第四章第一节原电池课件(共26张PPT，含视频) 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

(共26张PPT)
组织建设
第四章 电化学基础
第一节 原电池
负极
正极
Zn-2e-=Zn2+
2H+ +2e-=H2
还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应
氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应
还原剂失去的电子从锌极流出
流入铜极
经外电路
Zn2+
H+
SO42-
电流方向
知识回顾
将化学能转化为电能的装置称为原电池
与原 电 池 相关的概念
1.电路：
外电路
内电路
电子流向：负极流向正极
电流方向：正极流向负极
阴离子流向负极
阳离子流向正极
2.电极：
正极：电子流入的一极(电势高)
负极：电子流出的一极
3.电极反应式：
正极： 2H++ 2e-＝ H2↑
负极： Zn－2e-＝ Zn2+
4.总反应式：
Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑
离子导体
电极材料
电极反应
电子导体
还原剂-氧化反应、氧化剂-还原反应
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
原电池的构成要素
原电池的工作原理
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。（极化作用）
【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。
原电池装置的改造
双液 - 盐桥原电池
盐桥：装有饱和的KCl等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。半电池又叫电极
锌半电池
铜半电池
mA
Cu
Zn2+
Cu2+
SO4 2-
SO4 2-
Zn
K+
Cl-
Zn2+
mA
Zn-2e-=Zn2+
Cu2++2e-=Cu
—
氧化
反应
盐
桥
还原
反应
+
负极
正极
把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。
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
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。
1.依据反应：2Ag+(aq) + Cu(s) = Cu2+(aq) + 2Ag(s)设计
的原电池如图所示。
请回答下列问题：
（1）电极X的材料是_________；电解质溶液Y
是_______；
（2）银电极为电池的_______极，发生的电极反应为_____________；X电极上发生的电极反应为
_____________。
（3）外电路中的电子是从_____电极流向______电极。
铜
AgNO3
正
2Ag+ +2e-=2Ag
Cu-2e-=Cu2+
Ag
Cu
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。
2.下列装置中，能构成原电池的是________(填序号)，能构成原电池的指出电极的名称并写出电极反应。
①②⑤
①Cu-正极：2H＋＋2e－===H2↑； Fe-负极：Fe－2e－===Fe2＋
②Zn-负极：Zn－2e－===Zn2＋； Fe-正极：Cu2＋＋2e－===Cu
⑤Ag-正极：2Ag＋＋2e－=== 2Ag；Cu-负极：Cu－2e－===Cu2＋
2Cu－4e－=2Cu2＋
O2＋4e－＋4H＋=2H2O
3H2－6e－＋6OH－=6H2O
2FeO42－＋5H2O＋6e－=Fe2O3＋10OH－
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
1. 加快氧化还原反应的速率
例如，在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，能使产生H2的速率加快
原电池反应的应用
注意：对于“Mg—NaOH(aq)—Al”原电池负极为Al
对于“Cu—浓硝酸—Al(Fe)”原电池负极为Cu
判 断方 法
一般负极金属比正极金属活泼
一般负极质量减少
一般正极有气体生成，电极质量不断增加或不变
2. 判断金属活动性的强弱
1. 加快氧化还原反应的速率
原电池反应的应用
3. 设计原电池
(2)选择两极材料
(3)选择电解质溶液
(4)盐桥
(1)明确两极反应
Cu与硝酸银溶液反应
2. 判断金属活动性的强弱
1. 加快氧化还原反应的速率
原电池反应的应用
A．电极Ⅰ上发生还原反应，作原电池的正极
B．电极Ⅱ的电极反应式：Cu2＋＋2e－== Cu
C．该原电池的总反应：2Fe3＋＋Cu == Cu2＋＋2Fe2＋
D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，其作用是传递电子
1.如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是( 　　)
AC
学 习反 馈
FeCl3溶液
电极Ⅰ(Pt)
CuCl2溶液
盐桥
G
电极Ⅱ(Cu)
2.常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓硝酸中组成原电池，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图所示，反应过程中有红棕色气体产生。
0～t1时，原电池的负极是Al片，
此时正极的电极反应式是：
_________________________________
2H＋＋＋e－== NO2↑＋H2O
学 习反 馈
图1
测量电流装置
浓HNO3
Cu片
Al片
0
t/s
I/A
t1
图2
3. X、Y、Z、M、N代表五种金属，有以下反应：
①Y与M用导线连接放入稀硫酸中，M上冒气泡；
②M、N为电极，与N的盐溶液组成原电池，电子从M极流出，经过外电路，流入N极；
③Z＋2H2O(冷水) == Z(OH)2＋H2↑；
④水溶液中，X＋Y2＋== X2＋＋Y。
则这五种金属的活动性由强到弱的顺序为(　　)
A． Z＞X＞Y＞M＞N B． Z＞Y＞X＞M＞N
C． Z＞X＞Y＞N＞M D． X＞Y＞M＞N＞Z
A
学 习反 馈
4. 将等质量的A、B两份锌粉装入试管中，分别加入过量的稀硫酸，同时向装A的试管中加入少量CuSO4溶液。下图表示产生氢气的体积V与时间t的关系，其中正确的是(　　)


D
A
B
A
0
V/L
t/min
t/min
t/min
t/min
V/L
V/L
V/L
B
C
D
0
0
0
B
A
B
B
A
A
学 习反 馈
C
+ - + - + -
5.