原电池工作原理 课件 【基础建构+拓展延伸】 高二上学期人教版（2019）化学选择性必修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1.了解原电池的工作原理和构成原电池的条件。(重点)2.原电池原理的应用；能正确书写电极反应式和电池反应方程式。(重难点)一、原电池1、概念：将化学能转化成电能的装置叫做原电池。理解：①外形－－无外加电源②自发的氧化还原反应才可能被设计成原电池CuZn

稀硫酸---Zn2+H+H+Zn－2e-=Zn2+负极正极2H+

+

2e-=H2↑总反应式:Zn+2H+=Zn2++H2↑负正氧化反应还原反应现象：A原电池工作原理阳离子阴离子正极负极锌棒溶解，铜棒上有气泡负极正极Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2↑还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应还原剂失去的电子从锌极流出流入铜极经外电路Zn2+H+SO42-电流方向电解质中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动1.原电池工作原理2、构成原电池的条件（1）必须自发进行氧化还原反应；（3）两个电极必须插入电解质溶液中或熔融的电解质中；（4）两个电极必须相连并形成闭合回路。（2）必须有两种活泼性不同的导电材料作电极；两种活泼不同的金属。一种金属与一种非金属（如石墨）。两电极都是其它材料。电极材料

两极一液一反应，闭合回路原电池的判断方法随堂小练ABCEFMN下列哪几个装置能形成原电池？OVXVVXXXV下列关于原电池的叙述中，正确的是（）A．把电能转化为化学能，发生氧化还原反应B．外电路中电子从负极流向正极C．电子从活泼金属流向不活泼金属，不活泼金属为负极D．正极发生氧化反应B随堂小练单液原电池H2SO4

溶液A按此方法设计的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？主要原因：负极与阳离子直接接触【说明】由于装置中Cu2+与Zn直接接触，Zn失电子后，Cu2+可以直接在锌片上得到电子，所以这种原电池的效率不高，电流在短时间内就会衰减。ZnSO4溶液H2SO4溶液ZnCuA盐桥中一般装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻;胶冻的作用是防止管中溶液流出;K+和Cl-能在胶冻内自由移动。盐桥把锌电极与H2SO4溶液分开注:这种用盐桥连接的原电池也叫双液原电池

[双液原电池（带盐桥）]加入盐桥后由两个半电池组成的原电池工作原理：半电池中：还原性强的材料作负极，失电子被氧化外电路中：电子由负极经导线流向正极另半电池：电解质溶液中氧化性强的离子在正极得电子被还原内电路中：溶液中电解质电离出的阴阳离子定向移动与两极之间通过盐桥构成闭合回路。注：电子只能在两极和外电路中流动，不可能进入溶液中。即“电子不下水，离子不上岸”锌半电池铜半电池电极反应：负极：正极：总反应：

Cu2++2e-=CuZn－2e-=Zn2+Zn+Cu2+=Zn2++Cu锌铜原电池（盐桥）ZnSO4溶液CuZnCuSO4溶液盐桥[双液原电池（带盐桥）]现象：锌片逐渐溶解，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转。此电池的优点：能产生持续、稳定的电流。装置特点：

由两个半电池组成，锌和锌盐组成锌半电池，铜和铜盐组成铜半电池；每个半电池中的电极与电解质溶液互不反应，中间通过盐桥连接形成闭合回路。

SO42－Zn2+e－e－SO42－Cu2+K+盐桥工作示意图CuZnK+Cl－K+Cl－K+Cl－K+Cl－K+Cl－Cl－K+K+Cl－K+K+K+Cl－Cl－K+Cl－Cl－Cl－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+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。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。优点：隔离氧化剂和还原剂，不同区域实现电子定向移动，产生持续、稳定的电流提高了能量转换率2.连接内电路，形成闭合回路1.平衡电荷，使连接的两溶液保持电中性盐桥的作用改进后的原电池装置有哪些优点？2、提高了能量转化率（化学能→电能）；3、有效避免了电极材料与电解质溶液的直接反应，能够防止装置中化学能的自动释放（自放电）,增加了原电池的使用寿命。1、离子在盐桥中作定向移动，减少了离子的混乱，使离子移动更加有序，能够产生持续稳定的电流；【启示】氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应。用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是（）①在外电路中，电流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．①② B．②③ C．②④ D．③④C随堂小练1．为了避免锌片与Cu2＋直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如下装置。(3)电池工作时，硫酸锌溶液中SO42－向________移动，硫酸铜溶液中SO42－向________移动。(4)此盐桥内为饱和KCl溶液，盐桥是通过________移动来导电的。在工作时，K＋移向________________。按要求完成以下填空：(1)此装置工作时，可以观察到的现象是___________________________________________________________，电池总反应式为_______________________。(2)以上电池中，锌和锌盐溶液组成____________，铜和铜盐溶液组成____________，中间通过盐桥连接起来。电流计指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

锌半电池铜半电池锌电极盐桥离子正极区(CuSO4溶液)正、负极的判断根据电子流动方向电子流出的极电子流入的极——负极——正极阴离子移向的一极阳离子移向的一极根据离子流向微观判断——负极——正极发生氧化反应的极发生还原反应的极④根据电极有气泡冒出——负极——正极

质量增加的电极工作后质量减少的电极——正极——负极工作后，有气泡冒出的电极为正极较活泼的电极材料较不活泼的电极材料—负极—正极①根据电极材料宏观判断②根据原电池电极发生的反应③根据电极质量的变化[特别提醒]

判断电极时，不能简单地依据金属的活动性顺序来判断，要看反应的具体情况。如：(1)Al在强碱溶液中比Mg更易失电子，Al作负极、Mg作正极。(2)Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu更难失电子，Cu作负极、Fe、Al作正极。1.比较金属活动性强弱

一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，较不活泼金属作正极，发生还原反应。2.加快氧化还原反应的速率构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。

例如：实验室制取氢气时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应速率快；或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，产生氢气的速率加快。原电池原理的应用练习1：把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极，c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的顺序为（

）A．a＞b＞c＞dB．a＞c＞d＞bC．c＞a＞b＞dD．b＞d＞c＞aB4.设计化学电池(1)理论上，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。(2)外电路：还原性较强的物质在负极上失去电子，氧化性较强的物质在正极上得到电子。(3)内电路：将两电极浸入电解质溶液中，阴、阳离子作定向移动。原电池的设计思路——“两极一液一反应闭合回路”原电池原理的应用3.用于金属的防护

使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。

例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与锌块相连，使锌作为原电池的负极。设计步骤1、先将已知能自发进行的氧化还原反应拆分为两个半反应2、根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应，找出正负极材料及电解质溶液3、组成闭合回路原电池的设计思路——“两极一液一连线”4、按要求画出原电池装置图设计原电池的步骤首先确定反应必须是能自发进行的氧化还原反应。正负极材料的选择：根据氧化还原反应关系找出正、负极材料，若反应中有金属单质，一般选择活泼性较强的金属作为负极，活泼性较弱的金属或可到店的非金属（如石墨等）作为正极；若反应中没有金属单质，一般用石墨作电极电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如溶解于溶液中的空气）。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行（中间连接盐桥），则两个容器中的电解质溶液选择与电解材料相同的阳离子。注：若负极材料为参与电极反应，参与反应的是两种电解质，则两种电解质溶液分别置于两个容器中，一般用石墨做电解，中间用盐桥连接。设计盐桥原电池的思路：Zn+2Ag+=Zn2++2Ag还原剂和氧化产物为负极的半电池氧化剂和还原产物为正极的半电池根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液外电路用导线连通，可以接用电器内电路是将电极浸入电解质溶液中，并通过盐桥沟通内电路画出装置示意图例题：在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4溶液的浓度为0.125mol/L,若工作一段时间后，从装置中共收集到0.168L升气体，则流过导线的电子为

mol,溶液的pH值变_________？（溶液体积变化忽略不计）0.2解得：y

＝0.015(mol)x＝0.015(mol)＝＝3.75×10﹣4(mol/L)∴pH＝-lg3.75×10－4＝4-lg3.75答：……－0.015根据电极反应：正极：负极：Zn－2e-＝Zn2+2H++2e-

＝H2↑得：2222.4x

y0.168解：0.2×0.125×2c(H+)余∴2H+——

2e——H2↑大0.015原电池的电极法反应式的书写1、分析电极反应：负极氧化产物正极还原产物氧化反应，失电子还原反应，得电子2、注意电解质溶液环境：电极产物在电解质溶液中应稳定存在①酸性介质中，若生成OH-,结合H+→H2O②碱性介质中，若生成H+，结合OH-→H2O③碱性介质中，若生成CO2，结合OH-→CO32-

④碱性介质中，若生成金属阳离子，则可能会结合OH-→沉淀M(OH)n3、遵守三大守恒：质量守恒、电荷守恒、转移电子守恒4、两极反应式叠加得总反应式，总反应式减去其中一个电极反应式，可得另一个电极的反应式5、规律：①一般来说，金属作负极的原电池负极：酸性或中性介质中：M—ne-=Mnn+

碱性介质中:M—ne-+nOH-=M(OH)n正极：酸性介质中：2H++2e-=H2↑阳离子与金属反应的介质中：NX++xe-=N阳离子不与金属反应的介质中：O2+4e-+2H2O=4OH-

②特殊：铝镁氢氧化钠电解质，铝铜浓硝酸电解质注：电极反应式中若有气体生成，需加“↑”；若有固体生成，一般不标“↓”[例题1]请写出右边原电池的电极反应式。MgAlNaOH溶液A先写出总反应：即负极与电解质溶液反应2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑2Al+2H2O+2OH－=2AlO2－+3H2↑拆成离子方程式：根据化合价升降判断正负极负极：Al，失e-。2Al-6e－＝2Al3+2Al3++8OH-=2AlO2-+4H2O负极总反应：2Al+8OH-－6e－＝2AlO2-+4H2O正极：总反应－负极反应：6H2O＋6e－＝6OH—＋3H2↑-6e-+6e-[例题2]Al和Cu作电极所构成的原电池电解质溶液为稀硫酸①Al作____极,②Cu作____极电极反应式是：负极___________________正极___________________总反应式_____________________负正2Al-6e-=2Al3+6H++6e-=3H2↑2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑(2Al+6H+=2Al3++3H2↑)变式Al和Cu作电极所构成的原电池电解质溶液为浓硝酸①Al作____极②Cu作____极电极反应式是：负极___________________正极______________