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(共21張PPT)
電池與儲能的未來
選擇性必修一 第四章 第一節 原電池
2024
2019人教版高中化學 高二 選擇性必修一
第四章 第一節 原電池 第1課時 新授課
目 錄
CATALOG
01
情境引入
構建原電池的三種模型
a 單液原電池 b 雙液原電池 c 隔膜原電池
原電池的未來發展方向
課堂小結
02
03
04
電動汽車產業發展的瓶頸和儲能的未來
氫氧燃料電池
創設情境—— 儲能的未來在于電池技術的發展
問題一 如何儲存風能、太陽能等可再生能源的能量？
風能 動能 機械能 電能 蓄電池
光能 電能 蓄電池
回顧舊知 構成原電池的必要條件
條件1:有自發氧化還原反應
條件3:電極必插入電解質溶液中
條件4:兩極相連形成閉合回路
條件2：有兩種活潑性不同的金屬（或金屬與非金屬）作電極.活潑為負，不活潑為正
兩極一液一回路一反應
問題二 單液原電池的工作原理是什么？
e-
Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+
電極反應
負極：Zn - 2e- = Zn2+
正極：Cu2+ + 2e- = Cu
總反應
原電池的工作原理：
外電路：Zn失去e-，e-通過導線聚集在Cu片表面，溶液中Cu2+在Cu片表面得電子被還原；
內電路：電解質溶液中Cu2+和SO42-分別向正極和負極移動形成電流。
理想狀態下，鋅片表面會有實驗現象嗎？
學生活動 實驗一
鋅片、銅片、硫酸銅溶液、電流表、原電池槽。
1、請組裝出一個原電池裝置；
2、觀察鋅片的變化；
3、觀察并記錄數字電流表讀數的變化。
實驗儀器和藥品：
實驗內容：
觀察鋅片表面實驗現象，并注意電流表讀數的變化
學生活動 小組討論
實驗現象：
原因分析：
①鋅片表面變紅
②電流表開始讀數很大，很快讀數變小
①鋅片與CuSO4溶液接觸發生了置換反應
②部分化學能轉化為了熱能
如何設計實驗證明化學能轉化為了熱能？
利用溫度傳感器測量電解質溶液溫度的變化
教師活動 數字實驗探究
實
驗
現
象
①溫度傳感器數值增大
②電流傳感器開始數值很大，很快出現衰減，且電流數值不穩定。
電流傳感器
溫度傳感器
學生活動 深入思考
（1）該原電池在工作中有何缺點？
鋅與硫酸銅溶液直接接觸發生反應，化學能轉化為電能效率低(部分化學能直接轉化為熱能),不能持續產生電流。
（2）如何對裝置進行改進？
還原劑Zn與氧化劑CuSO4不直接接觸
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
Zn
Cu
？
A
學生活動 深入思考
會有電流嗎？
兩個溶液間缺少離子導體，無法形成閉合回路。
鹽橋
一種凝膠態的離子導體
解決方案
①溝通內電路，形成閉合回路
②提供離子，保持兩溶液電中性
③避免電極與電解質溶液直接反應，放電更持久
鹽橋的作用
問題三 怎樣解決單液原電池電流不穩定的問題？
二、雙液-鹽橋原電池及原理
（1）鹽橋：裝有飽和的KCl溶液和瓊脂制成的瓊膠(離子只出不進)。
（3）原理：一個原電池由兩個半電池組成，一個發生氧化反應，一個 發生還原反應，兩個半電池用鹽橋連接。
負極半電池
正極半電池
（2）裝置圖：
教師活動 實驗探究
實
驗
現
象
①溫度傳感器數值溫度
②電流傳感器數值穩定，但電流數值較小
③鋅片表面幾乎無變化
電流穩定
轉化效率高
電流較小
數字傳感器探究雙液原電池的電流大小及穩定性以及溶液溫度變化
問題四 雙液原電池的優缺點是什么？
2、提高了能量轉化率（化學能→電能）；
3、有效避免了電極材料與電解質溶液直接反應,增加了原電池的使用壽命。
1、能夠產生持續穩定的電流；
優點：
電流太小
缺點：
根據 思考雙液原電池電流太小的原因？
思考：
引入鹽橋后內阻變大（離子運動距離長，通道窄，離子容量小）
I =
U
R
問題五 如何增大雙液原電池的電流？
改進
增大電流呢？
縮短鹽橋的長度
增大鹽橋的橫截面積
用膜來代替鹽橋
R=
ρL
S
學生實驗 構建隔膜電池模型
實驗儀器和藥品：
兩塊玻璃片、銅片、鋅片、隔膜紙、濾紙、CuSO4溶液、ZnSO4溶液
問題六 隔膜原電池的工作原理？
三、隔膜原電池及原理
（1）隔膜：將電池的正負極材料隔開，防止兩極接觸發生短路（不同的膜形成不同的離子通道）。
（2）裝置圖：
Cu
Zn
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
交換膜
高中常見的三種離子交換膜
陽離子交換膜：只允許陽離子通過
質子交換膜：只允許H＋通過
陰離子交換膜：只允許陰離子通過
問題七 未來原電池的發展趨勢
北京冬奧會的運輸主力
分析氫氧燃料電池工作原理示意圖
A
H2
O2
Pt
Pt
質子交換膜
電解質溶液（？）
歸納總結
單液原電池
雙液原電池
隔膜原電池
隔膜原電池微型化
1.兩極
2.電解質溶液
3.導線
4.自發進行的氧化還原反應
電池四要素
—離子導體
—電子導體
課后作業
查閱資料：循著科學家的足跡了解科學家是如何克服鋰離子電池在低溫條件下無法工作的難題，而制作出全季候電池供給電動車使用的。

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