高中化学第1章第3节第1课时原电池的工作原理课件鲁科版选修4.pptx

1、,原电池的工作原理,第1课时,第1章 第3节 化学能转化为电能电池,核心素养发展目标 HEXINSUYANGFAZHANMUBIAO,1.宏观辨识与微观探析：以铜锌原电池为例，从宏观和微观的角度，分析理解原电池的工作原理，能正确判断原电池的正极和负极，会书写其电极反应式。 2.变化观念与平衡思想：进一步理解化学能与电能的相互转化，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。,新知导学 启迪思维 探究规律,达标检测 检测评价 达标过关,内容索引 NEIRONGSUOYIN,01,新知导学,1.原电池的构成与工作原理 铜锌原电池如图所示，请回答下列问题： (1)

2、有关的实验现象： 锌片 ，铜片 ，CuSO4溶液的颜色 。 检流计的指针 ，该装置中的能量变化是 能转化为 能。,溶解,加厚变亮,变浅,发生偏转,一、原电池的工作原理,化学,电,(2)电极名称和电极反应： 锌电极为 极，发生 反应，电极反应式是 ； 铜电极为 极，发生 反应，电极反应式是 ； 电池总反应的离子方程式是 。,Zn2e=Zn2,负,氧化,正,还原,Cu22e=Cu,ZnCu2=CuZn2,(3)电子流动方向和电流方向 外电路：电子由 电极经过导线流向 电极，电流由 电极流向 电极； 内电路：阳离子移向 ，阴离子移向 。 (4)原电池构成的条件： 不同的两个电极，二者直接或间接地连在

3、一起，插入 或熔融电解质中，且能自发地发生氧化还原反应。下列图示装置能形成原电池的是 。,AD,活泼性,电解质溶液,锌,铜,铜,锌,正极,负极,原电池原理示意图,归纳总结,例1由原电池相关知识判断正误(正确的打“”，错误的打“”) (1)原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应( ) (2)原电池中电流的方向是负极导线正极( ) (3)原电池中负极发生的反应是还原反应( ) (4)铜锌原电池中电子由锌电极经过溶液流向铜电极( ) (5)在原电池中阳离子移向正极，阴离子移向负极( ) (6)铜、锌与硫酸组成的原电池中，锌为负极，质量减少，铜为正极，质量不变( ),2.盐桥原电池(或双液原电池)

4、 按右图所示装置完成实验，并回答下列问题： (1)实验过程中，能观察到的实验现象： 锌片 ，铜片 ； 检流计指针 ； 硫酸铜溶液的颜色 。 (2)离子移动方向 硫酸锌溶液中： 向盐桥移动； 硫酸铜溶液中： 向铜极移动； 盐桥中：K移向 区(CuSO4溶液)，Cl移向 区(ZnSO4溶液)。 (3)若取出装置中的盐桥，检流计的指针是否还会发生偏转？ ，原因是 。,发生偏转,溶解,加厚变亮,变浅,Zn2,Cu2,正极,负极,不偏转,取出盐桥，该装置不能构成闭合回路，不能形成原电池,原电池中盐桥的作用 (1)构成闭合回路，形成原电池。 (2)避免电极与电解质溶液直接反应，有利于最大程度地将化学能转化

5、为电能。 (3)盐桥中的阴、阳离子定向迁移，使溶液保持电中性，反应持续进行，能长时间稳定放电。,归纳总结,(1)简单铜锌原电池与盐桥原电池的比较,(2)原电池原理中的注意事项 只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池，将化学能转化为电能。 电解质溶液中阴、阳离子的定向移动与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。 原电池中电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥。 原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。,例2关于下图所示的原电池，下列说法正确的是 A.电子从锌电极通过检流计流向铜电极 B.盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移 C.铜电极发生还原反应，其电极反应是2H2e

6、=H2 D.取出盐桥后，检流计指针仍会偏转，铜电极在反应前后质量不变,解析锌片做负极，铜片做正极，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，检流计指针不偏转，铜电极在反应后质量增加，D选项错误。,解析甲池中电池总反应方程式为MgH2SO4=MgSO4H2，Mg为负极，电极反应式为Mg2e=Mg2；Al为正极，电极反应式为2H2e=H2。,例3某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作为电极，但甲同学将电极放入

7、6 molL1的稀H2SO4中，乙同学将电极放入6 molL1的NaOH溶液中，如图所示。 (1)写出甲池中发生的有关电极反应的方程式： 负极：_，正极：_。,Mg2e=Mg2,2H2e=H2,(2)写出乙池中发生的有关电极反应的方程式： 负极：_，正极：_。 总反应离子方程式为_。,解析乙池中电池总反应方程式为2Al2NaOH6H2O=2NaAl(OH)43H2，负极上为Al被氧化生成Al3后与OH反应生成Al(OH)4，电极反应式为2Al8OH6e= 2Al(OH)4；正极产物为H2，电极反应式为6H2O6e=6OH3H2。,2Al8OH6e=2Al(OH)4,6H2O6e=6OH3H2,

8、2Al2OH6H2O=2Al(OH)43H2,思维启迪一般电极反应式的书写方法 (1)判断原电池的正、负极，即找出氧化剂和还原剂。 (2)结合介质的酸碱性确定还原产物和氧化产物。 (3)写出电极反应式，将两式相加得总反应式。,原电池正负极判断方法及注意的问题 (1)在原电池中，发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。如果给出电池总反应，可以直接根据化合价的升降来判断。 (2)在判断原电池正、负极时，不要只考虑金属活泼性的相对强弱，还要考虑其能否与电解质溶液发生反应。 镁、铝和稀盐酸构成的原电池中，镁做负极，铝做正极；若把稀盐酸换为氢氧化钠溶液，则铝做负极，镁做正极。 铝、铜和氢氧化

9、钠溶液构成的原电池中，铝做负极；若把氢氧化钠溶液换为浓硝酸，则铜做负极。,解析将总方程式拆成氧化反应和还原反应两个半反应，还原剂在负极上发生氧化反应：2Cu4e=2Cu2；氧化剂在正极上发生还原反应：O24e4H=2H2O。,例4根据下列原电池的总反应式，写出其电极反应式。 (1)利用反应2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O可制备硫酸铜，若将该反应设计为原电池，其负极反应式是_，正极反应式是_。,2Cu4e=2Cu2,O24e4H=2H2O,(2)某原电池总反应为2FeO 3H2=Fe2O34OHH2O，在该原电池中： 负极反应式是_；正极反应式是_ _。,解析将总方程式拆成氧化反应和

10、还原反应两个半反应，还原剂在负极上发生氧化反应：3H26e6OH=6H2O；氧化剂在正极上发生还原反应：2FeO 5H2O6e=Fe2O310OH。,3H26e6OH=6H2O,6e=Fe2O310OH,思维启迪已知总反应式，书写电极反应式的方法 (1)分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。 (2)当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应注意电解质参与的反应。 (3)若有一电极反应式较难书写，可先写较易写出的电极反应式，然后利用总反应式减去该电极反应式

11、即可得到另一电极反应式。,1.比较金属活动性强弱 对于酸性电解质，一般是负极金属的活动性 ，正极金属的活动性 。 例如：a和b两种金属，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生，则a极为 极，b极为 极，金属活动性：a b。 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 。 例如：实验室制取氢气时，粗锌比纯锌与稀硫酸反应速率 ；或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，产生氢气的速率 。,二、原电池原理的应用,较强,较弱,负,正,快,快,加快,3.设计化学电池 (1)理论上，任何自发的 反应都可以设计成原电池。 (2)外电路： 性较强的物质在负极上失去电子， 性较

12、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、阳离子做 移动。,氧化还原,还原,定向,氧化,解析原电池中负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，盐桥起到形成闭合回路、平衡电荷的作用。由总反应方程式可知电极X的材料是Cu，发生氧化反应，电解质溶液Y是可溶性银盐溶液，常用AgNO3溶液。电极反应式如下，负极：Cu2e=Cu2，正极：2Ag2e=2Ag，电子由负极(Cu)流出，经外电路流向正极(Ag)。,例5依据氧化还原反应：Cu2Ag=Cu22Ag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_。,铜,硝酸银溶液,(2)银电极的电极反应式

13、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。 (5)如果将装置图中的两个烧杯换成一个烧杯，是否还需要硫酸铜溶液？_。,2Ag2e=2Ag,Cu2e=Cu2,负(或铜),正(或银),银,铂、石墨,不需要,设计原电池的方法思路 (1)根据原电池总反应式确定正、负极反应式。 (2)根据正、负极反应式选择电极材料和电解质溶液。 (3)要形成闭合回路(可画出装置图)。,思维启迪,例6(2018铜仁一中期中)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

14、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由强到弱的顺序为 A.abcd B.acdb C.cabd D.bdca,解析原电池中，活泼金属做负极，失去电子。a、b相连时a为负极，ab；c、d相连时c为负极，cd；a、c相连时，c极上产生大量气泡，c为正极，ac；b、d相连时，b为正极，db。由此可得金属活动性：acdb。,根据原电池原理设计原电池 (1)原电池的设计原理 用还原性较强的物质做负极，向外电路提供电子。 用氧化性较强的物质做正极，从外电路中得到电子。 原电池内部，两极浸在电解质溶液中，通过阴、阳离子的定向移动形成内电路。 (2)原电池的设计思路

15、以自发进行的氧化还原反应为基础来设计原电池，把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个反应，从而确定电极反应；其次，以两电极反应原理为依据，确定电极材料和电解质溶液；最后，用导线连接构成闭合回路。,(3)确定电极材料 如发生氧化反应的物质为金属单质，可用该金属直接做负极。 两电极材料的选择包括以下几种情况： 活动性不同的两种金属。如锌铜原电池中，锌做负极，铜做正极。 金属和非金属。如锌锰干电池中，锌做负极，石墨做正极。 金属和化合物。如铅蓄电池中，铅板做负极，二氧化铅做正极。 均为惰性电极。如氢氧燃料电池中，正负极均为Pt电极。 注意两个电极必须均能导电。,(4)确定电解质溶液 一般来说，电解

16、质溶液中的阳离子要在正极发生还原反应，而电解质溶液中的阴离子一般不参与反应，可根据实际情况确定电解质溶液。若设计的原电池中含有盐桥，需保证每个半电池中电极与电解质溶液均不能发生反应。 说明设计原电池时，若氧化还原反应中无明显的电解质溶液，可用水做电解质溶液，但为了增强其导电能力，往往向其中加入少量强碱或强酸。,学习小结,XUEXIXIAOJIE,02,达标检测,1.下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是 A.均发生了化学能转化为电能的过程 B.Zn和Cu既是电极材料又是反应物 C.工作过程中，电子均由Zn经导线流向Cu D.相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高,1,2,3,4,解析甲、乙均为原电

17、池，A项正确； Zn为负极，电极反应式为Zn2e=Zn2，Cu为正极，电极反应式为Cu22e=Cu，B项错误； 电子均由Zn经导线流向Cu，C项正确； 图乙Zn没有直接与CuSO4溶液接触，能最大限度地将化学能转化为电能，D项正确。,1,2,3,4,2. 某原电池装置如图所示。下列有关叙述中正确的是 A.电池工作中，盐桥中的Cl向负极移动 B.负极反应式：2H2e=H2 C.工作一段时间后，两烧杯中溶液pH均不变 D.Fe做正极，发生氧化反应,1,2,3,4,解析根据原电池工作原理，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，盐桥的作用是构成闭合回路和平衡两烧杯中的电荷，所以Cl向负极移动，故A正确；

18、 铁做负极，电极反应式：Fe2e=Fe2，正极反应式为2H2e=H2，故B错误； 左烧杯中pH基本不变，右烧杯中消耗H，c(H)减小，pH增大，故C错误； 总电极反应式为Fe2H=Fe2H2，铁做负极，发生氧化反应，故D错误。,1,2,3,4,3.如图所示的装置中有电流产生，以下说法不正确的是 A.Fe是负极，C是正极 B.负极反应式为Fe3e=Fe3 C.内电路中阴离子移向FeCl2溶液 D.电流由石墨电极流向Fe电极,解析图示装置为原电池，负极(Fe)：Fe2e=Fe2，正极(C)：2Fe32e=2Fe2，A项正确，B项不正确； 内电路中，Fe电极失电子，生成Fe2，吸引阴离子，C项正确； 外电路中，电流由正