4.1.1原电池 课件 (共45张PPT含视频) 高中化学人教版(2019)选择性必修1

(共45张PPT)
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家用电器
生活离不开电
天空中释放的闪电能产生巨大的能量
生活中人们使用的电能来自于哪里
能不能直接从自然界获取电能
电的获取途径
火力发电过程是怎样的？经历了哪些形式的能量转化最终变成电能的呢？
了解：火力发电原理及过程
化石燃料
加热水
燃烧
汽化
蒸汽
推动
蒸汽轮机
发电机发电
带动
a.我国煤炭资源丰富,廉价方便.
b.电能清洁安全,又快捷方便.
a.排出大量的温室效应气体.
b.有废气可能导致酸雨
c.废料废水
d.储量有限
e.能量转换效率低
燃烧
发电机
化学能
热能
机械能
电能
蒸汽
？
能不能直接转化？
考虑火力发电的利弊研究新的发电方式方式之一就是尝试将化学能直接转化为电能。就像电池。其好处就是减少中间环节能损，高效、清洁利用燃料，不浪费能源，更方便。
电子定向移动
氧化还原反应
【思考1】电流是怎样产生的？
【思考2】什么反应中有电子的转移？
探究把化学能直接转变为电能的装置？
氧化还原反应：电子转移
原电池的前提：自发进行的氧化还原反应
失 2 e-，化合价升高，被氧化
得 2 e-，化合价降低，被还原
第一节 原电池
第四章 化学反应与电能
探究实验 讨论与交流
实验一：分别将锌片和铜片插入 稀硫酸溶液中 观察锌片和铜片上现象和差别？
实验二：锌片和铜片先接触插入稀硫酸 溶液中，然后再用导线连接 观察锌片和铜片上有何现象？推测原因
实验三：锌片和铜片通过导线接电流表 插入稀硫酸溶液中 观察电流表上有何现象？
注意电流表指针偏转方向
【实验6-3】
实验装置 实验现象 实验结论
锌片逐渐溶解并有气泡产生,铜片上无气泡。
锌是活泼金属能与稀硫酸反应产生氢气；铜不能与稀硫酸反应。
锌片逐渐溶解无气泡,铜片上有气泡。
产生H2(还原反应)的位置发生了改变
锌片不断的溶解，无气泡，铜片不溶解，但铜片上产生大量气泡；电流计的指针发生了偏转。
有电流产生，说明物质在发生化学反应的同时产生了电流，即化学能转化为电能
一、原电池
2、本质：氧化反应和还原反应分别
在两个不同的区域进行。
1、定义：利用氧化还原反应，把化学能转化成电能的装置叫做原电池
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
H+
H+
Zn－2e－=Zn2+
2H++2e－=H2↑
氧化反应
还原反应
负极
正极
阳离子
阴离子
SO42-
锌电极溶解
铜电极上产生气泡
原电池总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑
电子流向：负极 沿导线 正极
电流方向：正极 沿导线 负极
外电路
内电路
阴离子 负极
阳离子 正极
外电路
内电路
e－
I
电子不下水
离子不上岸
3、工作原理
1、下列关于原电池的叙述正确的是
A、所有的反应都能设计成原电池
B、原电池是将化学能转变为电能的装置
C、原电池中电子流出的一极是负极，发生还原反应
D、原电池放电时，电流的方向是从负极到正极
B
牛刀小试
4、原电池的构成条件：
（电极材料）
实验探究一:
实验装置
能否构成原电池
结论
能
能
能
不能
1、有两种活泼性不同的金属电极（或一种是非金属导体，如石墨）
2、较活泼的金属作负极；较不活泼的金属、石墨等作正极
其实，原电池的原理是氧化还原反应，即使两个电极相同，并不影响，负极作为导体，还原剂在负极失电子也可以。所以，电极材料其实可以相同。
实验探究二:
（溶液）
实验装置
能否构成 原电池
结论
能
不能
能
电极材料均浸入的是电解质溶液（熔融的电解质也行）
实验探究三:
（闭合回路）
实验装置
能否构成原电池
结论
能
不能
能
整个装置应构成闭合电路，导线连接，或直接接触，或形成合金等
（1）前提是自发的氧化还原反应；
（2）两种活泼性不同的电极；
（金属和金属或金属和非金属导体）
（3）电解质溶液或熔融电解质
（4）闭合回路
①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；
③两电极插入电解质溶液
4、原电池构成条件
总结：
两极一液一回路
讨论：
2.下列哪几个装置能形成原电池？
A
B
D
F
M
C
N
O
V
X
V
V
V
X
X
X
V
E
CuSO4
H2SO4 (aq)
CuSO4 (aq)
Zn
Cu
负极( ): .
正极( ): .
总反应式: .
负极( ): .
正极( ): .
总反应式: .
3、请在图上标出电子的流动方向和电流方向，并判断正负极，写出电极反应式和总反应式。
Ag
Fe
e-
I
Fe
Ag
Fe－2e - = Fe2+
2H++2e - = H2↑
Fe+2H+ = Fe2+ +H2↑
Zn
Cu
Zn－2e - = Zn2+
Cu2+ +2e - = Cu
Zn+Cu2+ = Zn2 ++ Cu
e-
I
5、原电池正负极判断
判断方法 负极 正极
①电极材料 较活泼金属 较不活泼金属或石墨或金属氧化物
②通入物 通入还原剂的电极 通入氧化剂的电极
③两极反应类型 发生氧化反应的电极 发生还原反应的电极
④电子流向 电子流出的电极 电子流入的电极
⑤电流方向 电流流入的电极 电流流出的电极
⑥离子流向 阴离子流向的电极 阳离子流向的电极
⑦电极质量变化 质量减小的电极 质量增加的电极
⑧有无气泡 — 有气泡产生的电极
【注意】金属的活动性受所处环境的影响。
讨论：
正极：
负极：
H2SO4
Mg Al
NaOH
Mg Al
浓HNO3
Al Cu
4.判断下列原电池的正负极？
Al
Mg
Mg
Al
Al
Cu
(金属活泼性)
(Mg不 与NaOH反应)
(Al发生钝化)
列物质
找本质
看环境
找变化
两式相加得到最后结果。
两式加
得结果
（1）一般电极反应式的书写（本质+环境）
列出得失电子的物质，找出对应的产物，配平三大守恒。
电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在。
如：碱性介质中生成的H+应让其结合OH-生成水。
6.电极反应式和总反应式的书写
注：电极反应式中若有气体生成，需加“↑”；若有固体生成，一般不标“↓”
练习：
写出电极反应式和总反应式
H2SO4
Mg Al
正极 ：
负极 ：
(Al)
(Mg)
Mg －2e - = Mg2+ （氧化反应）
2H+ + 2e - = H2 ↑（还原反应）
总反应： Mg+2H+=Mg2++H2↑
CuSO4
Fe Ag
正极 ：
负极 ：
(Ag)
(Fe)
Cu2+ + 2e - = Cu （还原反应）
总反应： Fe+Cu2+=Fe2++Cu
Fe －2e - = Fe2+ （氧化反应）
负极： Cu —2e- = Cu 2+
正极： 2H+ +NO3－ + e- = NO2 + H2O
总：Cu + 4H+ +2NO3－=2NO2 + Cu 2+ + 2H2O
稀HNO3
Al Cu
负极( )：
正极( )：
铝
铜
Al-3e-=Al3+
4H++NO3-+3e-==2H2O+NO
总反应：Al+4 HNO3（稀）==Al（NO3）3+NO+2H2O
复杂电极反应式
总反应式
较简单一极的电极反应式
=
-
（2）复杂电极反应式的书写（加减法）
负极： Al+ 4OH－—3e- =Al O2－ +2H2O
正极：2H2O + 2 e- = H2+ 2OH－
总：2Al+ 2OH－ +2H2O =2Al O2－ + 3H2
讨论:分析“锌片表面附着红色固体，电流逐渐衰减” 的原因。
思考：如何改进？
解决问题的关键：还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触
1、氧化剂和还原剂直接接触，发生自放电。
2、难以提供稳定、持续的电流。
硫酸锌溶液
硫酸铜溶液
现象：
电流表指针不偏转
思考：为什么没有电流？该如何解决？
盐桥
一种凝胶态的离子导体
※资料卡片
盐桥：装有含KCl饱和溶液的琼胶，Cl-、K+可在其中自由移动。
两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。
思考：电解液如何选择？
7、双液原电池
K＋
Cl-
e-
Zn2+
Zn
Cu2＋
Cu
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。
此装置优点：能稳定长时间放电
2、改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？
思考：1、盐桥在此的作用是什么？
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+几乎完全变成Cu。
1、代替两溶液直接接触，传递阴阳离子，形成闭合回路；
2、保持溶液电中性，平衡电荷。
3、优点：
隔离氧化剂和还原剂，不同区域实现电子定向移动，产生持续、稳定的电流。
此原电池是由两个半电池组成的（锌和锌盐溶液构成锌半电池，铜和铜盐溶液构成铜半电池）；半电池中的反应就是半反应,即电极反应。
思考：
原电池的模型中常用盐桥连接，能否用一导线代替？
用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有含KCl饱和溶液的琼胶）构成一个原电池（如下图）。以下有关该原电池的叙述正确的是(　　)
①在外电路中,电子由铜电极流向银电极
②正极反应为Ag++e- = Ag
③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应
与该原电池反应相同
A.只有①② B.①②④ C.只有②③ D.①③④
B
【课堂练习3】
电流大小：
电流稳定性：
转化效率：
较小
稳定
高
电流大小：
电流稳定性：
转化效率：
较大
衰减快
低
改进
增大电流呢？
缩短盐桥的长度，增大盐桥的横截面积
能否用一张薄薄的隔膜代替盐桥呢？
双液原电池电流弱的原因？
1.离子运动的距离长
2.离子运动的通道窄
3.离子容量小
Cu
8、隔膜型原电池
“膜”的功能：分区但又允许离子通过。
优点：
1、阳离子交换膜：只允许阳离子通过
高中常见的三种离子交换膜：
2、阴离子交换膜：只允许阴离子通过
3、质子交换膜：只允许H+通过
电流大且稳定
练习4.锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和
水分子通过，下列有关叙述正确的是(　　)
A．Zn作为原电池的负极发生还原反应
B．电子从锌片经电解质溶液流向铜片
C．电池工作一段时间后，乙池的溶液质量增大
D．电池工作一段时间后，甲池的c(Zn2＋)增大
C
单液原电池
双液原电池
隔膜原电池
隔膜原电池微型化
1.两极
2.电解质溶液
3.导线，形成闭合回路
4.自发进行的氧化还原反应
电池四要素
—离子导体
—电子导体
归纳小结
电流不稳定
优点：
电流稳定
电流小(内阻大)
需更换盐桥
不便携带(体积大)
缺点：
缺点：
优点：
电流大且稳定
便于携带(体积小)
9、原电池原理的应用
（1）加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。
例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。
练习：下列制氢气的反应速率最快的是
A、纯锌和1mol/L 硫酸；
B、纯锌和18 mol/L 硫酸；
C、粗锌和 1mol/L 盐酸；
D、粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。
（ D ）
（2）比较金属的活动性强弱
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极有
气泡产生,则A为___极，B为___极，由原电池可知,金属活动性：___>_ _。
负
正
B
A
有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：由此可判断四种金属性的活动性顺序（ ）
A.a>b>c>d B.b>c>d>a C.d>a>b>c D.a>b>d>c
a>b
b>c
d>c
d>a
C
一般：负极>正极
如要保护一个铁闸门，可用导线将其与一锌块相连，使锌作原电池的________，铁闸门作________。
负极
正极
练习、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)
（3）用于金属的防护
（4）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，分别写出作原电池负极和正极电极反应式：
负极：___________________________正极：_________________________
Cu－2e－=Cu2＋
2Fe3＋＋2e－= 2Fe2＋
(2)确定电极材料
若发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接作______【如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极】。负极的电极材料活泼性一般要比正极材料活泼。本例中可用______作负极，用_____________作正极。
负极
铜棒
铂丝或碳棒
(3)确定电解质溶液
一般选用反应物中的电解质溶液即可。如本例中可用________溶液作电解液。
FeCl3
特别提醒：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。
(4)构成闭合回路：将电极用导线连接,使之构成闭合回路。