化学人教版（2019）选择性必修1 4.1.1 原电池（共21张ppt）

(共21张PPT)
4.1.1 原电池
1.①导体导电靠电子的定向移动，电流的方向与电子的运动方向相反
②电解质溶液导电是靠溶液中阴阳离子的定向移动
2.氧化还原反应的实质：电子转移
【实验探究】
【实验6-3】
(1) 将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。
(2) 用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象。
(3)如图6-6所示，用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表的指针是否偏转。
原电池
稀硫酸
实验探究
【实验一】:将锌片、铜片插入稀硫酸，有何现象？
实验现象
离子方程式
思考问题 寻找答案
你对问题 2的想法
锌表面有气泡产生，铜表面无明显现象
1.反应中，哪种物质失电子，哪种物质得电子？
Zn +2H+ = Zn 2+ +H2↑
2e-
2.什么方法可使Zn与H+分开，不让H+直接在Zn表面得电子？
用导线将锌表面的电子引出来
稀H2SO4
Zn
【实验二】:锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中
【实验三】:用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表连接后插入稀硫酸中
现 象
当用导线将锌片和铜片相连后，铜片上有气泡产生；
结论： Zn 比Cu活泼，用导线连在一起时，Zn片失去的电子变成Zn2+进入溶液。
锌片：Zn－2e－ = Zn2+ （氧化反应）
电子经导线流向Cu片， 溶液中的H＋由于电场作用下移向Cu片得电子被还原成H2。
铜片：2H+＋2e－ = H2 ↑ （还原反应）
溶液中，阴离子向锌极移动，阳离子向铜极移动。
Cu
串联电流表后，电流表指针发生偏转，说明导线中有电流通过。
电子 ，发生 反应，电流 。
流出
电子 ，发生 反应，电流 。
流入
化学能转变为电能的装置。
1、定义：
2、电极：
负极：
正极：
流出
氧化
流入
还原
4、溶液中阴阳离子移动方向：阴离子移向负极；
阳离子移向正极。
3、本质：发生氧化还原反应
（2）活动性不同的两导体作电极：
①活动性不同的金属或非金属导体（如石墨）
②两相同的导体（如Pt黑）但吸附有不同的物质
导致其活动性不同
（3）电极需插进电解质溶液中；
（4）必须形成闭合回路
（1）有能自发进行的氧化还原反应
5、原电池形成条件：
电极材料 原电池正负极 电极反应式 发生的反应
Zn片
Cu片
电极总离子反应 负极
正极
Zn-2e-=Zn2+
2H++2e-=H2↑
氧化反应
还原反应
Zn+2H+=Zn2++H2↑（两个电极反应之和）
小结：
负极
失去电子的一极
氧化反应
活性强
正极
得到电子的一极
还原反应
活性弱
6、电极反应
负极
正极
2H++2e-=H2↑
还原反应
氧化反应
Zn－2e-=Zn2+
原电池总反应式： ；
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
7、工作原理：
e-
↑
e-→
e-
↓
阳离子
阴离子
外电路：
内电路：
阳离子 → 正极
阴离子 → 负极
负极 → 正极
e-
这样整个电路构成了闭合回路，带电粒子的定向移动产生电流
正极 → 负极
Ⅰ
单液原电池
H2SO4 溶液
A
按此方法设计的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？
主要原因：负极与阳离子直接接触
【说明】由于装置中Cu2+与Zn直接接触，Zn失电子后， Cu2+可以直接在锌片上得到电子，所以这种原电池的效率不高，电流在短时间内就会衰减。
锌半电池
铜半电池
电极反应：
负极：
正极：
总反应：
Cu2++2e- =Cu
Zn－2e- =Zn2+
Zn + Cu2+= Zn2+ + Cu
锌铜原电池（盐桥）
ZnSO4溶液
Cu
Zn
CuSO4溶液
盐桥
[双液原电池（带盐桥）]
ZnSO4溶液
H2SO4溶液
Zn
Cu
A
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。
盐桥
　　　
SO42－
Zn2+
e－
e－
SO42－
Cu2+
K+
盐桥工作示意图
Cu
Zn
K+
Cl－
K+
Cl－
K+
Cl－
K+
Cl－
K+
Cl－
Cl－
K+
K+
Cl－
K+
K+
K+
Cl－
Cl－
K+
Cl－
Cl－
Cl－
由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。
在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。取出盐桥，Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+变为Cu，使得SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。
从而持续稳定的产生电流。提高了能量转换率
2. 保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移
3. 沟通内电路传导离子，使之成为闭合回路
1. 平衡电荷，使连接的两溶液保持电中性
盐桥的作用
从理论上讲,能自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池,实际设计时应注意以下几点:
1.外电路
负极(　　　　　较强的物质) 正极(　　　　　较强的物质)。
2.内电路
将两电极浸入　　　　　　中,阴、阳离子作　　　　　　。
还原性
氧化性
电解质溶液
定向运动
原电池的设计
3.闭合回路
负极
正极
(1)原电池是把化学能转化为电能的一种装置。 (　　)
(2)原电池正极发生氧化反应,负极发生还原反应。 (　　)
(3)不能自发进行的氧化还原反应,通过原电池装置可以实现。 (　　)
(4)石墨棒不能用来作原电池的电极。 (　　)
(5)反应Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+能以原电池的形式来实现。 (　　)
(6)NaOH+HCl=NaCl+H2O可自发进行,可设计成原电池。 (　　)
(7)Zn-Cu-稀硫酸原电池中,正极“半电池”可为Cu-稀硫酸,负极“半电池”可为Zn-ZnSO4溶液。 (　　)
答案:(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×　(7)√
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。
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+。
(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。
本例中可用铜棒作负极,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。
如本例中可用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。