1.2 课时1 原电池的工作原理 课件 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修1

(共22张PPT)
第2节 化学能转化为电能——电池 课时1
第1章 物质的性质与转化
1.理解铜锌原电池的构成、工作原理及应用；
2.初步形成原电池模型，并能利用模型解释陌生原电池的工作原理。
纽扣电池
铅蓄电池
干电池
手机电池
笔记本电池
电池究竟是一种什么样的装置？它们在工作时，装置中发生了什么变化？
联想 · 质疑
联想 · 质疑
盐桥：盐桥中通常装有琼脂凝胶，内含氯化钾或硝酸铵。
盐桥中的离子能够定向移动。通过盐桥可将两个相互隔离的电解质溶液连接起来，传导电流。
活动 · 探究
活动 · 探究
下列装置能否构成原电池将化学能转化成电能？
编号 实验现象
Ⅰ
Ⅱ
锌片逐渐溶解，溶液颜色变浅，铜片表面有红色固体析出，指针偏转
锌片逐渐溶解，铜片表面有红色物质析出，指针偏转时间较长
活动 · 探究
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分析两个原电池各部分的作用，确定其电极反应物、电极材料和离子导体。
装置 负极材料 正极材料 电极反应物 离子导体
Ⅰ
Ⅱ
锌片
铜片
Zn、Cu2+
CuSO4溶液
锌片
铜片
Zn、Cu2+
ZnSO4溶液、盐桥、CuSO4溶液
阴离子移向
分析两个原电池的工作原理。
负极
正极
e-
电解质溶液
阳离子移向
I
1.电子流向：原电池中电子由负极流出，经导线流向正极；两极转移电子数相等。
3.离子移动方向：溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
2.电流方向：电流方向与电子流向恰好相反，即由正极经导线流向负极。
一、原电池的工作原理
[思考] 该锌铜原电池工作时，电子的运动方向是怎样的？
CuSO4溶液
Zn
Cu
ZnSO4溶液
e-
[思考] 该铜锌原电池工作时，离子在电解质溶液中的运动方向是怎样的？
Zn2+
Cu2+
负极一端Zn失去电子变成Zn2+进入溶液，电子由负极通过导线流向正极；正极一端的Cu2+获得电子变成Cu沉积在铜片上。
[思考] 盐桥中的离子是怎样运动的？
盐桥中的Cl-移向ZnSO4溶液，K+移向CuSO4溶液，使氧化还原反应持续进行。
CuSO4溶液
Zn
Cu
ZnSO4溶液
[思考] 该锌铜原电池可看作由两个半电池组成，一个发生氧化反应，另一个发生还原反应。试写出两个电极上的反应及总反应的离子方程式？
锌片：Zn－2e－===Zn2+
铜片：Cu2++2e－===Cu
总反应：
Cu2++Zn===Cu+Zn2+
（还原反应）
（氧化反应）
活动 · 探究
活动 · 探究
下列装置能否构成原电池将化学能转化成电能？请说明理由
(1)有能自发进行的氧化还原反应。
(2)有两种活动性不同的能导电的电极。
(3)两极相连形成闭合回路。
原电池的
形成条件
Zn
Cu
稀盐酸
稀盐酸
×
稀H2SO4
Cu
C
×
比较铜锌原电池I与铜锌原电池Ⅱ构成上的差异，哪一种原电池化学能转化电能的效率高？
第二种 铜锌原电池I中，电极材料与电解质溶液接触，部分Zn与Cu2+直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，锌表面也构成了原电池，电流强度弱，不稳定；铜锌原电池Ⅱ中，锌与Cu2＋彼此隔离，锌发生氧化反应失去的电子都通过导线，能较充分将化学能转化为电能，能量转化率高。
思考与交流
二、原电池的应用
1.比较金属的活动性强弱
原电池中,　　　一般是活动性较强的金属,　　　一般是活动性较弱的金属(或非金属)。
正极
负极
[例1]a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池，若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时， c极上产生大量气泡；b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序为 （ ）
A.a>b>c>d B.a>c>d>b
C.c>a>b>d D.b>d>c>a
B
2.加快氧化还原反应的速率
在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的粒子运动时相互干扰小,使反应速率加快。
如：1.实验室制H2时，纯锌比粗锌与酸反应慢。
2.实验室制H2时，可加入少量CuSO4以加快反应速率。
3.生铁比纯铁与酸反应较快。
[思考]若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀硫酸反应制取H2,哪种方法产生H2的速率快
粗锌
[思考] 请利用2Al+3Cu2+===2Al3++3Cu，设计原电池：
如何判断原电池的正负极呢？
3.设计原电池
原电池正负极的判断
负极
正极
离子移向
电极材料
电极反应
电子流向
电极现象
活泼的金属
较不活泼的金属或非金属
阳离子移向
还原反应
电子流入
电极增重、产生气体
阴离子移向
氧化反应
电子流出
电极溶解
CuSO4溶液
Al
Cu
Al2(SO4)3溶液
负极
正极
2Al+3Cu2+===2Al3++3Cu
负极：Al－3e－===Al3+
（还原反应）
（氧化反应）
正极：Cu2++2e－===Cu
[设计思路]
a.有自发的氧化还原反应；
b.把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应，由此确定电极反应；
c.确定电极材料及其电解液，构成闭合回路；
d.画出原电池装置示意图。
电极反应的书写方法
【练一练】
1.判断正误。
(1)理论上说,任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。(　　)
(2)在原电池中,发生氧化反应的一极一定是负极。(　　)
(3)用Mg、Al分别作为电极,用NaOH溶液作为电解液构成的原电池,
Mg为正极。(　　)
(4)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正
极移动。(　　)
(5)一般来说,带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池效率
高。(　　)
(6)原电池放电时,外电路中电流由负极流向正极。(　　)
2.分析下图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是(　　)
A.①②中Mg是负极,③④中Fe是负极
B.②中Mg是正极,电极反应为6H2O+6e- === 6OH-+3H2↑
C.③中Fe是负极,电极反应为Fe-2e- === Fe2+
D.④中Cu是正极,电极反应为2H++2e- === H2↑
B
3.判断下列装置的正负极，并写出电极方程式？
负极：
正极：
总反应式：
Mg-2e－===Mg2+
2H++2e－===H2↑
2H++Mg===H2↑+Mg2+
负极：
正极：
总反应式：
2Al+2OH－+2H2O===2AlO2 +3H2↑
－
2Al+8OH－-6e－===2AlO2+4H2O
－
6H2O+6e－===6OH－+3H2↑
[注意] 原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。
4.依据氧化还原反应: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　　　　极流向　　　极。
Cu-2e-=Cu2+
Cu
AgNO3溶液
正
2Ag++2e-=2Ag
负(Cu)
正(Ag)
5.等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀硫酸,同时向a中滴入少量的CuSO4溶液,如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系,其中正确的是(　　)
D
e－
e－
负极
正极
氧化反应
还原反应
阳离子迁移方向
阴离子迁移方向
外电路
内电路