4.1 原电池-【高效备课】2022-2023学年高二化学高效备课设计（人教版2019选择性必修1）

第四章第一节

原电池

旧知回顾原电池的概念与实质

原电池的形成条件原电池是将化学能转变为电能的装置①能自发进行的氧化还原反应②两个活泼性不同的电极③电解质溶液④闭合回路（1）电池工作时的总反应的离子方程式为（2）负极材料为（3）正极电极反应式为（4）外电路中电子的流向（5）内电路中阳离子的移动方向Zn由锌片移到铜片H+向正极移动Zn+2H+=Zn2++H2↑2H++2e-=H2↑锌铜稀硫酸原电池一、原电池工作原理自发的氧化还原反应氧化反应还原反应外电路（电子导电）电子从负极移向正极负极正极Zn+2H+=Zn2++H2↑Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2↑电子由锌片移向铜片锌铜稀硫酸原电池一、原电池工作原理在外电路中为什么电子从锌片移向铜片？锌铜稀硫酸原电池一、原电池工作原理自发的氧化还原反应氧化反应还原反应外电路内电路分析原电池工作原理的一般思路（电子导电）（离子导电）电子从负极移向正极阴离子移向负极阳离子移向正极负极正极Zn+2H+=Zn2++H2↑Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2↑电子由锌片移动到铜片SO42-移向锌片H+移向铜片电势差自发的氧化还原反应氧化反应还原反应外电路内电路分析出短时间内观察到的现象：现象（电子导电）（离子导电）电子从负极移向正极阴离子移向负极阳离子移向正极负极正极锌—铜硫酸铜原电池电势差理论上的现象实验观察到的现象理论上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，示数逐渐减小分析“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，电流逐渐衰减解决问题的关键：还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触原电池装置的改造该装置能量转化率低的原因是什么？如何解决？现象：电流表指针不偏转两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。为什么没有电流？该如何解决？盐桥一种凝胶态的离子导体原电池装置的改造※资料卡片盐桥：装有含KCl饱和溶液的琼胶，Cl-、K+可在其中自由移动。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ZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCuA【实验验证】

随着时间的延续，能产生持续稳定的电流有盐桥存在为什么能产生持续稳定的电流？盐桥的作用：1、连通内电路，形成闭合回路2、平衡电荷，保持溶液的电中性，从而使原电池不断地产生电流自发的氧化还原反应氧化反应还原反应外电路内电路（电子导电）（离子导电）电子从负极移向正极阴离子移向负极阳离子移向正极负极正极电势差分析原电池工作原理的一般思路Zn+Cu2+=Zn2++CuZn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=Cu电子由锌片移动到铜片Cl-移向负极K+移向正极资料卡片：人们发现盐桥的电阻很大、使用时需要定期更换，实际应用中的电池很多采用电阻较小、体积较小的材料代替盐桥。1.某兴趣小组同学利用氧化还原反应：2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4＝2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1mol•L-1，盐桥中装有饱和K2SO4溶液．回答下列问题：（1）发生氧化反应的烧杯是______（填“甲”或“乙”）．（2）甲烧杯中发生的电极反应为

．乙MnO4-+8H++5e-═Mn2++4H2O．练一练自发的氧化还原反应氧化反应还原反应外电路内电路（电子导电）（离子导电）电子从负极移向正极阴离子移向负极阳离子移向正极负极正极电势差分析原电池工作原理的一般思路MnO4-+5Fe2++8H+＝Mn2++5Fe3++4H2OMnO4-+8H++5e-═Mn2++4H2OFe2+-e-═Fe3+1.某兴趣小组同学利用氧化还原反应：2KMnO4+10FeSO4+8H2SO4＝2MnSO4+5Fe2(SO4)3+K2SO4+8H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1mol•L-1，盐桥中装有饱和K2SO4溶液．回答下列问题：（3）外电路的电流方向为：从______到______（填“a”或“b”）．（4）电池工作时，盐桥中的SO42-移向______（填“甲”或“乙”）烧杯．练一练ab乙自发的氧化还原反应氧化反应还原反应外电路内电路（电子导电）（离子导电）电子从负极移向正极阴离子移向负极阳离子移向正极负极正极电势差分析原电池工作原理的一般思路MnO4-+5Fe2++8H+＝Mn2++5Fe3++4H2OMnO4-+8H++5e-═Mn2++4H2OFe2+-e-═Fe3+电子从b移动到aSO42-移向乙极K+移向甲极Zn-H2SO4-C与Zn-H2SO4-Cu输出电流强度的大小。探究一结论：Zn-H2SO4-C的电流大ZnSO4H2SO4AZnCuZnSO4H2SO4AZnCMg-H2SO4-Cu与Zn-H2SO4-Cu输出电流强度的大小。探究二结论：Mg-H2SO4-Cu的电流大ZnSO4H2SO4AMgCuZnSO4H2SO4AZnCu总结：原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。原电池的应用原电池的应用比较金属的活动性强弱加快化学反应速率用于金属的防护设计制作化学电源二、化学电源优点(1)方便携带,易于维护。(2)化学电池的能量转化效率较高,供能稳定可靠。(3)可以制成各种形状、大小和容量不同的电池及电池组。判断电池优劣的标准(1)比能量:即单位质量或单位体积所能输出电能（比能量）的多少。(2)比功率:即单位质量或单位体积所能输出功率（比功率）的多少。(3)电池的可储存时间的长短。负极(Zn),电极反应式为

。正极(MnO2),电极反应式为

.总反应式:Zn+2MnO2+2H2OZn(OH)2+2MnO(OH)。Zn+2OH--2e-Zn(OH)2碱性锌锰电池的工作原理如图所示:1.一次电池(碱性锌锰电池)二、化学电源2MnO2+2H2O+2e-2MnO(OH)+2OH-特点:碱性锌锰电池比普通锌锰电池性能好,它的比能量和可储存时间均有所提高,适用于大电流和连续放电。锌筒石墨棒MnO2和C普通锌-锰电池的结构NH4Cl、ZnCl2和H2O等离子型导电隔膜铜针改进方式：电极活性物质：锌粉、高活性电解MnO2电极材料：增大相对面积离子导体：高活性的KOH溶液改进目的：加快反应速率减小电池内阻改进效果：大电流高电压(1)放电时的反应a.负极反应:

。b.正极反应:.c.总反应:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。Pb+SO42--2e-PbSO42.二次电池(以铅蓄电池为例)二、化学电源PbO2+4H++SO42-+2e-PbSO4+2H2O。(2)充电时的反应a.阴极反应:

。b.阳极反应:

。c.总反应:2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4。PbSO4+2e-Pb+

SO42-PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++

SO42-2.二次电池(以铅蓄电池为例)二、化学电源优缺点(1)优点:可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉,在生产、生活中应用广泛。(2)缺点:比能量低、笨重,废弃的电池污染环境。3.燃料电池酸性碱性负极反应式

正极反应式电池总反应式2H2+O2

2H2O2H2-4e-4H+

2H2+4OH--4e-4H2OO2+4H++4e-2H2OO2+2H2O+4e-4OH-二、化学电源(1)氢氧燃料电池燃料电池与前几种电池的差别①氧化剂与还原剂在工作时不断补充；②反应产物不断排出③能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。(2)以甲烷燃料电池为例,分析不同的环境下电极反应式的书写。①酸性介质(如H2SO4)负极反应式:

。

正极反应式:

。

总反应式:

。

②碱性介质(如KOH)负极反应式:

。

正极反应式:

。

总反应式:

。

CH4-8e-+2H2OCO2+8H+2O2+8e-+8H+4H2OCH4+2O2CO2+2H2OCH4-8e-+10OH-CO32-+7H2O2O2+8e-+4H2O8OH-CH4+2O2+2OH-CO32-+3H2O二、化学电源③固体电解质(高温下能传导O2-)负极反应式:

。

正极反应式:

。

总反应式:

。

④熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下负极反应式:

。

正极反应式:

。

总反应式:

。

CH4-8e-+4O2-CO2+2H2O2O2+8e-4O2-CH4+2O2CO2+2H2OCH4-8e-+4CO32-