第6章 第1节 新知探究课8 化学反应与电能-【名师导航】2023-2024学年高中化学必修第二册同步课件(人教版2019)

第六章　化学反应与能量 第一节　化学反应与能量变化 讲评拓展课3　新型化学电源分析 学习任务 1．根据实验，了解化学能可以转化为电能，理解原电池的构成和原理，培养“科学探究与模型认知”的核心素养。 2．结合实例，了解常见的化学电池的基本原理与分类，培养“宏观辨识与社会责任”的核心素养。 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 必备知识·自主预习 01 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3 一、化学能转化为电能 1．化学能间接转化为电能 (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____，加热水使之汽化为____以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。 (2)能量转换过程： ____能__能____能__能。 能量转换的关键环节是可燃物的____，属于________反应。 热能 蒸汽 化学 热 机械 电 燃烧 氧化还原 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．化学能直接转化为电能——原电池 (1)定义：把____能转化为____的装置。 (2)工作原理(以铜-锌-稀硫酸原电池为例)： 原理示意图 实验现象 锌片溶解，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转。 化学 电能 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 电极材料 电极名称 电子流向 电极反应式 反应类型 锌 负极 ____ ________________ ____反应 铜 正极 ____ 2H＋＋2e－===H2↑ ____反应 总反应 __________________________ 流出 Zn－2e－===Zn2+ 氧化 流入 还原 Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑ 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 判一判　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)原电池是一种电能转化为化学能的装置。 (　　) (2)原电池的负极失去电子发生氧化反应。 (　　) (3)原电池的正极是电子流出的一极。 (　　) (4)用导线连接的铜片和锌片插入到稀H2SO4中，锌片上有大量气泡产生。 (　　) × √ × × 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 二、常见化学电源 1．锌锰干电池 (1)构造示意图 锌筒 石墨棒 NH4Cl糊 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 (2)特点：一次电池，放电之后不能充电。 ①结构：锌锰干电池是以锌筒作__极，石墨棒作__极，氯化铵糊作__________。 ②原理：锌锰干电池属于____电池，放电之后____充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)。负极发生的电极反应为_______________，正极发生的电极反应为＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。 负 正 电解质溶液 一次 不能 Zn－2e－===Zn2+ 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．二次电池 化学能 电能 电能 化学能 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3．燃料电池 (1)概念：燃料电池是一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。 (2)特点：①清洁、安全、高效；②反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供；③供电量易于调节，能适应用电器负载的变化，且充电时间较短。 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 判一判　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)锌锰干电池中，锌电极是正极。 (　　) (2)甲烷燃料电池中通入甲烷的一极为负极，发生还原反应。 (　　) (3)氢氧燃料电池可以实现100%电能的转化。 (　　) (4)铅酸蓄电池的负极是铅，电解质溶液是稀硫酸。 (　　) × × × √ 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 关键能力·情境探究 02 学习任务1　原电池的工作原理 学习任务2　原电池工作原理的应用 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 13 [情境探究] 某化学学习小组利用下列装置进行探究(完成表格中的填空)。 原电池的工作原理 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 装置 实验现象 实验结论 ① 铜片上__________ 铜与稀硫酸______ ② 锌片上__________ 锌与稀硫酸____ ③ 铜片上__________，锌片____，电流表指针____ 该装置将______转化为____ 无明显现象 不反应 有气泡产生 反应 有气泡产生 溶解 偏转 化学能 电能 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1．③中Zn、Cu两极发生的反应类型分别是什么？分别是电池的什么极？ 提示：Zn极发生氧化反应，Cu极发生还原反应。Zn极为负极，Cu极为正极。 2．③中移向哪一极？电流和电子流向呢？写出正极反应式。 提示：移向负极。电流：正极→导线→负极，电子：负极→导线→正极。正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3．下列装置中，哪些能构成原电池？其他不能构成原电池的原因是什么？ 提示：装置C和D能构成原电池；装置A不能构成原电池，原因是酒精为非电解质；装置B不能构成原电池，原因是没有形成闭合回路。 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [归纳总结] 1．原电池的构成条件——“两极一液一线一反应” 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．原电池的工作原理思维模型 (1)电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极，电流的流动方向与之相反。 (2)离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 [注意]　电子只能在导线中定向移动，离子只能在电解质溶液或熔融电解质中定向移动。(简记为电子不下水，离子不上岸) 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3．原电池正、负极的判断方法 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [能力达成] 1．某金属A不溶于冷的浓硝酸，A与银用导线连接后浸入硫酸溶液，所组成的原电池中电流由银通过导线流回A极，则A可能是(　　) A．Pt　　B．Cu　　C．Mg　　D．Fe D　[A与银用导线连接后浸入硫酸溶液，所组成的原电池中电流由银通过导线流回A极，则A极为负极，A比Ag活泼。A项，Ag比Pt活泼，则Pt不符合，A不符合；B项，该金属不溶于冷的浓硝酸，而Cu可与冷的浓硝酸反应，B不符合；C项，该金属不溶于冷的浓硝酸，而Mg可与冷的浓硝酸反应，C不符合；D项，该金属不溶于冷的浓硝酸，Fe遇浓硝酸发生钝化，不溶于冷的浓硝酸，又A与银用导线连接后浸入硫酸溶液，所组成的原电池中电流由银通过导线流回A极，则A极为负极，A比Ag活泼，则Fe符合，D符合。] √ 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．锂海水电池常用在海上浮标等助航设备中，其示意图如图所示。电池反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。电池工作时，下列说法正确的是(　　) A．该装置将电能转化为化学能 B．电子从锂电极经导线流向镍电极 C．金属锂作负极，发生还原反应 D．理论上每转移2 mol电子可以生成标准状况下11.2 L H2 √ 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 B　[该装置是原电池，将化学能转化为电能，A错误；该装置是原电池，由于金属活动性：Li>Ni，所以Li为负极，失去电子，发生氧化反应；Ni是正极，溶解在海水中的O2得到电子发生还原反应，电子从负极(锂电极)经导线流向正极(镍电极)，B正确；金属锂作负极，失去电子发生氧化反应，C错误；理论上每转移2 mol电子可以生成1 mol H2，即标准状况下22.4 L H2，D错误。] 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 原电池工作原理的应用 [问题探究] 1．初中化学常用锌与稀硫酸反应制H2。实验过程中发现，如果选用粗锌(含有少量铜、铁等杂质)与稀硫酸反应制备氢气，往往比纯锌与同等浓度的稀硫酸反应速率更快，这是什么原因呢？ 提示：锌与铁、铜等在稀硫酸中形成原电池，加快反应速率。 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．已知反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2+，请将该反应设计成原电池，画出原电池装置图并标出正、负极。 提示：先确定两个电极，负极失电子化合价升高，所以铜作负极，再找活泼性比铜弱的碳棒或银棒作正极；从反应中可以看出电解质溶液中必须含有银离子，所以用硝酸银溶液作电解质溶液。装置图如图所示。 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3．把a、b、c、d 4种金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若a、b相连，a为负极；c、d相连，d上有气泡逸出；a、c相连时，a质量减小；b、d相连，b为正极。则4种金属的活动性由大到小的顺序是什么？ 提示：根据负极相对比正极活泼，可以排序为a、c、d、b。 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [归纳总结] 原电池工作原理的三个应用 1．加快化学反应速率 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 2．比较金属活动性强弱 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 3．设计原电池 (1)首先将已知氧化还原反应拆分为两极反应式。 氧化反应：还原剂－ne－===氧化产物(负极反应式)； 还原反应：氧化剂＋ne－===还原产物(正极反应式)； 正极反应式＋负极反应式＝电池的总反应式。 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 (2)根据原电池的电池反应特点，结合两极反应式找出正、负极材料及电解质溶液。 ①电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。 ②电极材料的选择：在原电池中，一般选择活泼性较强的金属作为负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。负极材料或还原性物质在负极上失去电子被氧化，氧化性物质在正极上得到电子被还原。 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [能力达成] 3．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置 部分实验 现象 a极质量减小，b极质量增大 b极有气体产生，c极无变化 d极溶解，c极有气体产生 电流从a极流向d极 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　) A．a＞b＞c＞d　 B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c C　[装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属易失去电子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三和四均形成原电池，易知d比c活泼，d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d＞a＞b＞c。] √ 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 4．铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。 (1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式： __________________________________________。 (2)若将(1)中的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。 正极反应式： ______________________； 负极反应式： ______________________。 2Fe3+＋2e－===2Fe2+ Cu－2e－===Cu2+ 2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+ 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 [解析]　依据反应：2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+。氧化反应为Cu－2e－===Cu2+，还原反应为2Fe3+＋2e－===2Fe2+，则设计思路明确： 原电池组成为Cu是负极，正极材料选用比铜不活泼的铂丝或导电的非金属如石墨棒，电解质溶液可选用Fe2(SO4)3、FeCl3溶液。 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 在判断原电池正、负极时，既要考虑金属活动性的强弱，也要考虑电解质溶液的性质。例如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。故原电池中负极金属活动性不一定强于正极。 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 知　识　必　备 1．熟记原电池的构成条件：电解质溶液；两电极直接接触或有导线连接；两电极插入电解质溶液中；自发的氧化还原反应。 2．明确原电池的工作原理：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 3．了解常用的化学电源：锌锰干电池、铅酸蓄电池和燃料电池。 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 课　堂　小　结 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 学习效果·随堂评估 03 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 38 1 2 3 4 √ 1．下列反应中，在原理上不能设计成原电池的是(　　) A．Ca(OH)2与HCl的反应 B．Fe与CuSO4的反应 C．CH4与O2的反应 D．Al与H2SO4的反应 A　[Ca(OH)2与HCl的反应不是氧化还原反应，不能设计成原电池，A正确；Fe与CuSO4发生置换反应，属于氧化还原反应，且为放热反应，能够设计成原电池，B错误；甲烷与氧气的反应为自发进行的氧化还原反应，且为放热反应，能够设计成原电池，C错误；Al与H2SO4发生置换反应，属于氧化还原反应，且为放热反应，能够设计成原电池，D错误。] 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 √ 2．如图是一种航天器能量储存系统原理 示意图。下列说法中正确的是(　　) A．该系统中只存在3种形式的能量转化 B．装置Y中在负极发生反应的物质是O2 C．装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D．装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 C　[该图中有太阳能向电能的转化，化学能向电能的转化，电能向化学能、机械能的转化，不止3种形式的能量转化，A错误；装置Y是原电池装置，负极发生反应的物质为氢气，失去电子，发生氧化反应，B错误；装置X应是电解池，电解水生成氢气和氧气，实现燃料电池的燃料和氧化剂再生，C正确；无论原电池还是电解池能量的转化率都不是100%，所以不可能实现零排放，D错误。] 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 √ 3．a、b、c都是金属，把a浸入c的硝酸盐溶液中，a的表面有c析出，a、b和酸溶液组成原电池时，b为电池的负极。a、b、c三种金属的活动性顺序为(　　) A．a>b>c　　　 B．a>c>b C．b>a>c D．b>c>a C　[a能从c的盐溶液中置换出c，则金属活动性：a>c；a、b和酸溶液组成原电池时，b为负极，则金属活动性：b>a。] 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 4．氢氧燃料电池，是一种高效无污染的清洁 电池，分为碱性(用KOH做电解质)和酸性(用 硫酸做电解质)氢氧燃料电池，如图是氢氧燃 料电池。 (1)该电池的负极是通________(填通入的气体)。 [解析]　燃料电池负极为燃料气体，正极为氧气，所以氢氧燃料电池的负极是氢气。 H2 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 1 2 3 4 (2)如果是碱性燃料电池，则负极反应式是_______________________。 [解析]　如果是碱性燃料电池，则负极反应式是H2－2e－＋2OH－===2H2O。 (3)如果是酸性燃料电池，则正极反应式是_____________________。 [解析]　酸性燃料电池中，正极上的反应式为氧气得电子生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。 H2－2e－＋2OH－===2H2O O2＋4e－＋4H＋===2H2O 新知探究课8　化学反应与电能 必备知识·自主预习 关键能力·情境探究 学习效果·随堂评估 $$