4.1.1 原电池的工作原理 课件(共39张PPT) 2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修1

(共39张PPT)
章
四
第
化学反应与电能
第1节
原电池
第1课时
原电池的工作原理
思考1：伏打电池的发明源于一个有趣的生物实验：在死去的青蛙腿上同时插入用导线连接着两种不同材料的电极，青蛙腿就像触电似的痉挛起来。
你知道其中的奥妙吗？
思考2 张奶奶自从镶了两颗假牙（一颗金牙、一颗钢牙）后，经常头痛失眠，这是为什么？
蛙腿痉挛和镶假牙，这两种现象都是由电流引起的，那么这里的电流是如何产生的？
思考与讨论
普通干电池
手机电池
笔记本电脑
专用电池
“神七”用
太阳能电池
铅蓄电池
思考与讨论
一、原电池
1、概念：
将化学能转化成电能的装置叫做原电池。
理解：
①外形－－无外加电源
②自发的氧化还原反应才可能被设计成原电池
讲授新课
Cu
Zn
稀硫酸
-
-
-
Zn2+
H+
H+
Zn－2e- = Zn2+
负极
正极
2H+ + 2e-=H2↑
总反应式:
Zn+2H+= Zn2++H2↑
负
正
氧化反应
还原反应
现象：
A
原电池工作原理
阳离子
阴离子
正极
负极
锌棒溶解，铜棒上有气泡
讲授新课
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
电解质中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动
1. 原电池工作原理
讲授新课
2、构成原电池的条件
（1）必须自发进行氧化还原反应；
（3）两个电极必须插入电解质溶液中或熔融的电解质中；
（4）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
讲授新课
判断下列装置能否构成原电池
（可以）
（可以）
（可以）
（不可以）
结论
原电池形成条件一：活泼性不同的两个电极
讲授新课
某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是( )
A.Mg B.Fe
C.Al D.Cu
B
随堂小练
判断下列装置能否构成原电池
（可以）
（不可以）
结论
原电池形成条件二：电极插在电解质溶液中
讲授新课
判断下列装置能否构成原电池
（不可以）
可以
结论
原电池形成条件三：必须形成闭合回路
讲授新课
A
B
C
D
E
F
M
N
下列哪几个装置能形成原电池？
O
V
X
V
V
X
X
X
X
V
随堂小练
下列关于原电池的叙述中，正确的是（ ）
A．把电能转化为化学能，发生氧化还原反应
B．外电路中电子从负极流向正极
C．电子从活泼金属流向不活泼金属，不活泼金属为负极
D．正极发生氧化反应
B
随堂小练
单液原电池
H2SO4 溶液
A
按此方法设计的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？
主要原因：负极与阳离子直接接触
【说明】由于装置中Cu2+与Zn直接接触，Zn失电子后， Cu2+可以直接在锌片上得到电子，所以这种原电池的效率不高，电流在短时间内就会衰减。
讲授新课
锌半电池
铜半电池
电极反应：
负极：
正极：
总反应：
Cu2++2e- =Cu
Zn－2e- =Zn2+
Zn + Cu2+= Zn2+ + Cu
锌铜原电池（盐桥）
ZnSO4溶液
Cu
Zn
CuSO4溶液
盐桥
[双液原电池（带盐桥）]
讲授新课
ZnSO4溶液
H2SO4溶液
Zn
Cu
A
盐桥中一般装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻;
胶冻的作用是防止管中溶液流出;
K+和Cl-能在胶冻内自由移动。
盐桥
讲授新课
　　　
SO42－
Zn2+
e－
e－
SO42－
Cu2+
K+
盐桥工作示意图
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－
讲授新课
由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。
在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。取出盐桥，Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+变为Cu，使得SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。
讲授新课
从而持续稳定的产生电流。提高了能量转换率
2. 保障了电子通过外电路从锌到铜的不断转移
3. 沟通内电路传导离子，使之成为闭合回路
1. 平衡电荷，使连接的两溶液保持电中性
盐桥的作用
讲授新课
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型管）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- =Ag
③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
随堂小练
正、负极的判断
根据电子流动方向
电子流出的极
电子流入的极
——负极
——正极
阴离子移向的一极
阳离子移向的一极
根据离子流向
微观判断
——负极
——正极
讲授新课
发生氧化反应的极
发生还原反应的极
④根据电极有气泡冒出
——负极
——正极
质量增加的电极
工作后
质量减少的电极
——正极
——负极
工作后，有气泡冒出的电极为正极
较活泼的电极材料
较不活泼的电极材料
—负极
—正极
①根据电极材料
宏
观
判
断
②根据原电池电极发生的反应
③根据电极质量的变化
讲授新课
判断电极时，不能简单地依据金属的活动性顺序来判断，要看反应的具体情况。如：
(1)Al在强碱溶液中比Mg更易失电子，Al作负极、Mg作正极。
(2)Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu更难失电子，Cu作负极、
Fe、Al作正极。
特别提醒
1. 比较金属活动性强弱
对于酸性电解质，一般是负极金属的活动性较强，正极金属的活动性较弱。
2. 加快氧化还原反应的速率
构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。
例如：实验室制取氢气时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应速率快；或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，产生氢气的速率加快。
原电池原理的应用
讲授新课
3. 设计化学电池
(1)理论上，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。
(2)外电路：还原性较强的物质在负极上失去电子，氧化性较强的物质在正极上得到电子。
(3)内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。
原电池的设计思路 ——“两极一液一连线”
讲授新课
下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是（ ）
C.将甲乙作电极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
C
随堂小练
把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。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由强到弱的为 ( )
A．a > b > c > d B．a > c > d > b
C．c > a > b > d D．b > d > c > a
B
随堂小练
X、Y、Z、M、N代表五种金属。有以下化学反应：①水溶液中，X+Y2+=X2++Y ；②Z+2H2O(冷)=Z(OH)2+H2↑ ；③M、N为电极与N盐溶液组成原电池，电极反应为M-2e-=M2+；④Y可以溶于稀硫酸,中，M不被稀硫酸氧化，则这五种金属的活动性由弱到强的顺序是( )
A．M＜N＜Y＜X＜Z B.N＜M＜X＜Y＜Z
C．N＜M＜Y＜X＜Z D.X＜Z＜N＜M＜Y
C
随堂小练
下列制氢气的反应速率最快的是（ ）
A.纯锌和1mol/L 硫酸
B.纯锌和18 mol/L 硫酸
C.粗锌和 1mol/L 硫酸
D.粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液
D
随堂小练
原电池的设计
设计中需要关注的问题：
1、有一个自发进行的氧化还原反应
2、要有电极材料
3、电解质溶液
4、组成闭合回路
5、装置
讲授新课
设计盐桥原电池的思路：
还原剂和氧化产物为负极的半电池
氧化剂和还原产物为正极的半电池
Zn+2Ag+=Zn2++2Ag
根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液
外电路用导线连通，可以接用电器
内电路是将电极浸入电解质溶液中，并通过盐桥沟通内电路
画出装置示意图
讲授新课
利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2，设计出两种原电池，画出原电池的示意图，并写出电极反应方程式。
(+)
(-)
G
Zn
Pt
FeCl3溶液
负极(Zn)：
Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）
正极(Pt或C)：
2Fe3++2e-=2Fe2+ （还原反应）
(+)
(-)
ZnCl2溶液
FeCl3溶液
盐桥
G
Zn
C
负极（Zn）：
Zn-2e-=Zn2+ （氧化反应）
正极（Pt或C）：
2Fe3++2e-=2Fe2+ （还原反应）
随堂小练
一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2++Cu,该反应的的原电池正确组合是（ ）
A B C D
正极 Zn Cu Cu Fe
负极 Cu Zn Zn Zn
电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl
C
随堂小练
①判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。
Cu C
FeCl3溶液
负极： Cu 失电子 Cu - 2e- = Cu2+
正极： Fe3+得电子 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+
A
Cu+2FeCl3 =CuCl2 +2FeCl2
先写出总反应：即负极与电解质溶液反应
拆成离子方程式：
Cu + 2Fe3＋ = Cu2＋ + 2Fe2＋
根据化合价升降判断正负极
电极方程式的书写
1.简单原电池电极方程式的写法
讲授新课
②请写出右边原电池的电极方程式。
总反应方程式：
负极：Al，失e-
2Al - 6e－ ＝ 2Al3+
2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O
负极总反应： 2Al +8OH- －6e－ ＝2AlO2- + 4H2O
正极：总反应－负极反应
6H2O ＋6e－ ＝6OH—＋ 3H2↑
Mg Al
NaOH溶液
A
拆成离子方程式：
2Al + 2OH－ + 2H2O = 2AlO2－ + 3H2↑
根据化合价升降判断正负极
2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑
讲授新课
由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 pH( )
A.不变 B.先变大后变小
C逐渐变大 D.逐渐变小
C
随堂小练
１、定义:
原电池
把化学能转化成电能的装置。
2、原电池的工作原理
3、原电池工作原理的应用
总结归纳
感谢您的观看