原电池的工作原理（第1课时）高二上学期化学人教版选择性必修1

第一节

原电池第一课时

原电池工作原理人教版2019选择性必修一

第四章

化学反应与电能请你设计！用铜片、锌片，CuSO4溶液设计原电池，写出总反应方程式、电极反应式，并预测能观察到的现象。课堂思考Zn2+Cu2+原电池构成条件①具有两个能导电的电极②具有电解质溶液或熔融电解质前提：自发进行氧化还原反应一般为两种活动性不同的金属或金属与能导电的非金属（石墨等）③电极间形成闭合回路一、单液原电池及工作原理1.原电池及工作原理e－e－e－e－Zn2+Cu2＋e－e－SO42－内电路：阳离子移向正极，阴离子移向负极(离子不上岸)－+外电路：电子由负极经导线流向正极(电子不下水)负极：氧化反应Zn－

2e－=Zn2＋正极：还原反应Cu2＋+2e－=Cu总反应：Zn＋Cu2+

＝Zn2++Cu整个电路构成了闭合回路，带电粒子的定向移动产生电流实验探究实验验证预测现象：只有铜片表面附着红色固体，电流表指针偏转。2.实验现象分析预测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，示数逐渐减小课堂思考请你思考！“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，电流逐渐衰减该装置能量转化率低的原因是什么？如何解决？3.单液原电池(1)单液原电池的缺点：①锌与CuSO4溶液直接接触，可发生置换反应，导致部分化学能转为热能。②工作时，锌片上也有铜析出，原电池的电动势很快降低，电压不稳定

。(2)解决问题的关键：还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触4.原电池装置的改进①还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触ZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCu？A两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。该如何解决？②加一个合适的“桥梁”沟通两种电解质溶液4.原电池装置的改进ZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCu？A二、双液原电池及其工作原理1.盐桥：一种凝胶态的离子导体，通常是将浸泡了饱和KCl溶液的琼胶装在U型管中。特点：①.盐桥中的K+、Cl-可以自由移动②.琼胶起到固定作用，防止KCl溶液直接流出来。③.离子只出不进。2.双液原电池实验现象【实验4-1】如图4-1所示，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液用一个盐桥连接起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流表，观察现象。取出盐桥，观察电流表的指针有何变化。Ae-ZnSO4溶液CuSO4溶液+ZnCu电流表盐桥图4-1锌铜原电池示意图2.双液原电池实验现象有盐桥存在时，电流表指针偏转,取出盐桥，电流表指针不再偏转思考与讨论3.双液原电池工作原理K＋Cl-e-Zn2+ZnCu2＋Cu负极正极含负极金属离子的盐溶液

含正极金属离子的盐溶液

总反应：Zn+

Cu2+

=

Cu

+Zn2+盐桥：K+向正极移动，Cl-向负极移动负极(氧化反应)：Zn-2e-=Zn2+

正极(还原反应)：Cu2+

+2e-

=

Cu4.盐桥的作用①沟通内电路，形成闭合回路

②平衡两侧的电荷，使溶液保持电中性；③避免电极与电解质溶液的直接接触，放电更持久。请结合图4-1绘制反映原电池工作原理的示意图，并与同学交流。示意图要求包括以下内容：(1)注明原电池的组成；(2)标明氧化反应和还原反应发生的区域；(3)标明电子的运动方向和阴离子、阳离子的迁移方向。思考与讨论+-负极氧化反应正极还原反应典例精讲【例1】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.①②④C.只有②③D.①③④B课堂思考请你总结！单液、双液锌铜原电池的异同原电池双液电池单液电池电极反应正极：Cu2++2e-Cu负极：Zn-2e-Zn2+

正极：Cu2++2e-Cu负极：Zn-2e-Zn2+

电极材料正极：铜片;负极：锌片正极：铜片;负极：锌片离子导体ZnSO4溶液、盐桥、CuSO4溶液CuSO4溶液电子导体导线导线5.利用数字化实验探究单、双液铜锌原电池工作效率仪器：朗威数据采集器、电流传感器、温度传感器、电脑、烧杯、导线。药品：0.5mol/LCuSO4溶液、0.5mol/LZnSO4溶液、盐桥、铜片1条、锌片1条。利用所给药品和仪器按照如图所示装置连接电路：【实验】5.利用数字化实验探究单、双液铜锌原电池工作效率电流较小，电流稳定，转化效率高电流较大，衰减快，转化效率低双液原电池电流弱的原因是什么？meiyangyang8602你知道吗？双液原电池电流弱的原因？课堂思考改进?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？①离子运动的距离长②离子运动的通道窄③离子容量小改进?三、隔膜原电池1.隔膜：将电池的正负极材料隔开，防止两极接触发生短路（不同的膜形成不同的离子通道）。2.常见的三种离子交换膜CuZnZnSO4溶液CuSO4溶液交换膜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：只允许阴离子通过电流强而且稳定3.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。阴离子交换膜：只允许阴离子通过阳离子交换膜只允许阳离子通过质子交换膜只允许H＋通过课堂小结名称单液原电池双液原电池隔膜原电池优点缺点电流强1.能量转化率低2.氧化剂与还原剂直接接触，寿命短1.内阻大，电流弱2.盐桥需要定期更换1.能量转化率高2.避免氧化剂与还原剂直接接触，寿命长1.能量转化率高2.避免氧化剂与还原剂直接接触，寿命长3.内阻小，电流强典例精讲【例2】（安徽高考题）高密度储能电池锌溴电池如图所示，总反应为Zn+Br2=ZnBr2。下列说法错误的是（

）A．电极M为正极B．负极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+D．每转移2mole-，理论上有1molZn2+通过离子交换膜C．随着放电的进行，ZnBr2溶液的浓度减小C随堂演练1、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．电子从锌极经过导线移向铜极B．铜电极上发生反应C．电池工作一段时间后，乙池的

减小D．电池工作一段时间后，甲池的

增加A1、根据原电池原理设计原电池④画出原电池装置图。画原电池装置图时注意电极材料和导线的粗细差异，电解质溶液也要画出，并进行相应标注。①根据总反应分析化合价变化，找出氧化反应和还原反应。②根据负极发生氧化反应，正极发生还原反应确定原电池的正、负极。③结合正、负极和电极反应确定电极材料和电解质溶液等，完成原电池装置的设计。四、原电池原理的应用随堂演练3.依据氧化还原反应：Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag设计的原电池如图所示。请回答下列问题：(1)电极X的材料是___，电解质溶液Y是_____________。(2)银电极的电极反应式是____________________；X电极的电极反应式是________________。(3)外电路中的电子是从___________极流向___________极。(4)该原电池的正极是____，还可以选用____________等材料。铜硝酸银溶液2Ag＋＋2e－=2AgCu－2e－=Cu2＋负(或铜)正(或银)银铂、石墨典例精讲【例3】根据原电池工作原理，将下列氧化还原反应设计成原电池：2Fe3++2I-2Fe2++I2要求：（1）分别写出氧化反应和还原反应。（2）根据原电池构成要素，选择合适的物质或材料，并画出原电池的工作原理示意图。典例精讲（1）氧化反应：2I--2e-I2还原反应：2Fe3++2e-2Fe2+（2）（2）（1）氧化反应：2I--2e-I2还原反应：2Fe3++2e-2Fe2+同学甲同学乙石墨石墨石墨石墨（2）同学丙只允许K+或Cl-通过的隔膜（1）氧化反应：2I--2e-I2还原反应：2Fe3++2e-2Fe2+

如在Zn与稀硫酸的反应体系中加入少量CuSO4溶液，Zn能置换出少量Cu，在溶液中Zn、Cu、稀硫酸构成原电池，可以加快产生H2的速率。2、加快氧化还原反应速率如要保护一个铁闸门，可用导线将其与锌块相连，使锌块作原电池的负极，铁闸门作正极。3、用于金属的防护

如金属a、b用导线连接后插入稀硫酸中，若金属b上有气泡产生，根据原电池原理可判断b为正极，金属活动性a>b。4、比较金属活动性的强弱特例：Mg/Al/NaOH溶液形成的原电池中Al作负极，M