6.1化学反应与能量 第2课时 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第六章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化 课时2 化学反应与电能 贰 叁 知识导航 本节重点 本节难点 火力发电 壹 原电池 贰 化学电源 叁 课堂导入 我们的生活很难离开电 生活中人们使用的电能来自于哪里? 3 太阳能发电 风力发电 核能 地热能发电 水力发电 生物质能 潮汐能发电 火力发电 获取电源的途径 课堂导入 4 火力发电弊端 5 火力发电有什么弊端？如何尽量克服这种弊端？ 蒸汽 化学能 (燃料) 燃烧 发电机 热能 机械能 (涡轮机) 电能 弊端 化石燃料属于不可再生资源，用化石燃料发电会造成资源的浪费 火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大 化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如SO2、CO、NO2、粉尘等) ，污染环境 直接 生活中常见电池 6 生活中常见的电池 纽扣电池 干电池 铅酸电池 锂电池 电池是如何产生电流的？ 电池工作原理 7 电流是怎样产生的？ 什么反应中有电子的转移？ 电子定向移动 氧化还原反应 写出锌和稀硫酸反应的化学方程式并用单线桥分析 Zn+2H+=Zn2++H2 ↑ 2e- 什么方法可使 Zn 与 H+ 分开，从而让电子定向移动呢？ 一、原电池工作原理 知识点1：原电池反应原理 9 探究实验 讨论与交流 实验一： 分别将锌片和铜片插入稀硫酸溶液中 观察锌片和铜片上现象和差别？ 实验二： 锌片和铜片先接触插入稀硫酸溶液中， 然后再用导线连接 观察锌片和铜片上有何现象？ 推测原因 实验三： 锌片和铜片通过导线接电流表 插入稀硫酸溶液中 观察电流表上有何现象？ 注意电流表指针偏转方向 10 知识点1：原电池 11 实验二 铜表面出现大量气泡，锌表面也有气泡 实验三 铜片上：有气泡 锌片上：逐渐溶解 电流表：指针偏转 电流表指针发生偏转，说明导线中有电流产生 铜锌连接 知识点1：原电池反应原理 原电池 1.定义：将___________转变成___________的装置叫做原电池。 化学能 电能 A Zn Cu SO42－ H+ H+ 正极 负极 e－ 2.本质：氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行。 锌片： 铜片： 负 极 正 极 Zn－2e－ = Zn2+ 2H+＋2e－ = H2↑ (氧化反应) (还原反应) 12 知识点1：原电池反应原理 13 原电池 3.构成条件： ①原电池必须是自发的氧化还原 ②形成闭合回路（两个电极、电极相连、电解液） 【易错点盘点】 1、一般两个电极的活泼性不同 2、不能形成电解质溶液的两个非电解质溶液：蔗糖、酒精 题型1：原电池构成 14 A B C D E 请同学们认真思考并回答下列哪些装置能构成原电池？ F G 题型1：原电池构成 15 请同学们认真思考并回答下列哪些装置能构成原电池？ × √ √ × × × 题型1：原电池构成 16 √ √ √ × × × × 题型1：原电池构成 17 1、原电池中发生氧化反应的一极是： ； 原电池中发生还原反应的一极是： 。 负极 正极 2、原电池中，（电池分析顺序： → → ） 总反应 负极 正极 电池的总反应是： ； 负极是： ；电极方程式是 ； 正极是： ；电极方程式是 ； Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ Zn Zn－2e－ = Zn2+ Cu 2H+＋2e－ = H2↑ 知识点1：原电池反应原理 18 4、内电路离子（溶液中离子）的移动方向： 。 SO42-→负极；H+→正极 6、电极附近的质量比： 。 m负极↓；m正极↑ 3、外电路电子移动的方向 。 负极→导线→正极 5、电流： 。 正极→导线→负极→电解质溶液→正极 知识点1：原电池反应原理 19 【例1】如图是原电池示意图。当该电池工作时，下列不正确的是( ) A. 溶液由无色逐渐变为蓝色 B. 铜片表面有气泡 C. 电路中电子由Zn→Cu→溶液→Zn D. H+向负极移动 E. 若将装置中稀硫酸换成硫酸铜，正极反应不变 √ × × × × 知识点1：原电池反应原理 20 知识点1：原电池——工作原理 稀硫酸 锌片 铜片 Zn－2e－=Zn2+ 氧化反应 负极 发生溶解 2H++2e－=H2↑ 还原反应 正极 产生气泡 外电路 内电路 负极 沿导线 正极 正极 沿导线 负极 电子流向： 电流方向： 阳离子 正极 阴离子 负极 原电池总反应：_____________________ 注意：电子不下水，离子不上岸 Zn+2H+＝Zn2++H2↑ 21 【例2】如图是原电池示意图，X、Y为两极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是( ) A. 外电路的电流方向为：X→外电路→Y B. 若两电极分别为Zn和石墨棒，则X为石墨棒，Y为Zn C. 硫酸根离子移向X电极，Y电极上有氢气产生 D. X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应 √ e- 知识点1：原电池反应原理 22 【例3】如图为锌、铜和稀硫酸组成的原电池。下列说法正确的是( ) A. 电路中电子由Zn经外电路流向Cu，在经过溶液流向锌 B. Cu电极上的电极反应式：2H+ + 2e- == H2↑ C. 铜片质量逐渐减少 D. H+ 移向铜片，被还原为H2 E. 若将装置中稀硫酸换成硫酸铜，正极反应不变 √ √ 知识点1：原电池反应原理 电池的出现主要是为了减少人们对化石能源的依赖，思考：如何设计电池呢？ 24 知识点2：原电池装置的设计 Zn ＋ H2SO4 === ZnSO4 ＋ H2↑ +1 0 化合价↓，还原反应——正极 化合价↑，氧化反应——负极 0 +2 Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ 负极 正极 写出电极反应 步骤一 25 知识点2：原电池装置的设计 稀硫酸 Zn ＋ H2SO4 === ZnSO4 ＋ H2↑ Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ 正极 负极 (比Zn的活动性弱的金属/导电的非金属) Zn Cu/C/Pt 电解质溶液 正极材料 负极材料 电极材料及电解质溶液 步骤二 26 知识点2：原电池装置的设计 稀硫酸 Zn Cu 装置图 步骤三 27 题型2：原电池装置的设计 【练习】以 Fe + Cu2+ == Fe2+ + Cu 为原理，设计一个原电池。 负极： ； 正极： ； 电解质溶液： ； Fe Cu/Pt/石墨 CuSO4溶液 负极： ； 正极： ； 电解质溶液： ； Fe Cu/Pt/石墨 FeCl3溶液 负极溶液反应物，正极活性低于负 【练习】以 Fe + 2Fe3+ == 3Fe2+ 为原理，设计一个原电池。 28 题型2：原电池装置的设计 √ 29 题型2：原电池装置的设计 【例4】已知某原电池总反应的离子方程式为：Zn + Cu2+ == Zn2+ + Cu ，根据此反应判断下列组合可以设计成原电池的组合是( ) 正极 负极 电解质溶液 A Cu Zn HCl B Zn Cu CuSO4 C Cu Zn CuSO4 D Cu Zn ZnCl2 √ 30 题型2：原电池装置的设计 【例5】根据离子反应为：2Fe3+ + Cu == 2Fe2+ + Cu2+ ，根据此反应判断下列组合可以设计成原电池的组合是( ) 正极 负极 电解质溶液 A Cu Fe CuCl2 B Cu Fe FeCl3 C C(石墨) Cu FeCl3 D Fe Cu FeCl3 √ 31 题型2：原电池装置的设计 【例6】某含有铝电极的原电池工作时，电子从铝电极流出，下列有关该电池另一种电极的材料与电解质的组合中肯定错误的是( ) A. Mg、NaOH溶液 B. Cu、稀硫酸 C. Zn、浓硝酸 D. Fe、FeCl3 × 32 题型2：原电池装置的设计 【例7】常用FeCl3溶液腐蚀电路板，反应的离子方程式是 。 依据该反应，设计一个原电池，要求： ①画出实验装置图 ②指出正负极 ③写出电极反应式 ④标电子流动方向 2Fe3+ + Cu == 2Fe2+ + 2Cu2+ 33 知识点2：原电池装置的设计 电解质溶液 水果电池中，水果的作用是什么呢？ 34 知识点2：原电池装置的设计 【例1】右图为番茄制作的水果电池，下列说法正确的是( ) A.一段时间后，铜片质量减小 B.锌电极发生氧化反应 C.电流由锌通过导线流向铜 D.铜电极是该电池的负极 √ 35 题型3：原电池装置的电极方程式书写 类型一　题目给定原电池的装置图，未给总反应式 步骤：先写总反应式子，再写负极、正极 总反应： ； 负极： ； 正极： ； Fe + Cu2+ == Fe2+ + Cu Fe - 2e- == Fe2+ Cu2+ + 2e- == Cu 总反应： ； 负极： ； 正极： ； Fe + 2Fe3+ == 3Fe2+ Fe - 2e- == 2Fe2+ Fe3+ + e- == Fe2+ (1)负极电极反应式___________________________， 正极电极反应式_______________________。 36 题型3：原电池装置的电极方程式书写 【例1】一种镁－空气电池装置如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。 Mg－2e－＋2OH－＝Mg(OH)2 O2＋4e－＋2H2O＝4OH－ (2)电子移动的方向是由___经外电路到___。(填“a”或“b”) (3)电池总反应式为____________________________。 a b 2Mg＋O2＋2H2O＝2Mg(OH)2 37 题型3：原电池装置的电极方程式书写 类型二　题目中给出原电池的总反应式 步骤：分析总反应式，找出负极、正极和对应产物 该电池的总反应为：Zn + Ag2O + H2O == Zn(OH)2 + 2Ag 1.判断负极反应物为 ，产物为 ； Zn Zn(OH)2 2.负极电极方程式： ； Zn - 2e- + 2OH- == Zn(OH)2 正极 = 总反应 - 负极 Ag2O + 2e- + H2O - 2OH- == 2Ag Ag2O + 2e- + H2O == 2Ag + 2OH- 正极电极方程式： 38 题型3：原电池装置的电极方程式书写 Fe Cu 稀HNO3 物质变化：Cu→ NO3-→ Cu2+ NO↑ 负极： ； 正极： 。 Cu - 2e- == Cu2+ NO3- + 3e- + 4H+ == NO↑ + 2H2O 39 题型3：原电池装置的电极方程式书写 Zn Cu 稀HNO3 【练习】总反应：4Zn + 10HNO3 == 4Zn(NO3)2 + N2O↑ +5H2O 负极： ； 正极： 。 Zn - 2e- == Zn2+ 2NO3- + 8e- + 10H+ == N2O↑ + 5H2O 40 题型3：原电池装置的电极方程式书写 【练习】KOH做电解质溶液，电池的总反应为：Zn + Ag2O == 2Ag + ZnO 负极： ； 正极： 。 Zn - 2e- + 2OH- == ZnO + 2H2O Ag2O + 2e- + H2O == Ag + 2OH- 41 题型3：原电池装置的电极方程式书写 【例8】锌汞电池总反应为：Zn(s) + HgO(s) + H2O(I) == Zn(OH)2(s)，下列说法错误的是( ) A. 锌极发生氧化反应 B. OH-向锌极迁移 C. 电解质溶液可以是稀硫酸 D. 正极反应式为：HgO + 2e- + H2O == Hg + 2OH- × 42 题型3：原电池装置的电极方程式书写 Mg Al NaOH溶液 负极： ； 正极： 。 Al - 3e- + 4OH- == [Al(OH)4]- 2H2O + 2e- == H2↑ + 2OH- 【练习】总反应：2Al + 6H2O + 2OH- == 2[Al(OH)4]- + 3H2↑ 43 题型3：原电池装置的电极方程式书写 √ 二、化学电源 一次电池 二次电池 燃料电池 生活中常见的电池 燃料电池 干电池 铅酸电池 锂电池 46 知识点1：一次电池 一次电池 特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行) 锌锰干电池 构造示意图 锌筒：____ 电极反应：_______________ 石墨棒：____ 最终被还原的物质：_______ NH4Cl糊的作用：__________ 负极 Zn－2e－＝Zn2＋ 正极 MnO2 电解质溶液 47 知识点1：一次电池 1.锌锰干电池（一次电池，不可充电） 普通锌锰干电池、锌银电池（钮扣电池）等 正极： 负极： 电解质溶液： 锌筒 MnO2 KOH Zn－2e－ + 2OH－ = Zn(OH) 2 2MnO2＋2e－＋2H2O = 2MnO(OH) + 2OH－ 48 知识点2：二次电池 锂离子电池 镍氢电池 能量转化 铅酸电池 二次电池(充电电池) 特点：放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态 49 知识点2：二次电池 2.铅酸蓄电池（二次电池，又叫可充电电池） 镍氢电池、锂离子电池…… 50 知识点2：二次电池 2.铅酸蓄电池（二次电池，又叫可充电电池） 正极： 负极： 电解质溶液： 铅(Pb) 二氧化铅(PbO2) 稀硫酸 Pb + SO42- - 2e- = PbSO4 PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O 总反应：Pb + PbO2 + 4H+ + 2SO42- 2PbSO4 + 2H2O 放电 充电 放电：化学能→电能；充电：电能→化学能 【判断】二次电池的总反应为可逆反应（ ） × 51 知识点3：燃料电池 燃料电池 特点：①反应物储存在电池外部，②能量转换效率高、清洁、安全，③供电量易于调节 氢氧燃料电池 常用燃料： 氢气、甲烷、乙醇等 构造示意图 常用氧化剂：氧气 52 知识点3：燃料电池——氢氧燃料电池 A Pt (-) Pt (+) 正极室 负极室 隔膜 电解质溶液 H2 O2 酸性电解质 碱性电解质 负极反应 正极反应 总反应 2H2 + O2 ＝ 2H2O 2H2－4e-＝ 4H+ O2＋4H+ ＋4e-＝ 2H2O 2H2＋4OH-－4e-＝ 4H2O O2＋2H2O＋4e- ＝ 4OH- 燃料电池是一种将燃料（如H2、CH4、乙醇）和氧化剂（如O2）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以达到 80% 以上。 3.燃料电池 53 知识点3：燃料电池——氢氧燃料电池 √ √ 54 知识点3：燃料电池——有机物燃料电池 3.燃料电池——甲烷燃料电池 酸性电解质（稀H2SO4溶液） 碱性电解质（NaOH溶液） 负极反应 正极反应 总反应 CH4 + 2O2 ＝ CO2 + 2H2O CH4 - 8e- + 2H2O == CO2 + 8H+ O2＋4H+ ＋4e-＝ 2H2O CH4 - 8e- + 10OH- == CO32- + 7H2O O2＋2H2O＋4e- ＝ 4OH- 55 知识点3：燃料电池——有机物燃料电池 3.燃料电池——甲醇燃料电池 酸性电解质（稀H2SO4溶液） 碱性电解质（NaOH溶液） 负极反应 正极反应 总反应 CH3OH + 2O2 ＝ CO2 + 2H2O CH3OH - 6e- + H2O == CO2 + 6H+ O2＋4H+ ＋4e-＝ 2H2O CH3OH - 6e- + 8OH- == CO32- + 6H2O O2＋2H2O＋4e- ＝ 4OH- CH3OH 课堂小结 化学反应与原理 原电池 工作原理 构成条件 原电池原理的应用 加快反应速率 比较金属活泼性 金属保护 设计原电池 火力发电 能量转化过程 弊端 化学电池 一次电池 二次电池 燃料电池 56 谢谢观看 THANKS Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.57(gap_fixed:False) $$