【人教版】高中化学 选择性必修一 第四章 第一节 原电池 第二课时 原电池的工作原理 课件

(共22张PPT)
原电池的工作原理
第四章 化学反应与电能
第1节 原电池
一、温故设疑，引入新课
写出原电池中发生反应的离子方程式和电极反应式，并分析电子转移和离子迁移的方向。
总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑
负极：
Zn-2e-=Zn2+
正极：
2H++2e-=H2↑
外电路：e-→
内电路：
H+、Zn2+移向正极；
SO42-移向负极
一、温故设疑，引入新课
预测实验现象，说明理由。
观察现象。
CuSO4溶液
负极：
Zn-2e-=Zn2+
正极：
Cu2++2e-=Cu
总反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu
铜片表面有红色固体析出。
锌片表面也有较多红色固体析出
电流强度快速衰减
分析产生不同现象的原因。
二、改进装置，探究原理
CuSO4溶液
锌与硫酸铜溶液直接接触发生置换，局部形成原电池，导致更多铜离子被还原；
锌被铜覆盖接触面积减少，反应速率下降，向外输出的电流减弱。
如何改进上述装置，提高其能量转化率？
将氧化剂与还原剂分离，使转移的电子能够全部经过导线。
将氧化剂与还原剂分离，这样的装置还能工作吗？
二、改进装置，探究原理
2.简化的双电层理论
（1）金属浸入水溶液中，在水的作用下，金属离子会进入水中，溶液中的金属离子也可沉积到金属表面上，达到一种动态平衡。此时，金属与溶液的界面两侧电荷不均等，便会产生电势差。
1.盐桥中装有含有KCl饱和溶液的琼胶，离子可在其中自由移动。
装置的工作原理是什么？
Zn-2e- Zn2+
Cu2++2e- Cu
溶解-沉积平衡
二、改进装置，探究原理
两个电极材料与其溶液间的电势差不相等。锌原子比铜原子更容易失电子，锌片表面积累的电子比铜片表面积累的电子多，因此电子由锌片流向铜片。
Zn-2e- Zn2+
Cu2++2e- Cu
溶解-沉积平衡
电子的移动破坏了溶解-沉积平衡，锌极的平衡由于电子的移走而向溶解的方向移动，铜极的平衡由于电子移入而向沉积方向移动，结果使电子能够持续流动，形成电流。
二、改进装置，探究原理
Zn-2e- Zn2+
Cu2++2e- Cu
溶解-沉积平衡
盐桥的作用是作离子导体，K+和Cl-能在内部自由移动，起到联通内电路的作用，其中K+移向正极，Cl-移向负极。
盐桥的作用？
二、改进装置，探究原理
还原产物
氧化剂
得电子
氧化产物
还原剂
失电子
原理维度
电极产物
过程
电极反应物
失电子场所
电子导体
得电子场所
装置维度
阳离子移向
阴离子移向
电子移动方向
离子导体
现象
归纳原电池的工作原理，分析原电池的基本构成要素，并图示。
二、改进装置，探究原理
该装置能否构成原电池？
正极：Zn-2e-=Zn2+
负极：Zn2++2e-=Zn
K+
e-
Cl-
e-
两份ZnSO4溶液浓度逐渐接近，最后相等，反应体系达到平衡状态。
电流表指针逐渐归零
对于任一电池反应：aA+bB=cC+dD
E=E(标准)-(RT)/(nF)ln(([C]c·[D]d)/([A]a·[B]b）。这个方程就叫做能斯特(Nernst,W.H.1864~1941)方程。它指出了电池的电动势与电池本性(E)和电解质浓度之间的定量关系。
当温度为298K时，能斯特方程为：
E=E(标准)-(0.0257/n)ln(([C]c·[D]d)/([A]a·[B]b）。当温度为298K时，Cu-Zn原电池反应的能斯特方程为：
E=E(标准)-(0.0592/n)ln([Zn2+]/[Cu2+]）
能斯特方程简介
二、改进装置，探究原理
根据测量电极与参比电极组成的工作电池在溶液中测得的电位差，并利用待测溶液的pH值与工作电池的电势大小之间的线性关系，再通过电流计转换成pH单位数值来实现测定。
浓差电池的应用简介（pH计原理）
二、改进装置，探究原理
三、应用模型，设计电池
真人模拟离子，乒乓球模拟电子，发生氧化还原反应
以反应2KI+2FeCl3=I2+2FeCl2+2KCl为切入点，分析反应本质，设计一个可持续供电的装置。
2I-+2Fe3+=I2+2Fe2+
2e-
I-
Fe3+
Cu丝
教师
学生
乒乓球
乒乓球
e-
e-
三、应用模型，设计电池
（1）选电子导体（铜丝导线和电极材料）
G
Cu
Cu
C
C
I-
I-
I-
K+
K+
K+
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Fe3+
Fe3+
KI溶液
FeCl3溶液
三、应用模型，设计电池
（2）选离子导体：从微观角度分析上面实验的失败原因
Cu
Cu
C
C
I-
I-
I-
K+
K+
K+
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Fe3+
Fe3+
—
—
—
—
G
KI溶液
FeCl3溶液
三、应用模型，设计电池
（2）选离子导体：从微观角度分析上面实验的失败原因
Cu
Cu
C
C
I-
I-
I-
K+
K+
K+
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Fe3+
Fe3+
—
—
—
—
G
Cl-
K+
KI溶液
FeCl3溶液
高架“盐桥”
三、应用模型，设计电池
（2）选离子导体：从微观角度分析上面实验的失败原因
Cu
Cu
C
C
KI溶液
FeCl3溶液
I-
I-
I-
K+
K+
K+
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Fe3+
Fe3+
—
—
—
—
G
Cl-
K+
地铁“盐桥”
三、应用模型，设计电池
（2）选离子导体：从微观角度分析上面实验的失败原因
Cu
Cu
C
C
KI溶液
FeCl3溶液
I-
I-
I-
K+
K+
K+
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Fe3+
Fe3+
—
—
—
—
G
Cl-
K+
离子选择性透过膜
三、应用模型，设计电池
（3）实验验证
Cu
Cu
C
C
KI溶液
FeCl3溶液
I-
I-
I-
K+
K+
K+
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Cl-
Fe3+
Fe3+
—
—
—
—
G
Cl-
K+
负极
正极
离子选择性透过膜
溶液颜色变黄，取部分溶液滴入淀粉溶液，变为蓝色
取出部分溶液，滴入K3[Fe(CN)6]溶液，有特征蓝色沉淀产生
三、应用模型，设计电池
（1）拆分自发的氧化还原反应
负极：还原剂-ne-→氧化产物（氧化反应）
正极：氧化剂+ne-→还原产物（还原产物）
（2）确定两极的电极反应物和电极材料
（3）连接闭合回路
外电路（导线连接）电子：负极→正极
内电路（盐桥联通）阳离子→正极/阴离子→负极
原电池的设计思路及其形成条件
三、应用模型，设计电池
原电池工作原理
自发的氧化还原反应
氧化反应
氧化反应
电极反应
电极材料
离子导体
电子导体
化学能
电能
课堂小结
原电池的工作原理
（1）拆分自发的氧化还原反应
负极：还原剂-ne-→氧化产物（氧化反应）
正极：氧化剂+ne-→还原产物（还原产物）
（2）确定两极的电极反应物和电极材料
（3）连接闭合回路
外电路（导线连接）电子：负极→正极
内电路（盐桥联通）阳离子→正极/阴离子→负极
原电池的设计思路及其形成条件
课堂小结
原电池的工作原理
原电池工作原理
自发的氧化还原反应
氧化反应
氧化反应
电极反应
电极材料
离子导体
电子导体
化学能
电能