4.1.1原電池工作原理 課件 高二上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第一節(jié)原電池第一課時(shí)

原電池工作原理學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解原電池的工作原理并認(rèn)識(shí)鹽橋、離子交換膜2.掌握原電池的應(yīng)用.一

原電池的工作原理

讓我們一起回憶銅鋅原電池的原理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鋅片逐漸溶解，表面產(chǎn)生氣泡，銅片無明顯現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鋅片上有氣泡逐漸溶解，銅片表面有氣泡產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)原理：鋅片：Zn+2H+=Zn2++H2↑預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)原理：鋅片：Zn–2e-=Zn2+銅片：2H++2e-=H2↑實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鋅片上有氣泡并逐漸溶解，銅片表面有氣泡產(chǎn)生，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)原理：電子在電路中實(shí)現(xiàn)了定向移動(dòng)。+-Zn負(fù)極：Zn–2e-=Zn2+原電池的工作原理負(fù)極正極原電池：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。電子流出(或電流流入)的一極。Cu正極：2H++2e-=H2↑電子流入(或電流流出)的一極；思考：已知導(dǎo)線中有電子定向移動(dòng)導(dǎo)電，那電子能不能在溶液中自由移動(dòng)？溶液中導(dǎo)電的微粒是什么？帶正電的離子移向正極，帶負(fù)電的離子移向負(fù)極鋅電極為負(fù)極，Zn–2e-=Zn2+ZnCue-銅電極為正極，2H++2e-=H2↑稀H2SO4H+H+SO42-外電路：電流移動(dòng)方向由正極到負(fù)極；電子移動(dòng)方向由負(fù)極到正極。內(nèi)電路：陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。特別注意：電子不下水，離子不上岸?？偡磻?yīng)：Zn+2H+=Zn2++H2↑原電池的工作原理回憶:原電池的正、負(fù)極的特征負(fù)極：電子流出

電流流入

陰離子移向

氧化反應(yīng)

較活潑的金屬正極電子流入

電流流出

陽(yáng)離子移向

還原反應(yīng)

較不活潑的金屬

1.化學(xué)反應(yīng)①NaOH＋HCl===NaCl＋H2O、②C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)，在理論上可以設(shè)計(jì)成原電池嗎？理論上任何一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的放熱的氧化還原反應(yīng)或是某些自發(fā)的吸熱的氧化還原反應(yīng)均可以設(shè)計(jì)成原電池。反應(yīng)①是放熱反應(yīng)，但不是氧化還原反應(yīng)，不可以設(shè)計(jì)成原電池；反應(yīng)②雖然是氧化還原反應(yīng)，但該反應(yīng)是非自發(fā)進(jìn)行的吸熱反應(yīng)，不可以設(shè)計(jì)成原電池。了解銅、鋅、硫酸銅原電池現(xiàn)象：鋅片溶解，上面有紅色固體析出，銅片上有新的紅色固體附著寫出鋅片、銅片的電極式此原電池的裝置中，化學(xué)能是否全部轉(zhuǎn)化成了電能？如何改善？鹽橋：裝有飽和的KCl溶液和瓊脂制成的瓊膠（1）瓊膠：防止管中溶液流出；（2）K+和Cl-能在瓊膠內(nèi)自由移動(dòng)；（3）離子只出不進(jìn)。ZnCuZnSO4溶液CuSO4溶液AZn2+e-e-Cu2+Cl-K+鹽橋①溝通內(nèi)電路，形成閉合回路②平衡電荷，使溶液保持電中性③避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，提高化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的效率。鹽橋的作用：鋅半電池銅半電池鹽橋中除了可以盛裝飽和氯化鉀還可以盛裝飽和硝酸鉀溶液、或硝酸銨構(gòu)成的。鹽橋在兩種溶液之間形成一個(gè)離子通道，允許離子在不受外界干擾的情況下流動(dòng)，從而保持溶液電中性，避免了電極直接與電解質(zhì)接觸，并維持電池反應(yīng)的進(jìn)行單液銅鋅原電池工作一段時(shí)間后，電流表示數(shù)減小是為什么呢？裝上鹽橋時(shí)候會(huì)怎么樣？電流較大，衰減快，溫度升高明顯，轉(zhuǎn)化效率低電流較小，電流穩(wěn)定，溫度基本不變，轉(zhuǎn)化效率高雙液鹽橋原電池有哪些優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：增大了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的功率，減小了電極極化現(xiàn)象穩(wěn)定了電流雙液原電池缺點(diǎn)：1.內(nèi)阻大，電流弱2.鹽橋需要定期更換雙液原電池電流弱的原因？改進(jìn)措施？①離子運(yùn)動(dòng)的距離長(zhǎng)②離子運(yùn)動(dòng)的通道窄③離子容量小改進(jìn)?增大電流呢？縮短鹽橋長(zhǎng)度，增大鹽橋橫截面積能否用一張薄薄的隔膜代替鹽橋呢？1.陽(yáng)離子交換膜：只允許陽(yáng)離子通過3.質(zhì)子交換膜：只允許H+通過2.陰離子交換膜：只允許陰離子通過離子交換膜是一種含離子基團(tuán)的、對(duì)溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。由于固定離子基團(tuán)吸引膜外的異種電荷離子，在電位差推動(dòng)下透過膜體，同時(shí)排斥同種電荷的離子，攔阻它進(jìn)入膜內(nèi)。單液原電池雙液原電池隔膜原電池隔膜原電池微型化二

原電池原理的應(yīng)用1．加快氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行——增大氧化還原反應(yīng)的速率在原電池中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進(jìn)行，使溶液中粒子運(yùn)動(dòng)相互間的干擾減小，使反應(yīng)速率增大。例如：實(shí)驗(yàn)室用Zn和稀硫酸反應(yīng)制取H2時(shí)，常用粗鋅。原因是粗鋅中的雜質(zhì)和鋅、稀硫酸形成原電池，加快了鋅的溶解，使產(chǎn)生H2的速率增大。2.比較金屬活潑性一般情況下，負(fù)極的金屬活動(dòng)性比正極的金屬活動(dòng)性強(qiáng)。但并不是絕對(duì)。三.原電池原理的應(yīng)用2．(教材習(xí)題改編)把A、B、C、D四塊金屬片用導(dǎo)線兩兩相連，浸入稀硫酸中組成原電池。A、B相連時(shí)，A為負(fù)極；C、D相連時(shí)，D上產(chǎn)生大量氣泡；A、C相連時(shí)，電流由C經(jīng)導(dǎo)線流向A；B、D相連時(shí)，電子由D經(jīng)導(dǎo)線流向B。此四種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?

)A.A>C>D>B B．A>B>C>DC.C>A>B>D D．B>A>C>D√3．選擇適宜的材料和試劑，請(qǐng)利用反應(yīng)“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”設(shè)計(jì)一個(gè)化學(xué)電池?；卮鹣铝袉栴}：(1)負(fù)極材料：____；正極材料：__________；電解質(zhì)溶液：___________。(2)寫出電極反應(yīng)式：正極：____________________；負(fù)極：______________________。銅銀(或碳棒)AgNO3溶液2Ag＋＋2e－===2AgCu－2e－===Cu2＋3.設(shè)計(jì)原電池(3)原電池中電子從________(填“正”或“負(fù)”，下同)極流出，電解質(zhì)溶液中陰離子移向________極。負(fù)負(fù)2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋ZnPtZn－2e－=Zn2＋C

2.某原電池總反應(yīng)為Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，裝置中的鹽橋中可以是裝有含KCl飽和溶液的瓊膠嗎？提示：不可以。因?yàn)锳gNO