2.2化学反应与能量转化 第2课时 课件 2024-2025学年高一下学期化学鲁科版（2019）必修第二册

第2节 化学反应与能量转化 1 第2课时 化学反应能量转化的重要应 用——化学电池 2 学习任务一 原电池及工作原理 学习任务二 原电池原理的应用 ◆新课探究 ◆课堂评价 3 学习任务一 原电池及工作原理 【课前自主预习】 1.原电池的概念 利用氧化还原反应将化学能直接转化成______的装置。 电能 新 课 探 究 4 2.初识氢氧燃料电池 （1）两电极的反应类型 还原剂氢气在负极上______电子，是负极 反应物，发生______反应；氧化剂氧气在 正极上______电子，氧气是正极反应物， 发生______反应。 失去 氧化 得到 还原 （2）产生电流的原因 燃料电池产生电流的原因是在两个石墨电极上有__________能力不 同的物质——氢气和氧气，当形成__________时，便会产生电流。 得失电子 闭合回路 新 课 探 究 5 3.原电池的工作原理 还原剂和氧化剂分别在两个不同的区域发生氧化反应和还原反应， 并通过能导电的物质形成闭合回路产生电流。 新 课 探 究 6 4.构成电池的四要素 电极反应物（包括负极和正极）；电极材料（包括正极和负极）； 离子导体（一般为传导电荷的电解质）；电子导体（一般为能传导 电子的导线）。 新 课 探 究 7 【情境问题思考】 2022年2月4日晚8点北京冬奥会在国家体育场开幕，为实现“绿 色冬奥”的承诺，北京冬奥会大规模使用氢氧燃料电池汽车，有效促 进了降碳减排。据介绍，在北京、延庆和张家口三大赛区，共有816 辆氢氧燃料电池汽车作为主运力开展示范运营服务，其中北京、延 庆两大赛区312辆，张家口赛区504辆。 新 课 探 究 8 问题一： 简易氢氧燃料电池是如何将化学能转化成电能的？ 提示：燃料电池通过装置将氧化反应和还原反应分开，两个石墨电 极上有得失电子能力不同的物质——氢气和氧气，当形成闭合回路 时，氧化还原反应中转移的电子便会定向移动形成电流。 问题二： 在铜-锌-稀硫酸原电池中,电子是怎样移动的?电子能否通 过电解质溶液?如果不能,电流是如何形成的? 提示:由于金属锌比金属铜活泼,锌失去电子,电子通过导线流向铜片。 电子不能通过电解质溶液。在稀硫酸中移向铜片, 移向锌片, 阴、阳离子定向移动形成电流。 新 课 探 究 9 问题三： 构成原电池的各要素的功能是什么？ 提示：负极反应物失去电子，正极反应物得到电子；电极材料、电 子导体起传导电子的作用，离子导体传导电荷，电极材料、电子导 体、离子导体形成闭合回路。 新 课 探 究 10 【核心知识讲解】 1.原电池的工作原理 工作过程中电解质溶液中阳离子向正极移动（如 向铜片定向移 动），阴离子向负极移动（如 向锌片定向移动）；与外电路构 成闭合回路。 新 课 探 究 11 2.原电池正、负极判断（从5个角度思考判断） 新 课 探 究 12 【知识迁移应用】 例1 [2024·湖北名校新高考联盟期 中] 下图是氢氧燃料电池驱动 发光的一种装置示意图。下列说 法正确的是( ) A.放电过程中移向 电极 B. 为负极，通入的是氢气 C.正极的电极反应式为 D.导线中每通过，需要消耗 气体 √ 新 课 探 究 13 [解析] 由图中电子移动方向可以判断电极 是负极，电极反应式为 ，电极 是正极，电极反应式为 。 放电过程中移向正极，应该是移向 电极， A错误；由分析知，为正极，通入的是氧气， B错误；电极 是正极，电极反应式为 ，C正确；结合电极反应式进行计算，导线中每通过 ，负极消耗氢气的物质的量为，正极消耗氧气的物质的量为 ，需要消耗气体的质量为 ，D错误。 新 课 探 究 14 例2 [2024·江西井大附中期中] 用如图所示装置探究原电池的工作原 理，下列说法不正确的是( ) A.乙图与丙图中锌片的质量均减轻 B.乙图中铜电极上的电极反应式为 C.丙图中片上发生氧化反应，溶液中的 向铜电极移动 D.甲图中锌片质量减轻，铜片上有气体产生 √ 新 课 探 究 15 [解析] 乙图与丙图装置均形成原电池，锌均作负极，发生氧化反应 生成 ，故其质量均减轻，A正确；乙图中铜电极作正极，电解 质溶液为稀硫酸，电极反应式为 ，B正确；丙图 中锌电极为负极，发生氧化反应，溶液中的 向正极铜电极移动， C正确；甲图中没有形成闭合电路，不能构成原电池，反应中锌片质 量减轻且锌表面有气体产生，D错误。 新 课 探 究 16 ［易错警示］ （1）构成原电池的两电极材料不一定都是金属，电极材料可以为导 电的非金属，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，既要考虑金属活泼性的强弱也要考 虑电解质溶液性质。如 溶液构成的原电池中，负极为 ，正极为；但是 溶液构成的原电池中，负极为 ，正极为 。 新 课 探 究 17 学习任务二 原电池原理的应用 【课前自主预习】 1.设计原电池 （1）工作原理（以锌铜原电池为例） 实验 装置 ______________________________________________ 新 课 探 究 18 现象 锌片不断______，铜片上有______产生，灯泡______ 结论 导线中有______通过，______能转化为____能 解释 锌失电子发生______反应形成 进入溶液：_________________ （填电极反应式），锌片上的电子沿导线流向铜片 溶液中的从铜片上得电子发生______反应生成 而逸出： _____________________（填电极反应式） 溶解 气泡 发光 电流 化学 电 氧化 还原 续表 新 课 探 究 19 2.常见的化学电池 （1）干电池:如锌锰干电池。 （2）充电电池:又称______电池,如铅蓄电池。 （3）燃料电池:能量转化率高,无污染。 二次 新 课 探 究 20 【情境问题思考】 问题一： 如图，苹果插上两个不同电极可以构成原电池，那么怎样 设计原电池呢？ 提示：如题图所示，找一个铁棒和铜棒，插入苹果中，用导线连接 电流表，形成闭合回路，即可构成原电池。 新 课 探 究 21 问题二： 设计原电池的基本思路是什么？ 提示：步骤一：确定一个自发的氧化还原反应的还原剂和氧化剂， 还原剂作负极反应物，氧化剂作正极反应物，把氧化还原反应分为 两个半反应。 步骤二：选择两极材料，正极材料最好选择不与正极反应物和离子 导体发生反应且导电的固体，如石墨等。 步骤三：选择离子导体（电解质溶液）和电子导体（导线）并形成 闭合回路。 新 课 探 究 22 问题三： 请利用反应 ，设计一个能产生电流的 装置并画出简单的装置示意图，标明电极材料及电极名称。 可选用物品：铜片、锌片、铁片、石墨棒、溶液、 溶液、 溶液、 溶液、导线、滤纸、烧杯、电流表。 提示： 新 课 探 究 23 【核心知识讲解】 1.设计原电池的基本思路 新 课 探 究 24 2.设计原电池的基本步骤 （1）定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。 （2）拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应， 分别作为负极和正极的电极反应。 还原剂 氧化产物（负极电极反应）； 氧化剂 还原产物（正极电极反应）。 （3）找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极 和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。 （4）画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。 新 课 探 究 25 【知识迁移应用】 例3 [2024·福建泉州惠南中学月考] 某同学设计了如图所示原电池， 闭合电路电流计 发生偏转，同时A极逐渐变细，B极逐渐变粗，C为 电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的( ) A.A是、B是 、C为稀硫酸 B.A是、B是 、C为稀硫酸 C.A是、B是、C为 溶液 D.A是、B是、C为 溶液 √ 新 课 探 究 26 [解析] A极逐渐变细，B极逐渐变粗，说明A是负极、B是正极，正 极有金属单质析出。A是、B是 、C为稀硫酸，两个电极相同， 不能构成原电池，故不选A；A是、B是、C为稀硫酸，、 和稀硫酸均不反应，不能构成原电池，故不选B；A是、B是 、 C为溶液，的活泼性大于，作负极、 作正极，负 极：，负极变细；正极： ， 正极变粗，故选C；A是、B是、C为溶液， 的 活泼性大于，作负极、 作正极，故不选D。 新 课 探 究 27 例4 锌-空气电池（如图所示）适宜用作城市电动车的动力电源，该 电池放电时转化为 。则该电池工作时，下列说法正确的是 ( ) A. 电极是该电池的正极 B. 电极的电极反应式为 C. 向石墨电极移动 D.氧气在石墨电极上发生还原反应 √ 新 课 探 究 28 [解析] 氧气得电子发生还原反应，石墨电极是正极，锌电极是负极， A项错误，D项正确；锌作负极，碱性条件下，负极的电极反应式为 ，B项错误；原电池工作时，溶液 中的阴离子向负极移动，即向 极移动，C项错误。 新 课 探 究 29 ［方法规律］ 电极反应式的书写方法 （1）负极反应式的书写 ①活泼金属作负极（电极材料本身反应） 生成的阳离子与电解质溶液不反应时： 。 若生成的阳离子与电解质溶液反应，应将“金属失电子的反应式”与 “阳离子和电解质溶液反应的反应式”叠加写出。 新 课 探 究 30 ②燃料电池（电极材料本身不反应） 燃料电池负极反应式： 。 燃料电池负极反应式： 。 新 课 探 究 31 （2）正极反应式的书写 ①首先判断在正极反应的物质 当负极材料与电解质溶液能反应时，在正极上发生电极反应的物质 是电解质溶液中的某种粒子。 当负极材料与电解质溶液不反应时，在正极上发生电极反应的是溶 解在电解质溶液中的 。 燃料电池中正极反应的物质是作氧化剂的物质。 新 课 探 究 32 ②根据具体情况书写正极反应式（也要考虑是否与电解质溶液反应） 的正极反应式： 。 的正极反应式： 。 新 课 探 究 33 1.判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。 （1）原电池是电能转化为化学能的装置( ) × [解析] 原电池是利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。 （2）将铜片和锌片用导线连接插入任何溶液中，电流表指针都会偏 转( ) × [解析] 只有溶液为电解质溶液时，才能形成闭合回路，电流表指针 才会偏转。 课 堂 评 价 34 （3）氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置( ) √ （4）原电池外电路中电子的流向是由正极流向负极( ) × [解析] 外电路中电子由负极经导线流向正极。 （5）原电池工作时，在负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应 ( ) √ （6）锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄( ) √ 课 堂 评 价 35 2.下列装置能构成原电池的是（连接两个电极的均是金属导线） ( ) A. B. C. D. [解析] A中两极金属活泼性相同，无法构成原电池；B中无电解质溶 液；C中没构成闭合回路。 √ 课 堂 评 价 36 3.郑州宇通客车公司已经成功将氢氧燃料电池应用 于新能源公交汽车中，氢氧燃料电池的反应原理如 图所示。下列说法不正确的是( ) A.该电池工作时化学能转化为电能 B.该电池工作时阴离子向 极移动 C.外电路中电子由电极通过导线流向电极 D.若离子导体选择稀硫酸溶液，则电池正极反应式为 √ 课 堂 评 价 37 [解析] 在氢氧燃料电池中，是燃料，则通入的 电极为负极， 通入的电极为正极。该电池工作时，通过与 发生化学反应 产生电流，则由化学能转化为电能，A正确；原电池工作时，阴离子 向负极移动，则该电池工作时，阴离子向 极移动，B正确；在原电 池的外电路中，电子由负极沿导线流向正极，则该电池中的电子由 电极通过导线流向电极 ，C正确；若离子导体选择稀硫酸溶液，则 电池工作时，正极反应式为 ， D不正确。 课 堂 评 价 38 4. 电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电 解质溶液，装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是 ( ) A.电子经电解质溶液从 电极移向石墨电极 B. 在石墨电极上发生氧化反应 C.电极反应式为 D.溶液中 向石墨电极移动 √ 课 堂 评 价 39 [解析] 电池中 作负极，发生氧化反应，负极电极反应 式为 ,则石墨电极为正极，正极电极反应式为 。电子不能经过电解质溶液，电子从负极即 电极经导线移向石墨电极，故A错误；石墨电极为正极， 在石 墨电极上发生还原反应，故B错误；据分析可知， 电极反应式为 ，故C正确；溶液中 向负极移动，而石墨电极 为正极，故D错误。 课 堂 评 价 40 5.如图所示，在银锌原电池中，以硫酸铜溶液为电 解质溶液，锌为____极，该电极上发生的是______ （填“氧化”或“还原”）反应，电极反应式为_____ _____________，锌片上观察到的现象为_________ _______；银为____极，电极上发生的是______（填“氧化”或“还原”） 反应，电极反应式是___________________，银片上观察到的现象是 ________________ 。 负 氧化 片逐渐溶解 正 还原 有红色物质析出 [解析] 在银、锌及溶液形成的原电池中，由于活泼性 ， 所以作负极：，片逐渐溶解； 作正极： ，析出的沉积在 片上。 课 堂 评 价 41 1.一种锂水电池以锂和钢板为电极， 为电解质，使用时加入水 即可放电，总反应为 。下列有关该电 池的说法错误的是( ) A.锂极为负极 B. 移向正极 C. 为正极产物 D.电子由锂经导线流向钢板 [解析] 由电池总反应可知，发生氧化反应生成，则 极为负 极，A正确；原电池中阴离子向负极移动，则 移向负极，B错误； 钢板作正极，表面发生还原反应生成 ，C正确；原电池中电子由 负极经导线流向正极，故电子由锂经导线流向钢板，D正确。 √ 备 用 习 题 42 2.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能 长时间保持稳定的放电电压。高铁电池总反应为 。下列叙 述不正确的是( ) A.放电时负极反应为 B.放电时正极反应为 C.放电时每转移电子，正极有 被氧化 D.放电时正极附近溶液的碱性增强 √ 备 用 习 题 43 [解析] 高铁电池放电时为原电池，依据原电池工作原理，放电时负 极反应式为 ，正极反应式为 ，放电时每转移 电子， 正极有 被还原，且正极附近溶液的碱性增强。 备 用 习 题 44 3.如图是某课外活动小组设计的用化学电池使 灯发光的装置。下 列说法错误的是( ) A.铜片表面有气泡生成 B.装置中存在“化学能 电能 光能”的转换 C.溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动 D.如果将铜片换成铁片，电路中的电流方向将改变 √ 备 用 习 题 45 [解析] 铜锌原电池中， 作正极，溶液中的氢离子在正极上得电子 生成氢气，所以铜片表面有气泡生成，故A正确；原电池中化学能转 化为电能， 灯发光时，电能转化为光能，故B正确；原电池工作 时阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故C正确；如果将铜片换 成铁片，锌仍然是负极，所以电路中的电流方向不变，故D错误。 备 用 习 题 46 $$