6.1.2 化学反应与电能 2024-2025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 容山中学 化学科组 第一节 化学反应与能量变化 第2课时 化学反应与电能 主讲人：郭 静 目 录 CONTENTS 1 2 原电池 化学电源 新课导入 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? 任务一 电能的产生 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 任务一 电能的产生 2001年 2015年 2018年 2018年，中国发电总量占比世界发电总量的1/4；近阶段，火电仍然是中国发电的主要组成；其它形式的发电占比逐年在增加。 一、近几年中国发电总量构成对比 任务一 电能的产生 二、火力发电的原理 化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能。 蒸汽轮机 机械能 发电机 电能 煤炭 化学能 燃料燃烧 热能 任务一 电能的产生 火力发电的弊端： 1.煤炭是不可再生资源，会造成能源危机。 2.煤炭燃烧会产生污染性气体。 3.转换环节多，能量损耗大，能量的利用率低。 思考：能否设计其他途径提高能量的利用率？ 化学能 燃料燃烧 热能 蒸汽轮机 机械能 发电机 电能 直接？ 煤炭 任务二 原电池的构造及工作原理 探究把化学能直接转变为电能的装置？ 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？ 任务二 原电池的构造及工作原理 任务二 原电池的构造及工作原理 三、原电池 实验 步骤 步骤1:将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中 步骤2:用导线连接锌片和铜片 步骤3:用导线在锌片和铜片之间串联个电流表 实验 装置 实验 现象 锌片_________,周围有气泡产生;铜片无任何变化 锌片_________,铜片表面有_____产生 锌片________;铜片表面上产生______;电流表指针发生_____ 实验 结论 锌与稀硫酸反应,铜与稀硫酸不反应 产生氢气的位置_________ 有_____产生,该装置将_____能转化为___能 逐渐溶解 逐渐溶解 气泡 逐渐溶解 气泡 偏转 发生改变 电流 化学 电 实验探究电流的形成过程 任务二 原电池的构造及工作原理 三、原电池 1. 定义：将___________转变成___________的装置叫做原电池。 化学能 电能 2. 本质：氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行。 Zn－2e－ = Zn2+ 2H+＋2e－ = H2↑ (氧化反应) (还原反应) A Zn Cu SO42－ H+ H+ 正极 负极 e－ 3. 电极： 正极： 负极： 电子流入的电极 电子流出的电极 通常是不活泼金属或石墨电极 通常是活泼金属 得电子，化合价降低，发生还原反应 失电子，化合价升高，发生氧化反应 任务二 原电池的构造及工作原理 4. 微观探析原电池的工作原理 外电路： Cu Zn - - - Zn2+ H+ H+ Zn－2e－=Zn2+ 2H++2e－=H2↑ 氧化反应 还原反应 负极 正极 阳离子 阴离子 SO42- 发生溶解 产生气泡 原电池总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 电子流向: 负极 沿导线 正极 电流方向: 正极 沿导线 负极 内电路： 外电路 内电路 负氧正还 阳离子向正极移动；阴离子向负极移动 电子不下水， 离子不上岸 【正向正,负向负】 电子、离子的移动方向 任务三 原电池的设计与构成条件 【问题】近年来野外生存的真人秀节目在各大卫视频繁播放。某节目中野外生存达人用一个柠檬、一排铜钉和一排锌钉制作的水果电池用于野外生火。你是否也可以制作一个这样的“超级柠檬电池”呢？请根据原电池的构成要素完成P37探究（小组实验）： 任务三 原电池的设计与构成条件 自发的氧化还原反应 两极为导体 闭合回路 外电路 内电路 溶液 熔融 电解质 金属1 + 金属2 金属 + C 【思考与讨论】通过该探究，你得到了哪些启示？（提示：可从水果的作用，电极材料的注意事项，不同材料做电极的效果等进行汇报） 5. 原电池的构成条件 两极一液成回路并氧还反应 学习评价 1. 下列装置能形成原电池的是( ) A.①②③⑦ B.①②⑤⑥ C.①②③④ D.①②③⑥⑦ A 任务三 原电池的设计与构成条件 6. 原电池正负极的判断 学习评价 2. 把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时，A极减轻；B、D相连时，B为正极。则四种金属的活泼性顺序由大到小排列为(　　) A.A>C>D>B　　　 B.A>C>B>D C.B>D>C>A D.A>B>C>D A 学习评价 3. 如图所示，a的金属活动性在氢之前，b为碳棒。关于该装置的说法中，正确的是( ) A. a极上发生还原反应，b极上发生氧化反应 B. 碳棒上有气体逸出，溶液中c(H＋)增大 C. 导线上有电流，电流方向a→b D. 反应后a极质量减小 D 任务三 原电池的设计与构成条件 7. 设计原电池的一般思路 (1)定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。 (2)拆：拆分为氧化反应和还原反应两个半反应。 还原剂－ne－ = 氧化产物 (负极) 氧化剂＋ne－ = 还原产物 (正极) (3)找：确定原电池的负极和电解质溶液。 负极：参加反应失电子的金属。 正极：一般选择比负极稳定的金属或石墨棒。 电解质：含有在正极得电子的阳离子。 (4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。 学习评价 4. 一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu，该反应的的原电池正确组合是（ ） C A B C D 正极 Zn Cu Cu Fe 负极 Cu Zn Zn Zn 电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl 学习评价 5. 选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Cu＋2Ag＋==2Ag＋Cu2＋”设计一个化学电池。回答下列问题： (1)负极材料：___；正极材料：__________；电解质溶液：___________。 (2)写出电极反应式 正极：__________________； 负极：________________。 (3)原电池中电子从______极流出，电解质溶液中阴离子流向____极(填“正”或“负”)。 （4）画出原电池装置图。 铜 银(或碳棒) AgNO3溶液 2Ag＋＋2e－===2Ag Cu－2e－===Cu2＋ 铜(负) 负 学习评价 6. 下列有关原电池的说法正确的是(　　) A．将反应2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋设计为原电池，则可用Zn为负极，Fe 为正极，FeCl3为电解质 B．铜片和铝片用导线连接后插入浓硝酸中，铜作负极 C．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极 D．铝片和镁片用导线连接后插入NaOH溶液中，Mg较活泼作负极 B 还有什么特例？ 学习评价 7. 为什么锌与稀硫酸反应，滴入少量硫酸铜溶液，生成氢气的速率加快？ 锌置换出铜，形成原电池，反应速率加快 任务四 认识几种常见的化学电源 任务四 认识几种常见的化学电源 生活中的电池 任务四 认识几种常见的化学电源 正极 负极 电解质溶液 e- 这种电池放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行），属于一次电池。 + - 逐渐消耗 不断被还原 电池电压逐渐降低，最后失效 锌锰干电池构造原理 1.一次电池 任务四 认识几种常见的化学电源 负极：Zn—2e— === Zn2+ 正极：2MnO2 +2NH4+ + 2e— = 2 MnOOH + 2NH3↑ 总反应：Zn+2NH4+ +2MnO2 =Zn2++2NH3↑ +2 MnOOH 1.一次电池 锌锰干电池 容易漏液（锌外壳变薄；糊状NH4Cl显酸性） 锌锰干电池的缺点: 了解即可 任务四 认识几种常见的化学电源 碱性锌锰干电池 1.一次电池 了解即可 湿的氢氧化钾 NH4Cl糊状 电解液 总反应： Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+ 2MnO(OH) 负极反应： Zn + 2OH— — 2e— =Zn(OH)2 正极反应： 2MnO2+2H2O+2e— =2MnO(OH)+2OH— 任务四 认识几种常见的化学电源 充电电池又称二次电池，放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。 2.二次电池 汽车用铅酸蓄电池 镍氢电池 任务四 认识几种常见的化学电源 2.二次电池 铅酸蓄电池 汽车用铅酸蓄电池 正极： PbO2 负极：Pb 电解质溶液：稀硫酸 总反应： Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O 放电 充电 负极：Pb + SO42- －2e- == PbSO4 正极：PbO2 +4H+ + SO42- +2e- == PbSO4 +2H2O 任务四 认识几种常见的化学电源 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。反应物不储存在电池内部，由外设设备提供燃料和氧化剂。 3.燃料电池 任务四 认识几种常见的化学电源 使用燃料电池的汽车 学习评价 8. 下列有关电池的说法不正确的是(　　) A．手机上用的锂离子电池属于二次电池 B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极 C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能 D．锌锰干电池中，锌电极是负极 B 学习评价 9. 下列有关锌锰干电池的说法中正确的是( ) A.锌外壳是负极，石墨碳棒是正极材料 B.在外电路中电子从碳棒流向锌外壳 C.电流从锌流到碳棒上 D.在电池内部阳离子从碳棒向锌片移动 A 学习评价 10. 可用于电动汽车的铝－空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是 (　　) A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为： O2＋2H2O＋4e－==4OH－ B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为： Al＋3OH－－3e－==Al(OH)3↓ C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的碱性保持 不变 D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极 A 课堂小结 化学反应与电能 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 比较金属活性 金属保护 设计原电池 火力发电 化学能转化为电能 利与弊 化学电池 一次电池：锌锰干电池 二次电池：铅酸蓄电池、锂离子电池 发展中的燃料电池 课堂小结 原电池的工作原理 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.57(gap_fixed:False) Lavf58.43.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.6.11 $$