《高中化学 第1章 化学反应与能量转化 第3节 化学能转化为电能电池（第1课时）原电池的工作原理课件1 鲁科版选修4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学 第1章 化学反应与能量转化 第3节 化学能转化为电能电池（第1课时）原电池的工作原理课件1 鲁科版选修4（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、选修选修4第第1章章3节节 化学能转化为电能化学能转化为电能-电池电池第第1课时原电池的工作原理课时原电池的工作原理1学习目标学习目标了解原了解原电池及工作原理池及工作原理掌握化学能掌握化学能转化化为电能能认识化学反化学反应原理原理为人人类提供能量提供能量的重要性，增的重要性，增强创新意新意识一、铜锌原电池的实验探究1装置有两种活泼性不同的金属（或一种是非金属有两种活泼性不同的金属（或一种是非金属 单质或金属氧化物）作电极。单质或金属氧化物）作电极。 电极材料均插入电解质溶液中。电极材料均插入电解质溶液中。两极相连形成闭合电路。两极相连形成闭合电路。 （1 1）内部条件：）内部条件：能自发进行
2、氧化还原反应；能自发进行氧化还原反应；（2 2）外部条件：）外部条件：构成原电池的条件：构成原电池的条件： 讨论讨论1：以下哪些装置可以形成原电池？以下哪些装置可以形成原电池？ CuSO4溶液溶液 ZnCuA 稀硫酸稀硫酸 FeFeBNaOH溶液溶液 MgAlE稀硫酸稀硫酸 稀硫酸稀硫酸 ZnCuF 纯酒精纯酒精 FeCG KOH溶液溶液 DH2O2PtPt NaCl溶液溶液FeCC2盐桥盐桥(1)成分：成分：KCl饱和溶液。饱和溶液。(2)离离 子子 移移 动动 方方 向向 ： Cl移移 向向 溶溶 液液 ； K移移 向向 溶液。溶液。(3)作用作用使两个半电池溶液连成一个通路。使两个半电池
3、溶液连成一个通路。使两溶液保持电中性。使两溶液保持电中性。ZnSO4CuSO43实验现象 电流计指针电流计指针是否偏转是否偏转电极表面变化情况电极表面变化情况锌片质量锌片质量 ，铜片质量，铜片质量锌片质量锌片质量 ，铜片质量，铜片质量偏转偏转减少减少增加增加4.实验分析及电极反应 Zn极极Cu极极电子流动电子流动得失电得失电子子电子经导线由电子经导线由 流向流向电极名电极名称称电极反电极反应应反应类反应类型型失电子负极氧化反应还原反应溶液中Cu2得电子正极Cu22eCuZnZn22e负极正极二、原电池二、原电池1定义定义：将：将 转化为转化为 的装置。的装置。2构成条件构成条件(1)由由两两种
4、种活活泼泼性性不不同同的的金金属属或或由由金金属属和和非非金金属属作作电电极极，一一般般较较活活泼泼金金属属作作 ，较较不不活活泼泼金金属属或或非金属作非金属作 。(2)两电极必须同时浸在两电极必须同时浸在 中。中。(3)两电极之间要用导线两电极之间要用导线(或盐桥或盐桥)形成形成 。(4)能自发地发生氧化还原反应能自发地发生氧化还原反应(有明显电流产生时需具备此条件有明显电流产生时需具备此条件)。化学能电能负极正极电解质溶液闭合回路氧化反应氧化反应Zn-2e=Zn2+ 铜锌原电池铜锌原电池电解质电解质溶液溶液H2SO4失失e，沿导线传递，有电流产生，沿导线传递，有电流产生还原反应还原反应2H
5、+2e- =H2阴离子阴离子阳离子阳离子总反应：总反应：负极负极正极正极 2H+2e- =H2Zn-2e- =Zn2+Zn+2H+=Zn2+H2Zn+H2SO4=ZnSO4+H2(离子方程式）离子方程式）（化学方程式）（化学方程式）电电极极反反应应正极：正极：负极：负极：（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）阳离子阳离子原原 电电 池池 原原 理理外电路外电路内电路内电路3工作原理(以铜锌原电池为例)3 3、原电池的工作原理：、原电池的工作原理： 电极电极电极材料电极材料电极反应电极反应反应类型反应类型总反应总反应锌片锌片 Zn - 2eZn - 2e- - = Zn = Zn2+2
6、+ 氧化反应氧化反应 铜片铜片 2H2H+ + + 2e + 2e- - = H = H2 2 还原反应还原反应 电子由锌片经外电路流向铜片电子由锌片经外电路流向铜片 负极负极 正极正极 Zn+2HZn+2H+ +=Zn=Zn2+2+ H+ H2 2（负极（负极正极）正极）电子流向：电子流向： 负极上负极上还原性较强的物质还原性较强的物质失去电子失去电子发生发生氧化反应氧化反应， 电子从负极经外电路流向正极，电子从负极经外电路流向正极， 正极上正极上氧化性较强的物质氧化性较强的物质得到电子得到电子发生发生还原反应还原反应。CuZn- - -Zn2+H+H+SO42-Ae-原电池的工作原理示意图
7、：原电池的工作原理示意图： 开放探究(1)构成原电池的化学反应有何特点？(2)如何用反应2Fe3Fe=3Fe2设计原电池？提示：(1)必须是自发的氧化还原反应，原电池是化学能转化为电能的装置，发生的反应必定是放热反应，即反应的焓变小于零。(2) (其他答案合理也可) 正正、负极的判断、负极的判断1由由组组成成原原电电池池的的电电极极材材料料判判断断：一一般般是是活活泼泼的的金金属属为为负负极极，活活泼泼性性较较弱弱的的金金属属或或能能导导电电的的非非金金属为正极。属为正极。2根据电流方向或电子流动方向判断：根据电流方向或电子流动方向判断：电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。电流
8、是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。3根根据据原原电电池池里里电电解解质质溶溶液液内内离离子子的的定定向向流流动动方方向向判判断断：在在原原电电池池的的电电解解质质溶溶液液内内，阳阳离离子子移移向向的极是正极，阴离子移向的极是负极。的极是正极，阴离子移向的极是负极。4根根据据原原电电池池两两极极发发生生的的变变化化来来判判断断：原原电电池池的的负负极极总总是是失失电电子子发发生生氧氧化化反反应应，其其正正极极总总是是得得电电子发生还原反应。子发生还原反应。5根据电极是否被溶解判断：根据电极是否被溶解判断：被溶解的电极为负极，增重或有气泡产生的电极为正极。被溶解的电极为负极，增重或有
9、气泡产生的电极为正极。原原电池正负极判断电池正负极判断1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断一般：负极一般：负极 的金属的金属 正极正极 的金属的金属或或 导体，以及某些金属氧化物导体，以及某些金属氧化物可以理解成：可以理解成： 与电解质溶液反应与电解质溶液反应 练习练习：Mg-Al-HMg-Al-H2 2SOSO4 4中中 是正极，是正极， 是负极是负极 Mg-Al-Mg-Al-NaOHNaOH中中 是正极是正极 是负极是负极MgMgAlAlAlAlMgMg 活泼性较强活泼性较强活泼性较弱活泼性较弱非金属非金属负极负极1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极
10、材料判断2.2.根据电子（电流）流动的方向判断根据电子（电流）流动的方向判断 电子由电子由 流出，流入流出，流入 ； 电流由电流由 流出，流入流出，流入 。负极负极正极正极正极正极负极负极1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断2.2.根据电子（电流）流动的方向判断根据电子（电流）流动的方向判断 3.3.根据电极反应类型判断根据电极反应类型判断 负极负极 电子，发生电子，发生 反应反应 正极正极 电子，发生电子，发生 反应反应 失失得得氧化氧化还原还原1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断2.2.根据电子（电流）流动的方向判断根据电子（电流）流动的方向
11、判断 3.3.根据电极反应类型判断根据电极反应类型判断 4.4.根据电解质溶液离子移动的方向判断根据电解质溶液离子移动的方向判断 阴离子向阴离子向 极移动（负极带正电荷）极移动（负极带正电荷） 阳离子向阳离子向 极移动（正极带负电荷）极移动（正极带负电荷） 负负正正1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断2.2.根据电子（电流）流动的方向判断根据电子（电流）流动的方向判断 3.3.根据电极反应类型判断根据电极反应类型判断 4.4.根据电解质溶液离子移动的方向判断根据电解质溶液离子移动的方向判断 5.5.根据电极现象来判断根据电极现象来判断 负极负极 ； 正极正极 ；牺牲、溶
12、解牺牲、溶解增重、气泡增重、气泡1.1.由组成原电池的电极材料判断由组成原电池的电极材料判断2.2.根据电子（电流）流动的方向判断根据电子（电流）流动的方向判断 3.3.根据电极反应类型判断根据电极反应类型判断 4.4.根据电解质溶液离子移动的方向判断根据电解质溶液离子移动的方向判断 5.5.根据电极现象来判断根据电极现象来判断 6.6.燃料电池中燃料电池中 燃料在燃料在 反应反应 氧化剂在氧化剂在 反应反应 负极负极正极正极【交流交流 研讨研讨】如何改进原电池装置？如何改进原电池装置？盐桥的作用：（盐桥的作用：（1 1）形成闭合回路；（）形成闭合回路；（2 2）平衡电荷。）平衡电荷。CuSO
13、CuSO4 4 CuCuZnZnA AZnSOZnSO4 4溶液溶液CuSOCuSO4 4溶液溶液ZnZnCuCu？A A改进改进盐桥中装有饱和的盐桥中装有饱和的KClKCl溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出防止管中溶液流出 。【观察与思考观察与思考】改进后的原电池装置有哪些优点？改进后的原电池装置有哪些优点？2 2、提高了能量转化率（化学能、提高了能量转化率（化学能电能）；电能）；3 3、能够防止装置中化学能的自动释放（自放电）；、能够防止装置中化学能的自动释放（自放电）；1 1、能够产生持续稳定的电流；、能够产生持续稳定的电流；【启示启示】
14、氧化剂和还原剂氧化剂和还原剂不直接接触不直接接触也能发生反应。也能发生反应。基于盐桥的作用，可以基于盐桥的作用，可以对上述原电池装置加以对上述原电池装置加以改进设计成化学电源。改进设计成化学电源。4.4.电极反应式的书写方法电极反应式的书写方法(2)(2)复杂反应式的书写复杂反应式的书写(1)(1)一般电极反应式的书写一般电极反应式的书写 把把氧化反应氧化反应和和还原反应还原反应分开在分开在不同区域不同区域进行，再以适进行，再以适当方式连接，可以获得电流。当方式连接，可以获得电流。注：注：在这类电池中，用在这类电池中，用还原性较强还原性较强的物质作为的物质作为负极负极，负，负极极向外电路提供电
15、子向外电路提供电子；用；用氧化性较强氧化性较强的物质作为的物质作为正极正极，正，正极极从外电路得到电子从外电路得到电子。在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳阴阳离子的定向运动离子的定向运动而形成而形成内电路内电路。用用导线导线和和盐桥盐桥分别将两个半电池连接在一起分别将两个半电池连接在一起二、由两个半电池组成原电池的工作原理二、由两个半电池组成原电池的工作原理 【练习练习】根据反应：根据反应：Zn + CuSOZn + CuSO4 4 = ZnSO = ZnSO4 4 + Cu+ Cu设计一个原电池装置，标出电极材料和电解质溶液设计一个原
16、电池装置，标出电极材料和电解质溶液, ,写出电极反应写出电极反应方程式方程式. . CuSO4 溶液溶液ZnSO4Zn CuCuSO4A负极负极:Zn2e-=Zn2+正极正极:Cu2+2e-=Cu设计盐桥原电池的思路：设计盐桥原电池的思路：Zn+2AgZn+2Ag+ +=Zn=Zn2+2+2Ag+2Ag1.1.根据氧化还原反应根据氧化还原反应电子转移电子转移判断电极反应。判断电极反应。2.2.根据电极反应确定合适的根据电极反应确定合适的电极材料电极材料和和电解质溶液电解质溶液；3.3.外电路用外电路用导线导线连通，可以接用电器；连通，可以接用电器；4.4.内电路是将电极浸入内电路是将电极浸入电
17、解质溶液电解质溶液中，并通过中，并通过盐桥盐桥沟通内电路。沟通内电路。1.利用原电池原理设计新型化学电池；利用原电池原理设计新型化学电池；2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；反应制取氢气；3.进行金属活动性强弱比较；进行金属活动性强弱比较；4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。而受到保护。如在铁器表面镀锌。三、原电池原理的主要应用：三、原电池原理的主要应用：5.解释某些化学现象。解释某些化学现象。同步练习同步练习1在理论上不能用于设计原电池的化学反应是在理论上不能用
18、于设计原电池的化学反应是()AH2SO4(aq)BaCl2(aq)=2HCl(aq)BaSO4(s)H0B2CH3OH(l)3O2(g)=2CO2(g)4H2O(l)H0C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s) H0D3Cu(s)8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)2NO(g)4H2O(l)H0解析：用用于于设设计计成成原原电电池池的的反反应应一一般般为为放放热热的的、可可以以自自发发进进行行的的氧氧化化还还原原反反应应，所所以以A不能，因为不能，因为A为复分解反应，是非氧化还原反应。为复分解反应，是非氧化还原反应。答案：A2将铜和锌用导线连接插入到盐
19、酸中，关于该装置的叙述，正确的是()A锌是负极，铜的表面有气泡B电子从铜极经外电路流向锌极C溶液中Cl向铜极移动D溶液的pH基本没有变化解析：B项项锌锌失失去去电电子子，电电子子从从负负极极流流向向正正极极，电电流流方方向向与与电电子子流流向向相相反反，B错错；原原电电池池中中阴阴离离子子流向负极，流向负极，C错；错；H在正极得电子生成在正极得电子生成H2，所以溶液中，所以溶液中H浓度降低，浓度降低，pH增大。增大。答案：A333. 3 关于下图所示的原电池，下列说法正确的是()A电子从锌电极通过电流表流向铜电极B盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移C锌电极发生氧化反应；铜电极发生还原反应，其电极
20、反应是2H2e=H2D取出盐桥后，电流表仍会偏转，铜电极在反应前后质量不变解析答案解析解析锌片作负极，铜片作正极，电子从负极流向正极，A选项正确；盐桥中的阴离子向负极移动，B选项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，铜电极发生的反应为Cu22e=Cu，C选项错误；取出盐桥后不能形成原电池，铜电极在反应后质量增加，D选项错误。答案答案A12344.在在下图中的下图中的8个装置中，属于原电池的是个装置中，属于原电池的是_。解析：构构成成原原电电池池要要有有四四个个基基本本条条件件。a.电电解解质质溶溶液液；b.两两个个电电极极，其其中中一一个个相相对对较较活活泼泼，另另一一个个相相对对较较不不
21、活活泼泼。两两个个电电极极直直接接或或间间接接地地连连接接在在一一起起，并并插插入入电电解解质质溶溶液液中中；c.能能自自发发地地发发生生氧氧化化还原反应；还原反应；d.形成闭合回路。形成闭合回路。符合条件。符合条件。答案： 5. 5.依据氧化还原反应：依据氧化还原反应：2Ag2Ag(aq)(aq)Cu(s)Cu(s)CuCu2 2(aq)(aq)2Ag(s)2Ag(s)设计的原电池如图所示。设计的原电池如图所示。电极电极X的材料是的材料是 ； 电解质溶液电解质溶液Y是是 ；银电极为电池的银电极为电池的 极，发生的电极反应为极，发生的电极反应为 ；X电极上发生的电极电极上发生的电极反应为反应为
22、 ；外电路中的电子外电路中的电子是从是从 电极电极流向流向 电极。电极。CuAgNO3正正Ag+ + e- = AgCu - 2e- = Cu2+ CuAg 46.由A、B、C、D四种金属按下表中装置图进行实验。装置现象二价金属A不断溶解C极质量增加A上有气泡产生解析答案12347.根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是_。(2)装置乙中正极的电极反应式是_。(3)装置丙中溶液的pH_ (填“变大”、“变小”或“不变”)。(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是_。解析解析甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则不断溶解，则A为负极、为负极、B为正极，活为正极，活动性动性AB；乙中；乙中C极增重，即析出极增重，即析出Cu，则，则B为负极，活动性为负极，活动性BC；丙中；丙中A上有气泡即上有气泡即H2产生，则产生，则A为正极，活动性为正极，活动性DA，随着，随着H的消耗，的消耗，pH变大。变大。A2e=A2Cu22e=Cu变大DABC解析答案返回1234
