2.2.2化学反应与能量转化 课件 2024-2025学年高一下学期化学鲁科版（2019）必修第二册

第二章 化学键 化学反应规律 第二节 化学反应与能量转化 2.2.2 化学反应能量转化的重要应用 ——化学电池 核心素养目标 宏观辨识与微观探析： 能通过观察原电池装置的外观、实验现象，从宏观上认识原电池的工作表现；并深入理解原电池内部微观粒子的移动方向、电极上发生的氧化还原反应的微观过程，建立宏观现象与微观原理之间的联系，提升对化学反应本质的认识。 科学探究与创新意识： 鼓励学生对原电池的设计和应用进行创新思考，如尝试寻找新型电极材料、优化电池结构等，激发学生的创新意识和探索精神 科学态度与社会责任： 关注化学电源使用过程中的环境问题（如废旧电池的污染），培养学生的环保意识和社会责任感，使学生树立正确的科学价值观 重点 原电池的工作原理，原电池中氧化还原反应的发生位置、电子和离子的移动方向、电极反应的类型等核心知识； 原电池的构成要素，设计原电池时进行合理选择； 常见化学电源的工作原理和特点，了解常见化学电源的类型和工作原理； 难点 原电池电极反应式的书写和计算； 原电池原理在实际问题中的应用，如利用原电池原理判断金属活动性强弱、解释金属腐蚀现象、设计新型电池等 课前导入 课前导入 现在，化学电池已成为人类生产和生活的重要能量来源之一，各式各样的化学电池的发明也是化学科学对人类的一个重大贡献。化学电池是根据原电池原理制成的。原电池是一种利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。那么，原电池是由哪些部分组成的？原电池中各部分的作用是什么？ 01 原电池的工作原理 原电池是一种利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置 如图是一个简易的氢氧燃料电池的实验装置示意图。用图a装置电解获得氢气和氧气，再按图b所示连接装置进行实验。 原电池的工作原理探究 实验现象：电流表指针发生明显偏转（外电路产生电流） 原电池的工作原理探究 ◆原理分析： 氧化反应与还原反应分别在两个不同的区域进行。 其中，H2中的氢原子在左侧石墨电极上失去电子，H2作为电池的负极反应物； O2中的氧原子在右侧石墨电极上得到电子，O2作为电池的正极反应物。 稀硫酸中存在的自由移动的离子起到传导电荷的作用，导线起到传导电子的作用，电子通过导线由负极流向正极。 ◆电极反应： 负极：H2-2e-=2H+ 正极：O2+4e-+4H+=2H2O ◆电池总反应：2H2+O2=2H2O 原电池的工作原理 反应方程式 负极   正极   电子移动方向 由 极经过导线流向 极。 电流移动方向 由 极经过导线流向 极 离子移动方向 阳离子向 极移动，阴离子向 极移动。 负 正 失去电子，发生氧化反应 得到电子，发生还原反应 正 负 负 正 ※注意事项：电子只能在导线中流动，离子只能在溶液中移动 原电池的构成条件 ◆反应：有能自发进行的氧化还原反应。 ◆电极：两种活泼性不同的金属作电极 （或其中一种为能 导电的非金属，如“碳棒”、“石墨”）。 ◆闭合回路：电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路。 ◆有电解质溶液（或熔融电解质）：用于传导电荷。 设计一个简单的原电池 实验目的 利用所给用品设计装置并进行实验，将下列反应所释放的能量转化为电能。 Zn + 2H+= Zn2+ + H2 ↑ 实验用品 锌片，铜片，石墨棒，稀硫酸，稀盐酸；烧杯，导线，电流表，开关。 实验方案设计及实施 设计思路及依据 实验装置 实验现象 氧 化 还 原 反 应 ： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ 确定负极 选择负极反应物： 选择负极材料： 确定正极 选择正极反应物： 选择正极材料： 构成闭合回路 选择离子导体： 选择电子导体： 设计原电池的基本思路 还原剂 + 氧化剂 = 氧化产物 + 还原产物 （失电子） （得电子） 氧化还原反应 氧化反应、 还原反应 分开进行 形成 闭合回路 原电池 负极 负极材料 负极反应物 正极反应物 正极材料 离子导体 正极 电子导体 设计一个简单的原电池 设计思路及依据 实验装置 实验现象 氧 化 还 原 反 应 ： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ 锌片不断溶解，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转 确定负极 选择负极反应物：Zn 选择负极材料：Zn 确定正极 选择正极反应物：H+ 选择正极材料：Cu 构成闭合回路 选择离子导体：稀H2SO4 选择电子导体：导线 设计一个简单的原电池 稀硫酸 Zn A e-→e-→e-→e- Cu 原电池正、负极判断的一般方法 负极 电子流出 氧化反应 电流流入 阴离子移向 判断依据 电极反应 电子流向 电流方向 离子移向 正极 电子流入 还原反应 电子流出 阳离子移向 02 常见的化学电源 常见的化学电池 目前，市场上的化学电池有干电池（属于一次电池）、充电电池（又称二次电池）和燃料电池等。手电筒等使用的锌锰电池属于干电池，而汽车用的铅蓄电池以及手机用的锂离子电池等属于充电电池。燃料电池由于具有能量转换效率高、能长时间提供电能等优点而主要应用于航天和军事领域。目前，降低成本、提高发电效率、实现民用化是燃料电池研发的热点。 各种各样的化学电池 用于驱动汽车的燃料电池 正极 负极 电解质溶液 锌锰干电池 工作原理：电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极），锌逐渐被消耗，二氧化锰不断被还原。 缺点：使用过程中锌筒和二氧化锰不断被消耗，电池电压逐渐降低，最后失效。 一次电池 铅蓄电池 ◆放电反应原理 负极反应式是Pb＋－2e－=PbSO4 ； 正极反应式是PbO2＋4H＋＋＋2e－=PbSO4＋2H2O ； ◆充电反应原理 阴极(还原反应)反应式是PbSO4＋2e－=Pb＋ ； 阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋ 燃料电池电极方程式的书写 ◆写出电池总反应式 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O。 ◆写出电池的正极反应式 无论负极燃料是H2还是含碳燃料，正极一般都是O2发生还原反应，若在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，若在酸性条件下，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O。 ◆写出电池的负极反应式：负极反应式＝总反应式－正极反应式。 原电池的应用 ◆比较金属的活动性强弱 (1)原理：一般原电池中活动性较强的金属做负极，活动性较弱的金属做正极。 (2)应用：A、B两种金属用导线连接后插入稀H2SO4中，若A极溶解，B极上冒气泡，则活动性：A＞B。 ◆加快化学反应 (1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的微粒运动时相互间的干扰小，使化学反应加快。 (2)应用：实验室中用Zn和稀H2SO4制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液，原因是Zn与置换出的Cu构成原电池，加快了反应的进行。 03 课堂小结 04 课堂练习 1.下列化学反应在理论上不能用于设计原电池的是(　　)。 A.HCl+NaOH=NaCl+H2O B.2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O C.4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 D.2H2+O2=2H2O A 2.下列各组材料中,不能组成原电池的是(　　)。 C 选项 A B C D 两极材料 Zn片, 石墨 Cu片, Ag片 Zn片, Cu片 Fe片, Cu片 插入溶液 稀硫酸 AgNO3 溶液 蔗糖溶液 稀盐酸 A 3.一种氢能的制取、贮存及利用的示意图如图所示,其中能量转化方式不涉及的是(　　)。 A.电能→化学能 B.光能→化学能 C.化学能→电能 D.电能→机械能 4.有甲、乙两个电极,用导线连接一个电流表,放入盛有丙溶液的烧杯中,电极乙的质量增加,则装置中可能的情况是(　　)。 A.甲作负极,丙溶液是硫酸铜溶液 B.甲作负极,丙溶液是硫酸溶液 C.乙作负极,丙溶液是硫酸铜溶液 D.乙作正极,丙溶液是硫酸溶液 A Thanks 好好学习天天向上 Lavf58.45.100 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$