高二化学人教版（2019）选择性必修一 4.1.1原电池的工作原理（31张ppt）
文档属性
| 名称 | 高二化学人教版（2019）选择性必修一 4.1.1原电池的工作原理（31张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 4.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-01-14 14:43:02 | ||
图片预览
文档简介
(共31张PPT)
原电池的工作原理
第四章
化学反应与电能
第一节 原电池
第2课时
第1课时
How the primary battery works
学习目标
宏观辨识与微观探析：以锌铜原电池为例，从宏观和微观的角度，分析理解原电池的工作原理，能正确判断原电池的正极和负极，会书写其电极反应式。
变化观念与平衡思想：进一步理解化学能与电能的相互转化，认识从简单原电池发展到带有
盐桥原电池的过程变化，并能理解带有盐桥原电池的实用性。
你认识的电池可能是。。。。
一、原电池
① 外形 ------ 无外加电源
概念
将化学能转化成电能的装置叫做原电池。
理解
② 自发的氧化还原反应才可能被设计成原电池
一、原电池
原电池工作原理
Cu
Zn
稀硫酸
-
-
-
Zn2+
H+
H+
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：
A
阳离子
阴离子
正极
负极
锌棒溶解，铜棒上有气泡
一、原电池
负极
Zn-2e-=Zn2+
还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应
还原剂失去的电子从锌极流出
经外电路
Zn2+
H+
SO42-
电解质中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动
1. 原电池工作原理
2H+ +2e-=H2↑
流入铜极
负极
氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应
电流方向
（1）必须自发进行氧化还原反应；
（3）两个电极必须插入电解质溶液中或熔融的电解质中；
（4）两个电极必须相连并形成闭合回路。
（2）必须有两种活泼性不同的导电材料作电极；
两极一液成回路，氧化还原是中心
一、原电池
2. 构成原电池的条件
两种活泼不同的金属。
一种金属与一种非金属（如石墨）。
两电极都是其它材料。
电极材料
一、原电池
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。
一、原电池
[ 双液原电池 (带盐桥) ]
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
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
一、原电池
盐桥工作示意图
SO42－
Zn2+
e－
e－
SO42－
Cu2+
K+
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－
一、原电池
一、原电池
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。
一、原电池
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
一、原电池
电子流出的极
电子流入的极
——负极
——正极
阴离子移向的一极
阳离子移向的一极
根据离子流向
微观判断
——负极
——正极
正、负极的判断
根据电子流动方向
一、原电池
④根据电极有气泡冒出
宏
观
判
断
正、负极的判断
①根据电极材料
工作后，有气泡冒出的电极为正极
②根据原电池电极发生的反应
③根据电极质量的变化
发生氧化反应的极
发生还原反应的极
——负极
——正极
较活泼的电极材料
较不活泼的电极材料
——负极
——正极
工作后
质量增加的电极
质量减少的电极
——正极
——负极
一、原电池
[特别提醒]
判断电极时，不能简单地依据金属的活动性顺序来判断，要看反应的具体情况。如：
(1) Al在强碱溶液中比Mg更易失电子，Al作负极、Mg作正极。
(2) Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu更难失电子，Cu作负极、Fe、
Al作正极。
归纳总结
原电池工作原理示意图
FeCl3溶液
A
一、原电池
①判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。
Cu C
负极： Cu 失电子 Cu - 2e- = Cu2+
正极： Fe3+得电子 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+
Cu+2FeCl3 =CuCl2 +2FeCl2
先写出总反应：即负极与电解质溶液反应
拆成离子方程式：
Cu + 2Fe3＋ = Cu2＋ + 2Fe2＋
根据化合价升降判断正负极
简单原电池电极方程式的写法
电极方程式的书写
一、原电池
②写出右边原电池的电极方程式。
总反应方程式：
负极：Al，失e-
2Al - 6e－ ＝ 2Al3+
2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O
负极总反应： 2Al +8OH- －6e－ ＝2AlO2- + 4H2O
正极：总反应－负极反应
6H2O ＋6e－ ＝6OH—＋ 3H2↑
Mg Al
NaOH溶液
A
拆成离子方程式：
2Al + 2OH－ + 2H2O = 2AlO2－ + 3H2↑
根据化合价升降判断正负极
2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑
归纳总结
一般电极反应式的书写方法
(1) 判断原电池的正、负极，即找出氧化剂和还原剂。
(2) 结合介质的酸碱性确定还原产物和氧化产物。
(3) 写出电极反应式，将两式相加得总反应式。
2. 比较金属活动性强弱
原电池原理的应用
1. 加快氧化还原反应的速率
构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快，例如，在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生H2的速率。
例如，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。由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：a>b。
原电池原理的应用
3.设计原电池
理论上，任何一个 的氧化还原反应，都可以设计成原电池。
(a)外电路
负极——化合价升高的物质
正极——活泼性弱的物质，一般选碳棒
自发
原电池原理的应用
(b)内电路：化合价降低的物质作电解质溶液。
如：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2
①化合价升高的物质 负极：____
②活泼性较弱的物质 正极：___
③化合价降低的物质 电解质溶液：_____
示意图
Cu
C
FeCl3
【议一议】原电池的设计
1、有一个自发进行的氧化还原反应
2、要有电极材料
3、电解质溶液
4、组成闭合回路
5、装置
设计中需要关注的问题
【议一议】原电池的设计
设计盐桥原电池的思路
还原剂和氧化产物为负极的半电池
氧化剂和还原产物为正极的半电池
Zn+2Ag+=Zn2++2Ag
根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液
外电路用导线连通，可以接用电器
内电路是将电极浸入电解质溶液中，并通过盐桥沟通内电路
画出装置示意图
随堂小练
利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2，设计出两种原电池，画出原电池的示意图，并写出电极反应方程式。
负极(Zn)：
Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）
正极(Pt或C)：
2Fe3++2e-=2Fe2+ （还原反应）
(+)
(-)
G
Zn
Pt
FeCl3溶液
负极（Zn）：
Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）
正极（Pt或C）：
2Fe3++2e-=2Fe2+ （还原反应）
(+)
(-)
ZnCl2溶液
FeCl3溶液
盐桥
G
Zn
C
z
课堂练习
如图所示装置，电流表A发生偏转，同时A极逐渐变粗、B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的（ ）
A. A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸
B. A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸
C. A是Fe，B是Ag，C为AgNO3溶液
D. A是Ag，B是Fe，C为AgNO3溶液
D
课堂练习
2. 控制合适的条件，将反应2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。
下列判断不正确的是 ( )
D
A. 反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B. 反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原
C. 电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态
D. 电流表读数为零后，向甲中加入FeCl2固体，
乙中的石墨电极为负极
课堂练习
有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验，据此判断四种金属的活动性顺
序是（ ）
①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；
②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；
③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；
④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。
A. A＞C＞D＞B B. A＞B＞C＞D
C. C＞A＞B＞D D. B＞D＞C＞A
A
课堂小结
CLASS SUMMARY
１、定义:
原电池
把化学能转化成电能的装置。
2 、原电池的工作原理
3 、原电池工作原理的应用
第四章
化学反应与电能
第一节 原电池
感谢您的观看
THANKS FOR WATCHING
原电池的工作原理
第四章
化学反应与电能
第一节 原电池
第2课时
第1课时
How the primary battery works
学习目标
宏观辨识与微观探析：以锌铜原电池为例，从宏观和微观的角度，分析理解原电池的工作原理，能正确判断原电池的正极和负极，会书写其电极反应式。
变化观念与平衡思想：进一步理解化学能与电能的相互转化，认识从简单原电池发展到带有
盐桥原电池的过程变化，并能理解带有盐桥原电池的实用性。
你认识的电池可能是。。。。
一、原电池
① 外形 ------ 无外加电源
概念
将化学能转化成电能的装置叫做原电池。
理解
② 自发的氧化还原反应才可能被设计成原电池
一、原电池
原电池工作原理
Cu
Zn
稀硫酸
-
-
-
Zn2+
H+
H+
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：
A
阳离子
阴离子
正极
负极
锌棒溶解，铜棒上有气泡
一、原电池
负极
Zn-2e-=Zn2+
还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应
还原剂失去的电子从锌极流出
经外电路
Zn2+
H+
SO42-
电解质中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动
1. 原电池工作原理
2H+ +2e-=H2↑
流入铜极
负极
氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应
电流方向
（1）必须自发进行氧化还原反应；
（3）两个电极必须插入电解质溶液中或熔融的电解质中；
（4）两个电极必须相连并形成闭合回路。
（2）必须有两种活泼性不同的导电材料作电极；
两极一液成回路，氧化还原是中心
一、原电池
2. 构成原电池的条件
两种活泼不同的金属。
一种金属与一种非金属（如石墨）。
两电极都是其它材料。
电极材料
一、原电池
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。
一、原电池
[ 双液原电池 (带盐桥) ]
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
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
一、原电池
盐桥工作示意图
SO42－
Zn2+
e－
e－
SO42－
Cu2+
K+
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－
一、原电池
一、原电池
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。
一、原电池
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
一、原电池
电子流出的极
电子流入的极
——负极
——正极
阴离子移向的一极
阳离子移向的一极
根据离子流向
微观判断
——负极
——正极
正、负极的判断
根据电子流动方向
一、原电池
④根据电极有气泡冒出
宏
观
判
断
正、负极的判断
①根据电极材料
工作后，有气泡冒出的电极为正极
②根据原电池电极发生的反应
③根据电极质量的变化
发生氧化反应的极
发生还原反应的极
——负极
——正极
较活泼的电极材料
较不活泼的电极材料
——负极
——正极
工作后
质量增加的电极
质量减少的电极
——正极
——负极
一、原电池
[特别提醒]
判断电极时，不能简单地依据金属的活动性顺序来判断，要看反应的具体情况。如：
(1) Al在强碱溶液中比Mg更易失电子，Al作负极、Mg作正极。
(2) Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu更难失电子，Cu作负极、Fe、
Al作正极。
归纳总结
原电池工作原理示意图
FeCl3溶液
A
一、原电池
①判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。
Cu C
负极： Cu 失电子 Cu - 2e- = Cu2+
正极： Fe3+得电子 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+
Cu+2FeCl3 =CuCl2 +2FeCl2
先写出总反应：即负极与电解质溶液反应
拆成离子方程式：
Cu + 2Fe3＋ = Cu2＋ + 2Fe2＋
根据化合价升降判断正负极
简单原电池电极方程式的写法
电极方程式的书写
一、原电池
②写出右边原电池的电极方程式。
总反应方程式：
负极：Al，失e-
2Al - 6e－ ＝ 2Al3+
2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O
负极总反应： 2Al +8OH- －6e－ ＝2AlO2- + 4H2O
正极：总反应－负极反应
6H2O ＋6e－ ＝6OH—＋ 3H2↑
Mg Al
NaOH溶液
A
拆成离子方程式：
2Al + 2OH－ + 2H2O = 2AlO2－ + 3H2↑
根据化合价升降判断正负极
2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑
归纳总结
一般电极反应式的书写方法
(1) 判断原电池的正、负极，即找出氧化剂和还原剂。
(2) 结合介质的酸碱性确定还原产物和氧化产物。
(3) 写出电极反应式，将两式相加得总反应式。
2. 比较金属活动性强弱
原电池原理的应用
1. 加快氧化还原反应的速率
构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快，例如，在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生H2的速率。
例如，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。由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：a>b。
原电池原理的应用
3.设计原电池
理论上，任何一个 的氧化还原反应，都可以设计成原电池。
(a)外电路
负极——化合价升高的物质
正极——活泼性弱的物质，一般选碳棒
自发
原电池原理的应用
(b)内电路：化合价降低的物质作电解质溶液。
如：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2
①化合价升高的物质 负极：____
②活泼性较弱的物质 正极：___
③化合价降低的物质 电解质溶液：_____
示意图
Cu
C
FeCl3
【议一议】原电池的设计
1、有一个自发进行的氧化还原反应
2、要有电极材料
3、电解质溶液
4、组成闭合回路
5、装置
设计中需要关注的问题
【议一议】原电池的设计
设计盐桥原电池的思路
还原剂和氧化产物为负极的半电池
氧化剂和还原产物为正极的半电池
Zn+2Ag+=Zn2++2Ag
根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液
外电路用导线连通，可以接用电器
内电路是将电极浸入电解质溶液中，并通过盐桥沟通内电路
画出装置示意图
随堂小练
利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2，设计出两种原电池，画出原电池的示意图，并写出电极反应方程式。
负极(Zn)：
Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）
正极(Pt或C)：
2Fe3++2e-=2Fe2+ （还原反应）
(+)
(-)
G
Zn
Pt
FeCl3溶液
负极（Zn）：
Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）
正极（Pt或C）：
2Fe3++2e-=2Fe2+ （还原反应）
(+)
(-)
ZnCl2溶液
FeCl3溶液
盐桥
G
Zn
C
z
课堂练习
如图所示装置，电流表A发生偏转，同时A极逐渐变粗、B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的（ ）
A. A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸
B. A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸
C. A是Fe，B是Ag，C为AgNO3溶液
D. A是Ag，B是Fe，C为AgNO3溶液
D
课堂练习
2. 控制合适的条件，将反应2Fe3＋＋2I－ 2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。
下列判断不正确的是 ( )
D
A. 反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B. 反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原
C. 电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态
D. 电流表读数为零后，向甲中加入FeCl2固体，
乙中的石墨电极为负极
课堂练习
有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验，据此判断四种金属的活动性顺
序是（ ）
①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；
②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；
③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；
④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。
A. A＞C＞D＞B B. A＞B＞C＞D
C. C＞A＞B＞D D. B＞D＞C＞A
A
课堂小结
CLASS SUMMARY
１、定义:
原电池
把化学能转化成电能的装置。
2 、原电池的工作原理
3 、原电池工作原理的应用
第四章
化学反应与电能
第一节 原电池
感谢您的观看
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