原電池的工作原理（課件）-高二化學(xué)（人教版2019選擇性必修1）

走進(jìn)奇妙的化學(xué)世界2022-2023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課時原電池的工作原理普通干電池充電干電池鈕扣電池筆記本電腦專用電池攝像機(jī)專用電池手機(jī)電池比亞迪汽車公司設(shè)計的磷酸鐵鋰電池：充電一小時，續(xù)航500公里。

學(xué)習(xí)

目標(biāo)第1課時原電池的工作原理PART01PART02PART03以銅鋅原電池為例，理解原電池的工作原理學(xué)會判斷原電池的正負(fù)極掌握原電池的電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式的書寫判斷下列裝置哪些屬于原電池H2SO4ZnZn（1）石墨石墨H2SO4（2）H2SO4Zn石墨（3）ZnCuH2SO4（4）CuSO4ZnCu（5）C2H5OHZnCu（6）ZnCuZnSO4CuSO4（7）

負(fù)極正極外電路內(nèi)電路原電池一、組成原電池的條件有兩種活動性不同的金屬（或一種是非金屬單質(zhì)或金屬氧化物）作電極。②電解質(zhì)溶液③形成閉合電路④能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)兩極，一液，一回路，自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)分為兩個半電池進(jìn)行二、工作原理：氧化反應(yīng)Zn-2e=Zn2+

銅鋅原電池還原反應(yīng)Cu2+

+2e-=Cu負(fù)極正極外電路內(nèi)電路ZnCu失e-，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生電解質(zhì)溶液陰離子陽離子電子的移動方向：負(fù)極→正極離子的移動方向：陽正陰負(fù)電子不下水離子不上岸學(xué)生實(shí)驗(yàn)：儀器：銅片1條、鋅片1條、導(dǎo)線、靈敏電流計藥品：1mol/LH2SO4溶液利用所給藥品和儀器按照如圖所示裝置將兩電極伸入到硫酸溶液中：1、觀察兩極表面現(xiàn)象變化；2、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將電極從電解質(zhì)溶液中取出。H2SO4溶液ZnCuA單液原電池教師演示實(shí)驗(yàn)：儀器：銅片1條、鋅片1條、導(dǎo)線、數(shù)據(jù)采集器、電流傳感器藥品：1mol/LH2SO4溶液利用所給藥品和儀器按照如圖所示裝置連接電路：1、觀察電流數(shù)據(jù)變化；2、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將電極從電解質(zhì)溶液中取出。H2SO4溶液ZnCuA宏觀現(xiàn)象鋅片Zn-2e-=Zn2+銅片2H++2e-=H2↑電流傳感器鋅片表面產(chǎn)生氣泡銅片表面產(chǎn)生氣泡開始電流強(qiáng)度較大，隨后減弱思考與交流：1.為什么電流會逐漸減小？2.能否阻止Cu2+在鋅片表面還原？思考3：如何避免H+在鋅片上得電子，提高原電池能量轉(zhuǎn)化效率?思考1：

鋅極上有氣泡產(chǎn)生說明什么問題？

鋅失去的電子沒有完全經(jīng)過導(dǎo)線，導(dǎo)致化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能效率降低，電池壽命短。鋅片不能伸入H2SO4溶液中單液原電池思考2：

H+在鋅片上得電子會導(dǎo)致什么后果？

一部分H+直接在鋅片表面得電子生成H2ZnSO4溶液

CuSO4溶液ZnCuA？改進(jìn)硫酸銅

CuZnA？如何改進(jìn)原電池裝置？再探單液電池【交流·研討一】H2SO4溶液ZnCuAH2SO4溶液ZnACu浸有NaCl溶液的濾紙條ZnSO4溶液【交流·研討一】如何改進(jìn)原電池裝置？1.鋅片可以插入什么溶液中?2.怎樣能使電解質(zhì)溶液連通構(gòu)成原電池？科學(xué)視野溶液的導(dǎo)電能力與離子的遷移速率有關(guān)陰陽離子的遷移速率接近可以提高導(dǎo)電能力298.15K時一些離子在水溶液中的離子遷移率U(m2?S-1

?V-1)陽離子離子遷移率陰離子離子遷移率H+36.30OH-20.52K+7.62SO42-8.27Ba2+6.59Cl-7.91Na+5.19NO3-7.40Li+4.01HCO3-4.61雙液—鹽橋電池【實(shí)驗(yàn)二】【觀察提示】1、電流表指針偏轉(zhuǎn)情況，工作一段時間有無變化2、電解質(zhì)溶液的變化3、電極表面的變化4、取出鹽橋后的變化ZnCuAZnSO4溶液

CuSO4溶液內(nèi)容：將鋅片和銅片分別用夾子夾好與電流表串聯(lián)，再同時放入盛有ZnSO4溶液和CuSO4溶液的燒杯中。雙液—鹽橋電池學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：儀器：銅片1條、鋅片1條、導(dǎo)線、靈敏電流計、浸有NaCl溶液的濾紙條藥品：1mol/LH2SO4溶液、ZnSO4溶液利用所給藥品和儀器按照如圖所示裝置連接電路：1、觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)；2、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將電極從電解質(zhì)溶液中取出。H2SO4溶液ZnCuAZnSO4溶液現(xiàn)象：有鹽橋存在時電流表指針偏移銅片表面有銅析出鋅片逐漸溶解隨著時間的延續(xù)，能產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電流現(xiàn)象：有鹽橋存在時電流表指針偏移銅片表面有銅析出鋅片逐漸溶解隨著時間的延續(xù)，能產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電流取出鹽橋無電流產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)結(jié)論：鋅片（還原劑）在與H+（氧化劑）沒有直接接觸的情況下也能構(gòu)成原電池，但是需要合適的“橋梁”溝通兩種電解質(zhì)溶液。雙液原電池鹽橋：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)。教師演示實(shí)驗(yàn)：儀器：銅片1條、鋅片1條、導(dǎo)線、數(shù)據(jù)采集器、電流傳感器藥品：1mol/LH2SO4溶液、ZnSO4溶液利用所給藥品和儀器按照如圖所示裝置連接電路：1、觀察傳感器記錄電流數(shù)據(jù)變化；2、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將電極從電解質(zhì)溶液中取出。H2SO4溶液ZnAZnSO4溶液Cu雙液原電池現(xiàn)象：電流弱，但是比較穩(wěn)定思考7：鹽橋有什么作用？思考6：鹽橋中K+和Cl-的移動方向？思考4：鹽橋中有電子流過嗎？不能，兩溶液中SO42-濃度不變1.溝通內(nèi)電路，形成閉合回路；2.提供離子，保持兩溶液電中性；3.提高能量轉(zhuǎn)化效率雙液原電池的工作原理Zn片Cu片ZnSO4H2SO4Zn2＋H＋Cl－K＋沒有思考5：兩溶液中的離子能通過鹽橋嗎？K+向正極移動，Cl-向負(fù)極移動；K＋Cl－只出不進(jìn)1、根據(jù)上述原理，為獲得較長時間的穩(wěn)定電流，如何將“Zn-稀H2SO4-Cu”組成的原電池（如左下圖）進(jìn)行簡單改裝？A稀H2SO4鋅片銅片ZnSO4ZnCuH2SO4A2、依探究實(shí)驗(yàn)4的原理，按以下反應(yīng)設(shè)計一個原電池裝置，畫出裝置圖。

Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2AgAAgNO3銀片銅片AgNO3AgCuCu(NO3)2A電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。但若是兩個半反應(yīng)分別在兩個燒杯中進(jìn)行，則左右兩個燒杯中的電解質(zhì)溶液應(yīng)與電極材料具有相同的陽離子。3．某原電池裝置如圖所示。下列有關(guān)敘述中正確的是(

)(鹽橋中裝有含瓊膠的KCl飽和溶液)A．Fe作正極，發(fā)生氧化反應(yīng)B．工作一段時間后，兩燒杯中溶液pH均不變C．負(fù)極反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑D．工作一段時間后，NaCl溶液中c(Cl－)增大解析:該裝置是原電池。A項(xiàng)，在該原電池中Fe作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；B項(xiàng)，工作一段時間后，左邊的燒杯中會含有大量的Fe2＋，溶液的pH減小，右邊燒杯中的H＋不斷放電產(chǎn)生氫氣，因此燒杯中溶液pH會逐漸增大；C項(xiàng)，負(fù)極反應(yīng)是Fe－2e－===Fe2＋；D項(xiàng)，工作一段時間后，左側(cè)燒杯中由于Fe2＋不斷進(jìn)入溶液，根據(jù)溶液呈電中性原則，鹽橋中的Cl－會進(jìn)入該燒杯溶液中，則該燒杯溶液中c(Cl－)增大。D1、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：只允許陰離子通過改進(jìn)?增大電流呢？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？思考8：雙液原電池電流弱的原因？1.離子運(yùn)動的距離長2.離子運(yùn)動的通道窄3.離子容量小教師演示實(shí)驗(yàn)：儀器：銅片1條、鋅片1條、導(dǎo)線、數(shù)據(jù)采集器、電流傳感器、離子交換膜槽藥品：1mol/LH2SO4溶液、ZnSO4溶液利用所給藥品和儀器按照如圖所示裝置連接電路：1、觀察傳感器記錄電流數(shù)據(jù)變化；2、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將電極從電解質(zhì)溶液中取出。隔膜原電池現(xiàn)象：電流強(qiáng)而且穩(wěn)定隔膜原電池思考9：隔膜原電池中離子是如何移動的呢，離子濃度怎樣變化？SO42-向負(fù)極移動，ZnSO4(aq)中c(SO42-)增大，H2SO4(aq)中c(SO42-)減小思考10：能否將隔膜原電池體積變小變薄，更接近生活中電池呢？銅電極滴有H2SO4溶液的濾紙隔膜滴有ZnSO4溶液的濾紙鋅電極陰離子交換膜學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：請同學(xué)們按照右圖組裝原電池裝置，觀察電流計指針是否偏轉(zhuǎn)名稱單液原電池雙液原電池隔膜原電池優(yōu)點(diǎn)缺