4.1.1 原电池的工作原理(共35张PPT).pptx

(共35张PPT)
第1课时　原电池的工作原理
第一节　原电池
第四章　化学反应与电能
思考1：伏打电池的发明源于一个有趣的生物实验：在死去的青蛙腿上同时插入用导线连接着两种不同材料的电极，青蛙腿就像触电似的痉挛起来。
你知道其中的奥妙吗？
思考2 张奶奶自从镶了两颗假牙（一颗金牙、一颗钢牙）后，经常头痛失眠，这是为什么？
蛙腿痉挛和镶假牙，这两种现象都是由电流引起的，那么这里的电流是如何产生的？
在氧化还原反应中:
(1)氧化剂→ 电子→元素化合价 →被 →发生 反应。
(1)还原剂→ 电子→元素化合价 →被 →发生 反应。
(3)氧化剂、还原剂之间转移电子数目 。
知识铺垫
Zn+2HCl==== ZnCl2+H2↑
化合价升高 失2e-
化合价降低2×e- 发生还原反应
发生氧化反应
0
+1
+2
0
得到
降低
还原
还原
失去
升高
氧化
氧化
相等
“升失氧，降得还”
（1）概念：将 转化为 的装置。
（2）实质：利用能自发进行的 反应把化学能转化为电能。
一、原电池原理
1.原电池的概念和实质
化学能
电能
氧化还原
【例】下列所示装置是否能构成原电池将化学能转化为电能？请说明理由。
√
√
√
2.构成原电池条件——“两极一液一线一反应”
①理论上自发的 反应均可构成原电池。
②两极有电势差——两个 电极，相对较活泼作 ；
③ 溶液或熔融的 ；
④形成闭合回路。
活动性不同
电解质
氧化还原
电解质
负极
3.原电池的工作原理
负极
氧化反应
Zn－2e－===Zn2＋
正极
还原反应
Cu2+＋2e－===Cu
Zn+Cu2+=Zn2++Cu
思考：电子流向、电流方向、离子流向
负极
正极
I
e-
电子流向：
电流方向：
离子移动方向：
负极→正极
正极→负极
外电路（导线）
阳离子→正极
阴离子→负极
内电路（溶液）
“电子不下水，离子不上岸”
3.原电池的工作原理
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
硫酸铜
－
+
e－
e－
e－
e－
Zn2+
Cu2＋
e－
e－
SO42－
Cu2＋
内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极。
外电路：电子由负极经导线流向正极
（1）单液原电池工作原理
【练1】某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时， 锌为负极，此金属是( )
A.Mg B.Fe C.Al D.Cu
【练2】下列叙述中，正确的是(　　)
①原电池是把化学能转变成电能的一种装置
②原电池的正极发生氧化反应，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的装置可以实现
④碳棒能用来做原电池的正极
⑤反应Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag可以设计成原电池
A．①③⑤　　B．①④⑤　　C．②③④　　D．②⑤
B
B
【单液的铜锌原电池数字实验探究结果】
实验现象：
①电流表指针偏转。
②锌片和铜片上均有红色固体生成。
③溶液温度升高。
④一段时间后，电流会逐渐减小。
？
？
？
单液的铜锌原电池
单液原电池的缺点：
①锌与CuSO4溶液直接接触，发生置换反应，导致部分化学能转为热能，造成能量损耗。
②工作时，锌片上也有铜析出，原电池的电动势很快降低，电压不稳定
怎样改进原电池装置，获得稳定的电流？
改进方法：将锌与硫酸铜溶液分开，形成双液原电池
改进
CuSO4溶液
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
盐桥
能量转化率提高，持续时间更长
能量转化率低，持续时间短
盐桥
①盐桥中装有饱和KCl溶液和琼脂做
成的胶冻;
②琼脂的作用：防止管中溶液流出;
③K+和Cl-能在胶冻内自由移动，。
双液原电池：
盐桥的作用：（离子交换膜代替）
a.沟通内电路,形成闭合回路；
b.平衡电荷，使溶液保持电中性，使电流持续传导。
锌半电池
铜半电池
锌铜原电池（盐桥）
ZnSO4溶液
Cu
Zn
CuSO4溶液
盐桥
能产生持续、稳定的电流
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
（2）双液原电池工作原理
现象：
Zn片逐渐溶解，Cu片上析出红色物质，质量增加；指针偏转；溶液温度不变。
　　　
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－
电子流向：
Zn(负)→Cu(正)
盐桥中离子流向：
K+→正，Cl-→负
阴离子
负极液
正极液
盐桥
阳离子
阳离子
阳离子
氧化反应
Zn-2e=Zn2+
还原反应
Cu2+ +2e- =Cu
负极
正极
外电路
Zn
Cu
失e-，沿导线传递，有电流产生
内电路
分为两个半电池进行
思维模型
电子不下水 离子不上岸
正极得电子数目=负极失电子数目
原电池 双液电池 单液电池
电极反应
电极材料
离子导体
电子导体
双液原电池解决了电池自损耗的问题，能产生持续、稳定的电流。
负极：Zn -2e- = Zn2+
正极：Cu2++2e- = Cu
正极：铜片;负极：锌片
正极：铜片;负极：锌片
ZnSO4溶液、盐桥、CuSO4溶液
CuSO4 溶液
导线
导线
负极：Zn -2e- = Zn2+
正极：Cu2++2e- = Cu
锌铜原电池
总反应：Cu2+ + Zn Cu+ Zn2+
电流较大，
衰减快，
转化效率低
电流较小，
电流稳定，
转化效率高
1、阳离子交换膜：只允许阳离子通过
3、质 子 交 换 膜：只允许H+通过
2、阴离子交换膜：只允许阴离子通过
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
【练3】用铜片、银片、Cu (NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是（ ）
①在外电路中，电流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． ①② B．②③ C．②④ D．③④
C
【练4】如图是某同学设计的原电池装置：
(1)电极Ⅰ上发生__________(填反应类型)，作_______________(填电极名称)。
深度思考
(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__________________
_____________________。
还原反应
原电池的正极
Cu－2e－= Cu2＋
2Fe3＋＋Cu = Cu2＋＋2Fe2＋
形成闭合回路、平
衡电荷(答案合理即可)
4.判断原电池正负极方法（重要）
判断依据 正极 负极
电极材料
电子流向
电极反应
电极现象
溶液中离子流向
不活泼金属或非金属导体
活泼金属
电子流入
电子流出
还原反应
氧化反应
电极增重或产生气体
电极减轻
阳离子流向正极
阴离子流向负极
【练5】如图所示，下列对于该原电池的叙述正确的是（ ）
A.铜是负极，铜片上有气泡产生
B.铜片质量逐渐减小
C.电流从锌片经导线流向铜片
D.氢离子在铜片表面被还原
D
解析　由图可知，Zn为原电池负极，失去电子被氧化，电子经导线流向正极铜电极；溶液中的氢离子在正极得到电子而被还原为H2；电子流向与电流方向相反。
1
2
3
4
【练6】下列原电池装置正、负极分别是谁？
(1)比较金属的活动性强弱：负极一般是活动性 的金属。（电解质选择）
(2)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。
(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的 而受到保护。
(4)设计原电池（学法P131）
①首先将氧化还原反应分成两个半反应。
②根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。
较强
正极
5.原电池原理的应用
如：制氢气加入少量硫酸铜溶液
如：船体镶锌块
【练7】10 mL浓度为1 mol·L－1的硫酸溶液与过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是（ ）
A.加入适量的3 mol·L－1的硫酸溶液 B.加入适量的蒸馏水
C.加入数滴硫酸铜溶液 D.加入适量的硫酸钠溶液
【练8】将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是(　　)
C
A
【练9】M、N、P、E四种金属，已知：①M+N2+=N+M2+；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2++2e-=E，N-2e-=N2+。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是（ ）
A. P、M、N、E
B. E、N、M、P
C. P、N、M、E
D. E、P、M、N
A
【练10】利用反应Zn+2FeCl3 === ZnCl2+2FeCl2设计一个双液原电池。在下图方框内画出实验装置图,并注明电极材料,写出电极反应式。
正极材料为　　 　　　,电极反应式为　　　　　　　　　　　;
负极材料为　　　　　,电极反应式为　　　　　　　　　　　。
Pt(或石墨等)
Zn-2e- === Zn2+
2Fe3++2e- === 2Fe2+
Zn　
知识总结
1.下列有关电化学知识的描述正确的是（ ）
A．CaO+H2O= Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能
B．某原电池反应为Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液
C．原电池的两极一定是活动性不同的两种金属
D．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
D
2.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. 铜电极上发生氧化反应
B. 电池工作一段时间后,甲池的c(SO42-)减小
C. 电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D. 阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
C
3.下列电极反应式正确的是（　　）
A．以惰性材料为电极，KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池，负极反应式为H2-2e- = 2H+
B．铜、锌在稀硫酸溶液中构成原电池，正极反应式为2H++2e- = H2↑
C．以铜为电极将2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+设计成原电池，正极反应式为Cu-2e- = Cu2+
D．以铝、铁为电极，在氢氧化钠溶液中构成原电池，负极反应式为Al-3e- = Al3+
B
4.某学习小组的同学查阅相关资料知，氧化性：Cr2O72-＞Fe3＋，设计了如图所示的盐桥原电池。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是( )
A．甲烧杯的溶液中发生还原反应
B．外电路的电流方向是从b到a
C．电池工作时，盐桥中的SO42-移向乙烧杯
D．乙烧杯中发生的电极反应为：2Cr3＋＋7H2O－6e－ = Cr2O72-＋14H＋
B
5.根据原电池的工作原理，写出下列电池的电极反应式。
（1）将铁片、铜片用导线连接后，置于稀硫酸中，形成原电池：
①正极反应式是 ；
②负极反应式是 ；
③原电池总反应的离子方程式是 。
（2）有人用原电池原理除去银器皿表面的黑色硫化银，其处理方法：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，有臭鸡蛋气味的气体放出，银表面的黑色会褪去而银不会损失。在此形成的原电池中：
①负极反应式是 ；
②正极反应式是 ；
③总反应方程式是 。