(理科上课用)《原电池的工作原理》.ppt

原电池的工作原理,第一课时,化学能转化为电能,生活中我们常使用各种各样的电池,用于“神七”的太阳能电池,笔记本电脑专用电池,手机专用电池,练习：请根据在化学必修2中所学原电池 有关知识，填空： 右图是一个 池，其中Zn 为 极，Cu为 极，电极反应 分别是 Zn: , Cu: ； 总反应方为 。 该装置将 能转化为 能。 请在右图上标出正负极名称和电子的流动方向。,温故知新,原电,负,正,Zn - 2e- = Zn2+,2H+ + 2e- = H2,Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2,化学,电,e-,正极,负极,原电池的工作原理,温故知新,1、原电池：把化学能转化为电能的装置。,2、构成原电池的条件,（1）有二种活泼性不同的金属（或金属与非金属） 做电极； （2）两电极在电解质溶液中； （3）形成闭合回路; （4）有自发的氧化还原反应。,（两极一液成回路、自发）,原电池的工作原理,练 习,判断下列装置是否能形成原电池？,A,B,C,D,E,F,CDE,上节课我们学习了化学能与电能的相互转化，请根据你的经验猜想Zn与CuSO4溶液的反应是吸热反应还是放热反应，并设计实验方案加以证明。,思考：,原电池的工作原理,活动与探究1,实验1：将锌片加入CuSO4溶液中，测量溶液温度的变化，分析能量变化的情况。记录实验1的现象和结论。,现象：,锌片溶解,有红色物质析出，温度计显示温度迅速上升.,结论（反应的实质）：,Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu,该反应为放热反应,原电池的工作原理,活动与探究2,实验2：请用所提供的试剂与仪器，试设计将反应释放的能量转化为电能，自己动手画出一 套原电池装置。 注意：要能证明该装置有电流的产生。,试剂和仪器：CuSO4溶液，锌片，铜片，电流计， 小灯泡，导线，大烧杯。,原电池的工作原理,活动与探究,实验2：请用所提供的试剂与仪器，自己动手画出一套原电池装置。 注意：要能证明该装置有电流的产生。,现象：,结论：,锌片溶解而变细，铜上有红色物质析出，电流计指针发生偏转。,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2e-=Cu,CuSO4溶液颜色变浅,原电池的工作原理,A,锌,e-,e-,铜,SO42-,Cu2+,SO42-,Cu2+,Cu2+,Zn2+,Cu2+,Cu2+,SO42-,CuSO4溶液,Cu2+,SO42-,e-,e-,e-,e-,+,思考与讨论,该电池的电子流向？电极反应？,Zn2+,SO42-,e-,原电池的工作原理,思考：,下列装置能否实现化学能向电能的转化？如果不行，将如何改进使其形成原电池？,ZnSO4溶液,CuSO4溶液,原电池的工作原理,思考：,ZnSO4溶液,CuSO4溶液,盐桥：在U形管中装满用饱和KCl溶液和琼胶作成的冻胶。离子在盐桥中能移动。,改进的装置：,原电池的工作原理,交流研讨：,1、在盐桥插入之前，检流计指针是否发生偏转？ 2、在盐桥插入之后，检流计指针是否发生偏转？ 3、该装置与普通锌铜原电池相比，有什么不同的地方？ 4、左右烧杯中各发生了什么反应？,半电池：包括电极材料和电解质溶液，两个隔离的半电池通过盐桥连接起来。,原电池的工作原理,盐桥的作用：盐桥中的Cl-移向ZnSO4溶液，K+移向 CuSO4溶液，使两电解质溶液一直保持电中性，从 而使电子不断从Zn极流向Cu极，使电流持续传导。,Zn-2e-=Zn2+,Cu2+2e-=Cu,总反应：Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu,原电池的氧化反应和还原反应分别在两个电极上进行，两个原电池装置本质上是完全相同的。,优点：能得到持续、稳定的电流。,盐桥的作用：（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。 （2）平衡电荷,提出问题： 视频是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸 的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长 电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造 成的呢？有没有什么改进措施？,造成的主要原因：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。这种作用称为极化作用。,对锌铜原电 池工作原理的进一步探究,为了避免发生这种现象，设计如下图（书P21图1-3-4）所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？,原电池的工作原理,练习：,为获得较长时间的稳定电流，如何将由“Zn-稀H2SO4-Cu”组成的原电池（如左下图）进行简单改装？,氧化反应,Zn-2e=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液,失e，沿导线传递，有电流产生,还原反应,Cu2+2e- =Cu,阴离子,阳离子,总反应：,负极,正极,Cu2+2e- =Cu,Zn-2e- =Zn2+,Zn+Cu2+=Zn2+Cu,Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu,(离子方程式）,（化学方程式）,电极反应,正极：,负极：,（氧化反应）,（还原反应）,阳离子,原 电 池 原 理,外电路,内电路,2写出下列原电池装置中的电极反应和电池反应。,Fe,C,Ag,三、原电池的正负极的判断方法,微观判断 （根据电子、电流、阴阳离子的移动方向）,电子流出的极 阴离子移向的极,负极,较活泼的电极材料 较不活泼的电极材料,质量增加的电极 工作后 质量减少的电极,负极 正极,正极 负极,工作后，有气泡冒出的电极为正极,发生氧化反应的极 发生还原反应的极,宏观判断： 根据电极材料 根据原电池电极发生 的反应 根据电极增重还是减重 根据电极有气泡冒出：,负极 正极,电子流入的极 阳离子移向的极,电子流出的极 阴离子移向的极,正极,电子流入的极 阳离子移向的极,较活泼的电极材料 较不活泼的电极材料,较活泼的电极材料 较不活泼的电极材料,发生氧化反应的极 发生还原反应的极,宏观判断： 根据电极材料 根据原电池电极发生 的反应,发生氧化反应的极 发生还原反应的极,一定吗？,判断右边原电池的正、负极，并写出电极反应式。,负极： Cu 失电子 Cu - 2e- = Cu2+ 正极： Fe3+得电子 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+,Cu+2FeCl3 =CuCl2 +2FeCl2,先写出总反应：即 负极与电解质溶液反应,拆成离子方程式：,Cu + 2Fe3 = Cu2 + 2Fe2,根据化合价升降判断正负极,四、电极方程式的书写,1.简单原电池电极方程式的写法,电解质溶液和电极材料的选择,电解质溶液一般要能够与负极发生反应。但若是两个半反应分别在两个烧杯中进行，则左右两个烧杯中的电解质溶液应 与电极材料具有相同的阳离子。,请写出右边原电池的电极方程式。,总反应方程式：,负极：Al，失e- 2Al - 6e 2Al3+,2Al3+ + 8OH- =2Al（OH4）-,负极总反应： 2Al +8OH- 6e 2Al（OH4）-,正极：总反应负极反应,6H2O 6e 6OH 3H2,拆成离子方程式：,2Al + 2OH + 6H2O = 2Al（OH4）- + 3H2,根据化合价升降判断正负极,2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2,2、已知氧化还原反应 Cu 2FeCl3 = 2FeCl2 CuCl2， 利用这一反应设计一个原电池，画出示意图， 标出电极材料，电解质溶液，写出电极反应式。,正极：,负极：,总反应：,CuCu2+ +2e-,2Fe3+2e- 2Fe2+,2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+,再见,盐桥的作用： （1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。,由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。,（2）平衡电荷。 在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。取出盐桥，Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+变为Cu，使得SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。,Cu,Zn,2e-,Cu2+,2e-,Cu2+,Cu Cu,Zn2+,CuSO4溶液,Zn2+,CuSO4,