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 课堂导入 电是从哪来的？ 我们的生活很难离开电， 火力发电 核电站 水力发电 风力发电 太阳能发电 地热发电 电是从哪来的？ 课堂导入 我们日常使用的电能主要来自火力发电。你知道如何转化的吗？ 一、化学能与电能的转化 火力发电的原理 蒸汽 化学能(燃料) 燃烧 发电机 热能 机械能(涡轮机) 电能 化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能。 一、化学能与电能的转化 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 火力发电的化学深层本质分析 一、化学能与电能的转化 火力发电有什么弊端？如何尽量克服这种弊端？ 蒸汽 化学能 (燃料) 燃烧 发电机 热能 机械能 (涡轮机) 电能 弊端： 直接 1.煤炭是非可再生资源，会造成能源危机 2.煤炭燃烧会产生污染性气体 3.经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低 既然该中间过程存在很大的能量损耗，那我们可以采用什么方法来实现能量的充分利用？ 二、原电池的构成条件及工作原理 (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】 二、原电池的构成条件及工作原理 实验探究——锌铜原电池原理 探究一 将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象 稀硫酸 锌片不断溶解 有气泡产生 铜片上无明显现象 锌片 铜片 实验现象： Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑ 反应： 实验现象： 二、原电池的构成条件及工作原理 实验探究——锌铜原电池原理 探究二 用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象 稀硫酸 锌片 铜片 铜片上有气泡产生 锌片不断溶解 实验现象： 实验探究——锌铜原电池原理 实验现象： 反应： Zn - 2e- = Zn2+ 氧化反应 反应： 2H+ + 2e- = H2↑ 还原反应 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 二、原电池的构成条件及工作原理 实验探究——锌铜原电池原理 探究三 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 稀硫酸 锌片 铜片 实验结论： 铜片上有气泡产生 锌片不断溶解 实验现象： 电流表指针偏转 实验探究——锌铜原电池原理 有电流产生，装置中化学能转化为电能 二、原电池的构成条件及工作原理 实验探究——锌铜原电池原理 探究三 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 稀硫酸 锌片 铜片 实验探究——锌铜原电池原理 连接导线后，反应本质没有改变 Zn+2H+=Zn2++H2↑ 改变的是氧化和还原反应在两个区域发生 Zn - 2e- = Zn2+ 2H+ + 2e- = H2↑ 化学能 电能 电子在导线中定向运动产生电流 二、原电池的构成条件及工作原理 【实验探究】原电池——化学能直接转化为电能 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。 铜片（锌片）上有气泡，电流计指针偏转 有电流产生，说明物质在发生化学反应的同时产生了电流，即化学能转化为电能 Cu Zn 稀H2SO4 Cu Zn 稀H2SO4 Cu Zn 稀H2SO4 锌片表面有气泡，铜片表面没有气泡 锌片、铜片表面都有气泡 Zn+2H+ = Zn2++H2↑，铜与稀硫酸不反应 锌失去电子，经导线流向铜片，H+在铜片上得到电子还原成H2 一、化学能与电能的转化 想一想：1.电流表指针偏转的原因，产生电流的原因？ 像实验Ⅲ这种装置就叫原电池 Zn逐渐溶解 Zn表面产生气泡 溶液变热 Zn逐渐溶解 Cu表面产生气泡 指针偏转 3.实验Ⅰ和实验Ⅲ中能量转化形式有什么不同的？ Cu Zn 稀H2SO4 Cu Zn 稀H2SO4 化学能 热能 化学能 电能 2.锌片为什么会溶解？铜片上为什么有气泡？ 二、原电池的构成条件及工作原理 1.原电池 （1）概念：将化学能直接转变为电能的装置 A Zn Cu SO42－ H+ H+ e－ I 正极 负极 本质：发生 反应。 负极：电子流出的一极，发生氧化反应； 正极：电子流入的一极，发生还原反应。 氧化还原 【重点概念】原电池有何电极？ 二、原电池的构成条件及工作原理 【回归教材】回归教材P36，尝试分析原电池工作原理 结合课本图6-7分析说明该原电池的电极和导线、电解质溶液中的导电微粒分别是什么？（说明其移动方向） 电极(锌片、铜片)和导线中的导电微粒是电子，从负极流出，经导线流向正极； 电解质溶液中的导电微粒是阳离子H＋、阴离子 ， 阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 二、原电池的构成条件及工作原理 稀硫酸 锌片 铜片 Zn－2e－=Zn2+ 氧化反应 负极 锌片溶解 2H++2e－=H2↑ 还原反应 正极 铜片上产生气泡 外电路 内电路 负极 沿导线 正极 正极 沿导线 负极 电子流向： 电流方向： 阳离子 正极 阴离子 负极 原电池总反应：_____________________ 注意：电子不下水，离子不上岸 Zn+2H+=Zn2++H2↑ (2)原电池工作原理 二、原电池的构成条件及工作原理 【归纳总结】请同学们做归纳总结：原电池的构成条件有哪些？ 活泼性不同 电解质 闭合回路 氧化还原 二、原电池的构成条件及工作原理 （3）构成条件 ①电极材料 实验装置 能否构成原电池 结论 能 能 不能 1.一般有两种活泼性不同的金属电极（或一种是非金属导体，如石墨） 2.一般较活泼的金属作负极；较不活泼的金属、石墨等作正极 例外： Al / NaOH / Mg 原电池 ： 是Al作负极 Cu / HNO3 （浓） / Fe 原电池 ： 是Cu作负极 稀硫酸 Zn Zn 稀硫酸 Zn Cu 稀硫酸 Fe C 二、原电池的构成条件及工作原理 （3）构成条件 ②电解质溶液 实验装置 能否构成原电池 结论 能 能 不能 电极材料均浸入的是电解质溶液,或熔融的电解质 稀硫酸 Zn Cu 酒精 Zn Cu CuSO4 Fe Cu 二、原电池的构成条件及工作原理 （3）构成条件 实验装置 能否构成原电池 结论 ③闭合回路 能 不能 整个装置应构成闭合电路，导线连接，或直接接触 能 稀硫酸 Zn Cu 稀硫酸 Zn Cu Zn Cu 稀硫酸 稀硫酸 二、原电池的构成条件及工作原理 （3）构成条件 实验装置 能否构成原电池 结论 能 不能 1. 自发进行的氧化还原反应 2. 反应实质：一般原电池的负极和电解质溶液发生氧化反应 ④自发的氧化还原反应 硫酸铜 Ag Cu 稀硫酸 Zn Cu 二、原电池的构成条件及工作原理 （4）电极反应——电极反应式的书写 ①列物质，标得失 遵循电荷守恒、质量守恒和得失电子守恒 ③两式加，验总式 ②看环境，配守恒 难写的电极反应式=总反应式 - 易写的电极反应式 根据电极反应判断电极反应物与产物，找出得失电子数目 保证电极产物在所处电解质环境中能稳定存在，如碱性介质中生成的H+应和OH-结合写成H2O。 负极：还原剂-ne-=氧化产物 正极：氧化剂+ne-=还原产物 二、原电池的构成条件及工作原理 【迁移应用】1.请判断下列装置是否能形成原电池？如果是，请标出正负极，并写出正负极的电极反应式和总反应。 稀硫酸 硫酸铜溶液 稀盐酸 稀盐酸 蔗糖溶液 A B C D - + 负极： Zn-2e- = Zn2+ 正极： Cu2++2e- = Cu 总反应： Zn+Cu2+ = Zn2++Cu Cu Zn Fe Zn Cu Fe Cu Cu Q：为什么是Cu2+得电子,而不是H+、Zn2+呢？ 二、原电池的构成条件及工作原理 （5）原电池正负极判断方法 电极材料 反应类型 电子流向 电极现象 离子移向 较活泼金属 较不活泼金属或 能导电的非金属 氧化反应 还原反应 电子流出 电子流入 不断溶解 质量减小 电极增重或 有气体产生 阴离子移向 阳离子移向 电解质溶液 负极 正极 e－沿导线传递，有电流产生 Zn Cu 不断溶解 阳离子移向 H2SO4 A 电流方向 电流流向 电流流出 二、原电池的构成条件及工作原理 （6）原电池原理的应用 ①比较金属活泼性 方法：一般情况下，负极的金属活动性比正极的金属活动性强。 常见规律：负极：较活泼，电极溶解质量减小； 正极：较不活泼，有气体生成或电极质量不断增加 ②形成原电池加快反应速率 实验室制H2时，由于锌太纯，反应较慢，可加入少量CuSO4以形成原电池加快反应速率。 ③保护金属材料 船体镶锌块作负极，船体做正极防止被腐蚀 二、原电池的构成条件及工作原理 ④设计原电池 1.依据 已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。 2.设计思路 (1)定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。 (2)拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应。 还原剂－ne－===氧化产物(负极氧化反应)； 氧化剂＋ne－===还原产物(正极还原反应)。 (3)找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。 (4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。 二、原电池的构成条件及工作原理 ④设计原电池 电极反应式 材料选择 装置 负极：_________ 正极：_________ 负极：__ 正极：Cu或C等(活泼性比Fe差的金属或导电的石墨棒均可) 电解质溶液： 溶液   3.实例 以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例 Fe CuSO4 Fe－2e－=Fe2＋ Cu2＋＋2e－=Cu 三、原电池工作原理的应用 请同学们思考原电池原理是什么？尝试学以致用制作可爱的水果电池 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。 【问题】结合原电池的构成要素以及原理，思考需要什么样的用品？ 三、原电池工作原理的应用 【练习】同学们在“简易电池的设计与制作”的实验中，对影响自制电池效果的因素进行了实验探究。 【提出问题】　影响自制电池效果的因素有哪些？ 【查阅资源】　电极材料，电极间距，水果种类对自制水果电池的效果可能有影响。 【实验探究】　Ⅰ.按如图连接水果电池。 Ⅱ.实验记录如下： 序号 电极 电极间距 水果种类 电流表示数(μA) ① Cu—Al 2.0 cm 西红柿 78.5 ② Cu—Fe 2.0 cm 西红柿 70.3 ③ Al—Al 2.0 cm 西红柿 0 ④ Cu—Al 2.0 cm 柠檬 45.7 ⑤ Cu—Al 1.0 cm 柠檬 98.4 ⑥ 石墨棒—Al 1.0 cm 柠檬 104.5 三、原电池工作原理的应用 【解释与结论】 (1)实验①②③的目的是_____________________________。对比实验①②③得出结论_________________________________________________。 (2)欲得出“水果种类对电池效果有影响”的结论，需要对比实验______(填序号)。 对比④⑤得出结论是_____________________________________________。 探究电极材料对电池效果的影响 在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电池效果越好 ①④ 在其他条件相同时，电极间距离越小，电流越大，电池效果越好 序号 电极 电极间距 水果种类 电流表示数(μA) ① Cu—Al 2.0 cm 西红柿 78.5 ② Cu—Fe 2.0 cm 西红柿 70.3 ③ Al—Al 2.0 cm 西红柿 0 ④ Cu—Al 2.0 cm 柠檬 45.7 ⑤ Cu—Al 1.0 cm 柠檬 98.4 ⑥ 石墨棒—Al 1.0 cm 柠檬 104.5 三、原电池工作原理的应用 【反思与探讨】 (3)水果电池中，水果的作用是_____________。 (4)对比实验①②③可知构成水果电池的电极必须具备的条件为________ __________，构成水果电池的其他要素还有_________________________、 _____________、_____________。 (5)水果电池是利用水果中的化学物质和金属发生化学反应而产生电能的一种装置，如将实验①中的西红柿换成硫酸铜溶液，进行实验，电流表示数不为零，Cu片和Al片上发生的电极反应式分别为__________________、_________________，总离子方程式为_________________________。 作电解质溶液 两极金属 活动性不同 能发生自发的氧化还原反应 形成闭合回路 有电解质溶液 3Cu2＋＋6e－===3Cu 2Al－6e－===2Al3＋ 2Al＋3Cu2＋===3Cu＋2Al3＋ 小结：水果电池的电流效果与电极材料、水果的种类有关，另外还与两电极间距离以及电极插入水果的深度等因素有关。 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 $$