【人教版】高中化学 选择性必修一 第四章 第一节 原电池 第二课时 原电池的工作原理 课件

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原电池的工作原理

第四章化学反应与电能

第1节原电池

一、温故设疑，引入新课

写出原电池中发生反应的离子方程式和电极反应式，并分析电子转移和离子迁移的方向。

总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑

负极：

Zn-2e-=Zn2+

正极：

2H++2e-=H2↑

外电路：e-→

内电路：

H+、Zn2+移向正极；

SO42-移向负极

一、温故设疑，引入新课

预测实验现象，说明理由。

观察现象。

CuSO4溶液

负极：

Zn-2e-=Zn2+

正极：

Cu2++2e-=Cu

总反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu

铜片表面有红色固体析出。

锌片表面也有较多红色固体析出

电流强度快速衰减

分析产生不同现象的原因。

二、改进装置，探究原理

CuSO4溶液

锌与硫酸铜溶液直接接触发生置换，局部形成原电池，导致更多铜离子被还原；

锌被铜覆盖接触面积减少，反应速率下降，向外输出的电流减弱。

如何改进上述装置，提高其能量转化率？

将氧化剂与还原剂分离，使转移的电子能够全部经过导线。

将氧化剂与还原剂分离，这样的装置还能工作吗？

二、改进装置，探究原理

2.简化的双电层理论

（1）金属浸入水溶液中，在水的作用下，金属离子会进入水中，溶液中的金属离子也可沉积到金属表面上，达到一种动态平衡。此时，金属与溶液的界面两侧电荷不均等，便会产生电势差。

1.盐桥中装有含有KCl饱和溶液的琼胶，离子可在其中自由移动。

装置的工作原理是什么？

Zn-2e-Zn2+

Cu2++2e-Cu

溶解-沉积平衡

二、改进装置，探究原理

两个电极材料与其溶液间的电势差不相等。锌原子比铜原子更容易失电子，锌片表面积累的电子比铜片表面积累的电子多，因此电子由锌片流向铜片。

Zn-2e-Zn2+

Cu2++2e-Cu

溶解-沉积平衡

电子的移动破坏了溶解-沉积平衡，锌极的平衡由于电子的移走而向溶解的方向移动，铜极的平衡由于电子移入而向沉积方向移动，结果使电子能够持续流动，形成电流。

二、改进装置，探究原理

Zn-2e-Zn2+

Cu2++2e-Cu

溶解-沉积平衡

盐桥的作用是作离子导体，K+和Cl-能在内部自由移动，起到联通内电路的作用，其中K+移向正极，Cl-移向负极。

盐桥的作用？

二、改进装置，探究原理

还原产物

氧化剂

得电子

氧化产物

还原剂

失电子

原理维度

电极产物

过程

电极反应物

失电子场所

电子导体

得电子场所

装置维度

阳离子移向

阴离子移向

电子移动方向

离子导体

现象

归纳原电池的工作原理，分析原电池的基本构成要素，并图示。

二、改进装置，探究原理

该装置能否构成原电池？

正极：Zn-2e-=Zn2+

负极：Zn2++2e-=Zn

K+

e-

Cl-

e-

两份ZnSO4溶液浓度逐渐接近，最后相等，反应体系达到平衡状态。

电流表指针逐渐归零

对于任一电池反应：aA+bB=cC+dD

E=E(标准)-(RT)/(nF)ln(([C]c·[D]d)/([A]a·[B]b）。这个方程就叫做能斯特(Nernst,W.H.1864~1941)方程。它指出了电池的电动势与电池本性(E)和电解质浓度之间的定量关系。

当温度为298K时，能斯特方程为：

E=E(标准)-(0.0257/n)ln(([C]c·[D]d)/([A]a·[B]b）。当温度为298K时，Cu-Zn原电池反应的能斯特方程为：

E=E(标准)-(0.0592/n)ln([Zn2+]/[Cu2+]）

能斯特方程简介

二、改进装置，探究原理

根据测量电极与参比电极组成的工作电池在溶液中测得的电位差，并利用待测溶液的pH值与工作电池的电势大小之间的线性关系，再通过电流计转换成pH单位数值来实现测定。

浓差电池的应用简介（pH计原理）

二、改进装置，探究原理

三、应用模型，设计电池

真人模拟离子，乒乓球模拟电子，发生氧化还原反应

以反应2KI+2FeCl3=I2+2FeCl2+2KCl为切入点，分析反应本质，设计一个可持续供电的装置。

2I-+2Fe3+=I2+2Fe2+

2e-

I-

Fe3+

Cu丝

教师

学生

乒乓球

乒乓球

e-

e-

三、应用模型，设计电池

（1）选电子导体（铜丝导线和电极材料）

G

Cu

Cu

C

C

I-

I-

I-

K+

K+

K+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Fe3+

Fe3+

KI溶液

FeCl3溶液

三、应用模型，设计电池

（2）选离子导体：从微观角度分析上面实验的失败原因

Cu

Cu

C

C

I-

I-

I-

K+

K+

K+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Fe3+

Fe3+

—

—

—

—

G

KI溶液

FeCl3溶液

三、应用模型，设计电池

（2）选离子导体：从微观角度分析上面实验的失败原因

Cu

Cu

C

C

I-

I-

I-

K+

K+

K+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Fe3+

Fe3+

—

—

—

—

G

Cl-

K+

KI溶液

FeCl3溶液

高架“盐桥”

三、应用模型，设计电池

（2）选离子导体：从微观角度分析上面实验的失败原因

Cu

Cu

C

C

KI溶液

FeCl3溶液

I-

I-

I-

K+

K+

K+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Fe3+

Fe3+

—

—

—

—

G

Cl-

K+

地铁“盐桥”

三、应用模型，设计电池

（2）选离子导体：从微观角度分析上面实验的失败原因

Cu

Cu

C

C

KI溶液

FeCl3溶液

I-

I-

I-

K+

K+

K+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Fe3+

Fe3+

—

—

—

—

G

Cl-

K+

离子选择性透过膜

三、应用模型，设计电池

（3）实验验证

Cu

Cu

C

C

KI溶液

FeCl3溶液

I-

I-

I-

K+

K+

K+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Fe3+

Fe3+

—

—

—

—

G

Cl-

K+

负极

正极

离子选择性透过膜

溶液颜色变黄，取部分溶液滴入淀粉溶液，变为蓝色

取出部分溶液，滴入K3[Fe(CN)6]溶液，有特征蓝色沉淀产生

三、应用模型，设计电池

（1）拆分自发的氧化还原反应

负极：还原剂-ne-→氧化产物（氧化反应）

正极：氧化剂+ne-→还原产物（还原产物）

（2）确定两极的电极反应物和电极材料

（3）连接闭合回路

外电路（导线连接）电子：负极→正极

内电路（盐桥联通）阳离子→正极/阴离子→负极

原电池的设计思路及其形成条件

三、应用模型，设计电池

原电池工作原理

自发的氧化还原反应

氧化反应

氧化反应

电极反应

电极材料

离子导体

电子导体

化学能

电能

课堂小结

原电池的工作原理

（1）拆分自发的氧化还原反应

负极：还原剂-ne-→氧化产物（氧化反应）

正极：氧化剂+ne-→还原产物（还原产物）

（