么？提示：通过分析反应方程式，锂发生氧化反应，应为负极材料。(2)思考该电池的电解液能不能选择水溶液呢？提示：因为锂是活泼金属，能与水反应，所以不能选用水溶液作电解质溶液。课堂检测课堂检测素养达标素养达标金属电子流动方向电压(V)AACu0.78BCuB0.15DDCu1.35EECu0.30