4.1.1原电池的工作原理课件(共41张PPT)2023-2024学年上学期高二化学人教版（2019）选择性必修1

(共41张PPT)
第一节 原电池的工作原理
第四章 化学反应与电能
能正确判断原电池的正极和负极，会书写其电极反应式
认识化学能与电能的相互转化，建立对电化学过程的系统分析思路
学习目标 1min
自学指导 6min
阅读课本第94-95页，完成大本第 74-75页
D
自学检测 练一练 3min
振动不属于化学能
正极Ag+与Cl-反应
Fe在浓硝酸中钝化，Cu与浓硝酸反应，Cu作负极、Fe作正极
盐桥的作用：利用溶液中离子的移动，使两个半电池中的溶液形成闭合回路。
若撤去盐桥，电流表的指针不发生偏转。
①两极：一般为两种活泼性不同的金属
（或一种金属与非金属导体，石墨）
②一液：电解质溶液，或熔融电解质
（酒精、蔗糖、CCl4不是电解质）
③一回路：用导线相连（或直接接触）
④一反应：自发的氧化还原反应
知识回顾----原电池
（一）定义：将化学能直接转化为电能的装置。
（二）构成条件：
教师点拨 25min
【知识回顾】
原电池原理示意图
两极一液一回路，负极氧化失电子，阴向负极阳向正
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
H+
H+
负极
氧化反应
正极
还原反应
阳离子
阴离子
SO42-
外电路
电子迁移：负 正
内电路
离子迁移：
阳离子 ：移向正极
阴离子：移向负极
e－
I
角度1
电极反应
角度2
粒子迁移
外电路：电子迁移
内电路：离子迁移
预期现象：锌片溶解；铜片上有红色物质析出；电流表指针偏转
负极：Zn-2e- = Zn2+ 正极：2Cu2++2e- = Cu
观察并记录实验现象，其中哪些与预测一致，哪些与预测不同？
再探原电池
锌铜原电池：Zn+Cu2+=Zn2++Cu
1.为什么锌片上有红色物质生成？
因为锌与CuSO4溶液直接接触，发生氧化还原反应，所以锌片表面有铜析出。
2.为什么电流表读数不断减小？
因为铜在锌表面析出后，与CuSO4溶液一起形成了原电池，产生的电流并没有经过电流表，所以电流表的读数不断减小。
锌与CuSO4溶液的接触面积逐渐减少，当锌片表面完全被铜覆盖后，相当于两个电极都是铜，已不能发生原电池反应，最后没有电流产生。
【分析原因】
（1）该原电池在工作中有何缺点？
（2）如何改进？
【深入探讨】
锌与硫酸铜溶液直接接触发生反应，化学能转化为电能效率低(部分化学能直接转化为热能),不能持续产生电流。
还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触
两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。
为什么没有电流？该如何解决？
原电池装置的改造
原电池装置的改造
三、双液 - 盐桥原电池
盐桥：装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的琼胶
（1）琼胶的作用是防止管中溶液流出 ；
（2）K+和Cl-能在琼胶内自由移动；
（3）离子只出不进。
Zn Cu
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
A
Zn2+
e-
e-
Cu2+
Cl-
K+
盐桥
①沟通内电路，形成闭合回路
②平衡电荷，使溶液保持电中性
③避免电极与电解质溶液直接反应，放电更持久。
盐桥的作用：
一个原电池由两个半电池组成，一个发生氧化反应，一个发生还原反应，两个半电池用盐桥连接。
锌半电池
铜半电池
e-
e-
Cu
Zn
负极：
氧化反应
正极：
还原反应
Zn - 2e- = Zn2+
Cu2+ + 2e- = Cu
总反应：Cu2+ + Zn= Cu+ Zn2+
Cl-
K+
Zn2+
Cu2+
+
-
CuSO4溶液
ZnSO4溶液
双液原电池的工作原理
优点
2、提高了能量转化率（化学能→电能）；
3、有效避免了电极材料与电解质溶液的直接反应， 能够防止装置中化学能的自动释放(自放电)，增加了原电池的使用寿命。
1、离子在盐桥中作定向移动，减少了离子的混乱，使离子移动更加有序，能够产生持续稳定的电流；
缺点：1.内阻大，电流弱 2.盐桥需要定期更换
得电子，发生 反应
失电子，发生 反应
①电极：
负极：
正极：
氧化
还原
⑤溶液中离子移动方向：
②本质：发生氧化还原反应
负氧正还
④电子流向：负极 沿导线 正极
电流方向：正极 沿导线 负极
正极
阴离子
负极
阳离子
“电子不下水”
“离子不上岸”
与单液原电池工作原理一样
双液原电池的工作原理
阴离子 阳离子
盐桥
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
总反应：Cu2+ + Zn Cu+ Zn2+
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
电流较大，
衰减快，
温度升高明显，
转化效率低
电流较小，
电流稳定，
温度基本不变，
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？
缩短盐桥长度，增大盐桥横截面积
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？改进措施？
①离子运动的距离长
②离子运动的通道窄
③离子容量小
电池内阻大，输出电压小
离子交换膜简介
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。
由于固定离子基团吸引膜外的异种电荷离子，在电位差推动下透过膜体，同时排斥同种电荷的离子，拦阻它进入膜内。
小结
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
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
电流表指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出
锌半电池
铜半电池
Zn＋Cu2＋=Cu＋Zn2＋
负 正
氧化 还原
锌电极
盐桥
离子
正极区(CuSO4溶液)
←阴离子 阳离子→
盐桥只出不进
负 正
探究原电池的构成与工作原理
A B C D
具有活泼性不同的两个电极，
两电极插入电解质溶液中，
形成闭合回路，
且两电极能自发地发生氧化还原反应。
非电解质 没有闭合回路 电极活泼性相同
√
铁制品发生氧化反应 Fe－2e－= Fe2＋
电子是在外电路从负极经过导线移向正极；
在电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。
C
负 正
正(Ag)→负(Cu)
没有闭合回路
C
负极：Cu－2e－=Cu2＋
正极：2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋
+ -
还原 氧化
正极区
原电池电极反应式的书写
负极：Li－e－=Li＋
正极：Li＋＋MnO2＋e－=LiMnO2
电极反应式的书写：
负极： 还原剂－e- → 氧化产物
正极： 氧化剂 + e- → 还原产物
①根据总反应式写出一剂一产物
②写出得失电子
③根据电解质溶液酸碱性用H+/OH－平衡电荷
④H原子守恒配H2O
正极：3Ag2S＋6e－=6Ag＋3S2－
负极：2Al－6e－=2Al3＋
S2－和Al3＋发生相互促进的双水解：
2Al3＋＋3S2－＋6H2O=2Al(OH)3↓＋3H2S↑
总反应：3Ag2S＋2Al＋6H2O=6Ag＋2Al(OH)3↓＋3H2S↑
Ag2S→Ag，还原反应为正极反应
活泼金属为负极
H2S
设计双液原电池
依据：已知一个氧化还原反应，
负极：如发生氧化反应的为金属单质，可用该金属直接作负极;
如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、石墨棒)作负极。
正极：发生还原反应的(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。
正极电极材料一般不如负极材料活泼。本例中可用惰性电极(如Pt、石墨棒)作正极。
电解质溶液：电解质溶液一般能与负极材料反应。
但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如本例中可用ZnCl2和FeCl3溶液作电解质溶液。
由题意：需要盐桥，负极为Zn，
正极为比Zn活泼性差的金属或非金属石墨等，
电解质溶液选择与电极材料有相同离子的溶液。
2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋
Zn
Pt
Zn－2e－=Zn2＋
设计原电池
2Cu－4e－=2Cu2＋
O2＋4e－＋4H＋=2H2O
3H2－6e－＋6OH－=6H2O
2FeO42－＋5H2O＋6e－=Fe2O3＋10OH－
随堂自测 5min P77
B
A
-
+
负极区(ZnSO4溶液)
Cu2＋＋2e－=Cu
C
+ - + - + -
B
- + + - + - - +
O2＋2H2O＋4e－=4OH－
2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑
Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑
Cu＋4HNO3(浓)=Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2
A B C D
C
2H＋＋2e－=H2↑
Zn
6.3 g
2e－~Zn~H2 m=0.1×65-0.1×2=6.3g