原电池的工作原理【考点精研+知识架构+提分专练】高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第四章化学反应与电能第一节原电池第1课时原电池的工作原理

张爷爷自从镶了两颗假牙（一颗金牙、一颗钢牙）后，经常头痛失眠，这是为什么？【课前引入】镶假牙后头疼失眠是由电流引起的，那么这里的电流是如何产生的？【导】素养目标重点难点课标要求核心素养1．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。2．了解原电池的工作原理,认识从简单原电池发展到带有盐桥原电池的过程变化，并能理解带有盐桥原电池的实用性。1．以锌铜原电池为例，从宏观和微观的角度，分析理解原电池的工作原理，培养宏观辨识与微观探析的能力。2．通过对锌铜原电池工作原理的分析，建立对电化学过程的系统分析思路，培养证据推理与模型认知的意识。了解原电池的工作原理，电极反应式的书写及双液盐桥电池的设计。

【导】1、概念：把化学能转化为电能的装置。3、构成要素：①有两个活泼性不同的电极。②有电解质溶液或熔融电解质。③能形成闭合回路。A2、本质：自发进行的氧化还原反应。两极一液一连线原电池【知识回顾】【评】ZnCuFeC(石墨)ZnCuZnCu下列装置中，能组成原电池的是()ABCH稀H2SO4CuSO4溶液稀H2SO4

稀H2SO4

AB

C

DAAAAAAZnZnFeCuSiC(石墨)A稀H2SO4

酒精NaCl溶液

稀H2SO4

EFGHZnCu【练习】【检】ZnACuCu2＋Zn2+e-ZnCu2＋CuSO42－SO42－内电路：阳（正）离子移向正极，阴（负）离子移向负极。外电路：电子由负极经导线流向正极Cu2＋SO42－e-负极正极Zn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=Cu发生氧化反应发生还原反应CuSO4溶液Zn电子不下水离子不上岸一、单液原电池原理【展】自发的氧化还原反应氧化反应还原反应外电路内电路（电子导电）（离子导电）电子从负极移向正极阴离子移向负极阳离子移向正极负极正极Zn+2H+=Zn2++H2↑Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2↑电子由锌片移动到铜片SO42-移向锌片H+移向铜片电势差工作原理【评】

原电池正、负极的判断判断方法负极正极①电极材料较活泼金属较不活泼金属或石墨②通入物通入还原剂的电极通入氧化剂的电极③两极反应类型发生氧化反应的电极发生还原反应的电极④电子流向(或电流方向)电子流出的电极(或电流流入的电极)电子流入的电极(或电流流出的电极)⑤离子流向阴离子流向的电极阳离子流向的电极⑥电极质量变化质量减小的电极质量增加的电极⑦有无气泡—有气泡产生的电极【注意】(1)金属的活动性受所处环境的影响。如Mg、Al的活动性：在中性或酸性溶液中活动性Mg＞Al；而在碱性溶液中，Al可以与OH－反应，而Mg不反应，所以Mg与Al用导线连接后放入NaOH溶液中，Al是负极，Mg是正极。(2)Fe、Cu相连，浸入稀HNO3中，Fe作负极；浸在浓HNO3中，Cu作负极(Fe发生钝化)。【评】(1)原电池中电流的方向是负极→导线→正极(

)(2)原电池中负极发生的反应是还原反应(

)(3)锌铜原电池中电子由锌电极经过电解质溶液流向铜电极(

)(4)在原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极(

)(5)原电池的正极一定是化学性质不活泼的金属(

)×××√×

判断下列说法是否正确。【课堂练习1】【检】

如下图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是(

)A.外电路的电流方向为：X→外电路→YB.若两电极分别为Zn和碳棒，则X为碳棒，Y为ZnC.若两电极都是金属，则它们的活动性为X>YD.X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应C【课堂练习2】【检】单液铜锌原电池实验探究理论上的现象实验观察到的现象锌片逐渐溶解锌片表面有红色物质生成铜片上有红色物质析出铜片上有红色物质析出电流表指针发生偏转电流表指针先发生偏转后，示数逐渐减小分析“锌片表面附着红色固体，电流逐渐衰减”的原因。现象原因锌片表面附着红色固体电流逐渐衰减Zn与Cu2+直接接触发生反应，Zn片、附着在Zn上的Cu以及CuSO4溶液局部形成了原电池，促进了Cu在锌片表面析出。转移的电子没有经过导线，电流逐渐衰减【思】解决问题的关键：还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触该装置能量转化率低的原因是什么？如何解决？现象：？

原电池装置的改造【思】实验探究——双液锌铜原电池解决问题的关键：还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触该装置能量转化率低的原因是什么？如何解决？现象：电流表指针不偏转原电池装置的改造【展】两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。为什么没有电流？该如何解决？盐桥一种凝胶态的离子导体※资料卡片盐桥：装有含KCl饱和溶液的琼胶，Cl-、K+可在其中自由移动。原电池装置的改造【思】【展】实验探究——双液锌铜原电池有盐桥存在时，电流表指针偏转取出盐桥，电流表指针不再偏转ZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCuA随着时间的延续，能产生持续稳定的电流有盐桥存在为什么能产生持续稳定的电流？【思】由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2+几乎完全变成Cu。

在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。取出盐桥，Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+变为Cu，使得SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。双液原电池

解决了电池自放电的损耗问题，

提高了能量转化率,

增加了原电池的使用寿命。K＋Cl-e-Zn2+ZnCu2＋Cu二、双液原电池原理Zn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=Cu发生氧化反应发生还原反应负极正极通常是装有含琼胶的KCl饱和溶液。盐桥中的K＋、Cl－是可以自由移动，琼胶的固定作用可以防止KCl溶液直接流出来。盐桥的作用：1、使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。(离子通路）2、平衡电荷。（离子库，可以源源不断的供给需要的离子）盐桥【打破思维定势】氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应。原电池双液电池单液电池电极反应电极材料离子导体电子导体负极：Zn-2e-Zn2+

正极：Cu2++2e-Cu正极：铜片;负极：锌片正极：铜片;负极：锌片ZnSO4溶液、盐桥、CuSO4溶液CuSO4溶液导线导线负极：Zn-2e-Zn2+

正极：Cu2++2e-Cu对比锌铜原电池总反应：Cu2++Zn

Cu+Zn2+

【评】

用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有含KCl饱和溶液的琼胶）构成一个原电池（如下图）。以下有关该原电池的叙述正确的是(

)①在外电路中,电子由铜电极流向银电极②正极反应为Ag++e-

=Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应

与该原电池反应相同A.只有①②

B.①②④

C.只有②③

D.①③④B【课堂练习3】【检】电流大小：电流稳定性：转化效率：较小稳定高电流大小：电流稳定性：转化效率：较大衰减快低【展】1、阳离子交换膜：只允许阳离子通过3、质子交换膜：只允许H+通过2、阴离子交换膜：只允许阴离子通过改进?增大电流呢？缩短盐桥的长度，增大盐桥的横截面积能否用一张薄薄的隔膜代替盐桥呢？双液原电池电流弱的原因？1.离子运动的距离长2.离子运动的通道窄3.离子容量小Cu【思】离子交换膜简介离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。单液原电池双液原电池隔膜原电池隔膜原电池微型化1.两极2.电解质溶液3.导线4.自发进行的氧化还原反应电池四要素—离子导体—电子导体归纳小结

锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是(

)A.铜电极上发生氧化反应B.电池工作一段时间后，甲池的c减小C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡C【课堂练习4】【检】(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性

的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或其它能导电的物质)。(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。

例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的

而受到保护。

钢铁中含有碳，C与Fe组成原电池，发生原电池反应而使钢铁（做负极）遭到腐蚀(4)设计制作化学电源①首先将氧化还原反应分成两个半反应。②根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。较强正极三、原电池原理的应用【展】例：依据反应2Fe3＋＋2I-

=I2＋2Fe2＋，设计原电池，实现化学能转化为电能，并概括设计原电池的一般思路。盐桥CKI溶液AFeCl3溶液电流计C还原反应：2Fe3＋＋2e-

=2Fe2＋氧化反应：2I--2e-

=I2分析氧化反应和还原反应选择电极材料与电极反应相对应选择正极区、负极区的电解液设计原电池的思路正极负极【评】M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋=N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中,电极反应为E2＋＋2e－=E，N－2e－=N2＋。则这种金属的还原性由强到弱的顺序是(

)A．P＞M＞N＞E

B．E＞N＞M＞PC．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞NA【课堂练习5】【检】一个完整的氧化还原反应可以拆分，写成两个“半反应”式，一个是“氧化反应”式，一个是“还原反应”式。如氧化还原反应：2FeCl3+Cu=2FeCl2

+CuCl2。（1）可以写成氧化反应：_________________还原反应：_________________（2）请将此反应设计成带盐桥的原电池，画出装置图盐桥CuFeCl3溶液ACuCl2溶液电流计CCu－2e－＝Cu2+2Fe3++2e－＝2Fe2+【课堂练习6】【检】1.写出总反应式并改成离子方程式，分析化合价升降，找出氧化剂、还原剂及还原产物、氧化产物，确定两极上对应的反应物及产物，定得失及其数目。负极电极反应式模板：（升）还原剂－ne-=

氧化产物正极电极反应式模板：（降）氧化剂＋ne-=

还原产物2.根据电解质环境，利用H+（酸性）、OH-（碱性），O2-、CO32-（熔融盐）等使电极反应式电荷守恒。3.配平电极反应式，利用H2O或其他使电极反应式原子守恒。三步：1.列物质，定得失2.电荷守恒看介质3.原子守恒注：电极反应式中若有气体生成，需加“↑”；若有固体生成，一般不标“↓”四、电极方程式的书写思路2Al

+

2NaOH

+

2H2O

=

2NaAlO2

+

3H2↑2Al

+

2OH－+

2H2O

=

2AlO2－

+

3H2↑2Al+8OH_

－6e_

=2AlO2_

+4H2O6H2O+6e_

=6OH_+

3H2↑优先失电子为负极Mg+

H2SO4

=

MgSO4

+