4.1.1 原电池的工作原理 课件（共35张PPT）

(共35张PPT)
第1课时 原电池的工作原理
学习目标
1. 通过铜锌原电池的分析，了解原电池的工作原理。
2. 会正确判断原电池的正极和负极。
3. 学会书写电极反应式，掌握书写电极反应式的技巧与方法。
我们知道，化学反应都伴随着能量变化，通常表现为热量的变化。那么，在什么情况会转化为电能？是如何转化的呢？
【原电池原理复习】我们在必修2中学习过简单的原电池：Cu-Zn原电池。怎样才能构成原电池？原电池工作的原理是怎样的？
1. 电化学：
阅读教材93 回答
研究化学能与电能相互转换规律的科学
①将化学能转化为电能→→原电池
向外输送能量
②将电能转化为化学能→→电解池
由外界输入的能量推动
2. 电化学反应过程及其装置可分为两类：
氧化反应
Zn-2e ==Zn2+
铜锌原电池
电解质溶液H2SO4
失e，沿导线传递，有电流产生
还原反应
2H++2e- == H2↑
阴离子
阳离子
总反应：
负极
正极
2H++2e- == H2↑
Zn-2e- == Zn2+
Zn+2H+ == Zn2++H2↑
Zn+H2SO4 == ZnSO4+H2↑
(离子方程式）
（化学方程式）
电极反应
正极：
负极：
（氧化反应）
（还原反应）
阳离子
原电池原理
外电路
内电路
一. 原电池的工作原理
化学能转变为电能的装置。
1. 定义：
2. 电极：
负极：
电子 ，发生 反应，电流 。
正极：
电子 ，发生 反应，电流 。
流出
氧化
流入
流入
还原
流出
3. 构成条件：
①有两个活动性不同的电极
②电极材料均插入电解质溶液中
③两极相连形成闭合电路
④一个自发进行的氧化还原反应
课堂练习1：判断下列哪些是原电池？
稀H2SO4
Cu
Cu
酒精
Zn
Cu
CuSO4
Cu
Fe
AgNO3
Cu
C
C
Fe
Zn
A
B
C
F
G
E
D
稀H2SO4
稀H2SO4
Zn
Cu
稀H2SO4
醋酸
Pb
4. 原电池的正负极的判断方法
微观判断
（根据电子流动方向）
电子流出的极
电子流入的极
——负极
——正极
e
阳离子
阴离子
负极
正极
较活泼的电极材料
较不活泼的电极材料
质量增加或有气泡产生的极
工作后
质量减少的电极
——负极
——正极
——正极
——负极
发生氧化反应的极
发生还原反应的极
宏观判断：
①根据电极材料
②根据原电池电极发生的反应
③根据电极现象
——负极
——正极
X、Y、Z、W四种金属片进入稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如下图所示:
则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为
Z>Y>X>W
Zn原子把电子直接给Cu2+ ，被氧化成Zn2+，进入溶液;Cu2+在Zn片上直接得到电子，被还原成Cu，相当短路，得不到电流。
思考：如何才能得到持续稳定的
电流？
设计如教材P94图4-1所示：
Cu2++Zn == Zn2++Cu
ZnSO4溶液中Zn片逐渐溶解，失去电子被氧化成Zn2+，进入溶液
负极（锌电极）：Zn - 2e- == Zn2+
CuSO4溶液中Cu2+从Cu片上得到电子还原成Cu沉积在Cu片上
正极（铜电极）：Cu2+ + 2e- == Cu
有盐桥存在时电流计指针发生偏转，即有电流通过电路。
取出盐桥，电流计指针即回到零点，说明没有电流通过。
此电池的优点：能产生持续、稳定的电流。
盐桥
什么是盐桥？
盐桥的作用是什么？
导线的作用是传递电子，沟通外电路。而盐桥的作用则是沟通内电路。
盐桥中装有饱和的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。
可使由它连接的两溶液保持电中性，否则锌盐溶液会由于锌溶解成为Zn2+而带上正电，铜盐溶液会由于铜的析出减少了Cu2+而带上了负电。
盐桥保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移，使锌的溶解和铜的析出过程得以继续进行。
此装置是原电池吗？
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
ZnSO4溶液
Cu
Zn
CuSO4溶液
盐桥
提供电子的物质
接受电子的物质
铜锌原电池（盐桥）
知识拓展：
原电池是由两个半电池组成的；半电池中的反应就是半反应，即电极反应。所以半电池又叫电极。
1
2
原电池的表示方法：
(-)Zn|Zn2+ (C1) ‖ Cu2+ (C2)|Cu(+)
“|”表示液-固相有一界面；“‖”表示盐桥。
在有气体参加的电池中还要表明气体的压力，溶液要表明
浓度。
⑴电极X的材料是 ；电解质溶液Y是 ；
⑵银电极为电池的 极，发生的电极反应为 ；
X电极上发生的电极
反应为 ；
⑶外电路中的电子是从 电极，流向 电极。
课堂练习2 ：依据氧化还原反应：
2Ag＋(aq)＋Cu(s) == Cu2＋(aq)＋2Ag(s)
设计的原电池如图所示。
Cu
AgNO3
正
Ag+ + e- == Ag
Cu - 2e- == Cu2+
Cu
Ag
课堂练习3：依探究实验4的原理，按以下反应设计一个能持续产生电流的原电池装置，画出装置图。
Cu+2AgNO3 == Cu(NO3)2+2Ag
AgNO3
Ag Cu
Cu(NO3)2
A
课堂练习4：根据上述原理，为获得较长时间的稳定电流，如何将 “Zn-稀H2SO4-Cu”组成的原电池（如左下图）进行简单改装？
A
稀H2SO4
锌片 铜片
ZnSO4
Zn Cu
H2SO4
A
电极反应式书写的步骤和规律
(1)一般电极反应式书写的“三步骤”：
二. 电极方程式的书写
(2)复杂电极反应式的书写—减法原则：
如CH4酸性燃料电池中，电极反应为
CH4＋2O2 == CO2＋2H2O……总反应式
2O2＋8H＋＋8e－ == 4H2O……正极反应式
CH4＋2H2O－8e－ == CO2＋8H＋…负极反应式
(3)注意：
①负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。
②忽视电极材料与电解质溶液的反应关系，容易误写电极反应式，如Al负极，在酸性溶液中生成Al3＋，在碱性溶液中生成AlO2-。
③电子从负极经外电路流向正极，但电子不通过电解液，是通过阴阳离子移动形成闭合回路。
④用总电池反应式减去一极的电极反应式时，须在两式电子转移数相等的前提下进行。
判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。
Cu C
FeCl3溶液
负极： Cu 失电子 Cu - 2e- == Cu2+
正极： Fe3+得电子 2Fe3+ + 2e- == 2Fe2+
A
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
课堂练习5：写出Mg、Al与NaOH溶液组成原电池的总反应和电极反应式。
电极的正负与金属活泼性有关外，还与电解质溶液有关
总反应：
离子方程式:
负极：
正极：
NaOH
Mg
Al
2H2O + 2e- == 2OH- + H2↑
2Al + 2NaOH + 2H2O == 2NaAlO2 + 3H2↑
2Al+2OH-+2H2O == 2AlO2-+3H2↑
Al - 3e- + 4OH- == AlO2- + 2H2O
课堂练习6：写出Al 、Cu与浓HNO3组成原电池的总
反应和电极反应式。
总反应：
负极：
正极：
Cu + 4H+ + 2NO3- == Cu2++ 2NO2 + 2H2O
Cu -2e- == Cu2+
2H+ + NO3- +e- == NO2+ H2O
（1）以自发进行的氧化还原反应为基础；
（2）把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应；
（3）以两极反应为原理，确定电极材料及电解质溶液；
（4）画出装置简图。
三. 设计原电池思路
1. 利用下列氧化还原反应设计原电池，写出电极反应式。并画出装置图(盐桥)
Cu+ 2 FeCl3 == CuCl2+ 2FeCl2
化合价降低得2e-
Cu+ 2 Fe3+ == Cu2+ + 2Fe2+
化合价升高失2e-
Cu
C
CuCl2
FeCl3
装置图：
2. 根据下式所表示的氧化还原反应设计一个原电池：
Zn(s)+Fe2+(aq) == Zn2+(aq)+Fe(s)
⑴ 装置可采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置简图；
⑵ 注明原电池的正极和负极；
⑶ 注明外电路中电子的流向；
⑷ 写出两个电极上的电极反应。
Fe
Zn
盐桥
ZnSO4
FeSO4
(—)
(+)
负极：Zn-2e- == Zn2+
正极：Fe2+ + 2e- == Fe
课堂练习7：为获得较长时间的稳定电流，如何将必修2中由“Zn-稀H2SO4-Cu”组成的原电池（如左下图）进行简单改装？
ZnSO4
H2SO4
A
Zn
Cu
Cu
Zn
H2SO4
A
(1)比较金属活动性强弱。
例1：
下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是（ ）
C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；
A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲
上有H2气放出；
B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；
D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；
C
四. 原电池原理的应用
当两种金属构成原电池时，总是活泼的金属作负极而被腐蚀，所以先被腐蚀的金属活泼性较强。
(2)比较反应速率
例2 ：
下列制氢气的反应速率最快的是（ ）
C. 粗锌和 1 mol/L 盐酸；
A. 纯锌和1 mol/L 硫酸；
B. 纯锌和18 mol/L 硫酸；
D. 粗锌和1 mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。
D
当形成原电池之后，反应速率加快，如实验室制H2时, 纯Zn反应不如粗Zn跟酸作用的速率快。
(3)比较金属腐蚀的快慢
在某些特殊的场所, 金属的电化腐蚀是不可避免的, 如轮船在海中航行时, 为了保护轮船不被腐蚀，可以在轮船上焊上一些活泼性比铁更强的金属如Zn。这样构成的原电池Zn为负极而Fe为正极，从而防止铁的腐蚀。
例3：
下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速
率由慢到快的顺序是( )
(4)
(2)
(1)
(3)
(4)判断溶液pH值变化
例4：
在Cu-Zn原电池中，200 mLH2SO4 溶液的浓度为0.125 mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集到 0.168L升气体，则流过导线的电子为 mol,溶液的pH值变_________？（溶液体积变化忽略不计）
0.2
解得：
y ＝0.015 (mol)
x ＝0.015 (mol)
＝
＝3.75× 10﹣ 4(mol/L )
∴pH ＝-lg3.75 ×10－4
＝4 -lg3.75
答：……
－0.015
根据电极反应：
正极：
负极：
Zn－2e- == Zn2+
2H++2e- == H2↑
得：
2 2 22.4
x y 0.168
解：
0.2×0.125×2
c(H+)余
∴
2H+ —— 2e——H2↑
大
0.015
本节内容结束