化学人教版（2019）选择性必修1 4.1原电池（共52张ppt）

(共52张PPT)
第四章 化学反应与电能
第一节 原电池
普通干电池
充电干电池
钮扣电池
笔记本电脑
专用电池
摄像机
专用电池
手机电池
教学目标
1.通过原电池实验，认识电极反应、电极材料、离计简单的原电池。
2.在子导体、电子导体是电池构成的四个基本要素，能设分析锌铜原电池的过程中，逐渐建立原电池的系统分析思路；能根据电极反应、电流方向或离子的移动方向判断原电池的正极和负极。
3.了解常见的化学电源，能运用原电池思维模型分析其工作原理，能用电极反应表示其中发生的化学反应，体会变化与守恒思想。
4.了解化学电源的发展史，能列举常见的化学电源；能从物质变化和能量变化的角度分析新型电池的研发和利用，培养责任意识和创新精神。
教学重点和难点
重点：原电池的工作原理；
电极反应的分析与表征。
难点：原电池思维模型的建构。
一、原电池的工作原理
1、原电池是____________________的装置。
原电池反应的本质是发生__________反应。
将化学能转化为电能
自发的氧化还原
【实验4-1】
如图4-1所示，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液用一个盐桥连接起来，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。
Cu
Zn
稀硫酸
-
-
-
Zn2+
H+
H+
灯泡
Zn－2e- = Zn2+
负极
正极
2H++2e-=H2↑
总反应式:
Zn+2H+= Zn2++H2↑
负
正
氧化反应
还原反应
现象：
锌棒溶解，铜棒上有气泡
【温故知新】必修2.【实验6-3】
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
H+
H+
负极
正极
阳离子
阴离子
正极
负极
SO42-
原电池工作原理
A
e-
小结
观察实验现象
教材P94思考与讨论
G
Zn
Cu

CuSO4
KCl
【实验4-1】
可溶性锌盐
如:ZnSO4 ZnCl2
盐桥
电子导体——
取出盐桥：
电流表指针归零
现象：锌电极变细，铜电极变粗
G
Zn
Cu

CuSO4
【实验4-1】
可溶性锌盐
如:ZnSO4 ZnCl2
无闭合回路
电子导体——
盐桥的作用？
盐桥中一般装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻;
胶冻的作用是防止管中溶液流出;K+和Cl-能在胶冻内自由移动。
09:28
3、补充电荷。
1、使装置形成闭合回路。
2、提高了能量转化率。
盐桥的作用
思考与讨论
（1）图4-1所示的锌铜原电池工作时，电子在导线中的运动方向是怎样的？阴离子和阳离子在电解质溶液中的运动方向是怎样的？
（2）锌铜原电池可看作由两个半电池组成，一个发生氧化反应，另一个发生还原反应。试分别写出两个电极上的反应及总反应的离子方程式。
94页
G
Zn
Cu

CuSO4
KCl
【实验4-1】离子不上线，电子不下水
可溶性锌盐
如:ZnSO4 ZnCl2
盐桥
e-
电子导体——
导线传递电子，沟通外电路；而盐桥则传递阴阳离子，沟通内电路。 盐桥保持溶液电中性，两个烧杯中的溶液连成一个通路。
负极：Zn－2e- = Zn2+
正极：Cu2++2e- = Cu
总反应：Zn+Cu2+- = Cu+Zn2+
一、原电池反应原理小结
①粒子流向
电子：负极→正极
电流：正极→负极
溶液中阴离子→负极
溶液中阳离子→正极
②电极
反应
负极：氧化反应
活泼金属失电子变阳离子
正极：还原反应
溶液中阳离子得电子
总反应：负极金属与电解质溶液的离子反应
思考与讨论
请结合图4-1绘制反映原电池工作原理的示意图，并与同学交流。示意图要求包括以下内容：
(1)注明原电池的组成；
(2)标明氧化反应和还原反应发生的区域；
(3)标明电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向。
95页
分小组设计：组成原电池的条件
3.正负电极（金属、碳棒等电子导体）
4.电极材料均插入电解质溶液中。
2.两极相连形成闭合电路。
1.内部条件：能自发进行氧化还
原反应。
自发的
氧化还原反应
闭合
回路
原电池
化学能
电能
离子导体
电极材料
电极反应
[反思与总结] 原电池工作原理
电子导体
还原反应
氧化反应
Fe+ Cu2+=Fe2+ +Cu
Cu
Fe
CuSO4溶液
FeSO4溶液
思考与讨论【示例】
氧化区
还原区
e-
阳离子→
阴离子
负极
正极
2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2
思考与讨论【示例】
1、一定条件下，实验室利用如图所示装置，通过测电压求算Ksp(AgCl)。工作一段时间后，两电极质量均增大。下列说法正确的是（ ）
A．右池中的银电极作负极
B．正极反应为Ag－e－===Ag＋
C．总反应为Ag＋＋Cl－===AgCl↓
D．盐桥中的NO3-向右池方向移动
C
课堂练习
D
课堂练习
2.a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。a、b相连时，电流由a经导线流向b；c、d相连时，电子由d到c；a、c相连时，a极上产生大量气泡；b、d相连时，H+移向d极。则四种金属的活动性由强到弱的顺序为 ( )
A.a>b>c >d B. a>c>d>b C.c>a>b>dD.b>d>c>a
1.比较金属活动性强弱
例证:有两种金属a和b,用导线连接后插入稀硫酸中,观察到a极溶解,b极上有气泡产生。根据电极反应现象判断出a是负极,b是正极,因此,金属活动性a>b。
2.增大化学反应速率
例证:实验室利用锌于稀硫酸反应制取氢气时,通常向稀硫酸中滴入几滴硫酸铜溶液。
原理:锌与置换出的铜及稀硫酸构成原电池,使产生氢气的速率增大。
知识迁移——原电池原理的应用
3.设计原电池
例如,以2FeCl3+Cu 2FeCl2+CuCl2为依据,设计一个原电池。
(1)将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池的负极和正极的电极反应。
本例的电极反应为:
负极:Cu-2e- Cu2+,
正极:2Fe3++2e- 2Fe2+。
3.设计原电池
(2)确定电极材料。
如发生氧化反应的物质为金属单质,可用该金属直接作负极;如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子,可用惰性电极(如Pt、石墨棒)作负极。
发生还原反应的电极材料一般不如负极材料活泼。
本例中用铜棒作负极,可用铂丝或石墨棒作正极。
(3)确定电解质溶液。
电解质是使负极放电的物质,因此电解质溶液一般能够与负极发生反应。或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),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。
如本例中用FeCl3溶液作电解质溶液。
(4)构成闭合回路:将电极用导线连接,使之构成闭合回路。
设计原电池时,若氧化还原反应方程式中无明确的电解质溶液,可用水作电解质,但为了增强其导电性,通常加入强碱或强酸。如燃料电池,水中一般要加入KOH或H2SO4。
小结——原电池中的几个方向
①电子流向：原电池中电子由 流出，经导线流向 ；两极转移电子数相等。
②电流方向：电流方向与电子流向恰好相反，即由 经导线流向 。
③离子移动方向：溶液中的阳离子向 移动，阴离子向
移动。
负极
氧化反应
正极
还原反应
A
e-
e-
电子由负极流向正极
阳离子移动方向
阴离子移动方向
负极
正极
正极
负极
正极
负极
方法解读： 原电池正、负极的判断
及电极反应式的书写
1. 判断原电池正、负极的5种方法
特别提醒
原电池正、负极的判断不仅与电极材料的性质有关,也与电解质溶液有关, 如Mg、Al在稀硫酸中构成原电池时, 作负极, 作正极,
若以NaOH溶液为电解质溶液,则 为负极, 为正极。
Mg
Mg
Al
Al
09:28
双池原电池设计经验总结：
升者负极降者正，
桥联两池阳各同。
二、化学电源
化学电源包括_ 、
、
。
一次电池
二次电池
燃料电池
锂电池
干电池
叠层电池
纽扣电池
各类电池
各类电池
二、化学电源
1)概念:
将化学能变成电能的装置
2)分类:
①一次电池又称不可充电电池——如：干电池
②二次电池又称充电电池——蓄电池
③燃料电池
一次电池：活性物质消耗到一定程度，就不能使用，其电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池，如锌锰电池；
二次电池：放电后可以再充电使活性物质获得再生，又叫充电电池或蓄电池，如铅蓄电池、镉镍电池、氢镍电池、锌银电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池；
燃料电池：一种连续将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池，如氢氧燃料电池。
1.一次电池
碱性锌锰干电池：活性物质为KOH和淀粉糊作电解质，
还填有MnO2 和炭黑。电极反应式：
碱性锌-锰干电池
电解质：
KOH
负极：
——Zn
Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2
正极：
——MnO2
2MnO2+2H2O+2e- = 2MnOOH+2OH-
缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵
优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流
和连续放电
电池反应：
Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
单位质量的电极材料放出电能的大小
铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池……
铅酸蓄电池
(1)正负极材料
正极：PbO2
负极：Pb
(2)工作机制
电解质：H2SO4溶液
铅蓄电池为典型的可充电电池，其电极反应分为放电和充电两个过程
2.二次电池 又称可充电电池、蓄电池
放电过程总反应：
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)
Pb(s) + SO42- (aq)-2e- =PbSO4 (s)
正极：
PbO2(s) + 4H+(aq)+SO42- (aq)+2e- =2PbSO4 (s)
+2H2O(l)
氧化反应
还原反应
负极：
铅酸蓄电池放电过程
铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程
铅蓄电池的充放电过程：
2PbSO4(s)+2H2O(l)
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)
放电
充电
(3)优缺点简析
缺点：
比能量低、笨重、废弃电池污染环境
优点：
可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉
其它二次电池
镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池……
大有发展前景的燃料电池
燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化率可达近80%，约为火力发电的2倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零；燃料电池发明于19世纪30年代末，经反复试验、改进，到20世纪60年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的 大致情况如下：
3.燃料电池
3.燃料电池
负极H2：2H2+4OH- -4e- =4H2O
正极O2：O2+2H2O +4e- =4OH-
总反应： O2+2H2 =2H2O
氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。碱性介质
燃料电池
燃 料 电 池
介质 电池反应： 2H2 +Ｏ２ = 2H2O
酸性 负极
正极
中性 负极
正极
碱性 负极
正极
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O
O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-
优点：能量转化率高，可持续使用，对环境友好
用途：宇宙飞船，应用前景广阔
书写电极反应式应注意以下几点：
1．电极反应是一种离子反应，遵循书写离子反应的所有规则（如“拆”、“平”）；
3．负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如＋4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32－形式存在）；
2．将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应；
4．溶液中不存在O2－：在酸性溶液中它与H＋结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH－；
电池的发展方向
光电池使用方便,特别是近年来 微小型半导体逆变器迅速发展,促使其应用更加快捷.美,日,欧和发展中国家都制定出庞大的 光伏技术发展计划,开发方向是大幅度提高光电池转换效率和稳定性,降低成本,不断扩大产 业.目前已有80多个
国家和地区形成
商业化,半商业化
生产能力,年均增
长达16,市场开拓
从 空间转向地面
系统应用。
减 少 污 染
节 约 资 源
将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作燃料电池，根据两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为____，这一极的电极反应为__________________ _；通入氧气的一极为_______，电极反应为
__________________________________， 总反应为__________________________。
负极
CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O
正极
O2+4e-+2H2O=4OH-
CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O
1.若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应
2.熔融盐燃料电池具有高的发电效率,
因而受到重视.可用Li2CO3和Na2CO3的
熔融盐混合物用电解质,CO为阳极燃气,
空气与CO2的混合气为阴极助燃气,制得
在6500℃下工作的燃料电池,完成有关
的电池反应式:
负极反应式: ,
正极反应式:O2+2CO2+4e=2CO32-
总电池反应 式: .
2CO+2CO32--4e- =4CO2
2CO+O2=2CO2
再见