化学人教版（2019）选择性必修一4.1.1原电池和化学电源（共46张ppt）

(共46张PPT)
第一节 原电池
第一课时
原电池的工作原理
第四章 化学反应与电能
张爷爷自从镶了两颗假牙（一颗金牙、一颗钢牙）后，经常头痛失眠，这是为什么？
[复习回顾]
1、什么是原电池？
借助于氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。
一、原电池原理
知识回顾：判断下列装置哪些属于原电池？为什么？
H2SO4
Zn Zn
（1）
石墨
石墨
H2SO4
（2）
H2SO4
Zn 石墨
（3）
Zn Cu
H2SO4
（4）
CuSO4
Zn Cu
（5）
C2H5OH
Zn Cu
（6）
Zn Cu
ZnSO4 CuSO4
（7）
√
√
√
一、原电池——将化学能转化成电能的装置
1、原电池的形成条件：
负极
正极
外电路
内电路
①必须有自发进行氧化还原反应
③必须两个电极必须插入电解质溶液中或熔融的电解质中；
④必须两个电极必须相连并形成闭合回路。
②必须有两种活泼性不同的导电材料作电极；
两种活泼不同的金属。
一种金属与一种非金属（如石墨）。
两电极都是其它材料。
电极材料
两极一液成回路，氧化还原是中心
④
CuSO4溶液
③
⑤
①
②
√
√
要有两个活性不同的电极(电子导体)
要有电解质溶液(离子导体)
必须形成闭合回路
[复习回顾]
原电池的工作原理
e-
e-
正极
负极
外电路
内电路
H+
H+
锌片：
Zn－2e- = Zn2+
铜片：
2H+＋2e- = H2↑
氧化反应
还原反应
负极
正极
电子流向：
负极 → 正极
离子移动：
阳离子(+)：向正极，
阴离子(-) : 向负极。
电子不下水，离子不上岸
总反应：
Zn＋2H+ = Zn2+＋H2↑
活泼金属
不活泼金属或非金属
电子流出
电子流入
电流流入
电流流出
氧化反应
还原反应
电极减轻
电极增重或产生气体
阴离子移向
阳离子移向
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。
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
原电池的工作原理
原电池的工作原理
铜片、锌片表面均附着红色固体，
电流表指针偏转，但电流逐渐衰减。
【实验现象】
Zn片
【原因分析】
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；
锌与CuSO4溶液的接触面积减少，电流逐渐衰减
Cu片
应避免Zn与CuSO4 溶液反应！
思考与交流
把Zn与CuSO4 溶液分开
如何才能得到持续稳定的电流？
将Zn放在另一个烧杯中
CuSO4溶液
A
二、对原电池工作原理的进一步探究
[疑问]为什么没有电流？该如何解决？
烧杯中加什么溶液？
不与锌反应的溶液，
一般加金属对应的盐溶液。
问题：
Cu
Zn
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
Zn2+
SO42-
A
内电路中离子无法定向移动，而破坏了溶液的电中性，所以没有电流。
SO42-
Zn2+
思考与交流
二、对原电池工作原理的进一步探究
A
Cu
Zn
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
Zn2+
SO42-
实验4-1
那如何改进以增强电流呢？
盐桥:
含琼脂的KCl饱和溶液
二、对原电池工作原理的进一步探究
A
Cu
Zn
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
Zn2+
SO42-
实验4-1
那如何改进以增强电流呢？
现象：
原电池能持续稳定的产生电流
问题：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？
盐桥:
含琼脂的KCl饱和溶液
二、对原电池工作原理的进一步探究
Zn Cu
ZnSO4 CuSO4

3、双液原电池：
【实验4-1】双液铜锌原电池
H2SO4溶液
Zn
A
Cu
ZnSO4溶液
SO42－
Zn2+
e－
e－
SO42－
Cu2+
K+
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－
ZnSO4溶液
导线的作用是传递电子，沟通外电路。
盐桥工作示意图
CuSO4溶液
盐桥的作用则是沟通内电路
盐桥的作用：
Cl—移向 极
K+移向 极
正
负
盐桥的优点：
盐桥工作原理：
使原电池氧化反应和还原反应在隔绝的区域间实现了电子的定向移动，使原电池持续稳定的产生电流。
①使装置形成闭合回路
②平衡电荷，使溶液保持电中性
盐桥制法：
将热的琼胶溶液倒入U形管中，将冷却后的U形管浸泡在KCl的饱和溶液中即可。
特别提醒：在含Ag+的原电池中，应改用KNO3或NH4NO3等饱和溶液
整理有关盐桥的问题：
二、对原电池工作原理的进一步探究
　　　
SO42－
Zn2+
e－
e－
SO42－
Cu2+
K+
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－
负极：Zn
电极反应：Zn－ 2e－＝Zn2＋
电子流出，电流流入
氧化反应
阴离子移向
正极：Cu
电极反应：Cu2＋＋2e－＝Cu
电流流出，电子流入
还原反应
阳离子移向
4、双液原电池的工作原理
meiyangyang8602
meiyangyang8602
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
（1）电极X的材料是_______；电解质溶液Y是 ；
（2）银电极为电池的 极，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。
盐桥
X
Y溶液
A
CuSO4溶液
电流计
Ag
铜
AgNO3溶液
正
Cu-2e-=Cu2+
2Ag+ +2e-=2Ag
Cu
Ag
练习1、依据氧化还原反应：2Ag+ +Cu = Cu2++2Ag设计的原电池如右图所示。请回答下列问题：
三．设计原电池装置
设计原电池的一般思路
负极
正极
电极材料
原电池设 计
2.利用：Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag的反应原理，设计一个带盐桥的原电池装置.
⑴画出此原电池的装置简图；
⑵注明原电池的正负极；
⑶注明外电路中电子的流向；
⑷写出两个电极上的电极反应式。
思路：
①根据氧化还原反应电子转移情况判断电极反应式
②根据电极反应式确定合适的电极材料和电解质溶液
Cu+ 2 AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag
化合价升高，失2e-
化合价降低，得2×e-
电极：负极是 ，正极可以是 等。
电极反应式：
电解液：
[思考分析]：利用该反应设计原电池
正极：2Ag+ + 2e- = 2 Ag
负极：Cu – 2e- = Cu2+
AgNO3 、CuSO4或者：AgNO3、 Cu(NO3)2
Cu
Ag或C、Pt
方法归纳
负极
正极
电解质溶液
1.确定两电极和电解质溶液
AgNO3溶液
负极：
Ag
Cu(NO3)2溶液
设计带盐桥的原电池
2. 构成闭合回路
Cu + 2AgNO3 = Cu(NO3)2 + 2Ag
Cu
Cu
正极：
Ag
(盐桥: 含 的琼脂)
KNO3饱和溶液
（+）
（—）
2Ag+ +2 e- = 2Ag
Cu - 2e- = Cu2+
CuSO4溶液
C
Pt
meiyangyang8602
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
meiyangyang8602
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
课堂练习4、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
稀硫酸
Al
Cu
A
1、电解质溶液为稀硫酸
2、电解质溶液为浓硝酸
浓硝酸
（—）
（+）
Al棒
Cu棒
2Al — 6e- = 2Al3+
6H+ + 6e-= 3H2
（—）
（+）
Al棒
Cu棒
Cu — 2e- = Cu2+
2NO3- + 2e- + 4 H+ = 2NO2 + 2H2O
Cu +2NO3- + 4 H+ = Cu2+ + 2NO2 + 2H2O
（+）
（—）
（+）
（—）
思考与讨论1：思考下列装置是否构成原电池，
能构成则写出其中的电极反应及总反应式。
1、电解质溶液为稀硫酸
2、电解质溶液为NaOH(aq)
NaOH(aq)
Mg棒
（—）
（—）
（+）
（+）
Al棒
Al棒
Mg棒
2Al +8OH- - 6e- = 2AlO2-+4H2O
6H2O + 6e- = 6OH- +3H2↑
2Al +2OH- +6H2O= 2AlO2- + 3H2↑ +4H2O
Mg — 2e- = Mg 2+
2H+ + 2e-= H2
思考与讨论2：思考下列装置是否构成原电池，
能构成则写出其中的电极反应及总反应式。
Al
Mg
A
稀硫酸
（+）
（—）
（+）
（—）
注意：
正、负极的判断受电解质溶液的影响，
“较活泼金属”不一定做负极
Pt
Pt
A
NaOH(aq)
通H2、CH4等
通O2或空气等
（负极）
（正极）
你能写出它们的电极反应式吗？
注意二：
所谓“活性不同的电极”还可以是电极上负载的物质活性不同。
石墨、Pt、Au等称为惰性电极
思考与讨论3：思考下列装置是否构成原电池，
能构成则写出其中的电极反应及总反应式。
Fe
（负极）
（正极）
负极反应:
正极反应:
总反应：
注意三：形成闭合回路的方式有多种。
FeCl3溶液
Fe
C
FeCl3溶液
Fe
C
FeCl3溶液
C
Fe
Fe
C
FeCl3溶液
Fe -2e-= Fe 2+
2Fe3++2e-=2Fe2+
2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+
思考与讨论4：思考下列装置是否构成原电池，
能构成则写出其中的电极反应及总反应式。
Fe
C
FeCl3溶液
NaCl溶液
负极：
正极：
总反应: 2 Fe+ O2 + 2H2O = 2Fe(OH) 2
注意四：在中性或碱性溶液中，若无电解质溶液中的阳离子得e-， 则正极通常考虑溶液中的O2得e-变OH-
正极：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-
Fe – 2e- = Fe2+
2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
2 4 2
思考与讨论5：思考下列装置是否构成原电池，
能构成则写出其中的电极反应及总反应式。
Fe
（负极）
（正极）
负极反应:
正极反应:
总反应：
Fe -2e-= Fe 2+
2Fe3++2e-=2Fe2+
2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+
负极：2Fe – 4e- = 2Fe2+
正极：2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
负极：Fe – 2e- = Fe2+
正极：2H+ + 2e- = H2↑
→钢铁中含有碳，可与Fe组成原电池，
发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀
应用：钢铁的腐蚀
①当水膜溶液为强酸性时
钢铁的析氢腐蚀
总反应: 2 Fe+ O2 + 2H2O = 2Fe(OH) 2
随反应进行，溶液酸性减弱，碱性增强，逐渐产生Fe(OH) 2
4Fe(OH) 2 + O2 + 2H2O =4 Fe(OH) 3
Fe2O3˙XH2O 铁锈
（2）当水膜溶液为弱酸性或中性时
钢铁的吸氧腐蚀
4Fe(OH) 2 + O2 + 2H2O =4 Fe(OH) 3
Fe2O3˙XH2O铁锈
水 膜
课堂练习1、某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是（ ）
A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出
B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：
Cu2++2e =Cu
C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D．a和b用导线连接时，SO42-向铜电极移动
D
归纳整理1：
原电池的注意点
注意一：
正、负极的判断受电解质溶液的影响，
“较活波金属”不一定做负极
注意二：所谓“活性不同的电极”还可以是电极上负载的物质活性不同。
注意三: 形成闭合回路的方式有多种。
注意四：在中性或碱性溶液中，若无电解质溶液中的阳离子得e-，
则正极通常考虑溶液中的O2得e-变OH—
知识提升:
有的电池产生的电流大，可以对外做功；
但有的原电池，电极上发生的反应很慢，产生的电流极其微弱，不能对外做功。
如，钢铁生锈发生的电化学腐蚀
1. 书写方法
①找出两极放电的物质或离子
②分析得、失电子情况，写出放电后的产物
③如原子不能守恒，一般可两边添加H+、H2O 或 OH-、H2O
注意：电极反应产物是否与电解质溶液发生反应
归纳整理2：
电极反应式
(1)比较金属活动性强弱
例1：
下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是
C.将甲乙与稀硫酸组成原电池时甲是负极；
A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，
乙溶解，甲 上有H2气放出；
B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；
D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；
三、原电池的主要应用：
C
例2、 a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。a、b相连时，电流由a经导线流向b；c、d相连时，电子由d到c；a、c相连时，a极上产生大量气泡；b、d相连时，H+移向d极。则四种金属的活动性由强到弱的顺序为( )
D
A.a>b>c >d B.a>c>d>b C.c>a>b>d D.b>d>c>a
(2)比较反应速率
例3：
下列制氢气的反应速率最快的是
粗锌和 1mol/L 盐酸；
B.
A.
纯锌和1mol/L 硫酸；
纯锌和18 mol/L 硫酸；
C.
粗锌和1mol/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。
D.
D
三、原电池的主要应用：
(3)比较金属腐蚀的快慢
例4：
下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是
(4)
(2)
(1)
(3)
三、原电池的主要应用：
(4)原电池原理的综合应用
例5：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。
“热敷袋”是利用 放出热量。
2)炭粉的主要作用是 。
3)加入氯化钠的主要作用是 。
4)木屑的作用是 。
铁被氧化
与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化
氯化钠溶于水、形成电解质溶液
使用“热敷袋”时受热均匀
三、原电池的主要应用：
1.如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是
A.铁圈和银圈左右摇摆不定
B.保持平衡状态
C.铁圈向下倾斜，银圈向上倾斜
D.银圈向下倾斜，铁圈向上倾斜
D