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

第四章

第一節(jié)原電池第1課時(shí)

原電池的工作原理化學(xué)反應(yīng)與電能電能是我們?nèi)粘Ｉ钪袕V泛使用的一種二次能源，電能都是怎么來的呢？化學(xué)能風(fēng)能水能機(jī)械能電能我們知道，剛才提到的電能都屬于交流電，而生活中我們也經(jīng)常使用到直流電，那就是各種各樣的電池。這些電池中的電能是怎樣產(chǎn)生的呢？電池內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。PART01原電池的工作原理01原電池的工作原理一、原電池1.定義原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。那么原電池是如何將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的？01原電池的工作原理一、原電池01原電池的工作原理一、原電池電極反應(yīng)：Zn-2e-=Zn2+e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-e-H＋→H＋→H＋→Zn2＋→Zn2＋→Zn2＋→電極反應(yīng)：2H++2e-=H2↑←SO42－←SO42－←SO42－電流方向正極負(fù)極01原電池的工作原理一、原電池2.工作原理將一個(gè)完整的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行拆分，讓氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在不同的區(qū)域進(jìn)行，并用導(dǎo)線把兩個(gè)區(qū)域連起來，還原劑發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子通過導(dǎo)線移動(dòng)到還原反應(yīng)區(qū)域，使氧化劑得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，從而產(chǎn)生電流，這樣化學(xué)能就直接轉(zhuǎn)化為電能。那如何才能構(gòu)成一個(gè)原電池呢？01原電池的工作原理一、原電池3.構(gòu)成條件01原電池的工作原理一、原電池3.構(gòu)成條件組別溶液電極1電極2電流表指針結(jié)論實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)5實(shí)驗(yàn)6鹽酸鋅銅偏轉(zhuǎn)蔗糖鋅銅不偏轉(zhuǎn)構(gòu)成原電池需要有電解質(zhì)溶液氯化鈉鋅銅不偏轉(zhuǎn)鹽酸鎂銅偏轉(zhuǎn)構(gòu)成原電池需要有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)鹽酸鋅鋅不偏轉(zhuǎn)氫氧化鈉鋁銅偏轉(zhuǎn)構(gòu)成原電池需要有活潑性不同的兩塊電極01原電池的工作原理一、原電池3.構(gòu)成條件①有活潑性不同的兩塊電極（或相同電極處于不同環(huán)境）；②電極插入電解質(zhì)溶液（或熔融電解質(zhì)）中；③形成閉合回路；④有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)（該反應(yīng)為原電池的總反應(yīng)）。01原電池的工作原理一、原電池3.構(gòu)成條件例1.判斷以下裝置能否構(gòu)成原電池：能能能不能不能注意：①兩塊電極可以用導(dǎo)線相連，也可以直接接觸。

②電解質(zhì)或電極本身不一定參加原電池反應(yīng)。01原電池的工作原理一、原電池4.原電池正負(fù)極的判斷及規(guī)律在鋅銅原電池中，電子由鋅電極流出，經(jīng)外電路流向銅電極，電流則由銅電極經(jīng)外電路流向鋅電極，銅為原電池的正極，鋅為原電池的負(fù)極。一般情況下，在原電池中，較活潑的金屬為負(fù)極，較不活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘贋檎龢O。01原電池的工作原理一、原電池4.原電池正負(fù)極的判斷及規(guī)律特殊情況：①M(fèi)g、Al作電極，氫氧化鈉溶液為電解質(zhì)溶液Al為負(fù)極②Al、Zn作電極，濃硝酸為電解質(zhì)溶液鈍化前，Al為負(fù)極，鈍化后，Zn為負(fù)極③Fe、Cu作電極，濃硝酸為電解質(zhì)溶液鈍化前，F(xiàn)e為負(fù)極，鈍化后，Cu為負(fù)極01原電池的工作原理一、原電池4.原電池正負(fù)極的判斷及規(guī)律注意：通過電極材料判斷正負(fù)極時(shí)，不能完全根據(jù)金屬活動(dòng)性順序，還應(yīng)考慮電解質(zhì)溶液的實(shí)際情況。還有什么其他方法可以判斷原電池的正負(fù)極嗎？01原電池的工作原理一、原電池4.原電池正負(fù)極的判斷及規(guī)律正負(fù)極的規(guī)律電極名稱正極負(fù)極注意：①電子不能在電解質(zhì)溶液中移動(dòng)（電子不下水）。

②離子不能在導(dǎo)線中移動(dòng)（離子不上岸）。電流方向（外電路）電子方向（外電路）反應(yīng)類型反應(yīng)物化合價(jià)變化離子方向（電解質(zhì)溶液中）流出流入流入（得電子）流出（失電子）還原反應(yīng)氧化反應(yīng)降低升高陽離子移向正極陰離子移向負(fù)極電勢(shì)高電勢(shì)低01原電池的工作原理一、原電池4.原電池正負(fù)極的判斷及規(guī)律例2.鋅-空氣燃料電池可用作電動(dòng)車動(dòng)力電源，電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，兩個(gè)電極分別為鋅和石墨，電池的總反應(yīng)為2Zn+O2+

4OH－+2H2O══2Zn(OH)42－。下列說法正確的是（

）A．鋅電極為電池的負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng) B．電子從鋅電極經(jīng)KOH溶液移向石墨電極 C．溶液中的OH－向鋅電極移動(dòng) D．鋅電極的電勢(shì)高于石墨電極C01原電池的工作原理一、原電池請(qǐng)大家回憶一下我們之前看過的鋅銅原電池（單液原電池）的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)用導(dǎo)線將鋅片、銅片相連后，銅片上開始產(chǎn)生氣泡，鋅片上還有氣泡嗎？鋅片上仍然有氣泡產(chǎn)生01原電池的工作原理一、原電池因?yàn)殇\和稀硫酸溶液直接接觸，鋅失電子后，氫離子可以直接在鋅表面得到電子，這部分化學(xué)能沒有轉(zhuǎn)化為電能，導(dǎo)致原電池的效率不高，且電流在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)衰減，不適合實(shí)際應(yīng)用。那么，怎樣才能提高原電池的效率呢？01原電池的工作原理一、原電池5.雙液原電池——帶鹽橋ZnSO4溶液CuZn稀H2SO4鹽橋鹽橋中一般裝有飽和的KCl溶液和瓊脂制成的膠凍;膠凍的作用是防止管中溶液流出;K+和Cl-能在膠凍內(nèi)自由移動(dòng)。鹽橋01原電池的工作原理一、原電池5.雙液原電池——帶鹽橋Zn-2e－=Zn2+2H++2e－=H2↑e－K+Cl－ZnSO4溶液稀H2SO4鹽橋的作用：①連接兩個(gè)“半電池”，使之形成閉合回路；②傳導(dǎo)離子，平衡兩溶液內(nèi)電荷；③使兩個(gè)“半反應(yīng)”在兩個(gè)不同的燒杯中發(fā)生，提高原電池的效率。01原電池的工作原理二、電極反應(yīng)方程式的書寫及正誤判斷1.書寫步驟：①根據(jù)原電池總反應(yīng)或已知條件，找出反應(yīng)過程中元素化合價(jià)的變化，確定正、負(fù)極的反應(yīng)物和生成物；稀硫酸C2O42-CO2MnO4-Mn2+②先寫出正（負(fù)）極的反應(yīng)物、得（失）電子數(shù)，生成物；③利用溶液中的離子配電荷守恒（多為H+或OH-）；④配平整個(gè)電極反應(yīng)式（一般補(bǔ)水）。正極：MnO4-+5e-+8H+═Mn2++4H2O負(fù)極：C2O42--2e-═2CO2↑01原電池的工作原理二、電極反應(yīng)方程式的書寫及正誤判斷2.正誤判斷：一看電極與得失電子是否匹配（負(fù)失正得）；二看反應(yīng)是否配平（電荷守恒、元素守恒）；三看酸堿性是否正確（出現(xiàn)概率大）；四看反應(yīng)方向是否正確（二次電池）。01原電池的工作原理二、電極反應(yīng)方程式的書寫及正誤判斷例3.微生物電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,其工作原理如圖所示。下列有關(guān)微生物電池的說法錯(cuò)誤的是（

）A．負(fù)極反應(yīng)中有CO2生成B．質(zhì)子通過交換膜從負(fù)極區(qū)移向正極區(qū)C．負(fù)極的電極反應(yīng)式為C6H12O6+6H2O－24e-=6CO2↑+24H+D．正極的電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-=4OH-DPART02原電池原理的應(yīng)用02原電池原理的應(yīng)用一、比較金屬活動(dòng)性順序當(dāng)電解質(zhì)為酸性溶液時(shí)，原電池負(fù)極的金屬活動(dòng)性一般較強(qiáng)，正極的金屬活動(dòng)性一般較弱。例3.①②③④四種金屬片兩兩相連浸入稀硫酸中都可組成原電池。①②相連時(shí)，外電路電流從②流向①；①③相連時(shí)，③為正極；②④相連時(shí)，②上有氣泡逸出；③④相連時(shí)，③的質(zhì)量減少。據(jù)此判斷這四種金屬活動(dòng)性由大到小的順序是（

）A．①③②④ B．①③④② C．③④②① D．③①②④B02原電池原理的應(yīng)用二、加快氧化還原反應(yīng)速率構(gòu)成原電池的氧化還原反應(yīng)反應(yīng)速率比直接接觸的反應(yīng)速率快。例4.實(shí)驗(yàn)室用鋅和稀硫酸制取氫氣，向溶液中加入少量的硫酸銅溶液，可以加快氫氣產(chǎn)生的速率，原因是：___________________________________________________________。鋅置換出銅，覆在鋅的表面，形成原電池，氧化還原反應(yīng)速率加快02原電池原理的應(yīng)用三、設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源理論上，任何能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都能設(shè)計(jì)成原電池，我們生活中使用的各種電池，基本都是按照原電池原理設(shè)計(jì)而成。例5.根據(jù)原電池原理，將反應(yīng)Cu+2FeCl3══CuCl2+2FeCl2設(shè)計(jì)成雙液原電池