6.1.2化学能与电能 原电池 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第一节 化学反应与能量变化 化学能与电能 原电池（第一课时） 1、在火力发电过程中都发生了哪些能量形式的转化？ 2、你认为火力发电存在哪些弊端？ 能否将化学能直接转化为电能？ 装置 现象 解释或结论 实验1 ①锌片：不断溶解，且锌片上有_________ ②铜片：___________ 锌是活泼金属能与稀硫酸反应产生氢气；铜不能与稀硫酸反应 实验2 ①锌片：不断溶解 ②铜片：_______，但铜片上产生大量气泡 ③电流计：指针发生______ 有______产生，装置中_____能转化为_____能 原电池总反应式。 Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ 正极 还原反应 2H++2e-==H2↑ 负极 氧化反应 Zn－2e－===Zn2＋ 铜片 正极 锌片 负极 Zn – 2e- = Zn2+ 电子流动方向：负极 导线 正极 离子运动方向：阳离子 正极 阴离子 负极 2H++ 2e- = H2 3.构成原电池的条件 构成原电池四要素 ①两极——两种活泼性不同的电极 （金属与金属或金属与非金属导体(如石墨) ②一液——电解质溶液(或熔融的电解质） ③一线——构成闭合电路（或两个电极直接接触）； ④能自发进行的氧化还原反应（放热反应） 原电池，四要素，自氧异极质回路。 酸、碱、盐溶液一般要能和某极发生氧化还原反应 1.(原电池的构成条件)下列装置中能够组成原电池的是_____(填序号)，其他不能构成原电池的试分别说明理由：__________________________________ _____________________________________________________________________________。 理解应用 ③⑤ ①只有一个电极，②中两个电极的活 泼性相同，④中为非电解质溶液，不能导电，⑥电解质溶液(内电路)未形成闭合回路 第一节 化学反应与能量变化 化学能与电能 原电池（第二课时） 负强耗氧电子出 2.(电极名称的判断)根据原电池原理，结合装置图，按要求解答问题： (1)若X为Zn，Y为硫酸铜溶液，则X为_____(填电极名称)，判断依据__________________________；铜电极的名称是_____，溶液中的Cu2＋移向____(填“Cu”或“X”)电极。 (2)若X为银，Y为硝酸银溶液，则X为_____(填电极名称)，判断依据______________________________；铜电极的名称是_____，溶液中的Ag＋移向___(填“Cu”或“X”)电极。 (3)若X为Fe，Y为浓硝酸，则Cu为_____(填电极名称)，铜电极可能观察到的现象是_________________________；X电极的名称是______。 （1）．加快氧化还原反应的速率 实例：如实验室用Zn和稀H2SO4(或稀HCl)反应制H2，用粗Zn产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2的速率加快。如果用纯Zn，可以在稀H2SO4溶液中加入少量CuSO4溶液，也同样会加快产生H2的速率，原因是Cu2＋＋Zn===Cu＋Zn2＋，Zn和生成的Cu在稀H2SO4的溶液中形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2速率加快。 （2）判断金属的活动性强弱 一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。 （3）保护金属设备 原电池的正极可以得到保护。 7、原电池原理的应用 增速判强保金属 1、把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为： ( ) A．a > b > c > d B．a > c > d > b C．c > a > b .> d D．b > d > c > a 2.将等质量的两份锌粉a、b分别放入两支相同的试管中，然后加入等体积等物质的量浓度且均过量的稀硫酸，同时向a中加入少量CuSO4溶液，则产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系用图像表示如下，其中正确的是(　　) D 设计原电池 已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。 以Fe+CuSO4====FeSO4+Cu为例 步骤 实例 将反应拆分 为电极反应 负极反应 Fe-2e-====Fe2+ 正极反应 Cu2++2e-====Cu 选择电极材料 负极:一般为发生氧化反应的金属（反应物中的金属单质） Fe 正极:活泼性弱于负极材料的金属或石墨 Cu或C 选择电解质 一般为与负极反应的电解质 CuSO4溶液 [练6]　理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请选择适宜的材料和试剂，利用反应“Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋”设计一个原电池。 回答下列问题： (1)选用________为负极，选择依据是___________________________ _____________________________。 (2)正极材料可选用____________，选择依据是___________________ __________________________。 铁 固体铁单质能导电，可被电解 质溶液中的Fe3＋氧化为Fe2＋ 铜(或石墨) 铜(或石墨)的还原性 比铁弱，且为能导电的固体 (3)________________________溶液作电解质溶液。 (4)写出电极反应式 正极：________________________，负极：____________________。 (5)该原电池中电子从_____________极流出，电解质溶液中的阳离子(Fe3＋)移向________________极。 FeCl3[或Fe2(SO4)3] 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Fe－2e－===Fe2＋ 铁(或负) 铜或石墨(或正) （先电荷守恒，后质量守恒）。环境是指电解质的酸碱性，一般的规律是介质中的离子会出现在电极方程式中。比如酸性介质，则会有H+，碱性介质则会有OH-，熔融的碳酸盐则会有CO32-，熔融的氧化物则为O2-,然后根据电荷守恒判断出介质离子的位置（在反应物还是产物中）。最后再根据质量守恒配平方程式。 确保正、负极的得失电子相等后， 总反应式 = 负极反应式 + 正极反应式 电极反应式的一般书写程序: (2)类型二　题目中给出原电池的总反应式 在总反应中标出变价元素的化合价，判断正负电极的反应物、产物，根据化合价的升降，写出得失电子总数。 例题2：Al和Cu作电极所构成的原电池电解质溶液为浓硝酸 ① Al作____极 ② Cu作____极 电极反应式是： 负极 ___________________ 正极 ___________________ 总反应式_______________________ Cu+4HNO3=Cu(NO3)2+2NO2 ↑+2H2O (Cu+4H++2NO3-=Cu2++2NO2↑+2H2O) 2NO3-+4H++2e-=2NO2 ↑+2H2O Cu-2e-=Cu2+ 正极 负极 第一节 化学反应与能量变化 化学能与电能 原电池（第三课时） 负极材料是： ___________ 正极材料是： _________________ 电解质是 _________________ 负极的反应为: Zn－2e-＝Zn2＋ (1)普通锌锰电池 Zn 石墨 氯化铵,二氧化锰 正极的反应为: 2NH4+ +2MnO2 + 2e- = 2NH3 + Mn2O3 + H2O 总反应： Zn+2NH4+ +2MnO2 =Zn2++2NH3 +Mn2O3 + H2O 负极材料是： ___________ 正极材料是： _________________ 电解质是 _________________ Zn + 2MnO2 + 2H2O = 2MnO(OH)+ Zn(OH)2 (2)碱性锌锰电池 Zn 石墨 湿的KOH 总反应为 改进后碱性锌锰电池的优点：_____________________________________________ Zn(OH)2难溶于水 （3）纽扣电池 负极： Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+H2O 正极： Ag2O+ H2O +2e- =2Ag+ 2OH- 总反应： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2Ag 电极反应： 用途：电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等 所需电流是微安或毫安级的。 总反应式： PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O 负极： _____________________________； 正极： ____________________________________。 (2)镍氢电池 负极： 正极： 放电总反应式： H2 +2OH— —2e—= 2H2O 2NiO(OH) +2H2O +2e— = 2Ni(OH)2 +2OH— H2 + 2NiO(OH) = 2Ni(OH)2 锂电池 锂电池是新一代可充电的绿色电池，已成为笔记本电脑、可移动电话、摄象机等低功耗电器的主流电源。 锂电池 以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中性能最好、最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池，这种电池以片状金属及为负极，电解活性MnO2作正极，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液 ： 负极：Li － e ＝ Li+ 正极：MnO2 ＋ e ＋ Li+ ＝ LiMnO2 总反应： Li＋ MnO2＝ LiMnO2 惰性电极 电极的分类 活性电极 根据电极本身是否参与反应， 把电极分为惰性电极和活性电极两类 了解相关知识 (C、Pt、Au等) (除Pt、Au外的其余金属) (2)燃料电池(H2—H2SO4—O2)： 总反应式：2H2＋O2===2H2O 负极：_______________________； 正极：___________________________。 (3)燃料电池(H2—KOH—O2)： 总反应式：2H2＋O2===2H2O 负极：____________________________________； 正极：_____________________________。 2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O 2H2－4e－＋4OH－===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 二、发展中的化学电源 3.燃料电池 电池总反应： CH4＋2O2＋2OH－＝CO32－＋3H2O CH4－8e-＋10OH－＝CO32－＋7H2O 负极： 正极： 2O2＋8e-＋ 4H2O ＝8OH－ KOH溶液 CH4 （3）CH4燃料电池 （电解质溶液为KOH溶液） 燃料电池大多是可燃性物质与氧气及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质与氧气在不同的电极反应，电极材料不参与反应。两极不一定是两根活动性不同的电极，也可以用相同的两根电极。 燃料电池电极方程式的书写必须抓住一点：燃料电池反应实际上等同于燃料的燃烧反应，即总反应为可燃物的燃烧(但要特别注意介质对产物的影响,燃烧产物可能还要与电解质溶液反应),再写出燃烧产物与电解质溶液反应的方程式，相加而得到总反应方程式。 所以燃料电池一般先写出总反应，再写出正极电极反应，然后用总反应减去正极反应式得到负极电极反应式 1．燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)发生反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是(　　) A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O C．随着放电的进行，溶液的氢氧根离子浓度不变 D．放电时溶液中的阴离子向负极移动 答案 其他电池 空气电池 Al—空气—海水电池 负极： 正极： 放电总反应式： 4Al —12e— = 4Al3+ 3O2+6H2O+12e—= 12OH— 4Al + 3O2+6H2O= 4Al( OH)3 探究实验：.水果简易电池的制作 问题讨论：水果的作用是作： 。 电解质溶液 实验结论： 1、在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电流效果越好。 2、在其他条件相同时，不同的电解质溶液，电流效果 不同。 3、在其他条件相同时，两电极间距越小，电流效果越好。 $$