第5讲 化学反应与电能（讲义）-【划重点】2023-2024学年高一化学下学期同步精细课件与讲义 （人教版2019必修第二册）

第5讲 化学反应与电能 考点1 化学能转化为电能 一、火力发电——化学能间接转化为电能 1.原理： 火电(火力发电)是通过化石燃料(如煤、石油、天然气)燃烧，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。 (2)能量转化过程： 化学能热能机械能电能 其中,燃烧(氧化还原反应)是使化学能转化为电能的关键。 (3)弊端 ： ①排出大量的温室气体,如CO2;②有的废气可能导致酸雨,如含SO2的废气;③产生废渣、废水;④化石燃料储量有限;⑤能量转化率低。 二、原电池——化学能直接转化为电能 1.实验探究 实验步骤 装置图 实验现象 原因解释 (1)将锌片和铜片插入盛有 稀硫酸的烧杯中，观察现象 Zn片：锌片溶解，表面产生无色气泡 Cu片：无变化 反应的离子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；Cu片表面无明显变化的原因：铜排在金属活动性顺序表氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气 (2)用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象 Zn片：锌片溶解 Cu片：铜片表面有气泡 锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生 (3)用导线连接锌片和铜片，并在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表指针是否偏转 Zn片：锌片溶解 Cu片：铜片表面有气泡 电流表A指针偏转 电流表指针偏转说明：导线中有电流；Cu片上有气泡说明：溶液中的氢离子在铜片表面获得电子发生还原反应产生氢气，从铜片上放出 ①实验中所用的酸是稀硫酸，也可以用稀盐酸，但不能用浓硫酸或硝酸。 ②实验中用到的电极的表面积要大，并且要洁净,实验前最好用酸将锌片和铜片洗几遍，然后用水洗干净。电极材料必须纯净无杂质，如果锌片和铜片上有杂质，会形成较多的微电池，导致实验现象不明显。 2.分析实验现象: 当插人稀硫酸的锌片和铜片用导线连接时,由于锌比铜活泼,锌与稀硫酸反应而失去电子,被氧化为Zn2+ 而进入溶液:Zn-2e=Zn2+(氧化反应)。 电子由锌片通过导线流向铜片,电子的定向移动产生了电流,使电流表指针发生偏转。 溶液中的H+从铜片获得电子,被还原成H原子,H原子间结合成H2，从铜片上逸出:2H++2e-=H₂↑(还原反应)。 发生的总反应为：Zn+2H+=Zn2++H₂↑。 3.原电池的概念 通过特定的装置使氧化反应与还原反应分别在两个不同的区域进行，可以使氧化还原反应中转移的电子通过导体发生定向移动,形成电流,实现化学能向电能的转化。这种把化学能转化为电能的装置叫做原电池。 在原电池中，电子流出（氧化反应）的一极是负极，电子流入的（还原反应）一极是正极。 总反应：氧化剂+还原剂=还原产物+氧化产物; 负极反应：还原剂-ne- =氧化产物(氧化反应); 正极反应：氧化剂+ne- =还原产物(还原反应)。 4.原电池的构成条件 理论上，自发进行的氧化还原反应均可构成原电池。具体条件是： ①有一个自发的氧化还原反应; ②有两个活动性不同的电极(金属与金属或金属与能导电的非金属),一般其中较活泼的金属作负极,发生氧化反应，较不活泼的金属(或能导电的非金属)作正极,发生还原反应; ③有电解质溶液(或熔融电解质); ④两极用导线相连，形成闭合回路。 5.原电池的工作原理 原电池工作时，负极上发生失去电子的氧化反应，电子通过导线流向正极，溶液中的氧化性物质在正极得到电子，发生还原反应，氧化反应和还原反应不断发生，负极上的还原性物质不断失去电子，失去的电子不断地通过导线流向正极被氧化性物质得到，闭合回路中不断地有电子和离子的定向移动，就形成了电流，即化学能转化为电能。 原电池中正负极的判断方法 (1)根据电极反应或总反应方程式来判断 作还原剂、失电子、化合价升高、发生氧化反应的电极是负极 作氧化剂、得电子、化合价降低、发生还原反应的电极是正极 (2)根据外电路中电子流向或电流方向来判断 电子流出或电流流入的一极负极；电子流入或电流流出的一极正极 (3)根据内电路(电解质溶液中)中离子的迁移方向来判断 阳离子向正极移动；阴离子向负极移动 (4)根据原电池的两电极材料来判断 两种金属(或金属与非金属)组成的电极，若它们都与(或都不与)电解质溶液单独能反应，则较活泼的金属作负极；若只有一种电极与电解质溶液能反应，则能反应的电极作负极。 6.原电池原理的主要应用 （1）加快氧化还原反应的速率：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率 （2）比较金属活动性的强弱 (1)方法：一般情况下，负极的金属活动性比正极的金属活动性强。 (2)常见规律：电极质量较少，作负