4.1 原电池 课件(共27张PPT含视频) 高中化学人教版（2019）选择性必修1

(共27张PPT)
第四章 化学反应与电能
第一节 原电池
第1课时 原电池的工作原理
硫酸铜溶液
锌片
铜片
Zn－2e－=Zn2+
氧化反应
负极
发生溶解
Cu2++2e－=Cu
还原反应
正极
析出红色固体
外电路
内电路
负极 沿导线 正极
正极 沿导线 负极
电子流向：
电流方向：
阳离子 正极
阴离子 负极
原电池总反应：_____________________
注意：电子不下水，
离子不上岸。
Zn+Cu2+=Zn2++Cu
1.原电池的工作原理
Cu2+
Zn2+
SO42-
Cu2+
SO42-
电子导体
离子导体
由于这种原电池中氧化反应与还原反应并没有完全隔开，锌与其接触的CuSO4溶液发生反应，电流会逐渐衰减
( CuSO4＋Zn===ZnSO4＋Cu )
如何优化这种电池呢？
【交流讨论】
请分析“锌片表面附着红色固体，电流逐渐衰减” 的原因。
解决问题的核心：使还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触
双液
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？
单液
一种凝胶态的离子导体
盐桥中通常装有含KCl饱和溶液的琼胶， K+和Cl-可在其中自由移动
盐桥
随着反应的进行ZnSO4溶液中Zn2+离子浓度增大，为使ZnSO4溶液保持电中性，盐桥中的Cl-会移向ZnSO4溶液
随着反应的进行CuSO4溶液中Cu2+离子浓度减小，为使CuSO4溶液保持电中性，盐桥中的K+会移向CuSO4溶液
盐桥的作用？请标明电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向
Cl-
K+
Zn2+
Cu2+
e-
e-
e-
e-
Zn - 2e- Zn2+
Cu2+ + 2e- Cu
（1）形成闭合回路
（2）平衡电荷
（3）避免反应物直接接触
Zn+Cu2+ = Zn2++Cu
化合价升高→
氧化产物
失e-→
还原剂→
被氧化 →
氧化反应→
化合价降低→
还原产物
得e-→
氧化剂→
被还原→
还原反应→
氧化还原概念之间的相互关系
2.原电池的构成要素
负极 正极
电极反应
电极材料
离子导体 电子导体 Zn+Cu2+ = Zn2++Cu
应用一 加快化学反应速率
应用二 比较金属活动性强弱
稀硫酸
A
发生溶解
产生气泡
B
3.原电池的应用
设计思路及依据 实验装置
确定负极 负极材料
负极反应物 确定正极 正极材料 正极反应物 构成 闭合回路 离子导体 电子导体 2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2
只允许K+或Cl-通过的隔膜
根据原电池工作原理，设计成原电池：
应用三 设计原电池
第四章 化学反应与电能
第一节 原电池
第2-3课时 化学电源
结构简单
一次电池
反复使用
二次电池
连续工作
燃料电池
新型电池
铅酸电池
干电池
银锌电池
镍氢电池
锂电池
单位质量或单位体积输出的能量（比能量）或输出功率（比功率）
判断电池的优劣
质量小
便于
携带
价格
便宜
体积小
反复
使用
内阻小
连续
工作
寿命长
构造示意图
负极材料：____
负极反应物：_____
正极材料：____
正极反应物：_________
NH4Cl糊的作用：____________
Zn
Zn
石墨
MnO2
电解质溶液
1.一次电池
（1）普通锌锰干电池
总反应：Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl ＝ Zn(NH3)2Cl2 + 2MnO(OH)
单液电池
普通锌锰干电池曾一度长期占据市场，但现在却逐渐被替代，为什么呢？
原因1：会发生自放电
原因2：电解质氯化氨为酸性，会腐蚀电池的锌筒且反应有氢气生成，易造成电池膨胀及漏液现象
普通锌锰干电池内部结构
Zn
石墨棒
NH4Cl
MnO2
NH4Cl
ZnCl2
A
放置不同时间后的普通锌锰干电池
1.一次电池
（2）碱性锌锰干电池
Zn－2e－+ 2OH －= Zn(OH)2
电解质溶液
2MnO2 + 2H2O + 2e- = 2MnO(OH) + 2OH-
总反应：Zn + 2MnO2 + 2H2O = 2MnO(OH) + Zn(OH)2
特点：碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好，其比能量和可储存时间均有所提高
金属外壳
离子型
导电隔膜
Zn粉和
KOH混合物
铜针
MnO2和
KOH混合物
负极反应：_________________________
正极反应：
______________________________________
KOH的作用：____________
2.二次电池
（1）铅蓄电池
构造示意图
总反应：PbO2 + 2H2SO4 +Pb 2PbSO4 + 2H2O
放电
充电
负极反应：_________________________________
正极反应：_________________________________
PbO2+4H++SO42-+2e- PbSO4+2H2O
Pb +SO42- - 2e- PbSO4
【放电过程】
特点：①电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉。②比能量低、笨重
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负极
氢氧燃料电池工作原理示意图
正极
总反应
H2
O2
电解质溶液呈酸性(H2SO4)
(pH↓)
(pH↑)
3.燃料电池
（1）氢氧燃料电池
2H2－4e－===4H＋
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
2H2＋O2===2H2O
负极
正极
总反应
电解质溶液呈碱性(KOH)
(pH↓)
(pH↑)
3.燃料电池
（1）氢氧燃料电池
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
2H2＋O2===2H2O
3.燃料电池
特点：
①工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给并在电极上进行反应，生成物不断地被排出，能连续不断地提供电能。
②能量转换率高，有利于节约能源。
③排放的废弃物少，绿色环保。
燃料电池具有广阔的发展前景。除了氢气，烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体均可作燃料电池的燃料。燃料电池将化学能转化为电能的转化率超过80％，远高于转化率仅30％ 多的火力发电，大大提高了能源的利用率。
思考：酸性(碱性)条件下，甲烷、肼、甲醇、氨作为燃料时，负极的电极反应式？
甲烷 (CH4)
肼(N2H4)
甲醇(CH3OH)
氨(NH3)
示例分析：固体氧化物燃料电池
固体氧化物燃料电池采用固体氧化物为电解质(ZrO2/Y2O3)。固体氧化物在高温下具有传递O2-的能力，在电池中起传递O2-和分离燃料和氧化剂的作用。
负极
正极
总反应
固体氧化物燃料电池(ZrO2)
（1）氢氧燃料电池
3.燃料电池
2H2 - 4e- + 2O2－ = 2H2O
O2 + 4e- = 2O2－
2H2 + O2＝2H2O
3.燃料电池
熔融碳酸燃料电池(K2CO3)
（1）氢氧燃料电池
DALUHUAXUEGOGNZUOSHI
负极
正极
总反应
H2 - 2e- + CO32- = H2O +CO2
O2 + 4e- + 2CO2 = 2CO32-
2H2 + O2＝2H2O
引领电池技术革新的薄型柔性电池
柔性电池是一种可以弯曲和扭曲的电池。相比传统的刚性电池，柔性电池在设计和使用上提供了更多的灵活性，可应用于医疗设备、生物医学传感器、柔性显示器和智能手表等。
柔性电池的制作材料和技术各不相同，常见的包括锂离子电池、固态电池、有机电池等。这些电池通常由薄膜材料构成，可通过印刷、涂布、挤出等方法制造。