6.1 化学反应与能量变化 第二课时 课件 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 1.通过实验探究认识化学能与电能之间转化的实质。 2.理解原电池的概念及工作原理和构成条件。 3.了解干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。 4.能正确书写简单化学电源的电极反应式。； 学习目标： 思考1：火力发电存在什么问题？ 火力发电的原理 我国目前电能主要来自火力发电 化学能 燃烧 蒸汽 发电机 电能 机械能 热能 直接 ①使用的化石燃料属于不可再生资源; ②化石燃料的燃烧会产生大量的有害物污染环境; ③能量经过多次转化，能量利用率低。 【必修二P36】 实验步骤 实验装置 现象 结论 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 铜片： 锌片： 铜片： 锌片： 电流表： 铜片： 锌片： 【实验探究6-3】 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 外电路 内电路 阴离子 负极 阳离子 正极 外电路 内电路 e- I 1、工作原理 A 2、探究:构成原电池的条件 A A A 盐桥 A Ag 原电池的构成条件 ②活动性有差异的两种金属（或一种是非金属导体）作电极； ③ 两极均插入电解质溶液； ④ 两极相连形成闭合电路。 （或传导离子的介质） ① 一个自发的氧化还原反应。 思考：下列装置能将化学能转化为电能的是（ ） CuSO4(aq) 3、简单电极反应式的书写 Cu Fe H2SO4溶液 Cu Fe 硫酸铜溶液 Zn Fe FeCl3溶液 Al Mg NaOH溶液 Al Mg H2SO4溶液 Al Cu 稀硝酸溶液 讨论：根据工作原理总结原电池正负极的判断方法 判断依据 负极 正极 电极材料 电子流向 电极反应 电极现象 溶液中离子流向 4、原电池原理的应用 （1）比较金属的活动性强弱： 原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。 实验装置 部分实验现象 a极质量减小 b极质量增加 b极有气体产生 c极无变化 d极溶解 c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　) A．a>b>c>d　　 B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c 练习：有a、b、c、d四个金属电极，实验装置及部分实验现象如下 （2）加快化学反应速率： 形成原电池装置时，反应速率加快。 练习1：①将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。 ②将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。 ③将1中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。 （3）用于金属的防护： 将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。 练习：为保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施有 (　　) A．与石墨棒相连 B．与铜板相连 C．埋在潮湿、疏松的土壤中 D．与锌板相连 （4）原电池的设计 【例】将反应Cu+2Fe3+ = Cu2++2Fe2+设计成原电池，负极材料、正极材料，以及电解质溶液？并写出电极反应式。 讨论1：某原电池的总反应方程式为2Fe3++Fe＝3Fe2+，能实现该反应的原电池是（ ） A、正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液 B、正极为石墨，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液 C、正极为Fe，负极为Zn，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液 D、正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液 Fe3+ Cu Fe A Fe3+ C Fe A 讨论2：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。 （1）“热敷袋”是利用铁发生 反应放出热量。 （2）炭粉的主要作用是 。 （3）加入氯化钠的主要作用是 。 温度 电流 17.3 ℃ 0.126A 25 ℃ 0.026A 数字实验探究单液原电池 【深入思考 】 （1）该原电池在工作中有何缺点？ 锌与硫酸铜溶液直接接触发生反应，化学能转化为电能效率低(部分化学能直接转化为热能),不能持续产生电流 （2）如何对装置进行改进？ 还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 Zn Cu ？ A CuSO4溶液 思考：会有电流吗？ 盐桥 ①沟通内电路，形成闭合回路 ②提供离子，保持两溶液电中性 ③避免电极与电解质溶液直接反应，放电持久 盐桥的作用 ZnSO4溶液 CuSO4溶液 通常是装有含琼胶的KCl 饱和溶液。盐桥中的K＋、Cl－是可以自由移动，琼胶的固定作用可以防止KCl溶液直接流出来。 实验探究 实 验 现 象 ①温度传感器数值稳定 ②电流传感器数值稳定，但电流数值较小 ③锌片表面几乎无变化 数字传感器探究双液原电池的电流大小及稳定性以及溶液温度变化 电流大小： 电流稳定性： 转化效率： 较小 稳定 高 电流大小： 电流稳定性： 转化效率： 较大 衰减快 低 如何增大双液原电池的电流？ 改进 缩短盐桥的长度 增大盐桥的横截面积 用膜来代替盐桥 R= ρL S ①离子运动的距离长 ②离子运动的通道窄 ③离子容量小 1.内阻大，电流弱 2.盐桥需要定期更换 ρ为电阻率，L为长度，S为横截面积 隔膜原电池的工作原理？ （1）隔膜：将电池的正负极材料隔开，防止两极接触发生短路 （不同的膜形成不同的离子通道）。 （2）装置图： Cu Zn ZnSO4溶液 CuSO4溶液 交换膜 常见的三种离子交换膜 ①阳离子交换膜：只允许阳离子通过 ③质子交换膜：只允许H＋通过 ②阴离子交换膜：只允许阴离子通过 讨论1：根据下图，下列判断中正确的是（ ） A.烧杯a中的溶液pH升高 B.烧杯b中发生氧化反应 C.烧杯a中发生的反应为：2H++2e-=H2↑ D.烧杯b中发生的反应为：2Cl--2e-=Cl2↑ 讨论2：（天津高考）锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是（ ） A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后，甲池的c(SO42－)减小 C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D.阴阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 讨论3：银器皿日久表面逐渐变黑色，这是由于生成了硫化银的缘故，有人设计用原电池原理加以除去，其处理方法是：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银不会损失。 试回答： 在此原电池中，负极发生的反应为________________________， 正极发生的反应为___________________________． $$