化学人教版（2019）选择性必修1 4.1.1原电池（共43张ppt）

(共43张PPT)
第四章　化学反应与电能
第一节　原电池
第1课时
原电池的工作原理　
将化学能转化为电能的电池也称化学电源。原电池是各种化学电源的雏形。
1、概念：把化学能转化为电能的装置。
3、构成要素：
①有两个活泼性不同的电极。
②有电解质溶液或熔融电解质。
③能形成闭合回路。
2、本质：
自发进行的氧化还原反应。
原 电 池
自发进行的氧化还原反应。
稀H2SO4 CuSO4 溶液 稀H2SO4 稀H2SO4
A B C D
A
A
A
A
A
A
Zn Cu
Fe C(石墨)
Zn Cu
Zn Zn
Fe Cu
Si C(石墨)
Zn Cu
A
稀H2SO4 酒精 NaCl溶液 稀H2SO4
E F G H
例1、下列装置中，能组成原电池的是( )
ABCH
Zn Cu
Zn
A
Cu
Cu2＋
Zn2+
e-
Zn
Cu2＋
Cu
SO42－
SO42－
内电路：阳（正）离子移向正极，阴（负）离子移向负极。
外电路：电子由负极经导线流向正极
Cu2＋
SO42－
e-
负极
正极
Zn - 2e- = Zn2+
Cu2+ + 2e- = Cu
发生氧化反应
发生还原反应
CuSO4
溶液
Zn
电子不下水
离子不上岸
一、单液原电池原理
Zn片
Cu片
【思考】该原电池在工作中有何缺点？
锌与硫酸铜溶液直接接触发生反应，会使部分化学能转化为热能造成能量损失，锌片表面也会析出铜从而阻碍反应进行，不能产生持续电流。
理想中的电池特点？
质量小、价廉、寿命长、反复使用、连续工作.......
(2)单液原电池的缺点
K＋
Cl-
e-
Zn2+
Zn
Cu2＋
Cu
二、双液原电池原理
Zn - 2e- = Zn2+
Cu2+ + 2e- = Cu
发生氧化反应
发生还原反应
负极
正极
通常是装有含琼胶的KCl 饱和溶液。盐桥中的K＋、Cl－是可以自由移动，琼胶的固定作用可以防止KCl溶液直接流出来。
盐桥的作用：
①沟通内电路,形成闭合回路；
②平衡电荷，使溶液保持电中性，使电流持续传导。
③避免电极与电解质溶液直接反应，减少电流的衰减，提高原电池的工作效率。
盐桥
二、双液原电池
未形成闭合回路，无电流
有盐桥存在为什么能产生持续稳定的电流？
形成闭合回路，有电流
三、原电池原理的应用
1．增大氧化还原反应速率
(1)原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互干扰减小，反应速率增大。
(2) 实例：实验室制H2时，粗锌与稀硫酸反应比纯锌快，或向溶液中滴入几滴CuSO4溶液，也能增大反应速率
2.比较金属的活动性强弱
1.设计原电池
(1)理论上，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。
(2)设计示例：已知电极材料：铁、铜、石墨、锌；电解质溶液：CuSO4溶液、FeCl3溶液、稀硫酸
设计思路 示例
若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选FeCl3溶液 总反应：______________________________
把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应 氧化反应(负极)：______________________
还原反应(正极)：______________________
以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液
画出示意图



2FeCl3＋Cu=2FeCl2＋CuCl2
探究案
Cu－2e－=Cu2＋
2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋
负极材料：Cu ,正极材料：石墨或铂
电解质溶液：FeCl3溶液
活动一、
依据反应2Fe3＋＋2I- = I2＋2Fe2＋，设计原电池，实现化学能转化为电能，并概括设计原电池的一般思路。
盐桥
C
KI溶液
A
FeCl3溶液
电流计
C
还原反应：2Fe3＋＋2e- = 2Fe2＋
氧化反应：2I- - 2e- = I2
分析
氧化反应和
还原反应
选择
电极材料
与电极反应
相对应
选择
正极区、负极区
的电解液
设计原电池的思路
正极
负极
2．生活中使用的银器表面常常会发黑(生成Ag2S)，利用原电池原理可将黑色物质除去，维持它的原貌。对于轻微腐蚀蒙有硫化银的银器，可将其和铝片一起接触浸泡在稀NaOH溶液中，经一定时间后污迹消失，取出后用水洗净，再用软布或棉团擦干。
(1)除去黑色物质的过程中，铝片是 （填“正极”“负极”），
负极的电极反应式为 ，
正极的电极反应式为
(2)除去黑色物质的过程中，溶液中的OH－向 （填“正极”“负极”）移动
Al＋4OH－－3e－=AlO2 -＋2H2O
Ag2S＋2e－=2Ag＋S2－。
负极
负极
(1)原电池中电流的方向是负极→导线→正极(　　)
(2)原电池中负极发生的反应是还原反应(　　)
(3)锌铜原电池中电子由锌电极经过电解质溶液流向铜电极(　　)
(4)在原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极(　　)
(5)原电池的正极一定是化学性质不活泼的金属(　　)
×
×
×
√
×
练习1、判断下列说法是否正确。
练习2、如下图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是(　　)
A.外电路的电流方向为：X→外电路→Y
B.若两电极分别为Zn和碳棒，则X为碳棒，Y为Zn
C.若两电极都是金属，则它们的活动性为X>Y
D.X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应
C
(1)电极Ⅰ上发生__________(填反应类型)，作_______(填电极名称)。
(2)电极Ⅱ的电极反应式为_________________。
(3)该原电池的总反应式为__________________________。
(4)盐桥中装有含氯化钾饱和溶液的琼胶，其作用是_________________________。
练习3、如图是某同学设计的原电池装置：
还原反应
正极
Cu－2e－=Cu2＋
2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋
形成闭合回路、平衡电荷
原 电 池
一、单液原电池
二、双液原电池及其工作原理
盐桥作用：1、连通电路 2、平衡电荷
三、原电池原理的应用
1．增大氧化还原反应速率
2.比较金属的活动性强弱
分析
氧化反应和
还原反应
选择
电极材料
与电极反应
相对应
选择
正极区、负极区
的电解液
设计原电池的思路
第一节　原电池
第2课时
化学电源　
第四章　化学反应与电能
用途广泛的各种化学电池
1、为什么电池的用途如此广泛呢？
思考与交流
方便携带、易于维护，能量转换效率高，供能稳定可靠，可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组。
2、电池优劣的判断标准是什么？
① 比能量
② 比功率
③ 电池的可储存时间的长短
除了特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池更易满足使用者的要求。
电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少。
电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小。
化学电池
一次电池
二次电池
燃料电池
氢氧燃料电池等
铅蓄电池
锂离子电池
镍镉蓄电池
化学电池的分类
碱性锌锰电池
普通锌锰干电池
锌银纽扣电池
碱性锌锰电池构造示意图
一、一次电池（干电池）
负极：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2
正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-
Zn、MnO2/KOH溶液（胶状）
负极 正极
电极 还原剂 氧化产物 电极 氧化剂 还原产物
1、请同学们分析碱性锌锰电池各部分的功能及电池产生电流的原因。
黄铜棒
Zn
Zn(OH)2
金属
MnO2
MnO(OH)
总反应：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO(OH)
一、一次电池（干电池）
Zn、Ag2O/KOH溶液
负极 正极
电极 还原剂 氧化产物 电极 氧化剂 还原产物
负极：Zn＋2OH－－2e-＝Zn(OH)2
正极：Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH－
总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2
金属
Zn
Zn(OH)2
金属
Ag2O
Ag
2、请同学们分析锌银电池各部分的功能及电池产生电流的原因。
化学能
电能
放电
充电
二、二次电池(充电电池或蓄电池)
铅蓄电池构造示意图
Pb、PbO2/H2SO4溶液
负极 正极
电极 还原剂 氧化产物 电极 氧化剂 还原产物
总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
放电
充电
PbO2
PbO2
PbSO4
Pb
PbSO4
Pb
正极：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-＝PbSO4 + 2H2O
负极：Pb + SO42- -2e-＝PbSO4
【探究案一】
1．可充电电池中的放电反应和充电反应是否互为可逆反应？_______________________________
2．铅酸蓄电池在放电过程中，
(1) SO42-向哪个电极移动？_______________________________
(2)正、负极质量如何变化？_______________________________
(3)电解质溶液的pH如何变化？_______________________________
否。放电反应和充电反应的反应条件不同。
放电时， SO42-向负极(Pb电极)移动。
PbSO4难溶于水，故铅酸蓄电池在放电过程中，正、负极质量都增加。
放电过程中，H＋被消耗，c(H＋)减小，pH增大。
提示：铅酸蓄电池在放电时，负极反应：Pb＋SO－2e－=PbSO4；正极反应：PbO2＋ SO42- ＋4H＋＋2e－=PbSO4＋2H2O。
2019诺贝尔化学奖得主
吉野彰将碳基材料用作负极，依旧用钴酸锂做正极，并采用聚乙烯或聚丙烯为隔膜，LiClO4的碳酸丙烯酯液为电解质溶液。确立了现代锂离子电池的基本框架。
负极 LixCy
科学视野
二、二次电池(充电电池或蓄电池)课本100页，圈起来！
锂离子电池/LiPF6的碳酸酯溶液
负极 正极
电极 还原剂 氧化产物 电极 氧化剂 还原产物
负极：LixCy - xe- = xLi++Cy
正极：Li1-xCoO2 +xLi+ + xe-= LiCoO2
总反应式：LixCy+ Li1-xCoO2 LiCoO2+Cy
放电
充电
嵌锂石墨
LixCy
Li+
金属
Li1-xCoO2
LiCoO2
(钴酸锂)
0
0
+1
1-x
-1+x
-1
三、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。电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能。清洁、能量转换率高的特点。
可供选择的燃料很多，如:氢气、烃类、肼、甲醇、氨、煤气等液态或气态的燃料。
氢氧燃料电池动力的法国产标致TAXI
同济大学研制的燃料电池汽车－超越3号
我国自主研发的燃料电池车
神舟六号燃料电池发电系统
燃料电池的应用
1、氢氧燃料电池——酸性
H2、O2/酸性
负极 电极 还原剂 氧化产物 电极反应式
正极 电极 氧化剂 还原产物 电极反应式
总反应式：
Pt
H2
H+
2H2- 4e-＝4H+
Pt
O2
H2O
O2+4H++4e-＝2H2O
2H2 + O2＝2H2O
H2、O2/碱性
负极 电极 还原剂 氧化产物 电极反应式
正极 电极 氧化剂 还原产物 电极反应式
总反应式：
2、氢氧燃料电池——碱性
Pt
H2
H2O
2H2- 4e-+4OH-＝4H2O
Pt
O2
OH-
O2＋4e-+2H2O＝4OH-
2H2 + O2＝2H2O
燃料电池电极书写总结
1.先写总方程式
2.写正极电极反应式
3.负极电极反应式=总方程式-正极电极反应式
O2+4H++4e-＝2H2O（电解质溶液为酸性）
O2＋4e-+2H2O＝4OH-（电解质溶液为碱性）
(1)甲烷-氧气燃料电池
负极：
正极：
总反应式：
电解质为H2SO4溶液
写出下列甲烷燃料电池的电极反应式及总反应式。
CH4 - 8e-+ 2H2O = CO2 +8H+
2O2 + 8e- + 8H+ = 4H2O
CH4 + 2O2 = CO2+ 2H2O
【探究案二】几种重要的燃料电池
甲烷燃料电池
（需记住的正极：O2+4H++4e-＝2H2O）
(2)甲烷-氧气燃料电池
负极：
正极：
总反应式：
电解质为KOH溶液
CH4 - 8e- + 10OH- ＝ CO32- + 7H2O
2O2 + 8e- + 4H2O ＝ 8OH-
CH4+2O2+2OH -＝CO32-+3H2O
写出下列甲烷燃料电池的电极反应式及总反应式。
（需记住的正极：O2＋4e-+2H2O＝4OH-）
(1)乙醇-氧气燃料电池
负极：
正极：
总反应式：
电解质为H2SO4溶液
写出下列乙醇燃料电池的电极反应式及总反应式。
C2H5OH＋3H2O－12e－=2CO2 ↑＋12H＋
3O2＋12H＋＋12e－=6H2O
C2H5OH＋3O2=2CO2＋3H2O　
乙醇燃料电池
（需记住的正极：O2+4H++4e-＝2H2O）
(1)乙醇-氧气燃料电池
负极：
正极：
总反应式：
写出下列乙醇燃料电池的电极反应式及总反应式。
C2H5OH＋16OH－－12e－= 2CO32-＋11H2O
3O2＋6H2O＋12e－=12OH－
C2H5OH＋3O2＋4OH－= 2CO32- ＋5H2O
乙醇燃料电池
电解质为KOH溶液
（需记住的正极：O2＋4e-+2H2O＝4OH-）
燃料电池电极书写总结
1.先写总方程式
2.写正极电极反应式（看总方程氧气的n，乘相对应的倍数）
3.负极电极反应式=总方程式-正极电极反应式
O2+4H++4e-＝2H2O（电解质溶液为酸性）
O2＋4e-+2H2O＝4OH-（电解质溶液为碱性）
负极：
正极：
总反应式：
O2＋2CO2＋4e－= 2CO32-
2CO＋ 2CO32- －4e－= 4CO2
2CO＋O2=2CO2
熔融盐燃料电池
如用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物为电解质的燃料电池，CO为燃料，空气与CO2的混合气为助燃气，制得在650 ℃下工作的燃料电池，在工作过程中，电解质熔融盐的组成不变。
化学电池
一次电池
二次电池
燃料电池
氢氧燃料电池等
铅蓄电池
锂离子电池
镍镉蓄电池
碱性锌锰电池
普通锌锰干电池
锌银纽扣电池
课堂总结
再 见
谢谢
(1)甲醇燃料电池
电解质为KOH
负极：
正极：
总反应式：
CH3OH - 6e- + 8OH- ＝ CO32- + 6H2O
O2 + 4e- + 2H2O ＝ 4OH-
2CH3OH +3O2 + 4OH-＝2CO32- +6H2O
(2)肼燃料电池
N H4－4e- +4OH-= N ↑ + 4H O
电解质为KOH
负极：
正极：
总反应式：
O + 4e- + 2H O= 4OH-
N H4 + O = N ↑ + 2H O
练一练、写出下列燃料电池的电极反应式及总反应式。
四、电极反应式的书写
找还原剂
写出稳定的电极产物
找正负
使守恒
看环境
相加减
②电荷守恒
③原子守恒
①电子守恒
正极+负极=总反应式
找氧化剂
酸性补H＋
碱性补OH－
给什么补什么
酸性
碱性
H2O
OH－
O2－
含氧酸
根离子
熔融氧化物
熔融盐
H2－2e－＝2H＋
H2－2e－＋OH－＝H2O
H+
H2O
酸性
碱性
我们该如何准确找出稳定电极产物呢？
H2
O2
O2＋4e－＋2H2O＝4OH－
O2＋4e－＋4H＋＝2H2O
O2＋4e－＝2O2－
O2＋4e－＋2CO2＝2CO32－
CO32-
（或HCO3-）
碱性
我们该如何准确找出稳定电极产物呢？
M
CO2
CH4－8e－＋10OH－＝CO32-＋7H2O
2CH4－16e－＋18OH－＝2HCO3-＋13H2O
Ag－e－＋Cl－＝AgCl
Zn－2e－＋2OH－＝Zn(OH)2
Al－3e－＋4OH－＝AlO2-＋2H2O
Pb + SO42- -2e-＝PbSO4
Mn＋
失ne-
盐酸
碱性
碱性
硫酸