6.1 化学反应与能量变化（第2课时 化学反应与电能）-2022-2023学年高一化学同步素养目标精品讲义（人教版2019必修第二册）

第六章 第一节 化学反应与能量变化 第2课时 化学反应与电能 榆次一中 李金虎 【学习目标】 1．认识化学能转化为电能的实际意义及其重要应用。 2．能分析、解释原电池的工作原理，正确判断原电池的两极，能书写电极反应式和总反应方程式。能设计简单原电池。 3．了解常见化学电源的种类及其工作原理；了解燃料电池的应用。 【素养目标】 1．通过原电池工作原理模型理解原电池工作原理，培养学生“证据推理和模型认知”的学科素养。 2．通过认识电能在生活中的重要作用，培养学生“科学精神和社会责任”的学科素养。 必备知识与关键能力 知识点一：化学能转化为电能 1．火力发电 (1)火力发电原理：通过化石燃料燃烧时发生的氧化还原反应，使化学能转化为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。间接实现了化学能转化为电能。 (2)能量转换过程：化学能热能机械能电能。其中能量转换的关键环节是燃烧(氧化还原反应)。 化学能直接转化为电能——原电池 知识点二：原电池的工作原理及应用 1．原电池的概念及构成条件 (1)定义：将化学能转化为电能的装置。 (2)原电池的形成条件 ①能自发进行的氧化还原反应。 ②两个活泼性不同的电极(燃料电池的两个电极可以相同)。 ③形成闭合回路，需满足三个条件：a.存在电解质；b.两电极直接或间接接触；c.两电极插入电解质溶液或熔融电解质中。 2．工作原理(以锌铜原电池为例) (1)装置变迁 2．原电池的工作原理 【注意】　①若有盐桥，盐桥中的阴离子移向负极区，阳离子移向正极区。 ②若有交换膜，离子可选择性通过交换膜，如阳离子交换膜，阳离子可通过交换膜移向正极。 (1)电极反应 负极：Zn－2e－===Zn2＋，氧化反应。正极：Cu2＋＋2e－===Cu，还原反应。 总反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋。 (2)三方向： ①电流方向：正极→负极； ②电子流动方向(导线中)：负极→正极； ③阴、阳离子移动方向(电解质溶液中)；阳离子：负极→正极；阴离子：正极→负极。 (3)盐桥的组成和作用 ①盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶。 ②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。 ③盐桥中离子移向：阴离子移向负极，阳离子移向正极。 【思维建模】判断电极的方法 (1)通过反应类型判断 ①失去电子的电极为负极，发生氧化反应；②得到电子的电极为正极，发生还原反应。 (2)通过电子定向移动方向和电流方向判断 ①电子流出的电极为负极，电子经外电路流入正极； ②电流流出的电极为正极，电流经外电路流入负极。 (3)根据离子移动方向判断 阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。 (4)根据电极现象判断 一般不断溶解、质量减轻的电极为负极；有固体析出、质量增加或不变或有气体产生的电极为正极。 【点拨】确定原电池正、负极应注意的问题 (1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，两极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。 (2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。 (3)在判断原电池正、负极时，既要考虑金属的活泼性强弱也要考虑电解质溶液性质。如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。对于Cu—Fe(或Al)—浓硝酸构成的原电池中，负极为Cu。 【思维建模】电极反应式书写的一般步骤 类似氧化还原反应方程式的书写 方法一：直接书写 方法二：间接书写 第一步，写出电池总反应式。 第二步，写出电极的正极反应式。 第三步，负极反应式＝总反应式－正极反应式。 3．原电池的应用 (1)设计制作化学电源 (2)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或能导电的非金属)。 (3)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。 (4)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。 4．原电池的生活示例——水果电池 (1)水果电池中，水果的作用是提供电解质溶液。 (2)水果电池中，选择电极材料时应注意两电极不能相同，其中有一电极为活泼金属如Al、Fe等，另一电极可以是Cu片或石墨棒等。 典例1．M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是(　　) A．P>M>N>E　　　　　 B．E>N>M>P C．P>N>