4.1.1 原電池 課件 高二上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能第一節(jié)原電池

第1課時(shí)原電池的工作原理核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)1.復(fù)習(xí)必修第二冊(cè)中的銅鋅原電池裝置,鞏固原電池裝置的構(gòu)造及形成條件。2.通過(guò)實(shí)驗(yàn),認(rèn)識(shí)雙液原電池相比普通原電池的優(yōu)點(diǎn),特別是鹽橋的作用,培養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想等學(xué)科核心素養(yǎng)。3.依據(jù)帶鹽橋的鋅銅原電池裝置,學(xué)會(huì)分析電子和陰、陽(yáng)離子的移動(dòng)方向,并以電極反應(yīng)式的形式表達(dá)出來(lái),培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知、變化觀念與平衡思想等學(xué)科核心素養(yǎng)?；顫娦圆煌娊赓|(zhì)構(gòu)成條件：兩極、一液、一線、一反應(yīng)~原電池將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，組成原電池需要什么條件？下列所示裝置是否能構(gòu)成原電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能？請(qǐng)說(shuō)明理由。原電池的組成：①有兩種活動(dòng)性不同的電極（金屬或?qū)щ姺墙饘賳钨|(zhì)）②電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)；③形成閉合回路；④自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。ABCDEFMN

CuSO4√√√√內(nèi)電路：電子流出（或電流流進(jìn)）的一極叫負(fù)極，電子流進(jìn)（或電流流出）的一極叫正極。Zn-Cu-CuSO4原電池，你知道Cu是正極還是負(fù)極嗎？？Cu是正極CuZn---Zn2+Cu2+Cu2+Zn－2e－=Zn2+

Cu2++2e-

=Cu氧化反應(yīng)還原反應(yīng)負(fù)極正極SO42-發(fā)生溶解紅色物質(zhì)析出外電路內(nèi)電路電子流向：負(fù)極

沿導(dǎo)線

正極電流方向：正極沿導(dǎo)線負(fù)極外電路：陰離子負(fù)極陽(yáng)離子正極模型構(gòu)建CuSO4溶液e-Zn2+CuZnCu2+1.鋅片上的紅色物質(zhì)是什么？為什么鋅片上有紅色物質(zhì)生成？因?yàn)殇\與CuSO4溶液直接接觸，發(fā)生置換反應(yīng)，所以鋅片表面有銅析出。2.一段時(shí)間后，為什么電流表讀數(shù)不斷減??？剛開(kāi)始鋅片逐漸溶解，銅片表面有紅色固體生成，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；一段時(shí)間后，因?yàn)殂~在鋅表面析出后，與CuSO4溶液一起形成了原電池，產(chǎn)生的電流并沒(méi)有經(jīng)過(guò)電流表，所以電流表的讀數(shù)不斷減小，很快電流為03.該原電池在工作中有何缺點(diǎn)？4.如何改進(jìn)缺點(diǎn)？電極材料與電解質(zhì)溶液接觸，即沒(méi)有將氧化劑與還原劑分開(kāi)，不易控制工作時(shí)，鋅片上也有銅析出，原電池的電動(dòng)勢(shì)很快降低，電壓不穩(wěn)定邏輯推理原子守恒、電子守恒、電荷守恒、能量守恒原電池裝置如何改造，能改進(jìn)電極材料與電解質(zhì)溶液接觸的缺點(diǎn)？解決問(wèn)題的關(guān)鍵：還原劑Zn與氧化劑CuSO4分開(kāi)兩個(gè)溶液間缺少離子導(dǎo)體，無(wú)法形成閉合回路。為什么沒(méi)有電流？該如何解決？科學(xué)精神兩個(gè)溶液間缺少離子導(dǎo)體，無(wú)法形成閉合回路。怎么辦？

鹽橋鹽橋一種凝膠態(tài)的離子導(dǎo)體ZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCuA思考1：鹽橋中有電子流過(guò)嗎？不能，兩溶液中SO42-濃度不變沒(méi)有思考2：兩溶液中的離子能通過(guò)鹽橋嗎？思考3：鹽橋中K+和Cl-的移動(dòng)方向？K+向正極移動(dòng)，Cl-向負(fù)極移動(dòng)；只出不進(jìn)Zn2＋Cu2＋①溝通內(nèi)電路，兩個(gè)半電池形成閉合回路②平衡電荷③產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流思考4：鹽橋作用Cl－K＋K＋Cl－邏輯推理

鹽橋中裝有飽和的KCl溶液和瓊脂制成的瓊膠，瓊膠能讓膠體不流出，K+和Cl-能在其中自由移動(dòng)。2.下列有關(guān)圖甲和圖乙的敘述不正確的是A.均發(fā)生了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程B.Zn和Cu既是電極材料又是反應(yīng)物C.工作過(guò)程中，電子均由Zn電極經(jīng)導(dǎo)線流向Cu電極D.相同條件下，圖乙比圖甲的能量利用效率高B負(fù)極：Zn-2e-Zn2+

正極：Cu2++2e-Cu電流較大，衰減快，轉(zhuǎn)化效率低電流較小，電流穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化效率高雙液原電池一個(gè)原電池由兩個(gè)半電池組成，一個(gè)發(fā)生氧化反應(yīng)，一個(gè)發(fā)生還原反應(yīng)，兩個(gè)半電池用鹽橋連接。Zn片Cu片ZnSO4CuSO4Zn2＋Cu2＋Cl－K＋K＋Cl－雙液原電池改進(jìn)?增大電流呢？縮短鹽橋的長(zhǎng)度，增大鹽橋的橫截面積思考6：對(duì)比雙液原電池電流弱的原因？1.離子運(yùn)動(dòng)的距離長(zhǎng)2.離子運(yùn)動(dòng)的通道窄3.離子容量小傳遞電子，溝通外電路；隔離氧化劑和還原劑,溝通內(nèi)電路,不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)電子定向移動(dòng)思考5：導(dǎo)線的作用：鹽橋的作用：1、陽(yáng)離子交換膜：只允許陽(yáng)離子通過(guò)3、質(zhì)子交換膜：只允許H+通過(guò)2、陰離子交換膜：只允許陰

離子通過(guò)縮短鹽橋的長(zhǎng)度，增大鹽橋的橫截面積。能否用一張薄薄的隔膜代替鹽橋呢？離子交換膜是一種含離子基團(tuán)的、對(duì)溶液里的離子具有選擇透過(guò)能力的高分子膜。邏輯推理歸納總結(jié)單液原電池雙液原電池隔膜原電池隔膜原電池微型化1.兩極2.電解質(zhì)溶液3.導(dǎo)線4.自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)電池四要素—離子導(dǎo)體—電子導(dǎo)體例3、依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag＋(aq)＋Cu(s)=Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示。鹽橋XYACuSO4溶液電流計(jì)Ag請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)電極X的材料是

；電解質(zhì)溶液Y是

；(2)銀電極為電池的

極，發(fā)生的電極反應(yīng)為：_________________________；X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為

；(3)外電路中的電子是從

電極流向

電極。銅(或Cu)AgNO3溶液正Ag＋＋e－=AgCu-2e－

=Cu2＋負(fù)(Cu)正(Ag)設(shè)計(jì)思路負(fù)極負(fù)極材料______________負(fù)極反應(yīng)物____________正極正極材料______________正極反應(yīng)物_____________電子導(dǎo)體_________離子導(dǎo)體_________6.請(qǐng)選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾驮噭?，將反?yīng)2Fe3＋＋2I-

=2Fe2＋＋I(xiàn)2，設(shè)計(jì)成一個(gè)原電池，請(qǐng)?zhí)畋砀瘢涸诜娇騼?nèi)畫(huà)出簡(jiǎn)單的裝置示意圖，并標(biāo)明使用的材料和試劑。石墨KI溶液石墨FeCl3溶液導(dǎo)線鹽橋控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3＋＋2I-

=2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判斷錯(cuò)誤的是A．反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，甲中的石墨電極為正極B．反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，乙中的石墨電極上I-發(fā)生氧化反應(yīng)C．電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)D．電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中的石墨電極為負(fù)極D（2021·全國(guó)）設(shè)計(jì)原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋強(qiáng)。（1）寫(xiě)出能說(shuō)明氧化性Fe3＋大于Cu2＋的離子方程式：___________________________________。（2）若要將上述反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，電極反應(yīng)式分別是：①負(fù)極：_______________________②正極：_______________________。（3）畫(huà)出裝置圖，指出電極材料和電解質(zhì)溶液：①不含鹽橋②含鹽橋2Fe3＋＋Cu==2Fe2＋＋Cu2＋2Fe3＋＋2e-=2Fe2＋

Cu-2e-=Cu2＋

3、（安徽高考題）高密度儲(chǔ)能電池鋅溴電池如圖所示，總反應(yīng)為Zn+Br2=ZnBr2。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．電極M為正極B．負(fù)極的電極反應(yīng)式為Zn-2e-=Zn2+D．每轉(zhuǎn)移2mole-，理論上有1molZn2+通過(guò)離子交換膜C．隨著放電的進(jìn)行，ZnBr2溶液的濃度減小C3.

某種利用垃圾滲透液發(fā)電的裝置示意圖如下。工作時(shí),下列說(shuō)法中不正確的是()A.鹽橋中

向Y極移動(dòng)C.電子由X極沿導(dǎo)線流向Y極B.化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹹.Y極發(fā)生的反應(yīng)為

,周?chē)鷓H增大A5.

某研究性學(xué)習(xí)小組根據(jù)反應(yīng)2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4=2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O設(shè)計(jì)如下原電池，其中甲、乙兩燒杯中各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度均為1mol·L－1，溶液的體積均為200mL，鹽橋中裝有飽和K2SO4溶液。回答下列問(wèn)題：（1）此原電池的正極是石墨

（填“a”或“b"”），發(fā)生

反應(yīng)。（2）電池工作時(shí)，鹽橋中的SO42－移向

（填“甲”或“乙”）燒杯。（3）寫(xiě)出兩燒杯中的電極反應(yīng)式：甲

，乙

。（4）若不考慮溶液的體積變化，MnSO4濃度變?yōu)?.5mol·L－1，則反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子

mol。a還原乙MnO4－＋5e－＋8H＋=Mn2＋＋4H2OFe2＋－e－=Fe3＋0.5市場(chǎng)上出售的許多自熱產(chǎn)品如暖寶寶、蒸汽眼罩等等。其主要成分是：鐵屑、炭粉、木屑與少量NaCl、水等。它在使用之前，需要塑料袋與空氣隔絕。使用時(shí)開(kāi)啟塑料袋上的小孔，輕輕揉搓就會(huì)有熱量放出。當(dāng)使用完后還會(huì)發(fā)現(xiàn)有鐵銹生成。(1)他們使用時(shí)，為什么會(huì)放出熱量？(3)試寫(xiě)出有關(guān)的電極反應(yīng)式和化學(xué)方程式(2)碳粉的主要作用是什么？氯化鈉又起了什么作用？鐵被氧氣氧化放熱。

負(fù)極：2Fe-4e-=2Fe2+

正極：O2+2H2O+4e-=4OH-

總反應(yīng)：4Fe+3O2+6H2O=4Fe(OH)3碳粉的主要作用是和鐵粉、氯化鈉溶液一起構(gòu)成原電池