6.1.2 化学反应与电能 课件 -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 第一节 化学反应与能量变化 课时2 化学反应与电能 素养目标 宏观辨识与微观探析： 从宏观上认识原电池的结构特点，电流的流向，了解原电池两极可能出现的现象，从微观上了解原电池的工作原理、形成条件。 证据推理与模型认知： 能根据原电池的工作原理及构成条件，设计简单的原电池，形成分析原电池正负极、电极反应式、电子(流)流向等相关知识的认知模型。 科学探究与创新意识： 通过对原电池的原理分析和设计不同的原电池，体会化学能到电能的直接转化，体验科学探究的过程与方法，提升实验探究和创新能力。 壹 贰 2. 原电池原理 1. 火力发电 知识导航 叁 3. 设计原电池 课堂导入 4 我们的生活很难离开电，电是从哪来的？ 火力发电 核电站 水力发电 风力发电 课堂导入 5 我们日常使用的电能主要来自火力发电 知识点1：火力发电 6 火力发电：化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能。 化学能 燃料燃烧 热能 蒸汽轮机 机械能 发电机 电能 直接？ 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 弊端 煤炭 知识点1：火力发电 7 火力发电的化学 深层本质分析 燃烧 氧化还原反应 氧化剂与还原剂之间发生电子的转移 火力发电 将化学能经一系列能量转化为电能 旧键断裂和新键形成、体系能量变化 过程 关键 本质 本质 引起 如何将化学能直接转化为电能？ 知识点2：原电池原理 8 要想使氧化还原反应释放的能量直接转化为电能，就要设计一种装置，使反应中的电子转移在一定条件下形电流。化学电池就是这样一种装置。 (1) 将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。 (2) 用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象。 (3)如图6-6所示，用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表的指针是否偏转。 【实验6-3】 知识点2：原电池原理 9 1.实验探究——锌铜原电池原理 序号 实验步骤 实验装置 现象 结论或解释 Ⅰ 将锌片、铜片插入 盛稀硫酸的烧杯中，观察现象。 Ⅱ 用导线连接锌片和铜片观察、比较导线连接前后的现象 Ⅲ 用导线在锌片和铜片间串联一个电流表G ，观察电流表指针是否偏转 知识点2：原电池原理 10 铜片(锌片)上有气泡，电流计指针偏转 ? 锌片表面有气泡，铜片表面没有气泡 Zn+2H+ = Zn2++H2↑，铜与稀硫酸不反应 锌片、铜片表面都有气泡 1.实验探究——锌铜原电池原理 有电流形成 有电能产生 知识点2：原电池原理 11 1.实验探究——锌铜原电池原理 思考1 既然铜片上产生了气体(H2)，哪么H+得到的电子是铜失去的还是锌失去的？如何检验？请设计出你的实验方案。 方案1：称量实验前后铜片或锌片的质量。 方案2：观察溶液的颜色，看有无Cu2+生成 思考2 电流表为什么偏转？ 该过程发生了什么反应？ 该过程能量是如何变化的？ 知识点2：原电池原理 12 2.原电池 定义：把化学能转化为电能的装置 3.原电池的工作原理 知识点2：原电池原理 13 3.原电池的工作原理 Zn2+ H+ H+ Zn-2e- =Zn2+ Zn 2H+ +2e- =H2↑ 还原剂(Zn) 在负极(锌) 上 失去电子 发生氧化反应 氧化剂(H+) 在正极(铜) 上 得到电子 发生还原反应 电子从 负极(锌) 流出 流入正极(铜) 电子经外电路 SO42- Cu A 离子在 内电路 定向移动 H+(带正电)向Cu(正极) 移动SO42—(带负电)向Zn(负极) 移动 知识点2：原电池原理 14 4.电极反应 根据电流的方向，规定：电子流出一级为负极，电子流入一级为正极。 负极：失去电子的电极 Zn - 2e- = Zn2+ 正极：得到电子的电极 2H+ + 2e- = H2 ↑ 失电子，发生氧化反应 得电子，发生还原反应 5.电池反应 Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑ 原电池的反应实质：氧化还原反应 得失电子守恒！！！ 知识点2：原电池原理 15 6.原电池的形成条件 更换电极材料 Zn Cu 稀硫酸 Zn Zn 稀硫酸 Zn Fe 稀硫酸 Fe Cu 稀硫酸 Mg Cu 稀硫酸 活动性不同的金属 知识点2：原电池原理 16 6.原电池的形成条件 Zn Cu 稀硫酸 Zn 石墨 稀硫酸 Zn 木条 稀硫酸 金属与非金属导体(石墨) 形成条件一： 活泼性不同的两个电极材料 负极：较活泼的金属(能与电解质溶液起氧化还原反应) 正极：较不活泼的金属、能导电的非金属(石墨等) 知识点2：原电池原理 17 6.原电池的形成条件 更换电解质 形成条件二：电极材料需插进适合的电解质溶液中，即电解质溶液需要能与负极材料发生反应。 知识点2：原电池原理 18 6.原电池的形成条件 硫酸铜 稀硫酸 Zn Cu 形成条件三： 必须形成闭合回路 知识点2：原电池原理 19 前提：自发进行的氧化还原反应 (1) 形成闭合回路 (2)两电极材料需插入电解质溶液 (3)有两种活动性不同的金属(或一种是非金属导体如碳棒)做电极。 　 6.原电池的形成条件 知识点2：原电池原理 20 例1、下列哪些装置能构成原电池？ A B C D E √ √ F √ 稀硫酸 Zn Fe 稀硫酸 Ag Cu A 稀硫酸 Zn Cu √ Zn H2SO4溶液 G 知识点2：原电池原理 21 7.原电池的判断 (1)先分析有无外接电源，无外接电源的可能为原电池。 (2)依据原电池的形成条件，主要“四看”： ①看电极——两极为导体，且存在活动性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极)； ②看溶液——两极插入电解质溶液中； ③看回路——形成闭合回路； ④看本质——有无自发的氧化还原反应发生。 知识点2：原电池原理 22 8.原电池中正、负极的判断依据 判断依据 负极 正极 电极材料 电流方向 电子流动方向 电解质溶液中离 子定向移动方向 发生的反应 反应现象 一般是活动性较强的金属 活动性较弱的金属或能导电的非金属 电流流入的极 电子流出的极 阴离子移向的极 氧化反应 电极溶解 电流流出的极 电子流入的极 阳离子移向的极 还原反应 电极增重或有气体放出 23 例2、某兴趣小组设计的简易原电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是(　　) A．锌片作正极 B．锌片上有气泡产生 C．将电能转化为化学能 D．电子由锌片经导线流向铜片 例3、按下图装置进行实验，若x轴表示流入正极的电子的物质的量，则y轴可以表示(　　) ①c(Ag＋)　②c(NO)　③a棒的质量　 ④b棒的质量⑤溶液的质量 A．①③ B．②④ C．①③⑤ D．②④⑥ 知识点2：原电池原理 24 知识点2：原电池原理 9.原电池原理的应用 (1)用于金属的防护 使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。 (2)加快氧化还原反应的速率 ①原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中的粒子运动时相互间干扰减小，使反应速率增大。 ②应用：实验室用Zn和稀H2SO4(或稀盐酸)反应制H2时，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2的速率加快。 25 知识点2：原电池原理 (3) 比较金属的活动性强弱 ①原理：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极 ②应用：有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性：A>B 例4、有A、B、C、D四种金属，分别进行如下实验： ①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，A极为负极； ②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电流由D→导线→C； ③A、C用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡； ④B、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，D极发生氧化反应。 据此判断四种金属的活泼性顺序为(　　) A．A>B>C>D B．C>A>B>D C．A>C>D>B D．B>D>C>A 知识点3：设计原电池 26 例5、如图下列各烧杯中都盛有海水，铁在其中腐蚀由快到慢的顺序是( ) A. B ＞A ＞C ＞D B. D ＞ C ＞ A ＞ B C. D ＞B ＞A＞C D. C ＞ B ＞ D ＞ A 知识点3：设计原电池 27 1.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) 负极反应物 负极材料 正极反应物 正极材料 负极 正极 电子导体 离子导体 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 如何设计原电池？ 知识点3：设计原电池 28 2.将反应Fe＋Cu2＋＝Fe2＋＋Cu，设计为原电池 ①依据反应式确定电极材料 Fe Fe＋Cu2＋＝Fe2＋＋Cu 1 × Fe－2e－＝Fe2＋ 氧化反应 负极 Cu2＋＋2e－＝Cu 1 × 还原反应 正极 Cu 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为正极。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。 知识点3：设计原电池 29 2.将反应Fe＋Cu2＋＝Fe2＋＋Cu，设计为原电池 ②判断电解质溶液 Cu2＋＋2e－＝Cu Fe Cu Fe－2e－＝Fe2＋ Cu2＋ Cu2＋ CuSO4溶液 CuCl2溶液 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) 知识点3：设计原电池 30 2.将反应Fe＋Cu2＋＝Fe2＋＋Cu，设计为原电池 CuSO4溶液 CuSO4溶液 Zn 行吗？ × Sn Pb C CuSO4溶液 CuCl2溶液 知识点3：设计原电池 31 【目的】 根据原电池原理，设计和制作简易电池，体会原电池的构成要素。 【用品】 水果(苹果、柑橘或柠檬等)，食盐水，滤纸，铜片、铁片、铝片等金属片，石墨棒，导线，小型用电器(发光二极管、电子音乐卡或小电动机等)，电流表。 【实验】 (1)水果电池 参考图6-8所示水果电池，自选水果及相关 用品，制作水果电池。 (2)简易电池 参考图6-9，制作简易电池，并试验和比较不 同材料作电极的效果。 (3)设计演示原电池的趣味实验 利用发光二极管、电子音乐卡或小电动机等， 设计一个演示原电池的趣味实验(如电压不足，可将几个电池串联起来)。 探究 简易水果电池的制作 知识点3：设计原电池 32 3.简易水果电池的制作 水果电池 知识点3：设计原电池 33 3.简易水果电池的制作 超级柠檬电池 知识点3：设计原电池 34 3.简易水果电池的制作 【问题和讨论】 (1) 水果电池中，水果的作用是什么？ (2)通过比较不同材料作电极的简易电池，你是否发现电极材料的选择有一些值得注意的问题？请与同学交流你的经验。 (3)在以上实验中，电池不可或缺的构成部分有哪些？ 探究 简易水果电池的制作 (1)水果电池中，水果的作用是电解质溶液 (2)构成原电池的要素 ①自发的氧化还原反应 ②两个活泼性不同的电极，电解质溶液，形成闭合回路 ③较活泼金属作惰性电极作负极，不活泼的金属或惰性电极作正极 谢谢观看 THANKS Lavf59.6.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.72 $$