原電池的工作原理（第1課時(shí)）高二上學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修1

第一節(jié)

原電池第一課時(shí)

原電池工作原理人教版2019選擇性必修一

第四章

化學(xué)反應(yīng)與電能請(qǐng)你設(shè)計(jì)！用銅片、鋅片，CuSO4溶液設(shè)計(jì)原電池，寫出總反應(yīng)方程式、電極反應(yīng)式，并預(yù)測能觀察到的現(xiàn)象。課堂思考Zn2+Cu2+原電池構(gòu)成條件①具有兩個(gè)能導(dǎo)電的電極②具有電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)前提：自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)一般為兩種活動(dòng)性不同的金屬或金屬與能導(dǎo)電的非金屬（石墨等）③電極間形成閉合回路一、單液原電池及工作原理1.原電池及工作原理e－e－e－e－Zn2+Cu2＋e－e－SO42－內(nèi)電路：陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極(離子不上岸)－+外電路：電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極(電子不下水)負(fù)極：氧化反應(yīng)Zn－

2e－=Zn2＋正極：還原反應(yīng)Cu2＋+2e－=Cu總反應(yīng)：Zn＋Cu2+

＝Zn2++Cu整個(gè)電路構(gòu)成了閉合回路，帶電粒子的定向移動(dòng)產(chǎn)生電流實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)測現(xiàn)象：只有銅片表面附著紅色固體，電流表指針偏轉(zhuǎn)。2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析預(yù)測的現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象鋅片逐漸溶解鋅片表面有紅色物質(zhì)生成銅片上有紅色物質(zhì)析出銅片上有紅色物質(zhì)析出電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)電流表指針先發(fā)生偏轉(zhuǎn)后，示數(shù)逐漸減小課堂思考請(qǐng)你思考！“鋅片表面附著紅色固體，電流逐漸衰減”的原因?，F(xiàn)象原因鋅片表面附著紅色固體電流逐漸衰減Zn與Cu2+直接接觸發(fā)生反應(yīng)，Zn片、附著在Zn上的Cu以及CuSO4溶液局部形成了原電池，促進(jìn)了Cu在鋅片表面析出。轉(zhuǎn)移的電子沒有經(jīng)過導(dǎo)線，電流逐漸衰減該裝置能量轉(zhuǎn)化率低的原因是什么？如何解決？3.單液原電池(1)單液原電池的缺點(diǎn)：①鋅與CuSO4溶液直接接觸，可發(fā)生置換反應(yīng)，導(dǎo)致部分化學(xué)能轉(zhuǎn)為熱能。②工作時(shí)，鋅片上也有銅析出，原電池的電動(dòng)勢很快降低，電壓不穩(wěn)定

。(2)解決問題的關(guān)鍵：還原劑Zn與氧化劑CuSO4不直接接觸4.原電池裝置的改進(jìn)①還原劑Zn與氧化劑CuSO4不直接接觸ZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCu？A兩個(gè)溶液間缺少離子導(dǎo)體，無法形成閉合回路。該如何解決？②加一個(gè)合適的“橋梁”溝通兩種電解質(zhì)溶液4.原電池裝置的改進(jìn)ZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCu？A二、雙液原電池及其工作原理1.鹽橋：一種凝膠態(tài)的離子導(dǎo)體，通常是將浸泡了飽和KCl溶液的瓊膠裝在U型管中。特點(diǎn)：①.鹽橋中的K+、Cl-可以自由移動(dòng)②.瓊膠起到固定作用，防止KCl溶液直接流出來。③.離子只出不進(jìn)。2.雙液原電池實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象【實(shí)驗(yàn)4-1】如圖4-1所示，將置有鋅片的ZnSO4溶液和置有銅片的CuSO4溶液用一個(gè)鹽橋連接起來，然后將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接，并在中間串聯(lián)一個(gè)電流表，觀察現(xiàn)象。取出鹽橋，觀察電流表的指針有何變化。Ae-ZnSO4溶液CuSO4溶液+ZnCu電流表鹽橋圖4-1鋅銅原電池示意圖2.雙液原電池實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有鹽橋存在時(shí)，電流表指針偏轉(zhuǎn),取出鹽橋，電流表指針不再偏轉(zhuǎn)思考與討論3.雙液原電池工作原理K＋Cl-e-Zn2+ZnCu2＋Cu負(fù)極正極含負(fù)極金屬離子的鹽溶液

含正極金屬離子的鹽溶液

總反應(yīng)：Zn+

Cu2+

=

Cu

+Zn2+鹽橋：K+向正極移動(dòng)，Cl-向負(fù)極移動(dòng)負(fù)極(氧化反應(yīng))：Zn-2e-=Zn2+

正極(還原反應(yīng))：Cu2+

+2e-

=

Cu4.鹽橋的作用①溝通內(nèi)電路，形成閉合回路

②平衡兩側(cè)的電荷，使溶液保持電中性；③避免電極與電解質(zhì)溶液的直接接觸，放電更持久。請(qǐng)結(jié)合圖4-1繪制反映原電池工作原理的示意圖，并與同學(xué)交流。示意圖要求包括以下內(nèi)容：(1)注明原電池的組成；(2)標(biāo)明氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)發(fā)生的區(qū)域；(3)標(biāo)明電子的運(yùn)動(dòng)方向和陰離子、陽離子的遷移方向。思考與討論+-負(fù)極氧化反應(yīng)正極還原反應(yīng)典例精講【例1】用銅片、銀片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、導(dǎo)線和鹽橋（裝有含KCl飽和溶液的瓊膠）構(gòu)成一個(gè)原電池（如下圖）。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是(

)①在外電路中,電子由銅電極流向銀電極②正極反應(yīng)為Ag++e-

=Ag③實(shí)驗(yàn)過程中取出鹽橋，原電池仍繼續(xù)工作④將銅片浸入AgNO3溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)

與該原電池反應(yīng)相同A.只有①②

B.①②④C.只有②③D.①③④B課堂思考請(qǐng)你總結(jié)！單液、雙液鋅銅原電池的異同原電池雙液電池單液電池電極反應(yīng)正極：Cu2++2e-Cu負(fù)極：Zn-2e-Zn2+

正極：Cu2++2e-Cu負(fù)極：Zn-2e-Zn2+

電極材料正極：銅片;負(fù)極：鋅片正極：銅片;負(fù)極：鋅片離子導(dǎo)體ZnSO4溶液、鹽橋、CuSO4溶液CuSO4溶液電子導(dǎo)體導(dǎo)線導(dǎo)線5.利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究單、雙液銅鋅原電池工作效率儀器：朗威數(shù)據(jù)采集器、電流傳感器、溫度傳感器、電腦、燒杯、導(dǎo)線。藥品：0.5mol/LCuSO4溶液、0.5mol/LZnSO4溶液、鹽橋、銅片1條、鋅片1條。利用所給藥品和儀器按照如圖所示裝置連接電路：【實(shí)驗(yàn)】5.利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究單、雙液銅鋅原電池工作效率電流較小，電流穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化效率高電流較大，衰減快，轉(zhuǎn)化效率低雙液原電池電流弱的原因是什么？meiyangyang8602你知道嗎？雙液原電池電流弱的原因？課堂思考改進(jìn)?縮短鹽橋的長度，增大鹽橋的橫截面積能否用一張薄薄的隔膜代替鹽橋呢？①離子運(yùn)動(dòng)的距離長②離子運(yùn)動(dòng)的通道窄③離子容量小改進(jìn)?三、隔膜原電池1.隔膜：將電池的正負(fù)極材料隔開，防止兩極接觸發(fā)生短路（不同的膜形成不同的離子通道）。2.常見的三種離子交換膜CuZnZnSO4溶液CuSO4溶液交換膜①陽離子交換膜：只允許陽離子通過③質(zhì)子交換膜：只允許H+通過②陰離子交換膜：只允許陰離子通過電流強(qiáng)而且穩(wěn)定3.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能力的高分子膜。陰離子交換膜：只允許陰離子通過陽離子交換膜只允許陽離子通過質(zhì)子交換膜只允許H＋通過課堂小結(jié)名稱單液原電池雙液原電池隔膜原電池優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)電流強(qiáng)1.能量轉(zhuǎn)化率低2.氧化劑與還原劑直接接觸，壽命短1.內(nèi)阻大，電流弱2.鹽橋需要定期更換1.能量轉(zhuǎn)化率高2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長1.能量轉(zhuǎn)化率高2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長3.內(nèi)阻小，電流強(qiáng)典例精講【例2】（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+通過離子交換膜C．隨著放電的進(jìn)行，ZnBr2溶液的濃度減小C隨堂演練1、鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關(guān)敘述正確的是（）A．電子從鋅極經(jīng)過導(dǎo)線移向銅極B．銅電極上發(fā)生反應(yīng)C．電池工作一段時(shí)間后，乙池的

減小D．電池工作一段時(shí)間后，甲池的

增加A1、根據(jù)原電池原理設(shè)計(jì)原電池④畫出原電池裝置圖。畫原電池裝置圖時(shí)注意電極材料和導(dǎo)線的粗細(xì)差異，電解質(zhì)溶液也要畫出，并進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)注。①根據(jù)總反應(yīng)分析化合價(jià)變化，找出氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。②根據(jù)負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)確定原電池的正、負(fù)極。③結(jié)合正、負(fù)極和電極反應(yīng)確定電極材料和電解質(zhì)溶液等，完成原電池裝置的設(shè)計(jì)。四、原電池原理的應(yīng)用隨堂演練3.依據(jù)氧化還原反應(yīng)：Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag設(shè)計(jì)的原電池如圖所示。請(qǐng)回答下列問題：(1)電極X的材料是___，電解質(zhì)溶液Y是_____________。(2)銀電極的電極反應(yīng)式是____________________；X電極的電極反應(yīng)式是________________。(3)外電路中的電子是從___________極流向___________極。(4)該原電池的正極是____，還可以選用____________等材料。銅硝酸銀溶液2Ag＋＋2e－=2AgCu－2e－=Cu2＋負(fù)(或銅)正(或銀)銀鉑、石墨典例精講【例3】根據(jù)原電池工作原理，將下列氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池：2Fe3++2I-2Fe2++I2要求：（1）分別寫出氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。（2）根據(jù)原電池構(gòu)成要素，選擇合適的物質(zhì)或材料，并畫出原電池的工作原理示意圖。典例精講（1）氧化反應(yīng)：2I--2e-I2還原反應(yīng)：2Fe3++2e-2Fe2+（2）（2）（1）氧化反應(yīng)：2I--2e-I2還原反應(yīng)：2Fe3++2e-2Fe2+同學(xué)甲同學(xué)乙石墨石墨石墨石墨（2）同學(xué)丙只允許K+或Cl-通過的隔膜（1）氧化反應(yīng)：2I--2e-I2還原反應(yīng)：2Fe3++2e-2Fe2+

如在Zn與稀硫酸的反應(yīng)體系中加入少量CuSO4溶液，Zn能置換出少量Cu，在溶液中Zn、Cu、稀硫酸構(gòu)成原電池，可以加快產(chǎn)生H2的速率。2、加快氧化還原反應(yīng)速率如要保護(hù)一個(gè)鐵閘門，可用導(dǎo)線將其與鋅塊相連，使鋅塊作原電池的負(fù)極，鐵閘門作正極。3、用于金屬的防護(hù)

如金屬a、b用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中，若金屬b上有氣泡產(chǎn)生，根據(jù)原電池原理可判斷b為正極，金屬活動(dòng)性a>b。4、比較金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱特例：Mg/Al/NaOH溶液形成的原電池中Al作負(fù)極，M