1.2.1原电池的工作原理(课件)高二上学期化学鲁科版选择性必修1

第一课时原电池的工作原理第2节化学能转化为电能——电池联想质疑

汽车等机动车往往需要配备电池，人造卫星、宇宙飞船等必须携带电池，人们在日常生活中也经常要使用电池……这些足以说明电池的重要作用。

现在，为满足人们生产和生活水平不断提高的需要，性能优异的新型电池相继出现，如锌银电池、锂电池、燃料电池等。那么，电池究竟是一种什么样的装置？原电池构造如何？他们在工作时，装置中发生了什么变化？必修二教材54页找答案【自主学习】必修二教材54页1.什么是化学电池？2.什么是原电池？化学电池：根据原电池原理制成的电池。原电池：利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。实验探究：Zn与Cu以不同形式插入稀硫酸的现象与解释探究一、原电池的工作原理4.实验现象结论或解释

锌片溶解，表面有气泡铜片表面无气泡CuZn稀H2SO4Cu稀H2SO4Zn稀H2SO4铜与稀硫酸不反应锌片溶解，表面有气泡，铜片表面没有气泡CuZn稀H2SO4锌片溶解铜片表面出现气泡Zn+H2SO4=ZnSO4+H2Zn+H2SO4=ZnSO4+H2电流计指针偏转外电路有电流形成思考：①既然铜片不与稀硫酸反应，为什么铜上会有氢气生成？②电流表的指针为何偏转？③只将锌插入H2SO4溶液中，根据现象知：锌也失电子变成锌离子，氢离子也得电子变成氢气。为什么不产生电流呢？④负极失电子呈正电性趋势，正极得到电子呈负电性趋势，溶液中的离子是怎样移动的？结论：虽然铜不活泼，不能失去电子，但锌比铜活泼，锌与稀硫酸接触时，失去电子，这些电子沿着导线传递到铜的表面，被溶液中接近的氢离子获得后，形成了氢气放出。溶液中，阴离子向锌极移动，阳离子向铜极移动。CuZn稀H2SO4Zn-2e-

=Zn2+2H++2e-=H2氧化反应还原反应Zn片→Cu片负极正极

原电池的原理：Zn+2H+=Zn2++H2↑电极上发生的半反应

在原电池中，氧化还原反应是在两个电极上分别进行的。每个电极上或是发生失去电子的变化，或是发生获得电子的变化，分别相当于氧化还原反应的一半，这种反应称为半反应。半反应可以表示电极上物质的变化情况以及电子的转移情况的式子。电极反应式正极得电子数目=负极失电子数目二、原电池的构成条件：实验装置

①

②

③能否构成原电池

构成原电池条件一

（电极材料）实验探究二:能活泼性不同的两个电极能不能思考：负极材料和正极材料可以是哪类物质？负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等实验探究三:（溶液）实验装置

（1）

（2）

（3）能否构成原电池构成原电池条件二能Fe能不能思考：反应实质？电极必须插入

电解质溶液

中电解质溶液原电池的负极和电解质溶液发生氧化还原反应实验探究四:（是否闭合）实验装置

（1）

（2）能否构成原电池

构成原电池条件三不能两极相连形成闭合回路能原电池的构成原电池的构成2.两个电极3.电子导体1.电极反应物——导线——电解质溶液或熔融的电解质——电极材料：导电的固体闭合回路4.离子导体——在两极上自发进行氧化还原反应归纳总结电子从负极沿导线到正极，溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极。【总结】（1）电极反应

负极：

正极：（2）电子流向：外电路中，电子从

极→

极（3）电流方向：外电路中，电流从

极→

极（4）电解质溶液中离子移动方向：

阳离子→

极，阴离子→

极。（5）电极反应特征：（6）闭合回路：氧化反应还原反应负正正负负正电子不下水，离子不上岸通常负极金属被氧化而逐渐消耗（质量减小）

正极附近的阳离子被还原（质量增加或有气泡）【自我检测】判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。1.在原电池构成的闭合回路中,电子从原电池的正极通过导线流向负极。(

)2.HCl+NaOH===NaCl+H2O是放热反应,可以设计成原电池。(

)3.将铜片和锌片用导线连接插入酒精中,电流表指针发生偏转。(

)4.在铜、锌及稀硫酸构成的原电池中,电子由锌通过导线流向铜,再由铜通过电解质溶液到达锌。(

)5.原电池中的负极反应一定是电极材料失电子。(

)6.所有的氧化还原反应都可以设计成原电池。(

)7.原电池装置中,电解质溶液中阳离子移向正极。(

)××××××√原电池正负极判断依据能力提升判断依据正极负极电极材料________________________________电子流向__________________电极反应__________________电极现象____________________________离子移向阳离子移向阴离子移向电极减轻不活泼金属或非金属导体活泼金属电子流入电子流出还原反应氧化反应电极增重或产生气体1.原电池电极(正极、负极)的判断依据有多种。试填写下表：判断下列哪些装置属于原电池？交流·研讨1根据原电池原理，完成下列填空。还原剂-e-=氧化产物(Zn-2e-=Zn2+)氧化剂+e-=还原产物(Cu2++2e-=Cu)负极锌逐渐被腐蚀正极析出红色固体Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu交流·研讨2实验目的利用所给用品设计装置并进行实验，将下列反应所释放的能量转化为电能。Zn+2H+=Zn2++H2↑实验用品锌片，铜片，石墨棒，稀硫酸，稀盐酸；烧杯，导线，电流表，开关。活动·探究提示负极材料选择正极材料选择离子导体选择能导电的固体【金属（活动性比负极弱）或石墨】电解质溶液或熔融的电解质（可以电离出正极反应物离子）燃料电池正极反应物为O2，电解质不做反应物负极反应物为金属时：负极反应物同时为负极材料负极反应物不导电时：另选可以导电的电极材料（如石墨、金属单质）原电池正负极材料和离子导体的选择氧化还原反应原电池氧化还原反应分开进行形成闭合回路方法导引设计原电池的基本思路设计思路及依据实验装置实验现象Zn+2H+====Zn2++H2↑确定负极选择负极反应物:____选择负极材料:____确定正极选择正极反应物:____

___选择正极材料:___________构成闭合回路选择离子导体:____________选择电子导体:___

_电流表指针偏转，锌片逐渐溶解；正极材料表面有气泡生成。锌片锌片氢离子铜片稀硫酸导线例1.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:FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2.画出原电池的示意图并写出电极反应式.石墨CuFeCl3溶液负极（铜）：Cu－2e－=Cu2+正极（石墨）：2Fe3++2e－=2Fe2+迁移应用实验室用Zn与Ｈ2SO4制H２，用粗锌产生Ｈ２的速率比用纯Zn

，或在稀Ｈ2SO4中加入少量

溶液，也同样会加快Zn与稀Ｈ2SO4产生Ｈ２的速率，这是因为：

。快硫酸铜锌能和硫酸铜溶液反应，置换出铜，附着在锌的表面，与硫酸一起形成了铜锌原电池。1.加快化学反应速率三、原电池的应用：

把a,b,c,d四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成多个原电池。若a,b相连时，a为负极；c,d相连时，d上有气体逸出；a,c相连时，a极减轻；b,d相连时，b为正极。则四种金属的活动顺序是（

）A.a>b>c>dB.a>c>b>dC.a>c>d>bD.b>d>c>aC2.比较金属的活泼性四、双液原电池的工作原理活动探究探秘铜锌原电池预测

你认为下图所示装置是否能够构成原电池，将化学能转化为电能？请说明理由。如果不能如何改进？

盐桥盐桥中通常装有琼脂凝胶，内含氯化钾或硝酸铵。盐桥中的离子能够定向移动。通过盐桥可将两个相互隔离的电解质溶液连接起来，传导电流。实验用品铜片、锌片、1mol·L-1CuSO4溶液、1mol·L-1ZnSO4溶液烧杯、导线、盐桥、检流计实验方案实施1.

按装置(a)，完成实验并回答下列问题：有关的实验现象是①锌片

，铜片

，CuSO4溶液颜色

；②电流表的指针

，装置中的能量变化是

。该装置称作原电池。溶解加厚变亮变浅发生偏转化学能转化为电能实验方案实施2.按装置（b），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是①锌片

，铜片

；②电流表指针

；③CuSO4溶液的颜色

。溶解加厚变亮发生偏转变浅实验装置编号实验现象ab实验现象锌片溶解，质量减轻；铜片加厚变亮，硫酸铜溶液颜色变浅，电流表指针发生偏转。未插盐桥，无明显现象；插入盐桥，锌片溶解，铜片加厚变亮，硫酸铜溶液颜色变浅，电流表指针发生偏转。实验结论两套装置，检流计指针均发生偏转，说明均有电流产生，即发生了化学能转化为电能的过程，都形成了原电池。讨论1.分析（a）（b）两个原电池各部分的作用，确定其电极反应物、电极材料和离子导体。2.分析（a）（b）两个原电池的工作原理，写出电极反应式。3.分析（a）（b）两个原电池，说明各自的优缺点。电极反应物电极材料离子导体负极：Zn、正极：CuCuSO4溶液ZnSO4溶液、盐桥负极：Zn、正极：CuSO4负极：Zn、正极：CuSO4负极：Zn、正极：CuCuSO4溶液（a）（b）两个原电池各部分的作用负极：Zn-2e-=Zn2+正极：Cu2++2e-=Cu总反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu负极：Zn-2e-=Zn2+正极：Cu2++2e-=Cu总反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu两个原电池的工作原理及电极反应式。思考交流

若用温度计测量溶液的温度，发现（a）装置溶液的温度略有升高，而（b）装置溶液的温度不变，试分析原因是什么？(a)装置中，锌片和硫酸铜溶液直接接触，还有Cu2＋直接在锌电极上得电子被还原，部分化学能转化成热能。(b)装置中锌片和CuSO4溶液没有直接基础，CuSO4溶液中的Cu2＋不能移向锌片得电子被还原。对

比相同点：氧化还原反应原理；两个电极及电极反应；都能产生电流；

外电路均是电子的定向移动，

内电路均是离子的定向移动。不同点：单液电池Zn和Cu2+直接接触，两个半反应在同一区域进行，

能量转化率低，电流强度弱不稳定，持续时间短。

双液电池Zn和Cu2+不直接接触，两个半反应在不同区域进行，

能量转化率高，电流强度大稳定，持续时间长。两个原电池异同电子流动电路离子移动电路电子流动电路离子移动电路单液电池双液电池迁移应用判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。负极：Cu-2e-=Cu2+正极：2Fe3++2e-=2Fe2+先写出总反应：拆成离子方程式：Cu+2Fe3＋

=Cu2＋+2Fe2＋根据化合价升降判断正负极1.简单原电池电极方程式的写法CuCFeCl3溶液

Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2迁移应用盐桥CuCCuCl2溶液FeCl3溶液

G将反应Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2

设计成双液盐桥电池2.简单盐桥原电池设计根据氧化还原反应电子转移判断电极反应根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液负极：Cu-2e-=Cu2+正极：2Fe3++2e-=2Fe2+迁移应用3.原电池原理应用如图所示的原电池装置,X、Y为两电极,电解质溶液为稀硫酸,外电路中的电子流向如图所示,对此装置的下列说法正确的是()A.外电路的电流方向为:X→外电路→YB.若两电极分别为Zn和石墨棒,则X为石墨棒,Y为ZnC.若两电极都是金属,则它们的活动性为X>YD.X极上发生的是还原反应,Y极上发生的是氧化反应C【解析】由图可知,电子的流动方向是X→外电路→Y,则电流的方向就为Y→外电路→X;X为原电池的负极,Y为正极,X的活动性比Y的强;X极应发生氧化反应,Y极应发生还原反应。能力提升1.有一纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。(1)Zn发生____反应，是___极，电极反应式是______________________。(2)Ag2O发生_

__反应，是___极，电极反应式是____________________

。Zn＋2OH－2e－===Zn(OH)2正Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－氧化负还原已知总反应式，书写电极反应式(1)分析化合价，确定正极、负极的反应物与反应产物。(2)在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。(3)根据质量守恒配平电极反应式。(4)复杂电极反应式＝总反应式－简单的电极反应式。Zn+Cu2+=Zn2++CuZn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=Cu失电子氧化反应得电子还原反应电池反应氧化还原反应阴离子流向阳离子移向负极正极导线电极反应式

电极反应（半反应）离子导体电子流出电子流入ZnCu课堂小结原电池的工作原理分析第2节化学能转化为电能——电池第二课时化学电源生活中的化学电源化学电源:将化学能转化为电能的装置化学电源的分类化学电源一次电池可充电电池燃料电池只能放电不能充电可反复充放电氢氧燃料电池铅蓄电池锌锰干电池能量利用率高，无污染1.锌锰干电池负极：锌筒酸性锌锰干电池—+电池材料工作原理特点正极：石墨电解质溶液：氯化铵和氯化锌负极：正极：Zn+-2e-=Zn2+2MnO2+2NH4++2e-=2NH3+H2O+Mn2O3优点：不足：制作简单，价格低廉易发生自放电，存放时间短，电压下降快碱性锌锰干电池负极：锌电池材料工作原理特点正极：石墨电解质溶液：氢氧化钾单位质量输出的电能多、贮存时间长Zn+2OH--2e-==ZnO+H2O2MnO2+2H2O+2e-==2MnOOH+2OH-负极：正极：总反应：Zn+2MnO2+H2O==ZnO+2MnOOH2.铅蓄电池特点Pb+SO42--2e-=PbSO4PbO2+4H++SO42-+2e-=2PbSO4+2H2O负极：Pb电池材料工作原理正极：PO2电解质溶液：H2SO4负极：正极：优点：不足：总反应：单位质量电池释放的电能少性能优良、造价低，可多次充放电

Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放电充电特点电池材料工作原理其他常见可充电电池3.燃料电池特点电极反应物：工作原理负极——燃料正极——氧化剂（氧气）负极——燃料发生氧化反应正极——氧化剂发生还原反应电池反应——相当于燃烧反应能量利用率高，反应物可不断输入两极离子导体：酸、碱、盐电解质溶液，熔融碳酸盐，固体电解质，质子交换膜等氢氧燃料电池1.氢氧燃料电池两电极的反应类型H2是

反应物,氢气分子中氢原子在负极上

电子,氢气发生

反应;O2是

反应物,氧气分子中氧原子在正极上

电子,氧气发生

反应。2.氢氧燃料电池原理氢氧燃料电池产生电流的原因是在两个石墨电极上有

能力不同的物质——氢气和氧气,当形成

时,便会产生电流。负极正极得失氧化还原得失电子闭合回路活动探究制作一个简单的燃料电池实验目的

利用所给试剂和仪器设计装置并进行实验，通过该装置将下列反应产生的化学能转化为电能。实验用品KOH溶液，稀硫酸，K2SO4溶液、石墨棒、U形管、橡胶塞、导线、电流表、电源2H2+O2=2H2O思考：1.设计电池的基本思路是什么？2.氢氧燃料电池中，正负极反应物是什么？如何获得这些反应物？3.哪些物质可以用作氢氧燃料电池的电极材料？哪些物质可以用作氢氧燃料电池的离子导体？分析电池反应化合价变化确定正负极反应物确定电极材料确定离子导体正极反应物氧气负极反应物氢气电解水石墨KOH溶液，稀硫酸，K2SO4实验方案的设计与实施设计目标设计思路及依据实验装置实验现象选择实验用品选择实验用品目的获得氢气和氧气制作氢氧燃料电池稀硫酸(或K2SO4溶液)、石墨棒、U形管、橡胶塞、导线、电源稀硫酸(或K2SO4溶液)作离子导体增强导电性；石墨棒做电极；U形管、橡胶塞电解反应装置；导线做电子导体；电源提供电能。稀硫酸(或KOH溶液)、石墨棒、U形管、橡胶塞、导线、电流表稀硫酸(或KOH溶液)作离子导体；石墨棒做电极材料；U形管、橡胶塞电池反应装置；导线做电子导体；电流表检测电流。石墨棒周围有气泡产生电流表指针偏转讨论：1.尝试分析你设计你设计的氢氧燃料电池的工作原理，写出电极反应式。2.若选择不同的电解质溶液（离子导体），对于电极反应式有哪些应影响？3.你认为还可以从哪些方面来改进所设计的原电池？负极：正极：电池反应：2H2＋O2=2H2O2H2－4e-==4H+O2+4e-＋4H+==2H2O负极：正极：电池反应：2H2＋O2=2H2O2H2+4OH-－4e-==4H2OO2+2H2O+4e-==4OH-电极反应和电池反应酸性氢氧燃料电池（离子导体稀H2SO4）：碱性氢氧燃料电池（离子导体KOH溶液）：氢氧燃料电池优点思考酸性和碱性氢氧燃料电池中，反应进行一段时间后电解质溶液的pH分别如何变化？碱性氢氧燃料电池中pH变小，酸性氢氧燃料电池中pH变大。氢氧燃料电池的产物只有水，不产生污染，能量利用率高，可连续使用。迁移应用1.现有H2、O2构成的燃料电池，KOH作电解质溶液，则负极应通入

气,正极通入

气，电极反应为:

，

。2.如把KOH改为H2SO4作电解质，则电极反应为：

、_____________________________。氢负极：2H2-4e-+4OH-==4H2O正极：O2+4e-+2H2O==4OH-负极:2H2-4e-

==4H+正极:O2+4e-+4H+==2H2O氧3.将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作甲烷燃料电池。根据对两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为

，这一极的电极反应为

；通入氧气的一极为_____，电极反应为

，总反应为

。负极CH4-8e-+10OH-==CO32-+7H2O正极O2+4e-+2H2O==4OH-CH4+2O2+2KOH==K2CO3+3H2O迁移应用归纳总结燃料电池电