原电池的工作原理-课件（新教材）人教版高中化学选择性必修一.pptx

1、-1-第四章 化学反应与电能-2-第一节原电池-3-第1课时原电池的工作原理-4-5-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断1.在氧化还原反应中:(1)氧化剂电子元素化合价被发生反应。(2)还原剂电子元素化合价被发生反应。(3)氧化剂、还原剂之间转移电子数目。2.原电池是将转化为的装置,原电池内发生的反应属于。得到降低还原还原失去升高氧化氧化相等化学能电能氧化还原反应-6-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断3.在下图装置中:(1)锌片是极,电极反应式是;铜片是极,电极反应式是。(2)总反应方程式是。(3)外电路中电子由片流向片。负Zn-2e-=Zn2+正2H+2e-=H2Zn+2H+=Zn

2、2+H2锌铜-7-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断一、原电池的工作原理1.构成条件(1)具有两个不同的电极。(2)合适的溶液。(3)形成回路(两电极用导线相连或互相接触并插入电解质溶液中)。(4)能自发地发生反应。活泼性电解质闭合氧化还原-8-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断2.装置图(以Zn-Cu原电池为例)注:这种用盐桥连接的原电池也叫双液原电池。-9-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断3.工作原理(以上述原电池为例)负极正极流出流入氧化还原Zn-2e-=Zn2+Cu2+2e-=CuZn+Cu2+=Zn2+Cu-10-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断【微思考1】盐桥在

3、原电池装置中的作用是什么?【微思考2】原电池工作时,阴、阳离子在电解质溶液中的运动方向是怎样的?答案:连接两个“半电池”,形成闭合回路;盐桥中,阳离子移向正极区电解质溶液中,阴离子移向负极区电解质溶液中,使氧化还原反应持续进行,不断产生电流。答案:原电池的电解质溶液中,阴离子向负极移动,阳离子向正极移动。可简记为:正正负负解释:正(指阳离子)正(指正极)、负(指阴离子)负(指负极)。-11-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断二、原电池的设计从理论上讲,能自发进行的氧化还原反应均可以设计成原电池,实际设计时应注意以下几点:1.外电路负极(较强的物质)正极(较强的物质)。2.内电路将两电极浸入

4、中,阴、阳离子作。还原性氧化性电解质溶液定向运动-12-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断3.闭合回路 负极正极-13-课前篇素养初探知识铺垫必备知识正误判断(1)原电池是把化学能转化为电能的一种装置。()(2)原电池正极发生氧化反应,负极发生还原反应。()(3)不能自发进行的氧化还原反应,通过原电池装置可以实现。()(4)石墨棒不能用来作原电池的电极。()(5)反应Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+能以原电池的形式来实现。()(6)NaOH+HCl=NaCl+H2O可自发进行,可设计成原电池。()(7)Zn-Cu-稀硫酸原电池中,正极“半电池”可为Cu-稀硫酸,负极“半电池”可为Zn-Zn

5、SO4溶液。()答案:(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)-14-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测原电池原电池工作原理工作原理问题探究-15-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测1.Cu、Ag与稀硫酸能否设计成原电池?2.外电路中电流方向与电子的流动方向有何关系?3.试分析用镁、铝作电极,氢氧化钠溶液作电解质溶液构成原电池时的正、负极及电子得失情况。答案:不能。Cu、Ag与稀硫酸都不能自发地发生氧化还原反应。答案:电流方向与电子的流动方向相反。答案:镁、铝、氢氧化钠溶液构成的原电池中,发生反应:2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2,铝失去电子,应该作负极,

6、H2O得到电子,镁作正极。-16-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测深化拓展1.两种原电池的比较甲装置所示原电池俗称单液原电池,锌片、铜片用导线相连后,都插入到稀硫酸中,所以,锌片上失去的电子一部分通过导线流向铜片,形成电流,还有一部分,直接传递给溶液中碰撞到锌片上的氢离子,这一部分电子不形成电流,这种原电池供电效率不高,且电流在较短时间内就会衰减。-17-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测乙装置所示原电池俗称双液原电池,锌片、铜片用导线相连后,锌片插入ZnSO4溶液中,铜片插入稀硫酸中,这样就避免了锌片与稀硫酸直接接触发生反应而造成的电能损失,锌失去的电子全部通过导线流向铜片

7、,这种原电池供电效率高,且能提供较稳定的电流。2.盐桥的作用盐桥中通常装有含KCl饱和溶液的琼胶。当盐桥存在时,使两个半电池中的溶液连成一个通路。随着反应的进行,盐桥中的Cl-向硫酸锌溶液方向移动,K+向稀硫酸方向移动,使硫酸锌溶液和稀硫酸一直保持电中性,氧化还原反应得以继续进行,从而使电子不断从锌极流向铜极,能持续、稳定地产生电流。-18-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测素能应用典例1依据氧化还原反应:2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)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)银电极为电池的极,发生的电极反应为;X电

8、极上发生的电极反应为。(3)外电路中的电子是从极流向极。-19-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测答案:(1)CuAgNO3溶液(2)正2Ag+2e-=2AgCu-2e-=Cu2+(3)负(Cu)正(Ag)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:Cu-2e-=Cu2+,正极:2Ag+2e-=2Ag。电子由负极(Cu)流出,经外电路流向正极(Ag)。-20-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测判断原电池正、

9、负极的方法-21-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练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.铜电极上发生氧化反应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-22-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测答案:C-23-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测原电池原电池原理的应用原理的应用问题探究1.若纯锌与粗锌(含Fe、C等)分别与同浓度的稀硫酸反应制取H2,哪种方法产生H2的速率大?答案:粗锌。粗锌中的铁、碳可以与锌构成原电池,从而增大反应速率。答案

10、:不能;因为这个反应不是氧化还原反应,反应过程中没有电子的转移,不符合原电池的构成条件。-24-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测3.X、Y、Z、W四块金属板分别用导线两两相连浸入稀硫酸中构成原电池。X、Y相连时,X为负极;Z、W相连时,电流方向是WZ;X、Z相连时,Z极上产生大量气泡;W、Y相连时,W极发生氧化反应。根据所学内容判断四种金属的活动性顺序。答案:四种金属的活动性顺序由强到弱是XZWY。-25-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测深化拓展原电池原理的应用(1)增大氧化还原反应速率如实验室用Zn和稀硫酸反应制H2,常用粗锌,它产生H2的速率大。原因是粗锌中的杂质和锌、

11、稀硫酸形成原电池,增大了锌与稀硫酸的反应速率,使产生H2的速率增大。(2)比较金属的活动性强弱原电池中,负极一般为活动性较强的金属,正极一般为活动性较弱的金属。(3)设计原电池原电池的设计一定要满足构成原电池的几个条件。设计思路:以自发的氧化还原反应为基础,把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应,从而确定电极反应,以两极反应为依据,确定电极材料及电解质溶液,最后画出装置图。(4)寻求和制造干电池和蓄电池等化学能源。-26-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测素能应用典例2某原电池总反应的离子方程式为2Fe3+Fe=3Fe2+,能实现该反应的原电池是()A.正极为Cu,负极为C,

12、电解质为FeCl3溶液B.正极为C,负极为Fe,电解质为Fe(NO3)3溶液C.正极为Fe,负极为Zn,电解质为Fe2(SO4)3溶液D.正极为Ag,负极为Fe,电解质为CuSO4溶液答案:B解析:将总反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应,即为负极Fe-2e-=Fe2+,正极2Fe3+2e-=2Fe2+,然后根据原电池的构成条件确定正、负极材料和电解质溶液。因此,本题负极必是Fe,正极可为比Fe活动性弱的金属或非金属导体,电解质溶液为含Fe3+的盐溶液,所以B项正确。-27-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测(1)设计原电池原理:原电池是一种将化学能转化为电能的装置,因此只有放热的氧

13、化还原反应才可以设计成原电池。在电池中,通过电极和导线将电子转移变成了电子的定向移动,将氧化反应和还原反应分到两个电极上进行,使其成为两个“半反应”。(2)设计原电池思路:电极材料的选择。负极一般是活动性强的金属材料,正极一般选用活动性比负极弱的金属材料或石墨等惰性电极。电解质溶液的选择。电解质溶液一般要能够与负极发生反应。保证设计出的原电池装置中,还原剂在负极上发生反应,氧化剂在正极上发生反应。-28-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测变式训练2利用反应Zn+2FeCl3=ZnCl2+2FeCl2设计一个双液原电池。在下图方格内画出实验装置图,并注明电极材料,写出电极反应式。正极材料

14、为,电极反应式为;负极材料为,电极反应式为。-29-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测答案:-30-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测-31-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测1.下列关于原电池的叙述中正确的是()A.原电池能将化学能转变为电能B.原电池负极发生的电极反应是还原反应C.原电池在工作时其正极不断产生电子,并经外电路流向负极D.原电池的电极只能由两种不同的金属构成答案:A解析:原电池是将化学能转变为电能的装置,A正确;原电池负极失电子,发生的电极反应是氧化反应,B错误;原电池在工作时其负极不断产生电子,并经外电路流向正极,C错误;原电池的电极一般为活动性不同

15、的两种金属或金属与非金属导体,D错误。-32-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测2.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(如图)。以下有关该原电池的叙述正确的是()在外电路中,电子由铜电极流向银电极正极反应为Ag+e-=Ag实验过程中取出盐桥,原电池仍继续工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A.只有B.C.只有D.-33-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测答案:B-34-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测3.(双选)(2020山东临沂高二检测)某原电池的离子方程式是Zn+Cu

16、2+=Zn2+Cu,该原电池正确的组成是()答案:AC-35-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测4.由锌片、铜片和200mL稀硫酸组成的原电池如右图所示。(1)原电池的负极反应式为 ,正极反应式为 。(2)电流的方向是。(3)一段时间后,当在铜片上放出1.68L(标准状况)气体时,右侧烧杯中的H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时,共消耗g锌,有个电子通过了导线,原稀硫酸中c(H2SO4)=(设溶液体积不变)。-36-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测-37-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测5.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池,以便完成下列反应:2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2。画出原电池的示意图并写出电极反应和电池总反应。答案:原电池设计如下图:-38-课堂篇素养提升任务一任务二素养脉络随堂检测解析:构成原电池的基本条件,也是进行原电池设计的基本依据。(1)根据电池反应写出电极反应式。(2)找出两电极材料。(3)找出电解质溶液。(4)形成闭合回路。