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(共30张PPT)
专题1 化学反应与能量变化
第二单元 化学能与电能的转化
1.2.1 原电池的工作原理
核心素养目标
科学态度与社会责任：
认识物质的量浓度在化学研究、化工生产及生活中的重要应用，增强运用化学知识解决实际问题的社会责任感。
证据推理与模型认知：
运用原电池模型解释金属腐蚀（如钢铁吸氧腐蚀）和防护原理，实现知识迁移应用。
宏观辨识与微观探析：
通过分析铜锌原电池的工作原理，理解氧化还原反应中电子守恒与能量转化的关系，形成 “化学能→电能” 的能量转化观。
教学重难点
重点
正负极判断、电极反应式书写及盐桥作用。
活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路及自发氧化还原反应。
根据总反应拆分正负极反应。
难点
理解盐桥如何避免氧化剂与还原剂直接接触，提升装置设计能力。
复杂体系中电极反应式的配平。
利用原电池加快反应速率及金属活动性比较。
课前导入
当你看到音乐贺卡播放时，是否想过背后的能量秘密？一张小小的纽扣电池，为何能让贺卡持续发声？这背后正是原电池的魔力 —— 一种将化学能直接转化为电能的装置。1800 年，伏打发明的 “伏打电堆” 开启了电化学的大门，而如今原电池原理已渗透到手机、汽车、航天等各个领域。
今天，我们将通过 “水果电池” 实验开启原电池探秘之旅，从电子转移的微观视角解析电流产生的本质，学习如何将氧化还原反应 “变身” 为原电池，揭开现代能源技术的基础密码！
01
原电池的工作原理
实验探究
【实验1】向一只烧杯中加入1.0 mol·L－1CuSO4溶液30 mL，再加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度，观察温度的变化。
【实验2】如图，向两只烧杯中分别加入30 mL 1.0 mol·L-1CuSO4溶液和30 mL 1.0 mol·L－1 ZnSO4溶液，将用导线与电流计相连接的锌片和铜片分别插入ZnSO4和CuSO4溶液中，将盐桥（注：盐桥中通常是装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子在盐桥中能移动）两端分别插入两只烧杯内的电解质溶液中，观察实验现象。取出盐桥，再观察实验现象。
铜锌原电池实验图
铜锌原电池构造和原理示意图
实验探究
实验现象及结论
实验现象 实验结论
实验1 溶液的温度升高 Zn与CuSO4溶液反应放出热量
实验2 插入盐桥： ①锌片溶解，铜片加厚变亮 ②CuSO4溶液的颜色变浅 ③电流计指针发生偏转 有电流产生
取出盐桥：电流计指针不发生偏转 无电流产生
实验1的能量变化的主要形式为化学能转化为热能；
实验2的能量变化的主要形式为化学能转化为电能。
铜锌双液原电池的工作原理
Zn片为负极，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，反应类型是氧化反应。
Cu片为正极，电极反应式为Cu2++2e-=Cu，反应类型是还原反应。
总反应式为Zn+Cu2+=Zn2++Cu
电子的流动方向：Zn片→导线→铜片。
盐桥中K+移向CuSO4溶液，Cl-移向ZnSO4溶液。
若取出盐桥，由于锌原子失去电子成为Zn2+进入溶液，使ZnSO4溶液因为Zn2+增多而带正电；同时Cu2+得到电子成为铜并沉积在铜片上，使CuSO4溶液因相对较多而带负电。这两种因素均会组织电子从锌片流向铜片，最终电流计指针回到零点。
盐桥
→作用：
①将两个半电池连接，形成闭合回路；
②原电池工作时，盐桥的存在，阴、阳离子分别移向两个半电池的电解质溶液中，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行
→优点：
避免还原剂和氧化剂直接接触，造成能量损耗，提高了电池的电流效率，有利于最大限度地将化学能转化为电能
与原电池相比，减少了Zn与CuSO4溶液因直接接触而反应产生的热能损耗。
原电池的构成
→半电池：
原电池由两个半电池组成，半电池包括电极材料和电解质溶液。
→电极材料：
一般情况下，两个活泼性不同的电极，相对活泼的金属作负极，较不活泼的金属（或导电的非金属）作正极。
→形成闭合回路：
两个半电池通过盐桥和导线连接，形成闭合回路。
两个隔离的半电池通过盐桥连接起来，盐桥中通常是装有含KCl饱和溶液的琼脂。
原电池的定义与构成
定义：原电池是将化学能转变为电能的装置
原电池的 构成条件
通常有能自发进行的氧化还原反应（本质条件）
两个能导电的电极
形成闭合回路（两电极接触或用导线连接）
电解质溶液或熔融电解质
原电池的工作原理
电极反应
电子流向
电流方向
离子移动方向
电势高低
阳离子流向正极，阴离子流向负极
电子由负极经导线流向正极。
负极失去电子，发生氧化反应；
正极得到电子，发生还原反应
电子由正极经导线流向负极。
正极电势高于负极电势
原电池的工作原理
负极
氧化反应
正极
还原反应
+
-
e-
外电路
电子迁移：负→正
内电路
离子迁移：
阳离子：移向正极
阴离子：移向负极
角度1
电极反应
角度2
粒子迁移
原电池正负极的判断
→看电极材料：一般情况下，两个活泼性不同的电极，相对活泼的金属作负极，较不活泼的金属或导电的非金属作正极。
→看电极反应：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
→看电子流向：电子从负极经导线流向正极。
→看离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
→看电极发生的现象：负极参加反应时，负极材料不断溶解质量减小，正极质量增加或质量不变。
原电池正负极的判断
负极
正极
电子流出
较活泼金属
阴离子
质量减轻
电流流入
氧化反应
阳离子
质量增加或产生气体
还原反应
不活泼金属或非金属
电流流出
电子流入
移向
移向
原电池原理的应用
1．加快化学反应速率
原理：在形成的原电池中，氧化反应和还原反应分别在两个电极上发生，溶液中的离子运动时相互干扰减小，电解质溶液中离子的运动更快，使化学反应速率加快。
举例：在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成微小Cu-Zn原电池，加快产生H2的速率。
2．比较金属的活动性强弱
原理：一般来说，负极金属的活动性强于正极金属。根据现象判断出原电池的正、负极，金属的活动性：负极强于正极。
02
原电池的设计
实验探究原电池的设计
【实验探究】根据离子反应Cu2++Fe=Cu+Fe2+设计一个原电池。
(1)画出原电池构造示意图，指出正负极。
(2)写出原电池的电极反应式
负极：Fe-2e-=Fe2+
正极：Cu2++2e-=Cu
原电池电极反应式的书写
→书写电极反应的原则：
电极反应必须符合加和性原则，即两电极反应相加，消去电子后得电池总反应式。利用此原则，电池总反应式减去已知的一电极反应得另一电极反应。
若已知总反应和一个电极反应，总反应-电极反应=另一个电极反应。(注意：电极反应转移电子必须相等)
→电极反应的书写步骤：
(1)找出原电池中发生的氧化还原反应，写出方程式并配平
(2)分析氧化还原反应中的氧化剂、还原剂及电子转移情况
(3)写出电极反应式
(4)若不能完整的写出氧化还原反应方程式，但必须找出氧化剂和还原剂
设计原电池的步骤
①用双线桥分析氧化还原反应的电子转移方向和数目；
②分别写出正、负极的电极反应式；
③根据电极反应式确定半电池的电极材料和电解质溶液：
电极材料：一般活泼金属作负极，不活泼金属（或非金属导体）作正极；
电解质溶液：负极电解液一般是负极金属对应的阳离子的溶液；正极电解液一般是氧化剂对应的电解质溶液。
设计原电池的要点
(1)确定从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。
(2)正确分析氧化还原反应，找出氧化剂和还原剂、电子转移情况。
(3)根据氧化剂和还原剂选择合适的电极材料和电解质溶液。
一般较活泼的金属作负极，较不活泼的金属(或非金属导体)作正极。
如果负极反应为金属失去电子的反应，则电极材料为该金属，电解质溶液为该金属的阳离子溶液；正极材料选用比负极金属稳定的材料。
03
课堂小结
04
课堂练习
1．在如图所示的柠檬水果电池中，外电路上的电子从电极Y流向电极X。若X为铅电极，则Y可能是(　　)
A．锌 B．银 C．石墨 D．铜
A
2．下列有关原电池负极的说法正确的是(　　)
A．一定是活泼金属
B．工作时电极本身一定被氧化
C．工作时一定有电子流出
D．一定带负电荷
C
3．下列能形成原电池装置并能产生明显电流的是(　　)
C
4．用铜片、银片、CuSO4溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂—KNO3的U形管)构成一个原电池。下列有关该原电池的叙述正确的是(　　)
①铜电极的质量减少　②正极反应为Ag＋＋e－=Ag　③在外电路中，电流由铜电极流向银电极　④实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作
A．①② B．②③ C．②④ D．③④
A
感谢您的聆听

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