资源简介

(共34张PPT)
第一节 原电池
第1课时
化学反应与电能
第四章
知识导航
原电池原理的应用
2
原电池的工作原理
1
本节重点
本节难点
新课导入
现代生活离不开方便实用的化学电源，各种各样的化学电源都是依据原电池的原理制造的。
知识梳理
原电池的工作原理
通过必修二的学习，我们已经知道，将锌片、铜片置于稀硫酸中并以导线连接起来组成原电池，可以获得电流。
锌铜原电池示意图
大鹿化学工作室
负极电极反应
正极电极反应
总反应方程式
(还原反应)
2H+ + 2e- H2↑
Zn - 2e- Zn2+
(氧化反应)
Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2↑
知识梳理
稀硫酸
锌片
铜片
Zn－2e－=Zn2+
氧化反应
负极
发生溶解
2H++2e－=H2↑
还原反应
正极
产生气泡
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：_____________________
原电池——工作原理
化学反应与电能
注意：电子不下水，
离子不上岸
Zn+2H+=Zn2++H2↑
知识梳理
原电池的工作原理
通过必修二的学习，我们已经知道，将锌片、铜片置于稀硫酸中并以导线连接起来组成原电池，可以获得电流。
锌铜原电池示意图
大鹿化学工作室
由于这种原电池中氧化反应与还原反应并没有完全隔开，如锌与其接触的稀硫酸发生反应，电流会逐渐衰减
( Zn+2H+=Zn2++H2↑ )
知识梳理
为什么没有直接利用该装置作为化学电源呢？
装置携带不方便，能量转化不充分
产生氢气容易爆炸
电池电流电压容易受到硫酸浓度的影响而不稳定
硫酸本身是强烈腐蚀性的，安全性差
反应本身不好控制，容易发热起火等等
化学反应与电能
知识梳理
单位质量或单位体积输出的能量多
化学反应与电能
理想的化学电源的特点
质量小
便于
携带
价格
便宜
体积小
连续工作
内阻小
重复使用
寿命长
知识梳理
如何优化这种电池呢？
化学反应与电能
知识梳理
该装置能量转化率低的原因
化学反应与电能
探究：原电池装置的优化
由于这种原电池中氧化反应与还原反应并没有完全隔开，如锌与其接触的稀硫酸发生反应，电流会逐渐衰减
( Zn+2H+=Zn2++H2↑ )
知识梳理
化学反应与电能
探究：原电池装置的优化
解决问题的核心：使还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触
单液
双液
知识梳理
化学反应与电能
探究：原电池装置的优化
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？
解决问题的核心：使还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触
知识梳理
知识梳理
一种凝胶态的离子导体
化学反应与电能
探究：原电池装置的优化
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
解决问题的核心：使还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触
知识梳理
化学反应与电能
探究：原电池装置的优化
解决问题的核心：使还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触
知识梳理
化学反应与电能
剖析：双液原电池的工作原理
原电池的组成
负极
正极
知识梳理
氧化反应
还原反应
化学反应与电能
剖析：双液原电池的工作原理
标明氧化反应和还原反应发生的区域
负极
正极
知识梳理
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
化学反应与电能
剖析：双液原电池的工作原理
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
知识梳理
化学反应与电能
探究：原电池装置的优化
双液原电池的工作原理
负极：Zn - 2e- Zn2+
盐桥中的离子迁移进入两侧电解质溶液，联通了两侧电解质溶液，从而形成闭合回路
正极：Cu2+ + 2e- Cu
Cl-
K+
Zn2+
Cu2+
e-
e-
e-
e-
知识梳理
双液电池
单液电池
知识梳理
电池工作时，装置中各物质或材料的作用是什么？
Cl-
K+
Zn2+
Cu2+
e-
e-
e-
e-
知识梳理
Cu片
Zn片
CuSO4溶液
ZnSO4溶液
盐桥
导线
化学反应与电能
剖析：双液原电池的工作原理
Cl-
K+
Zn2+
Cu2+
e-
e-
e-
e-
原电池中各部分的作用
电极材料
电极反应物 电极材料
电极反应物 离子导体
离子导体
离子导体
电子导体
知识梳理
双液原电池的工作原理
构成条件
化学反应与电能
( 进行电子转移的场所 )
活动性不同的两块电极材料
条件一
电极均与电解质溶液接触
条件二
形成闭合回路
条件三
能自发进行的氧化还原反应
条件四
( 内电路，实现离子定向迁移 )
( 外电路，实现电子定向转移 )
( 还原剂-氧化反应、氧化剂-还原反应 )
知识梳理
化学反应与电能
剖析：双液原电池的工作原理
Cl-
K+
Zn2+
Cu2+
e-
e-
e-
e-
原电池中各部分的作用
双液原电池解决了电池自损耗的问题
知识梳理
应用一 加快化学反应速率
化学反应与电能
总结：双液原电池的应用
原因：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互干扰减少，打破静电屏蔽效应，电子得以顺利从负极沿导线移向正极，使得反应速率增大。
知识梳理
应用二 比较金属活动性强弱
化学反应与电能
总结：双液原电池的应用
原理：一般情况下，两种金属分别作原电池的两极时，作负极的金属比较活泼，发生氧化反应；作正极的金属的活泼性相对较差，发生还原反应。
举例：有两种金属A和B，用导线连接插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，根据原电池原理，金属活泼性A大于B
稀硫酸
A
发生溶解
产生气泡
B
原电池正负极的判断
负极
判断依据
正极
不活泼金属（非金属）
电子流向
电子流入
电极材料
活泼金属
电子流出
电流流出
电流流向
电流流入
离子趋向
阴离子移向
阳离子移向
电极反应
氧化反应
还原反应
电极现象
电极减轻
电极增重或产生气体或pH增大
原电池
拓展延伸
1799年，意大利科学家伏打发明了世界上最早的电池--伏打电池。由于它的诞生，加深了人们对光、热、电磁、化学变化之间的关系的认识，导致了与电化学、电磁相联系的一系列重大的科学发现，也为电力应用开辟了广阔的前景。
人类历史上的第一块电池--伏打电池
随堂演练
1．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是(　　)
答案　A
解析　装置B、C中无化学反应发生；D不能形成闭合回路；只有A能形成原电池，铜电极上有氢气产生。
随堂演练
2．有关电化学知识的描述正确的是(　　)
A．CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能
B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含KCl饱和溶液的琼胶
C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成
D．从理论上讲，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
答案　D
解析　CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应；KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。
随堂演练
3．铜锌原电池(如图)工作时，下列叙述正确的是(　　)
A．正极反应为Zn－2e－===Zn2＋
B．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
C．在外电路中，电子从铜极流向锌极
D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
答案　B
解析　电池的正极得电子，A选项错误；结合该电池的装置图可知，该过程中的氧化还原反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，B选项正确；外电路中，电子从负极流向正极，C选项错误；左烧杯中由于Zn失去电子形成Zn2＋，使得该烧杯中正电荷的离子增加，为维持电中性，K＋应该通过盐桥流向CuSO4所在的右烧杯中，D选项错误。
随堂演练
4.如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向烧杯中央滴入M的浓溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)(　　)
A．当M为CuSO4、杠杆为导体时，A端低，B端高
B．当M为AgNO3、杠杆为导体时，A端高，B端低
C．当M为盐酸、杠杆为导体时，A端高，B端低
D．当M为CuSO4、杠杆为绝缘体时，A端低、B端高
答案　A
解析　杠杆为导体时，该装置形成原电池，Fe为负极、Cu为正极，A、B、C三个选项中Fe均会溶解，质量减轻，所以B端高。杠杆为绝缘体时，不形成原电池，D选项中只在铁球上发生Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu的反应，铁球质量增加，B端低。
随堂演练
5.某化学兴趣小组利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的原电池装置，下列说法正确的是(　　)
A．Zn为负极，发生还原反应
B．b电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
C．电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极
D．电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜
答案　D
解析　根据Cl－的移动方向可知，b电极为负极，a电极为正极，根据电池反应式可知，Zn发生失电子的氧化反应，即b电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，A、B项错误；电子流动方向是b电极→导线→a电极，C错误；正极材料的活泼性应比负极材料弱，D正确。
课堂小结
第一节
原电池
第1课时
原电池的工作原理
原电池的应用
原电池的构成条件
实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥)
加快化学反应速率
金属活动性强弱比较
设计原电池

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