化学人教版（2019）选择性必修1 4.1.1原电池的工作原理 课件（共45张ppt）
文档属性
| 名称 | 化学人教版（2019）选择性必修1 4.1.1原电池的工作原理 课件（共45张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 40.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-10-21 13:14:53 | ||
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文档简介
(共45张PPT)
meiyangyang8602
请你回忆！
回忆学过的原电池形成的条件及原理
写出原电池中的总反应方程式和电极反应式，并标出电子转移和离子迁移的方向。
meiyangyang8602
meiyangyang8602
原电池形成的条件及原理
Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2↑
电极反应：
负极：Zn - 2e- Zn2+（氧化反应）
正极：2H+ + 2e- H2↑（还原反应）
总反应方程式：
meiyangyang8602
meiyangyang8602
原电池原理示意图
负极
氧化反应
正极
还原反应
+
-
e-
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
角度1
电极反应
角度2
粒子迁移
meiyangyang8602
无处不在的电池
普通干电池
手机电池
钮扣电池
笔记本电脑专用电池
心脏起搏器电池
氢氧燃料电池
请你联想！
说说你所了解的和电池相关的行业及前沿科技
meiyangyang8602
目前几乎临床上所有使用中的心脏起搏器都是使用内置电池作为能源供应的。也正是因为这样，植入式起搏器的寿命很大程度上受到了电池容量的影响。当起搏器电池电量耗竭时，起搏器的寿命也就走到了尽头，此时不得不通过更换起搏器来保证设备功能正常。
70年代至今，永久心脏起搏器使用锂电池（锂碘电池）。
具有体积小，容量大，自放电率低（平均1%），寿命长，电池电压呈渐进性下降，到达ERI后还可维持3~6个月等特点。
请你联想！
说说你所了解的和电池相关的行业及前沿科技
meiyangyang8602
请你联想！
说说你所了解的和电池相关的行业及前沿科技
比亚迪汽车公司设计的磷酸铁锂电池,充电一小时，续航500公里。
说说你能得到什么启发？
电池的放电效率和寿命有待于不断改善
第一节
原电池
第四章 化学反应与电能
赵健
第1课时 原电池的工作原理
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请你思考！
从原电池的发展过程你得到什么启示？
课本P75页
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1780年的一天，意大利生物学家伽伐尼解剖青蛙。
将青蛙腿放到铜制的解剖盘里，当解剖刀接触青蛙腿时，发现
他认为：青蛙肌肉和神经里的“生物电”导致抽搐。
他将青蛙腿放到木制的解剖盘里，用解剖刀去接触，蛙腿不动！
他又进行了各种实验，发现：两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿就会抽搐。
他认为由于两种金属插在了由肌肉提供的溶液中，构成回路而产生电流，从而刺激了蛙腿的抽动。
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电池发现趣史
1799年伏达用锌片、浸盐水的湿布、银片依次重叠起来，创制了最早的获得连续电流的伏达电堆。
伏达电堆模型
伏特在摆弄他的伏特柱
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电池发现趣史
meiyangyang8602
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美国某大学的研究人员研制出了一种可以服食的钠电池电子药丸，这种电子药丸能在患者体内检测体征情况。这项技术的出现预计将大大改变癌症、胃病等一系列慢性病症的治疗方案。
从伏打电池到锂电池，钠电池等各种新型电池的发展，建构原电池的思维模型。
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电池发现趣史
01
原电池原理的应用
设计原电池
赵健
meiyangyang8602
meiyangyang8602
meiyangyang8602
请你设计！
用铜片、锌片，CuSO4溶液设计原电池，
写出总反应方程式、电极反应式，并预测能观察到的现象。
Zn + Cu2+ Cu + Zn2+
电极反应：
负极：Zn - 2e- Zn2+
正极：Cu2+ + 2e- Cu
总反应：
e-
Zn2+
Cu
Zn
CuSO4溶液
Cu2+
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请你设计！
用铜片、锌片，CuSO4溶液设计原电池，
写出总反应方程式、电极反应式，并预测能观察到的现象。
e-
Zn2+
Cu
Zn
CuSO4溶液
Cu2+
现象：铜片表面附着红色固体，电流表指针偏转。
预测观察到的现象
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设计原电池
实验验证预测
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实验验证预测
预测的现象 实验观察到的现象
锌片逐渐溶解 锌片表面有红色物质生成
铜片上有红色物质析出 铜片上有红色物质析出
电流表指针发生偏转 电流表指针先发生偏转后，示数逐渐减小
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请你思考！
“锌片表面附着红色固体，电流逐渐衰减” 的原因。
现象 原因
锌片表面附着红色固体
电流逐渐衰减
Zn与Cu2+直接接触发生反应，Zn片、附着在Zn上的Cu以及CuSO4溶液局部形成了原电池，促进了Cu在锌片表面析出。
转移的电子没有经过导线，电流逐渐衰减
该装置能量转化率低的原因是什么？如何解决？
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原电池装置的改造
解决问题的关键：还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触
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meiyangyang8602
原电池装置的改造
为什么没有电流？该如何解决？
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原电池装置的改造
两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。
该如何解决？
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CuSO4溶液
Zn
A
Cu
浸有NaCl溶液的滤纸条
ZnSO4溶液
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原电池装置的改造
盐桥
赵健
02
双液原电池
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双液原电池
盐桥
通常是将浸泡了饱和KCl溶液的琼胶装在U型管中。
一种凝胶态的离子导体
特点：
1.盐桥中的K+、Cl-可以自由移动
2.琼胶起到固定作用，防止KCl溶液直接流出来。
3.离子只出不进。
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meiyangyang8602
双液原电池
meiyangyang8602
实验验证预测
数字化实验探究原电池
meiyangyang8602
实验验证预测
数字化实验探究原电池
电流较小，
电流稳定，
转化效率高
电流较大，
衰减快，
转化效率低
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meiyangyang8602
双液原电池
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
Zn
Cu
A
改进
CuSO4溶液
Cu
Zn
A
盐桥：在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼脂作成的冻胶
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双液原电池
使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。(离子通路）
能产生持续、稳定的电流!
平衡电荷,（离子库，可以源源不断的供给需要的离子）.
盐桥起什么作用？
此装置有何优点？
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请你总结！
请绘制前面双液电池的工作原理示意图。要求包括以下内容：
（1）注明原电池的组成；
（2）标明氧化反应和还原反应发生的区域；
（3）标明电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向。
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双液原电池
+
-
负极
氧化反应
正极
还原反应
03
双液原电池的工作原理
赵健
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双液原电池的工作原理
Zn2+
Zn－2e－=Zn2＋
Cu2+
Cu2＋＋2e－=Cu
Cl-
K+
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双液原电池的工作原理
负极（锌片）： Zn －2e - = Zn 2+ （氧化反应）
正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu （还原反应）
电池反应（总化学方程式）：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu
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双液原电池的思维模型
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
电子不下水 离子不上岸
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请你思考！
电池工作时，装置中各物质或材料的作用是什么？
能否用其他物质或材料代替？
Cu片 电极材料
Zn片 电极反应物 电极材料
CuSO4溶液 电极反应物 离子导体
ZnSO4溶液 离子导体
盐桥 离子导体
导线 电子导体
各部分的作用
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原电池的构成要素
还原剂-氧化反应、氧化剂-还原反应
离子导体
电极材料
电极反应
电子导体
内电路，实现离子定向迁移
进行电子转移的场所
外电路，实现电子定向转移
基本要素
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原电池的工作原理
原电池 双液电池 单液电池
电极反应 正极：Cu2+ + 2e- Cu 负极：Zn - 2e- Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e- Cu
负极：Zn - 2e- Zn2+
电极材料 正极：铜片; 负极：锌片 正极：铜片; 负极：锌片
离子导体 ZnSO4溶液、盐桥、CuSO4溶液 CuSO4 溶液
电子导体 导线 导线
双液原电池解决了电池自损耗的问题
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电流较小，
电流稳定，
转化效率高
电流较大，
衰减快，
转化效率低
你知道吗？
双液原电池电流弱的原因？
meiyangyang8602
你知道吗？
双液原电池电流弱的原因？
改进
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？
①离子运动的距离长
②离子运动的通道窄
③离子容量小
改进
04
隔膜原电池
赵健
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隔膜原电池的工作原理
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
电流强而且稳定
请你总结
名称 单液原电池 双液原电池 隔膜原电池
优点
缺点
电流强
1.能量转化率低
2.氧化剂与还原剂直接接触，寿命短
1.内阻大，电流弱
2.盐桥需要定期更换
1.能量转化率高
2.避免氧化剂与还原剂直接接触，寿命长
1.能量转化率高
2.避免氧化剂与还原剂直接接触，寿命长
3.内阻小，电流强
meiyangyang8602
根据原电池工作原理，将下列氧化还原反应设计成原电池：
2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2
要求：
（1）分别写出氧化反应和还原反应。
（2）根据原电池构成要素，选择合适的物质或材料，并画出原电池的工作原理示意图。
练习
（1）氧化反应：
2I- - 2e- I2
还原反应：
2Fe3+ + 2e- 2Fe2+
（2）
（2）
（1）氧化反应：
2I- - 2e- I2
还原反应：
2Fe3+ + 2e- 2Fe2+
同学甲
同学乙
方案展示
石墨
石墨
石墨
石墨
（2）
同学丙
只允许K+或Cl-通过的隔膜
（1）氧化反应：
2I- - 2e- I2
还原反应：
2Fe3+ + 2e- 2Fe2+
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1、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．电子从锌极经过导线移向铜极
B．铜电极上发生反应
C．电池工作一段时间后，乙池的 减小
D．电池工作一段时间后，甲池的 增加
A
练习
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2．（广东高考题）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形管）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-=Ag③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
练习
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请你回忆！
回忆学过的原电池形成的条件及原理
写出原电池中的总反应方程式和电极反应式，并标出电子转移和离子迁移的方向。
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原电池形成的条件及原理
Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2↑
电极反应：
负极：Zn - 2e- Zn2+（氧化反应）
正极：2H+ + 2e- H2↑（还原反应）
总反应方程式：
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原电池原理示意图
负极
氧化反应
正极
还原反应
+
-
e-
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
角度1
电极反应
角度2
粒子迁移
meiyangyang8602
无处不在的电池
普通干电池
手机电池
钮扣电池
笔记本电脑专用电池
心脏起搏器电池
氢氧燃料电池
请你联想！
说说你所了解的和电池相关的行业及前沿科技
meiyangyang8602
目前几乎临床上所有使用中的心脏起搏器都是使用内置电池作为能源供应的。也正是因为这样，植入式起搏器的寿命很大程度上受到了电池容量的影响。当起搏器电池电量耗竭时，起搏器的寿命也就走到了尽头，此时不得不通过更换起搏器来保证设备功能正常。
70年代至今，永久心脏起搏器使用锂电池（锂碘电池）。
具有体积小，容量大，自放电率低（平均1%），寿命长，电池电压呈渐进性下降，到达ERI后还可维持3~6个月等特点。
请你联想！
说说你所了解的和电池相关的行业及前沿科技
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请你联想！
说说你所了解的和电池相关的行业及前沿科技
比亚迪汽车公司设计的磷酸铁锂电池,充电一小时，续航500公里。
说说你能得到什么启发？
电池的放电效率和寿命有待于不断改善
第一节
原电池
第四章 化学反应与电能
赵健
第1课时 原电池的工作原理
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请你思考！
从原电池的发展过程你得到什么启示？
课本P75页
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1780年的一天，意大利生物学家伽伐尼解剖青蛙。
将青蛙腿放到铜制的解剖盘里，当解剖刀接触青蛙腿时，发现
他认为：青蛙肌肉和神经里的“生物电”导致抽搐。
他将青蛙腿放到木制的解剖盘里，用解剖刀去接触，蛙腿不动！
他又进行了各种实验，发现：两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿就会抽搐。
他认为由于两种金属插在了由肌肉提供的溶液中，构成回路而产生电流，从而刺激了蛙腿的抽动。
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电池发现趣史
1799年伏达用锌片、浸盐水的湿布、银片依次重叠起来，创制了最早的获得连续电流的伏达电堆。
伏达电堆模型
伏特在摆弄他的伏特柱
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电池发现趣史
meiyangyang8602
meiyangyang8602
美国某大学的研究人员研制出了一种可以服食的钠电池电子药丸，这种电子药丸能在患者体内检测体征情况。这项技术的出现预计将大大改变癌症、胃病等一系列慢性病症的治疗方案。
从伏打电池到锂电池，钠电池等各种新型电池的发展，建构原电池的思维模型。
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电池发现趣史
01
原电池原理的应用
设计原电池
赵健
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请你设计！
用铜片、锌片，CuSO4溶液设计原电池，
写出总反应方程式、电极反应式，并预测能观察到的现象。
Zn + Cu2+ Cu + Zn2+
电极反应：
负极：Zn - 2e- Zn2+
正极：Cu2+ + 2e- Cu
总反应：
e-
Zn2+
Cu
Zn
CuSO4溶液
Cu2+
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请你设计！
用铜片、锌片，CuSO4溶液设计原电池，
写出总反应方程式、电极反应式，并预测能观察到的现象。
e-
Zn2+
Cu
Zn
CuSO4溶液
Cu2+
现象：铜片表面附着红色固体，电流表指针偏转。
预测观察到的现象
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设计原电池
实验验证预测
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实验验证预测
预测的现象 实验观察到的现象
锌片逐渐溶解 锌片表面有红色物质生成
铜片上有红色物质析出 铜片上有红色物质析出
电流表指针发生偏转 电流表指针先发生偏转后，示数逐渐减小
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请你思考！
“锌片表面附着红色固体，电流逐渐衰减” 的原因。
现象 原因
锌片表面附着红色固体
电流逐渐衰减
Zn与Cu2+直接接触发生反应，Zn片、附着在Zn上的Cu以及CuSO4溶液局部形成了原电池，促进了Cu在锌片表面析出。
转移的电子没有经过导线，电流逐渐衰减
该装置能量转化率低的原因是什么？如何解决？
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原电池装置的改造
解决问题的关键：还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触
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原电池装置的改造
为什么没有电流？该如何解决？
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meiyangyang8602
原电池装置的改造
两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。
该如何解决？
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CuSO4溶液
Zn
A
Cu
浸有NaCl溶液的滤纸条
ZnSO4溶液
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原电池装置的改造
盐桥
赵健
02
双液原电池
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双液原电池
盐桥
通常是将浸泡了饱和KCl溶液的琼胶装在U型管中。
一种凝胶态的离子导体
特点：
1.盐桥中的K+、Cl-可以自由移动
2.琼胶起到固定作用，防止KCl溶液直接流出来。
3.离子只出不进。
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双液原电池
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实验验证预测
数字化实验探究原电池
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实验验证预测
数字化实验探究原电池
电流较小，
电流稳定，
转化效率高
电流较大，
衰减快，
转化效率低
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双液原电池
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
Zn
Cu
A
改进
CuSO4溶液
Cu
Zn
A
盐桥：在U型管中装满用饱和KCl溶液和琼脂作成的冻胶
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双液原电池
使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。(离子通路）
能产生持续、稳定的电流!
平衡电荷,（离子库，可以源源不断的供给需要的离子）.
盐桥起什么作用？
此装置有何优点？
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请你总结！
请绘制前面双液电池的工作原理示意图。要求包括以下内容：
（1）注明原电池的组成；
（2）标明氧化反应和还原反应发生的区域；
（3）标明电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向。
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双液原电池
+
-
负极
氧化反应
正极
还原反应
03
双液原电池的工作原理
赵健
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双液原电池的工作原理
Zn2+
Zn－2e－=Zn2＋
Cu2+
Cu2＋＋2e－=Cu
Cl-
K+
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meiyangyang8602
双液原电池的工作原理
负极（锌片）： Zn －2e - = Zn 2+ （氧化反应）
正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu （还原反应）
电池反应（总化学方程式）：Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu
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双液原电池的思维模型
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
电子不下水 离子不上岸
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请你思考！
电池工作时，装置中各物质或材料的作用是什么？
能否用其他物质或材料代替？
Cu片 电极材料
Zn片 电极反应物 电极材料
CuSO4溶液 电极反应物 离子导体
ZnSO4溶液 离子导体
盐桥 离子导体
导线 电子导体
各部分的作用
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原电池的构成要素
还原剂-氧化反应、氧化剂-还原反应
离子导体
电极材料
电极反应
电子导体
内电路，实现离子定向迁移
进行电子转移的场所
外电路，实现电子定向转移
基本要素
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原电池的工作原理
原电池 双液电池 单液电池
电极反应 正极：Cu2+ + 2e- Cu 负极：Zn - 2e- Zn2+ 正极：Cu2+ + 2e- Cu
负极：Zn - 2e- Zn2+
电极材料 正极：铜片; 负极：锌片 正极：铜片; 负极：锌片
离子导体 ZnSO4溶液、盐桥、CuSO4溶液 CuSO4 溶液
电子导体 导线 导线
双液原电池解决了电池自损耗的问题
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电流较小，
电流稳定，
转化效率高
电流较大，
衰减快，
转化效率低
你知道吗？
双液原电池电流弱的原因？
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你知道吗？
双液原电池电流弱的原因？
改进
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？
①离子运动的距离长
②离子运动的通道窄
③离子容量小
改进
04
隔膜原电池
赵健
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隔膜原电池的工作原理
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
电流强而且稳定
请你总结
名称 单液原电池 双液原电池 隔膜原电池
优点
缺点
电流强
1.能量转化率低
2.氧化剂与还原剂直接接触，寿命短
1.内阻大，电流弱
2.盐桥需要定期更换
1.能量转化率高
2.避免氧化剂与还原剂直接接触，寿命长
1.能量转化率高
2.避免氧化剂与还原剂直接接触，寿命长
3.内阻小，电流强
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根据原电池工作原理，将下列氧化还原反应设计成原电池：
2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2
要求：
（1）分别写出氧化反应和还原反应。
（2）根据原电池构成要素，选择合适的物质或材料，并画出原电池的工作原理示意图。
练习
（1）氧化反应：
2I- - 2e- I2
还原反应：
2Fe3+ + 2e- 2Fe2+
（2）
（2）
（1）氧化反应：
2I- - 2e- I2
还原反应：
2Fe3+ + 2e- 2Fe2+
同学甲
同学乙
方案展示
石墨
石墨
石墨
石墨
（2）
同学丙
只允许K+或Cl-通过的隔膜
（1）氧化反应：
2I- - 2e- I2
还原反应：
2Fe3+ + 2e- 2Fe2+
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1、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．电子从锌极经过导线移向铜极
B．铜电极上发生反应
C．电池工作一段时间后，乙池的 减小
D．电池工作一段时间后，甲池的 增加
A
练习
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2．（广东高考题）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形管）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-=Ag③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
练习