【課件】原電池的工作原理（課件）（人教版2019選擇性必修1+）

meiyangyang8602請(qǐng)你回憶！回憶學(xué)過(guò)的原電池形成的條件及原理寫(xiě)出原電池中的總反應(yīng)方程式和電極反應(yīng)式，并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移和離子遷移的方向。meiyangyang8602meiyangyang8602

原電池形成的條件及原理Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑

電極反應(yīng)：負(fù)極：Zn-2e-Zn2+（氧化反應(yīng)）

正極：2H++2e-H2↑（還原反應(yīng)）

總反應(yīng)方程式：meiyangyang8602meiyangyang8602

原電池原理示意圖負(fù)極氧化反應(yīng)正極還原反應(yīng)+-e-外電路電子遷移：負(fù)→正內(nèi)電路離子遷移：陽(yáng)離子：移向正極陰離子：移向負(fù)極角度1電極反應(yīng)角度2粒子遷移meiyangyang8602

無(wú)處不在的電池普通干電池手機(jī)電池鈕扣電池筆記本電腦專用電池心臟起搏器電池氫氧燃料電池請(qǐng)你聯(lián)想！說(shuō)說(shuō)你所了解的和電池相關(guān)的行業(yè)及前沿科技meiyangyang8602目前幾乎臨床上所有使用中的心臟起搏器都是使用內(nèi)置電池作為能源供應(yīng)的。也正是因?yàn)檫@樣，植入式起搏器的壽命很大程度上受到了電池容量的影響。當(dāng)起搏器電池電量耗竭時(shí)，起搏器的壽命也就走到了盡頭，此時(shí)不得不通過(guò)更換起搏器來(lái)保證設(shè)備功能正常。70年代至今，永久心臟起搏器使用鋰電池（鋰碘電池）。具有體積小，容量大，自放電率低（平均1%），壽命長(zhǎng)，電池電壓呈漸進(jìn)性下降，到達(dá)ERI后還可維持3~6個(gè)月等特點(diǎn)。請(qǐng)你聯(lián)想！說(shuō)說(shuō)你所了解的和電池相關(guān)的行業(yè)及前沿科技meiyangyang8602請(qǐng)你聯(lián)想！說(shuō)說(shuō)你所了解的和電池相關(guān)的行業(yè)及前沿科技比亞迪汽車公司設(shè)計(jì)的磷酸鐵鋰電池,充電一小時(shí)，續(xù)航500公里。說(shuō)說(shuō)你能得到什么啟發(fā)？電池的放電效率和壽命有待于不斷改善第一節(jié)原電池

第四章化學(xué)反應(yīng)與電能趙健第1課時(shí)

原電池的工作原理meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602請(qǐng)你思考！從原電池的發(fā)展過(guò)程你得到什么啟示？課本P75頁(yè)meiyangyang8602

1780年的一天，意大利生物學(xué)家伽伐尼解剖青蛙。將青蛙腿放到銅制的解剖盤(pán)里，當(dāng)解剖刀接觸青蛙腿時(shí)，發(fā)現(xiàn)他認(rèn)為：青蛙肌肉和神經(jīng)里的“生物電”導(dǎo)致抽搐。他將青蛙腿放到木制的解剖盤(pán)里，用解剖刀去接觸，蛙腿不動(dòng)！他又進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)：兩種活潑性不同的金屬同時(shí)接觸蛙腿，蛙腿就會(huì)抽搐。他認(rèn)為由于兩種金屬插在了由肌肉提供的溶液中，構(gòu)成回路而產(chǎn)生電流，從而刺激了蛙腿的抽動(dòng)。meiyangyang8602

電池發(fā)現(xiàn)趣史

1799年伏達(dá)用鋅片、浸鹽水的濕布、銀片依次重疊起來(lái)，創(chuàng)制了最早的獲得連續(xù)電流的伏達(dá)電堆。伏達(dá)電堆模型伏特在擺弄他的伏特柱meiyangyang8602

電池發(fā)現(xiàn)趣史meiyangyang8602meiyangyang8602

美國(guó)某大學(xué)的研究人員研制出了一種可以服食的鈉電池電子藥丸，這種電子藥丸能在患者體內(nèi)檢測(cè)體征情況。這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)預(yù)計(jì)將大大改變癌癥、胃病等一系列慢性病癥的治療方案。從伏打電池到鋰電池，鈉電池等各種新型電池的發(fā)展，建構(gòu)原電池的思維模型。meiyangyang8602

電池發(fā)現(xiàn)趣史01原電池原理的應(yīng)用設(shè)計(jì)原電池趙健meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602請(qǐng)你設(shè)計(jì)！用銅片、鋅片，CuSO4溶液設(shè)計(jì)原電池，寫(xiě)出總反應(yīng)方程式、電極反應(yīng)式，并預(yù)測(cè)能觀察到的現(xiàn)象。Zn+

Cu2+Cu

+Zn2+電極反應(yīng)：負(fù)極：Zn-2e-Zn2+

正極：Cu2++2e-Cu總反應(yīng)：e-Zn2+CuZnCuSO4溶液Cu2+meiyangyang8602請(qǐng)你設(shè)計(jì)！用銅片、鋅片，CuSO4溶液設(shè)計(jì)原電池，寫(xiě)出總反應(yīng)方程式、電極反應(yīng)式，并預(yù)測(cè)能觀察到的現(xiàn)象。e-Zn2+CuZnCuSO4溶液Cu2+現(xiàn)象：銅片表面附著紅色固體，電流表指針偏轉(zhuǎn)。預(yù)測(cè)觀察到的現(xiàn)象meiyangyang8602meiyangyang8602

設(shè)計(jì)原電池實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)測(cè)meiyangyang8602實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)的現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象鋅片逐漸溶解鋅片表面有紅色物質(zhì)生成銅片上有紅色物質(zhì)析出銅片上有紅色物質(zhì)析出電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)電流表指針先發(fā)生偏轉(zhuǎn)后，示數(shù)逐漸減小meiyangyang8602請(qǐng)你思考！“鋅片表面附著紅色固體，電流逐漸衰減”的原因。現(xiàn)象原因鋅片表面附著紅色固體電流逐漸衰減Zn與Cu2+直接接觸發(fā)生反應(yīng)，Zn片、附著在Zn上的Cu以及CuSO4溶液局部形成了原電池，促進(jìn)了Cu在鋅片表面析出。轉(zhuǎn)移的電子沒(méi)有經(jīng)過(guò)導(dǎo)線，電流逐漸衰減該裝置能量轉(zhuǎn)化率低的原因是什么？如何解決？meiyangyang8602

原電池裝置的改造解決問(wèn)題的關(guān)鍵：還原劑Zn與氧化劑CuSO4不直接接觸meiyangyang8602meiyangyang8602

原電池裝置的改造為什么沒(méi)有電流？該如何解決？meiyangyang8602meiyangyang8602

原電池裝置的改造兩個(gè)溶液間缺少離子導(dǎo)體，無(wú)法形成閉合回路。該如何解決？meiyangyang8602CuSO4溶液ZnACu浸有NaCl溶液的濾紙條ZnSO4溶液meiyangyang8602

原電池裝置的改造鹽橋趙健02雙液原電池meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

雙液原電池鹽橋通常是將浸泡了飽和KCl溶液的瓊膠裝在U型管中。一種凝膠態(tài)的離子導(dǎo)體特點(diǎn)：1.鹽橋中的K+、Cl-可以自由移動(dòng)2.瓊膠起到固定作用，防止KCl溶液直接流出來(lái)。3.離子只出不進(jìn)。meiyangyang8602meiyangyang8602

雙液原電池meiyangyang8602實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)測(cè)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究原電池meiyangyang8602實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)測(cè)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究原電池電流較小，電流穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化效率高電流較大，衰減快，轉(zhuǎn)化效率低meiyangyang8602meiyangyang8602

雙液原電池ZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCuA改進(jìn)CuSO4溶液CuZnA鹽橋：在U型管中裝滿用飽和KCl溶液和瓊脂作成的凍膠meiyangyang8602meiyangyang8602

雙液原電池使整個(gè)裝置構(gòu)成通路，代替兩溶液直接接觸。(離子通路）能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流!平衡電荷,（離子庫(kù)，可以源源不斷的供給需要的離子）.鹽橋起什么作用？此裝置有何優(yōu)點(diǎn)？meiyangyang8602請(qǐng)你總結(jié)！請(qǐng)繪制前面雙液電池的工作原理示意圖。要求包括以下內(nèi)容：（1）注明原電池的組成；（2）標(biāo)明氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)發(fā)生的區(qū)域；（3）標(biāo)明電子的運(yùn)動(dòng)方向和陰離子、陽(yáng)離子的遷移方向。meiyangyang8602

雙液原電池+-負(fù)極氧化反應(yīng)正極還原反應(yīng)03雙液原電池的工作原理趙健meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

雙液原電池的工作原理Zn2+Zn－2e－=Zn2＋Cu2+Cu2＋＋2e－=CuCl-K+meiyangyang8602meiyangyang8602

雙液原電池的工作原理負(fù)極（鋅片）：

Zn－2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)）

正極（銅片）：Cu2++2e-=Cu（還原反應(yīng)）電池反應(yīng)（總化學(xué)方程式）：Zn+Cu2+=Zn2++Cumeiyangyang8602meiyangyang8602

雙液原電池的思維模型陰離子負(fù)極液正極液鹽橋陽(yáng)離子陽(yáng)離子陽(yáng)離子電流電流氧化反應(yīng)Zn-2e=Zn2+還原反應(yīng)Cu2+

+2e-=Cu負(fù)極正極外電路ZnCu失e-，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生內(nèi)電路分為兩個(gè)半電池進(jìn)行電子不下水離子不上岸meiyangyang8602請(qǐng)你思考！電池工作時(shí)，裝置中各物質(zhì)或材料的作用是什么？能否用其他物質(zhì)或材料代替？Cu片電極材料Zn片電極反應(yīng)物電極材料CuSO4溶液電極反應(yīng)物離子導(dǎo)體ZnSO4溶液離子導(dǎo)體鹽橋離子導(dǎo)體導(dǎo)線電子導(dǎo)體各部分的作用meiyangyang8602meiyangyang8602

原電池的構(gòu)成要素還原劑-氧化反應(yīng)、氧化劑-還原反應(yīng)離子導(dǎo)體電極材料電極反應(yīng)電子導(dǎo)體內(nèi)電路，實(shí)現(xiàn)離子定向遷移進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移的場(chǎng)所外電路，實(shí)現(xiàn)電子定向轉(zhuǎn)移基本要素meiyangyang8602meiyangyang8602

原電池的工作原理原電池雙液電池單液電池電極反應(yīng)正極：Cu2++2e-Cu負(fù)極：Zn-2e-Zn2+

正極：Cu2++2e-Cu負(fù)極：Zn-2e-Zn2+

電極材料正極：銅片;負(fù)極：鋅片正極：銅片;負(fù)極：鋅片離子導(dǎo)體ZnSO4溶液、鹽橋、CuSO4溶液CuSO4溶液電子導(dǎo)體導(dǎo)線導(dǎo)線雙液原電池解決了電池自損耗的問(wèn)題meiyangyang8602電流較小，電流穩(wěn)定，轉(zhuǎn)化效率高電流較大，衰減快，轉(zhuǎn)化效率低你知道嗎？雙液原電池電流弱的原因？meiyangyang8602你知道嗎？雙液原電池電流弱的原因？改進(jìn)?縮短鹽橋的長(zhǎng)度，增大鹽橋的橫截面積能否用一張薄薄的隔膜代替鹽橋呢？①離子運(yùn)動(dòng)的距離長(zhǎng)②離子運(yùn)動(dòng)的通道窄③離子容量小改進(jìn)?04隔膜原電池趙健meiyangyang8602meiyangyang8602meiyangyang8602

隔膜原電池的工作原理①陽(yáng)離子交換膜：只允許陽(yáng)離子通過(guò)③質(zhì)子交換膜：只允許H+通過(guò)②陰離子交換膜：只允許陰離子通過(guò)電流強(qiáng)而且穩(wěn)定請(qǐng)你總結(jié)名稱單液原電池雙液原電池隔膜原電池優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)電流強(qiáng)1.能量轉(zhuǎn)化率低2.氧化劑與還原劑直接接觸，壽命短1.內(nèi)阻大，電流弱2.鹽橋需要定期更換1.能量轉(zhuǎn)化率高2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長(zhǎng)1.能量轉(zhuǎn)化率高2.避免氧化劑與還原劑直接接觸，壽命長(zhǎng)3.內(nèi)阻小，電流強(qiáng)meiyangyang8602根據(jù)原電池工作原理，將下列氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池：2Fe3++2I-2Fe2++I2要求：（1）分別寫(xiě)出氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。（2）根據(jù)原電池構(gòu)成要素，選擇合適的物質(zhì)或材料，并畫(huà)出原電池的工作原理示意圖。練習(xí)（1）氧化反應(yīng)：2I--2e-I2還原反應(yīng)：2Fe3++2e-2Fe2+（2）（2）（1）氧化反應(yīng)：2I--2e-I2還原反應(yīng)：2Fe3++2e-2Fe2+同學(xué)甲同學(xué)乙方案展示石墨石墨石墨石墨（2）同學(xué)丙只允許K+或Cl-通過(guò)的隔膜（1）氧化反應(yīng)：2I--2e-I2還原反應(yīng)：2Fe3++2e-2Fe2+meiyangyang86021、鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子和水分子通過(guò)，下列有關(guān)敘述正確的是（）A．電子從鋅極經(jīng)過(guò)導(dǎo)線移向銅極B．銅電極上發(fā)生反應(yīng)C．電池工作