第2章 第2节 第2课时 化学反应能量转化的重要应用——化学电池（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中化学必修第二册（鲁科版2019）

第2节　化学反应与能量转化 第2课时　化学反应能量转化的重要应用——化学电池 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 栏目索引 课前 预习案 课堂 探究案 冲关 演练案 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 课前 预习案 化学能 电能 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 偏转 2H2＋O2===2H2O 化学 电 还原 氧化 失去 氧化 得到 还原 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 形成电势差 反应介质 传导电子 传导电荷 形成电流 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 氧化 还原 负 正 正 负 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 锌片 与H＋反应失去电子 锌片 导电固体 稀硫酸或稀盐酸 电离产生的H＋得到 电子 铜片或石墨棒 不与稀硫酸和稀盐酸 反应，导电固体 稀硫酸或稀盐酸 能提供自由移动的离 子，导电 导线 能传递自由电子，导电 溶解 大量无色 气泡 偏转 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 锌筒 碳棒 MnO2和NH4Cl 锌筒 碳棒 逆向 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 PbO2 Pb 稀硫酸 可逆 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 氧化还原 化学 电 负 正 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 × × × × √ × 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 课堂 探究案 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 冲关 演练案 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 课后巩固 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 谢谢观看！ 返回导航 化学 必修 第二册 （L） 第2章　化学键　化学反应规律 课程标准要求 学业质量水平 1.以原电池为例认识化学能可以转化为电能。 2．能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要素。 3．能从氧化还原反应的角度分析简单原电池的工作原理。 4．知道原电池原理的基本应用，了解常见化学电源的类型。 5．能举例说明化学电源对提高生活质量的重要意义。 1.能辨识化学电池，知道化学电池可以实现化学能到电能的转化。(水平1) 2．能分析化学电池的结构和工作原理。(水平2) 3．能说明化学电池在生产和生活中的重要作用。(水平3) 一、原电池的构成及其工作原理 1．原电池：是一种利用氧化还原反应将_________直接转化成______的装置。 2．实验探究——氢氧燃料电池 实验装置 实验现象 电流表指针发生明显______ 发生反应 _________________________________ 能量转化 ______能转化为___能 理论解释 H2具有______性，O2具有______性，H2在石墨电极A上______电子发生______反应形成H＋，电子沿导线转移到石墨电极B，H＋经稀硫酸转移到右侧区域，O2在石墨电极B上______电子发生______反应并与H＋结合成H2O，通过电子在导线中定向移动和离子在电解质溶液中的定向移动，进而在闭合回路中形成电流 3.构成及作用 构成 作用 得失电子能力不同的两电极反应物 _______________ 两个电极 ____________ 导线 ____________ 电解质溶液 ____________ 闭合回路 ____________ 4.工作原理 原电池反应的还原剂在负极发生______反应，氧化剂在正极发生______反应，外电路电子从___极流出，经导线流向___极，内电路阳离子向___极移动，阴离子向___极移动，在闭合回路中形成电流。 二、简单原电池的设计 1．设计思路 (1)基本思路 (2)具体流程 2．实验探究——根据还原反应Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑设计原电池装置 设计 思路 用品选择 选择依据 实验装置 实验 现象 确定 负极 负极 反应物　 ________ _________________ 稀硫酸 锌片逐渐______，铜片上有__________ ______产生并逸出，电流表指针发生______ 负极材料 ________ ____________ 确定 正极 正极 反应物　 ______________ ____________________ ____________________ 正极 材料 ______________ ____________________ ____________________ 构成 闭合 回路 离子导体 ______________ ____________________ ____________________ 电子导体 ________ ____________________ 三、常见的化学电源 1．锌锰干电池 ______是负极，______是正极，在碳棒周围填充糊状的____________________作电解质，在使用过程中，锌逐渐被氧化消耗，电子由______流向______，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效，这种电池内部的氧化还原反应无法______进行，放电之后不能充电，属于一次电池。 2．铅蓄电池 放电时_________是正极，发生还原反应，______是负极，发生氧化反应，_________是电解质；在充电时与放电时所进行的氧化还原反应是______的，可以实现放电与充电的循环，属于二次电池，又称充电电池。 3．燃料电池——以氢氧酸性燃料电池为例 燃料电池是通过燃料与氧气分别在两个电极上发生____________反应，将______能直接转化为___能的装置，通入燃料的电极是___极，通入氧气的电极是___极。该类电池能量转化效率高，能长时间提供电能等优点。 1．巧判断(对的打“√”，错的打“×”) (1)原电池是一种将电能转化为化学能的装置( ) (2)铜片和锌片用导线连接插入稀硫酸中，锌片表面产生大量气泡( ) (3)原电池中负极一定参加化学反应( ) (4)原电池外电路中电子由负极流向正极，内电路中电子由正极流向负极( ) (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)盐酸与NaOH溶液反应放出热量，故可利用此反应设计原电池( ) 2．(2020·江西南昌九江高一检测)下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，其中能构成原电池且在铜电极上能产生气体的是(　　) B　[A装置中，铜和银都不与稀硫酸反应，不能形成原电池；B装置能形成原电池，铜为正极，铜片上2H＋＋2e－===H2↑；C装置中，C与Cu都不与稀硫酸反应，不能形成原电池；D装置没有形成闭合回路，不能形成原电池。] 3．若将反应Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑设计成原电池，用稀H2SO4作电解质溶液，碳棒为原电池的某一电极材料，则碳棒为原电池的________极(填“正”或“负”)，该极上的现象为______________，另一电极材料为________，外电路中电子由________极(填“正”或“负”，下同)向________极移动，电解质溶液中H＋向________极移动，该电池工作一段时间，锌片的质量减少了3.25 g，碳棒表面析出了氢气________L(标准状况)，导线中通过________mol 电子。 答案　正　有气泡放出　锌　负　正　正　1.12　0.1 学习任务一　原电池的工作原理及其正负极的判断方法 根据下列甲、乙两个原电池的结构，分析讨论回答下列问题： 1．甲电池中：(1)负极是_____，电极反应是______________，发生现象是_______________；正极是______，电极反应是__________________，发生现象是____________________________________________________________________。 (2)外电路中电子由_____流向_______，内电路中阳离子向____移动，阴离子向_______移动 (填“铜片”或“铁片”)。 提示　(1)铁比铜活泼，铁片容易失去电子发生氧化反应。铁片作负极，发生反应Fe－2e－===Fe2＋，铁片逐渐溶解；铜片作正极，发生反应2Fe3＋＋2e－=== 2Fe2＋，铜片没有明显变化。 (2)根据电流的流动方向可知，外电路中电子由铁片流向铜片，内电路中阳离子向铜片移动，阴离子向铁片移动。 2．乙电池中：(1)负极是_____，电极反应是______________，发生现象是_______________；正极是______，电极反应是______________，发生现象是_______________。 (2)外电路中电子由______流向______，内电路中阳离子向____移动，阴离子向____移动(填“铜片”或“石墨棒”)。 提示　(1)铜比石墨活泼，铜片容易失去电子发生氧化反应。铜片作负极，发生反应Cu－2e－===Cu2＋，铜片逐渐溶解；石墨棒作正极，发生反应2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，石墨棒没有明显变化。 (2)根据电流的流动方向可知，外电路中电子由铜片流向石墨棒，内电路中阳离子向石墨棒移动，阴离子向铜片移动。 1．原电池工作原理分析模型 2．原电池正、负极判断的“5种方法” 1．如图所示，两电极中一个为碳棒，一个为铁片，若电流计的指针发生偏转， 且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是(　　) 选项 a电极名称 a电极材料 烧杯溶液 A 负极 Fe 稀硫酸 B 负极 Fe 硫酸铜溶液 C 正极 碳棒 稀硫酸 D 正极 碳棒 硫酸铜溶液 C　[在如图所示的原电池中，两个电极分别为碳棒和铁片，电流计的指针发生偏转， a极上有大量气泡生成，说明电解质溶液为稀硫酸，则a电极发生还原反应2H＋＋2e－===H2↑，b电极发生氧化反应，故a为正极，是碳棒；b为负极，是铁片，C项正确。] 2．(2019·6月浙江学业水平测试，17)银锌纽扣电池的构造如图所示。其电池反应方程式为：Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2 下列说法正确的是(　　) A．锌粉为正极 B．Ag2O发生氧化反应 C．电池工作时，电子从锌粉经KOH溶液流向Ag2O D．正极的电极反应式为：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－ D　[原电池反应中正极发生还原反应，负极发生氧化反应，根据电池总反应可知，锌粉为负极，Ag2O为正极反应物，发生还原反应Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，A、B项错误，D项正确；电解质溶液只能传递离子而导电，不能传导电子，电子经外电路由负极流向正极，C项错误。] [思维模板]　分析原电池问题的思维流程 1．如图是铅蓄电池的结构示意图，电池反应的总方程式：Pb＋PbO2＋2H2SO4 eq \o(,\s\up17(放电),\s\do17(充电)) 2PbSO4＋2H2O，则原电池放电时负极反应物和正极反应物分别是什么？ 提示　根据化合价变化判断，Pb的化合价升高，发生氧化反应，作负极材料和反应物；PbO2中铅元素化合价降低，作正极材料和反应物。 2．如图是酸性和碱性锌锰干电池示意图。 酸性和碱性电池的负极材料、负极反应是否一样？ 提示　负极材料都是锌，发生的反应不一样。酸性条件下为Zn－2e－=== Zn2＋，碱性条件下为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。 3．以下是酸性、碱性氢氧燃料电池的示意图。 电池工作时，负极反应物氢气和正极反应物氧气在两种电池中分别生成什么物质？ 提示　氢气在酸性氢氧燃料电池中变为氢离子，在碱性氢氧燃料电池中变为水；氧气在酸性氢氧燃料电池中变为水，在碱性氢氧燃料电池中变为氢氧根离子。 学习任务二　原电池原理的应用 1．某科研小组设计如下装置进行有关原电池方面的探究。通过讨论回答下列问题： (1)能否通过该装置比较铁和锌两种金属单质的活动性强弱？ 提示　能，闭合开关K，若锌片逐渐溶解，铁片上有气泡产生，说明锌片被氧化，铁片没有被氧化，即由此可说明锌的活泼性比铁强。 (2)当关闭K时，铁片上产生气泡，一段时间后，取出干燥后称量，其质量没有明显变化。当断开K时，铁片上也产生气泡，一段时间后，取出干燥后称量，其质量减小。从中你得到什么启示？ 提示　当闭合开关K时，锌片活泼优先被氧化腐蚀，电子由锌片流向铁片，从而保护了铁片。 (3)另外发现，闭合K时比断开K时铁片上产生气泡的速率更快，为什么？ 提示　由于锌与铁得失电子的能力不同，闭合开关K时在铁与锌两个电极间产生了较大的电势差，使电子的转移发生得更快，所以闭合K时比断开K时铁片上产生气泡的速率更快。 2．根据反应Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2，设计原电池并画出其工作原理示意图。 提示　在氧化还原反应Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2中，由于Cu失去电子生成Cu2＋，发生氧化反应Cu－2e－===Cu2＋，Fe3＋得到电子生成Fe2＋，发生还原反应Fe3＋＋e－===Fe2＋，故铜是负极反应物，用铜片作负极，FeCl3是正极反应物，以FeCl3溶液为离子导体，选择比Cu不活泼的金属或石墨棒作正极，构成闭合回路即可。其工作原理示意图为： 原电池原理的应用 (1)加快氧化还原反应速率。 如实验室用Zn和稀硫酸(或稀盐酸)反应制备H2时常用粗锌，原因是粗锌中的杂质与锌和稀硫酸形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。 (2)比较金属的活动性强弱。 原电池中，一般活动性强的金属做负极，活动性弱的金属做正极。如有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，若观察到A极溶解，B极上有气泡产生，则由原电池原理可知，金属活动性为A>B。 (3)金属腐蚀的防护。 把两种活泼性不同的金属连在一起，其中活泼性强的金属可以保护另一种活泼性较差的金属，如在轮船外壳上镶嵌锌块，在海水中形成原电池，锌做负极失去电子，铁受到保护而不被腐蚀。 (4) 1．将过量的两份锌粉 a、b 分别加入等体积、等浓度的两份稀硫酸中，同时向a 中加少量CuSO4溶液，下图中产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是(　　) B　[向a 中加入少量CuSO4溶液，Zn与CuSO4发生置换反应生成Cu，Zn、Cu、稀硫酸形成原电池，使生成氢气的速率增大，故a中硫酸先反应完。由于两份锌粉均过量，硫酸的物质的量相等，故产生H2的体积相等，则B项符合要求。] 2．各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为(　　) A．②①③④　　　　　　　 B．④③①② C．④②①③ D．③②④① C　[②③④均为原电池装置。③中Zn为负极，Fe为正极，Zn对Fe起到保护作用，Fe不发生反应；②④中Fe为负极，均被腐蚀。但相对来说，Fe和Cu的金属活动性差别较Fe和Sn的差别大，故Fe—Cu原电池中的Fe被腐蚀得更快；①中不能构成原电池，仅发生化学腐蚀反应，故铁被腐蚀的速率由快到慢为④②①③，C项正确。] 3．(2020·重庆巴蜀中学高一阶段考试)某原电池的总反应的离子方程式为 2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是(　　) 选项 正极 负极 电解质溶液 A Cu Fe FeCl3溶液 B C Fe Fe(NO3)3溶液 C Fe Zn Fe2(SO4)3溶液 D Ag Fe Fe2(SO4)3溶液 C　[根据原电池的电池反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋可知，Fe为负极，比Fe不活泼的金属或非金属导体作正极，含Fe3＋的溶液为电解质溶液，Zn和Fe中，Zn比铁活泼，Zn作负极，故C错误。] 　利用生活或实验室中常用物品，根据氧化还原反应知识和电学知识，自己动手设计一个原电池。实验原理：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。 (1)如何选择电池的正负极材料？ (2)如何选择离子导体？除了以上物质还缺少什么实验用品(已有耳机)? (3)实验装置如图： ①按如图所示连接好实验仪器，注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出，如果没有，可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意：接触的同时耳机的另一极是连接在原电池的另一个电极上的)，这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓”声音。其原因是在原电池中，由化学能转化为________能。 ②如果将装置中的耳机改为电流计，则铁钉应该接电流计的________极。电极反应是____________。另一极应该接电流计的________极，发生________(填“氧化反应”或“还原反应”)。 提示　(1)负极：铁钉或铁条　正极：铜钉(其他的惰性电极如铅笔芯、铂等都正确) (2)稀硫酸　烧杯、导线　(3)①电能　②负极　Fe－2e－===Fe2＋　正极　还原反应 1．根据原电池原理可设计成化学电源，关于化学电源的下列说法不正确的是(　　) A．手机上用的锂离子电池属于二次电池 B．甲醇燃料电池可将化学能转化为电能 C．锌锰干电池中，锌电极为负极 D．所有释放能量的反应都能通过化学电源实现 D　[只有释放能量的氧化还原反应才能通过化学电源实现化学能与电能的转化，D不正确。] 2．将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是(　　) A．两个装置都构成了原电池 B．甲装置构成了原电池，乙装置没有构成原电池 C．两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生 D．产生气泡的速率甲比乙慢 B　[甲中构成了铜锌原电池，锌作负极，失电子；铜作正极，H＋在铜极上得电子，生成H2，C项错误；总反应式为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，乙装置因为没有形成闭合电路，所以没有构成原电池。构成原电池的甲中生成H2的速率比乙快，故A、D错误，B项正确。] 3．(2020·山东青岛二中高一检测)如下图所示，a为镁棒，b为碳棒。关于该装置的说法正确的是(　　) 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pH减小 C．导线上有电流，电流方向a→b D．当镁棒有0.24 g溶解时，碳棒上有0.01 mol H2逸出 D　[镁比碳活泼，镁棒与稀硫酸反应，a为原电池的负极，a极失电子发生氧化反应，b为正极，发生还原反应，A项错误；溶液中的H＋在b极上得电子生成氢气，c(H＋)减小，pH增大，B项错误；导线中电子流向为a→b，所以导线中电流方向为b→a，C项错误；根据氧化还原反应中得失电子守恒可知，负极消耗0.24 g时，正极生成0.01 mol H2，D项正确。] 4．(2020·天津第一中学高一检测)金属(M)—空气电池的工作原理如下图所示。下列说法不正确的是(　　) A．金属M作电池负极 B．电解质是熔融的MO C．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．电池总反应式为2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2 B　[由金属(M)—空气电池的工作原理图可知，OH－向金属M移动，则金属M是负极，A项正确；空气中O2在右侧电极发生还原反应生成OH－，故电解质应为碱性溶液，不是熔融MO，B项错误；正极上O2得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C项正确；M发生氧化反应生成M2＋，则负极的电极反应式为M－2e－===M2＋，根据得失电子守恒可得，电池总反应式为2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2，D项正确。] 5．现有如下两个反应：A．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，B．Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋ (1)根据上述两反应的本质，________(填序号)反应能设计成原电池，其原因是：_________________________________________________________________。 (2)写出上述反应中能设计成原电池的电解质溶液、正、负极材料、电极反应式、反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)： 电解质溶液为____________。 负极：________，________________________________，_________________； 正极：________，________________________________，_________________。 (3)若导线上通过电子1 mol，则正极质量增加________g。 解析　(1) A反应是中和反应，不能设计成原电池，B是自发进行的且释放能量的氧化还原反应，可设计成原电池。(2)根据电池反应式Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋可知，Cu失电子作负极，负极材料是Cu，正极材料应是比铜不活泼的金属或导电的非金属；Ag＋得电子，所以此电解质溶液只能为AgNO3溶液。(3)由 2Ag＋＋2e－===2Ag知导线上通过电子1 mol生成1 mol Ag，即108 g。 答案　(1)B　A为非氧化还原反应，没有电子转移；B为氧化还原反应，有电子转移 (2)AgNO3溶液　Cu　Cu－2e－===Cu2＋　氧化反应　碳棒(或Ag、铂、金任选一)　2Ag＋＋2e－===2Ag　还原反应　(3)108 $$