【公開課】原電池的工作原理++課件高二上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

第1課時(shí)原電池的工作原理第一節(jié)原電池第四章化學(xué)反應(yīng)與電能思考1：伏打電池的發(fā)明源于一個(gè)有趣的生物實(shí)驗(yàn)：在死去的青蛙腿上同時(shí)插入用導(dǎo)線連接著兩種不同材料的電極，青蛙腿就像觸電似的痙攣起來(lái)。你知道其中的奧妙嗎？思考2張奶奶自從鑲了兩顆假牙（一顆金牙、一顆鋼牙）后，經(jīng)常頭痛失眠，這是為什么？蛙腿痙攣和鑲假牙，這兩種現(xiàn)象都是由電流引起的，那么這里的電流是如何產(chǎn)生的？在氧化還原反應(yīng)中:(1)氧化劑→

電子→元素化合價(jià)

→被

→發(fā)生

反應(yīng)。(1)還原劑→

電子→元素化合價(jià)

→被

→發(fā)生

反應(yīng)。(3)氧化劑、還原劑之間轉(zhuǎn)移電子數(shù)目

。知識(shí)鋪墊Zn+2HCl====ZnCl2+H2↑化合價(jià)升高失2e-化合價(jià)降低2×e-

發(fā)生還原反應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)0+1+20得到降低還原還原失去升高氧化氧化相等“升失氧，降得還”（1）概念：將

轉(zhuǎn)化為

的裝置。（2）實(shí)質(zhì)：利用能自發(fā)進(jìn)行的

反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。一、原電池原理1.原電池的概念和實(shí)質(zhì)化學(xué)能電能氧化還原【例】下列所示裝置是否能構(gòu)成原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能？請(qǐng)說(shuō)明理由。√√√2.構(gòu)成原電池條件——“兩極一液一線一反應(yīng)”①理論上自發(fā)的

反應(yīng)均可構(gòu)成原電池。②兩極有電勢(shì)差——兩個(gè)

電極，相對(duì)較活潑作

；③

溶液或熔融的

；④形成閉合回路?；顒?dòng)性不同電解質(zhì)氧化還原電解質(zhì)負(fù)極3.原電池的工作原理負(fù)極氧化反應(yīng)Zn－2e－===Zn2＋正極還原反應(yīng)Cu2+＋2e－===CuZn+Cu2+=Zn2++Cu思考：電子流向、電流方向、離子流向負(fù)極正極Ie-電子流向：電流方向：離子移動(dòng)方向：負(fù)極→正極正極→負(fù)極外電路（導(dǎo)線）陽(yáng)離子→正極陰離子→負(fù)極內(nèi)電路（溶液）“電子不下水，離子不上岸”3.原電池的工作原理這樣整個(gè)電路構(gòu)成了閉合回路，帶電粒子的定向移動(dòng)產(chǎn)生電流硫酸銅－+e－e－e－e－Zn2+Cu2＋e－e－SO42－Cu2＋內(nèi)電路：陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。外電路：電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極（1）單液原電池工作原理【練1】某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)出氫氣，該金屬與鋅組成原電池時(shí)，

鋅為負(fù)極，此金屬是()A.MgB.FeC.AlD.Cu【練2】下列敘述中，正確的是(

)①原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的一種裝置②原電池的正極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)③不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)通過(guò)原電池的裝置可以實(shí)現(xiàn)④碳棒能用來(lái)做原電池的正極⑤反應(yīng)Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag可以設(shè)計(jì)成原電池A．①③⑤

B．①④⑤

C．②③④

D．②⑤BB【單液的銅鋅原電池?cái)?shù)字實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：①電流表指針偏轉(zhuǎn)。②鋅片和銅片上均有紅色固體生成。③溶液溫度升高。④一段時(shí)間后，電流會(huì)逐漸減小。？？？單液的銅鋅原電池單液原電池的缺點(diǎn)：①鋅與CuSO4溶液直接接觸，發(fā)生置換反應(yīng)，導(dǎo)致部分化學(xué)能轉(zhuǎn)為熱能，造成能量損耗。②工作時(shí)，鋅片上也有銅析出，原電池的電動(dòng)勢(shì)很快降低，電壓不穩(wěn)定怎樣改進(jìn)原電池裝置，獲得穩(wěn)定的電流？改進(jìn)方法：將鋅與硫酸銅溶液分開，形成雙液原電池改進(jìn)CuSO4溶液ZnSO4溶液CuSO4溶液鹽橋能量轉(zhuǎn)化率提高，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)能量轉(zhuǎn)化率低，持續(xù)時(shí)間短鹽橋①鹽橋中裝有飽和KCl溶液和瓊脂做

成的膠凍;②瓊脂的作用：防止管中溶液流出;③K+和Cl-能在膠凍內(nèi)自由移動(dòng)，。雙液原電池：鹽橋的作用：（離子交換膜代替）a.溝通內(nèi)電路,形成閉合回路；b.平衡電荷，使溶液保持電中性，使電流持續(xù)傳導(dǎo)。鋅半電池銅半電池鋅銅原電池（鹽橋）ZnSO4溶液CuZnCuSO4溶液鹽橋能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流鋅半電池銅半電池電極反應(yīng)：負(fù)極：正極：總反應(yīng)：

Cu2++2e-=CuZn－2e-=Zn2+Zn+Cu2+=Zn2++Cu鋅銅原電池（鹽橋）ZnSO4溶液CuZnCuSO4溶液鹽橋（2）雙液原電池工作原理現(xiàn)象：Zn片逐漸溶解，Cu片上析出紅色物質(zhì)，質(zhì)量增加；指針偏轉(zhuǎn)；溶液溫度不變。

SO42－Zn2+e－e－SO42－Cu2+K+鹽橋工作示意圖CuZnK+Cl－K+Cl－K+Cl－K+Cl－K+Cl－Cl－K+K+Cl－K+K+K+Cl－Cl－K+Cl－Cl－Cl－電子流向：Zn(負(fù))→Cu(正)鹽橋中離子流向：K+→正，Cl-→負(fù)陰離子負(fù)極液正極液鹽橋陽(yáng)離子陽(yáng)離子陽(yáng)離子電流電流氧化反應(yīng)Zn-2e=Zn2+還原反應(yīng)Cu2+

+2e-=Cu負(fù)極正極外電路ZnCu失e-，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生內(nèi)電路分為兩個(gè)半電池進(jìn)行思維模型電子不下水離子不上岸正極得電子數(shù)目=負(fù)極失電子數(shù)目原電池雙液電池單液電池電極反應(yīng)電極材料離子導(dǎo)體電子導(dǎo)體雙液原電池解決了電池自損耗的問(wèn)題，能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。負(fù)極：Zn-2e-=

Zn2+

正極：Cu2++2e-=Cu正極：銅片;負(fù)極：鋅片正極：銅片;負(fù)極：鋅片ZnSO4溶液、鹽橋、CuSO4溶液CuSO4溶液導(dǎo)線導(dǎo)線負(fù)極：Zn-2e-=

Zn2+

正極：Cu2++2e-=Cu鋅銅原電池總反應(yīng)：Cu2++Zn

Cu+Zn2+

電流較大，衰減快，轉(zhuǎn)化效率低電流較小，電流穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化效率高1、陽(yáng)離子交換膜：只允許陽(yáng)離子通過(guò)3、質(zhì)子交換膜：只允許H+通過(guò)2、陰離子交換膜：只允許陰離子通過(guò)改進(jìn)?增大電流呢？縮短鹽橋的長(zhǎng)度，增大鹽橋的橫截面積能否用一張薄薄的隔膜代替鹽橋呢？雙液原電池電流弱的原因？1.離子運(yùn)動(dòng)的距離長(zhǎng)2.離子運(yùn)動(dòng)的通道窄3.離子容量小【練3】用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋（裝有瓊脂-KNO3的U型管）構(gòu)成一個(gè)原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是（

）①在外電路中，電流由銅電極流向銀電極②正極反應(yīng)為：Ag++e-=Ag③實(shí)驗(yàn)過(guò)程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作④將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與該原電池反應(yīng)相同A．①② B．②③ C．②④ D．③④C【練4】如圖是某同學(xué)設(shè)計(jì)的原電池裝置：(1)電極Ⅰ上發(fā)生__________(填反應(yīng)類型)，作_______________(填電極名稱)。深度思考(2)電極Ⅱ的電極反應(yīng)式為_________________。(3)該原電池的總反應(yīng)式為__________________________。(4)鹽橋中裝有含氯化鉀飽和溶液的瓊膠，其作用是_______________________________________。還原反應(yīng)原電池的正極Cu－2e－=Cu2＋2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋形成閉合回路、平衡電荷(答案合理即可)4.判斷原電池正負(fù)極方法（重要）判斷依據(jù)正極負(fù)極電極材料電子流向電極反應(yīng)電極現(xiàn)象溶液中離子流向不活潑金屬或非金屬導(dǎo)體

活潑金屬

電子流入

電子流出

還原反應(yīng)

氧化反應(yīng)

電極增重或產(chǎn)生氣體

電極減輕

陽(yáng)離子流向正極陰離子流向負(fù)極【練5】如圖所示，下列對(duì)于該原電池的敘述正確的是（

）A.銅是負(fù)極，銅片上有氣泡產(chǎn)生B.銅片質(zhì)量逐漸減小C.電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片D.氫離子在銅片表面被還原D解析由圖可知，Zn為原電池負(fù)極，失去電子被氧化，電子經(jīng)導(dǎo)線流向正極銅電極；溶液中的氫離子在正極得到電子而被還原為H2；電子流向與電流方向相反。1234【練6】下列原電池裝置正、負(fù)極分別是誰(shuí)？(1)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱：負(fù)極一般是活動(dòng)性

的金屬。（電解質(zhì)選擇）(2)加快化學(xué)反應(yīng)速率：氧化還原反應(yīng)形成原電池時(shí)，反應(yīng)速率加快。

(3)用于金屬的防護(hù)：將需要保護(hù)的金屬制品作原電池的

而受到保護(hù)。(4)設(shè)計(jì)原電池（學(xué)法P131）①首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。②根據(jù)原電池的工作原理，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)，選擇正、負(fù)電極材料以及電解質(zhì)溶液。較強(qiáng)正極5.原電池原理的應(yīng)用如：制氫氣加入少量硫酸銅溶液如：船體鑲鋅塊【練7】10mL濃度為1mol·L－1的硫酸溶液與過(guò)量的鋅片反應(yīng)，為加快反應(yīng)速率，又不影響生成氫氣的總量，可采用的方法是（

）A.加入適量的3mol·L－1的硫酸溶液B.加入適量的蒸餾水C.加入數(shù)滴硫酸銅溶液D.加入適量的硫酸鈉溶液【練8】將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過(guò)量的稀硫酸，同時(shí)向a中加入少量的CuSO4溶液，產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系是()CA【練9】M、N、P、E四種金屬，已知：①M(fèi)+N2+=N+M2+；②M、P用導(dǎo)線連接放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大量氣泡逸出；③N、E用導(dǎo)線連接放入E的硫酸鹽溶液中，電極反應(yīng)為E2++2e-=E，N-2e-=N2+。則這四種金屬的還原性由強(qiáng)到弱的順序是（

）

A.

P、M、N、E

B.

E、N、M、P

C.

P、N、M、E

D.

E、P、M、NA【練10】利用反應(yīng)Zn+2FeCl3===ZnCl2+2FeCl2設(shè)計(jì)一個(gè)雙液原電池。在下圖方框內(nèi)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖,并注明電極材料,寫出電極反應(yīng)式。正極材料為

,電極反應(yīng)式為

;

負(fù)極材料為

,電極反應(yīng)式為

。

Pt(或石墨等)Zn-2e-===Zn2+2Fe3++2e-===2Fe2+Zn

知識(shí)總結(jié)1.下列有關(guān)電化學(xué)知識(shí)的描述正確的是（

）A．CaO+H2O=Ca(OH)2，可以放出大量的熱，故可把該反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，把其中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B．某原電池反應(yīng)為Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag，裝置中的鹽橋中可以是裝有含瓊膠的KCl飽和溶液C．原電池的兩極一定是活動(dòng)性不同的兩種金屬D．理論上說(shuō)，任何能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池D2.鋅銅原電池裝置如圖所示,其中陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò),下列有關(guān)敘述正確的是(

)A.

銅電極上發(fā)生氧化反應(yīng)B.

電池工作一段時(shí)間后,甲池的c(SO42-)減小C.

電池工作一段時(shí)間后,乙池溶液的總質(zhì)量增加D.

陰、陽(yáng)離子分別通過(guò)交換膜向負(fù)極和正極移動(dòng),保持溶液中電荷平衡C3.下列電極反應(yīng)式正確的是（）A．以惰性材料為電極，KOH溶液為電解質(zhì)溶液的氫氧燃料電池，負(fù)極反應(yīng)式為H2-2e-

=

2H+B．銅、鋅在稀硫酸溶液中構(gòu)成原電池，正極反應(yīng)式為2H++2e-

=

H2↑C．以銅為電極將2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+設(shè)計(jì)成原電池，正極反應(yīng)式為Cu-2e-

=

Cu2+D．以鋁、鐵為電極，在氫氧化鈉溶液中構(gòu)成原電池，負(fù)極反應(yīng)式為Al-3e-

=

Al3+B4.某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)查閱相關(guān)資料知，氧化性：Cr2O72-＞Fe3＋，設(shè)計(jì)了如圖所示的鹽橋原電池。鹽橋中裝有瓊脂與飽和K2SO4溶液。下列敘述中正確的是()A．甲燒杯的溶液中發(fā)