【人教版】高中化學(xué) 選擇性必修一 第四章 第一節(jié) 原電池 第二課時(shí) 原電池的工作原理 課件

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原電池的工作原理

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能

第1節(jié)原電池

一、溫故設(shè)疑，引入新課

寫出原電池中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式和電極反應(yīng)式，并分析電子轉(zhuǎn)移和離子遷移的方向。

總反應(yīng)：Zn+2H+=Zn2++H2↑

負(fù)極：

Zn-2e-=Zn2+

正極：

2H++2e-=H2↑

外電路：e-→

內(nèi)電路：

H+、Zn2+移向正極；

SO42-移向負(fù)極

一、溫故設(shè)疑，引入新課

預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，說明理由。

觀察現(xiàn)象。

CuSO4溶液

負(fù)極：

Zn-2e-=Zn2+

正極：

Cu2++2e-=Cu

總反應(yīng)：Zn+Cu2+=Zn2++Cu

銅片表面有紅色固體析出。

鋅片表面也有較多紅色固體析出

電流強(qiáng)度快速衰減

分析產(chǎn)生不同現(xiàn)象的原因。

二、改進(jìn)裝置，探究原理

CuSO4溶液

鋅與硫酸銅溶液直接接觸發(fā)生置換，局部形成原電池，導(dǎo)致更多銅離子被還原；

鋅被銅覆蓋接觸面積減少，反應(yīng)速率下降，向外輸出的電流減弱。

如何改進(jìn)上述裝置，提高其能量轉(zhuǎn)化率？

將氧化劑與還原劑分離，使轉(zhuǎn)移的電子能夠全部經(jīng)過導(dǎo)線。

將氧化劑與還原劑分離，這樣的裝置還能工作嗎？

二、改進(jìn)裝置，探究原理

2.簡(jiǎn)化的雙電層理論

（1）金屬浸入水溶液中，在水的作用下，金屬離子會(huì)進(jìn)入水中，溶液中的金屬離子也可沉積到金屬表面上，達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡。此時(shí)，金屬與溶液的界面兩側(cè)電荷不均等，便會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差。

1.鹽橋中裝有含有KCl飽和溶液的瓊膠，離子可在其中自由移動(dòng)。

裝置的工作原理是什么？

Zn-2e-Zn2+

Cu2++2e-Cu

溶解-沉積平衡

二、改進(jìn)裝置，探究原理

兩個(gè)電極材料與其溶液間的電勢(shì)差不相等。鋅原子比銅原子更容易失電子，鋅片表面積累的電子比銅片表面積累的電子多，因此電子由鋅片流向銅片。

Zn-2e-Zn2+

Cu2++2e-Cu

溶解-沉積平衡

電子的移動(dòng)破壞了溶解-沉積平衡，鋅極的平衡由于電子的移走而向溶解的方向移動(dòng)，銅極的平衡由于電子移入而向沉積方向移動(dòng)，結(jié)果使電子能夠持續(xù)流動(dòng)，形成電流。

二、改進(jìn)裝置，探究原理

Zn-2e-Zn2+

Cu2++2e-Cu

溶解-沉積平衡

鹽橋的作用是作離子導(dǎo)體，K+和Cl-能在內(nèi)部自由移動(dòng)，起到聯(lián)通內(nèi)電路的作用，其中K+移向正極，Cl-移向負(fù)極。

鹽橋的作用？

二、改進(jìn)裝置，探究原理

還原產(chǎn)物

氧化劑

得電子

氧化產(chǎn)物

還原劑

失電子

原理維度

電極產(chǎn)物

過程

電極反應(yīng)物

失電子場(chǎng)所

電子導(dǎo)體

得電子場(chǎng)所

裝置維度

陽(yáng)離子移向

陰離子移向

電子移動(dòng)方向

離子導(dǎo)體

現(xiàn)象

歸納原電池的工作原理，分析原電池的基本構(gòu)成要素，并圖示。

二、改進(jìn)裝置，探究原理

該裝置能否構(gòu)成原電池？

正極：Zn-2e-=Zn2+

負(fù)極：Zn2++2e-=Zn

K+

e-

Cl-

e-

兩份ZnSO4溶液濃度逐漸接近，最后相等，反應(yīng)體系達(dá)到平衡狀態(tài)。

電流表指針逐漸歸零

對(duì)于任一電池反應(yīng)：aA+bB=cC+dD

E=E(標(biāo)準(zhǔn))-(RT)/(nF)ln(([C]c·[D]d)/([A]a·[B]b）。這個(gè)方程就叫做能斯特(Nernst,W.H.1864~1941)方程。它指出了電池的電動(dòng)勢(shì)與電池本性(E)和電解質(zhì)濃度之間的定量關(guān)系。

當(dāng)溫度為298K時(shí)，能斯特方程為：

E=E(標(biāo)準(zhǔn))-(0.0257/n)ln(([C]c·[D]d)/([A]a·[B]b）。當(dāng)溫度為298K時(shí)，Cu-Zn原電池反應(yīng)的能斯特方程為：

E=E(標(biāo)準(zhǔn))-(0.0592/n)ln([Zn2+]/[Cu2+]）

能斯特方程簡(jiǎn)介

二、改進(jìn)裝置，探究原理

根據(jù)測(cè)量電極與參比電極組成的工作電池在溶液中測(cè)得的電位差，并利用待測(cè)溶液的pH值與工作電池的電勢(shì)大小之間的線性關(guān)系，再通過電流計(jì)轉(zhuǎn)換成pH單位數(shù)值來實(shí)現(xiàn)測(cè)定。

濃差電池的應(yīng)用簡(jiǎn)介（pH計(jì)原理）

二、改進(jìn)裝置，探究原理

三、應(yīng)用模型，設(shè)計(jì)電池

真人模擬離子，乒乓球模擬電子，發(fā)生氧化還原反應(yīng)

以反應(yīng)2KI+2FeCl3=I2+2FeCl2+2KCl為切入點(diǎn)，分析反應(yīng)本質(zhì)，設(shè)計(jì)一個(gè)可持續(xù)供電的裝置。

2I-+2Fe3+=I2+2Fe2+

2e-

I-

Fe3+

Cu絲

教師

學(xué)生

乒乓球

乒乓球

e-

e-

三、應(yīng)用模型，設(shè)計(jì)電池

（1）選電子導(dǎo)體（銅絲導(dǎo)線和電極材料）

G

Cu

Cu

C

C

I-

I-

I-

K+

K+

K+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Fe3+

Fe3+

KI溶液

FeCl3溶液

三、應(yīng)用模型，設(shè)計(jì)電池

（2）選離子導(dǎo)體：從微觀角度分析上面實(shí)驗(yàn)的失敗原因

Cu

Cu

C

C

I-

I-

I-

K+

K+

K+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Fe3+

Fe3+

—

—

—

—

G

KI溶液

FeCl3溶液

三、應(yīng)用模型，設(shè)計(jì)電池

（2）選離子導(dǎo)體：從微觀角度分析上面實(shí)驗(yàn)的失敗原因

Cu

Cu

C

C

I-

I-

I-

K+

K+

K+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Fe3+

Fe3+

—

—

—

—

G

Cl-

K+

KI溶液

FeCl3溶液

高架“鹽橋”

三、應(yīng)用模型，設(shè)計(jì)電池

（2）選離子導(dǎo)體：從微觀角度分析上面實(shí)驗(yàn)的失敗原因

Cu

Cu

C

C

KI溶液

FeCl3溶液

I-

I-

I-

K+

K+

K+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Fe3+

Fe3+

—

—

—

—

G

Cl-

K+

地鐵“鹽橋”

三、應(yīng)用模型，設(shè)計(jì)電池

（2）選離子導(dǎo)體：從微觀角度分析上面實(shí)驗(yàn)的失敗原因

Cu

Cu

C

C

KI溶液

FeCl3溶液

I-

I-

I-

K+

K+

K+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Fe3+

Fe3+

—

—

—

—

G

Cl-

K+

離子選擇性透過膜

三、應(yīng)用模型，設(shè)計(jì)電池

（3）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

Cu

Cu

C

C

KI溶液

FeCl3溶液

I-

I-

I-

K+

K+

K+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Fe3+

Fe3+

—

—

—

—

G

Cl-

K+

負(fù)極

正極

離子選擇性透過膜

溶液顏色變黃，取部分溶液滴入淀粉溶液，變?yōu)樗{(lán)色

取出部分溶液，滴入K3[Fe(CN)6]溶液，有特征藍(lán)色沉淀產(chǎn)生

三、應(yīng)用模型，設(shè)計(jì)電池

（1）拆分自發(fā)的氧化還原反應(yīng)

負(fù)極：還原劑-ne-→氧化產(chǎn)物（氧化反應(yīng)）

正極：氧化劑+ne-→還原產(chǎn)物（還原產(chǎn)物）

（2）確定兩極的電極反應(yīng)物和電極材料

（3）連接閉合回路

外電路（導(dǎo)線連接）電子：負(fù)極→正極

內(nèi)電路（鹽橋聯(lián)通）陽(yáng)離子→正極/陰離子→負(fù)極

原電池的設(shè)計(jì)思路及其形成條件

三、應(yīng)用模型，設(shè)計(jì)電池

原電池工作原理

自發(fā)的氧化還原反應(yīng)

氧化反應(yīng)

氧化反應(yīng)

電極反應(yīng)

電極材料

離子導(dǎo)體

電子導(dǎo)體

化學(xué)能

電能

課堂小結(jié)

原電池的工作原理

（1）拆分自發(fā)的氧化還原反應(yīng)

負(fù)極：還原劑-ne-→氧化產(chǎn)物（氧化反應(yīng)）

正極：氧化劑+ne-→還原產(chǎn)物（還原產(chǎn)物）

（