6.1化学反应与能量变化 第二课时 课件 2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

化学反应与能量变化 第二课时 第六章 化学反应与能量 薪火相传——化学反应中的热能 手机没电，我们会焦虑；电动车没电，它就无法行驶。电，已经成为现代社会的“血液”。目前我们主要通过燃烧化石燃料“烧开水”（蒸汽轮机）来间接发电。能否让化学反应跳过热能，直接转化为电能？今天，我们探寻化学的“直通车”——原电池。 原电池初探——化学能→电能的“直通车” 第一部分 1.火力发电—化学能间接转化为电能 原电池初探——化学能→电能的“直通车” 火力发电是通过化石燃料燃烧时发生的氧化还原反应，使化学能转化为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。火力发电过程中，化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能。其中，燃烧（氧化还原反应）是关键。 火力发电的弊端：① 消耗大量不可再生的化石燃料，造成能源的浪费；② 能量经过多次转化，利用率低、损失大；③ 化石燃料燃烧会产生大量的有害物质，污染环境。 2.原电池—化学能直接转化为电能 原电池初探——化学能→电能的“直通车” 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成电流。化学电池就是这样一种装置。 【实验6-3】 （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。 原电池实验 2.原电池—化学能直接转化为电能 原电池初探——化学能→电能的“直通车” 2.原电池—化学能直接转化为电能 原电池初探——化学能→电能的“直通车” 步骤 1 实验现象: 锌片逐渐溶解，表面有气泡产生；铜片没有变化，表面无气泡产生。 实验结论: 锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与稀硫酸不反应。 步骤 2 实验现象: 锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡产生，电流表指针发生偏转。 实验结论: 在物质发生化学反应的同时产生了电流，即化学能转化为电能。 2.原电池—化学能直接转化为电能 原电池初探——化学能→电能的“直通车” 微观分析原理： Cu Zn - - - Zn2+ H+ H+ Zn－2e－=Zn2+ 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 外电路：电子流向：负极 → 沿导线→正极；电流方向：正极 → 沿导线 → 负极。 内电路：阳离子 → 正极；阴离子 → 负极。 外电路 内电路 2H++2e－=H2↑ 2.原电池—化学能直接转化为电能 原电池初探——化学能→电能的“直通车” 当插入稀硫酸中的锌片和铜片用导线连接时: ① 由于锌比铜活泼，与稀硫酸作用容易失去电子，Zn被氧化成Zn2+而进入溶液。 ② 电子由锌片通过导线流向铜片。 ③ 溶液中的H+从铜片获得电子，被还原成氢原子，氢原子结合为氢分子从铜片上放出，电子在导线中做定向移动，形成电流。 通过特定的装置（原电池）使一个完整的氧化还原反应中的氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，可以使氧化还原反应中转移的电子通过导体发生定向移动，形成电流从而实现化学能向电能的直接转化。 原电池初探——化学能→电能的“直通车” （1）定义：将化学能转变成电能的装置叫做原电池。 （2）本质：氧化反应与还原反应分别在两个不同的区域进行。 （3）电极反应： ① 负极：失去电子，发生氧化反应；② 正极：得到电子，发生还原反应。 （4）电子流向：由负极经过导线流向正极。电流方向：由正极经过导线流向负极。 离子流动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 电子只能在导线中流动而不能在溶液中流动，离子只能在溶液中移动而不能在导线中移动。 2.原电池—化学能直接转化为电能 4.原电池正负极的判断方法 原电池初探——化学能→电能的“直通车” 负极 正极 导线电子流向 流出 流入 导线电流流向 流入 流出 溶液阴阳离子流向 阴离子流向 阳离子流向 电极活泼性 活泼 不活泼 反应类型 氧化反应 还原反应 反应现象 溶解/质量减轻 冒气泡/质量增加 创意实践——设计你的“水果电池” 第二部分 1.简易电池的设计与制作 创意实践——设计你的“水果电池” 实验目的：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。 实验用品：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（实验前用砂纸打磨铁片和铝片表面，除去氧化膜），石墨棒，导线，小型用电器（发光二极管或电子音乐卡等），电流表。 实验过程：① 制作水果电池：将大小、形状均相同的锌片和铜片竖直插在苹果上，插入深度要相同；按如图所示连接好电路，观察电流表示数的变化，记录数据。 1.简易电池的设计与制作 创意实践——设计你的“水果电池” 实验过程：② 制作简易电池：按如图所示连接好装置，试验和比较不同材料作电极的效果。 实验探究： ① 改变两电极间的距离，两电极间的距离越大，电极对电荷的吸引力越小，电流越小； ② 将电极材料换成铁片和铜片，两电极的金属活动性相差越大，电流越大； ③ 多个同种水果串联形成的电流大于单个水果的； ④ 不同水果产生的电流大小不同。 2.原电池的构成要素 创意实践——设计你的“水果电池” （1）反应：一般有能自发进行的氧化还原反应。。 （2）电极：两个能导电的电极。如可以用两种活动性不同的金属，较活泼金属易失电子通常作负极，发生氧化反应；较不活泼金属通常作正极，发生还原反应;又如金属与能导电的非金属（石墨等）作电极，其中金属作负极，非金属作正极。 （3）有电解质溶液（或熔融电解质）：用于传导电荷。 （4）闭合回路：用导线连接两个电极，且两个电极要插入电解质溶液（或熔融电解质）中共同形成闭合回路。 电池进化史——从“一次性”到“可持续” 第三部分 电池进化史： 1800年：伏打电堆（第一个化学电池）； 1866年：勒克朗谢发明锌锰干电池（一次电池）； 1859年：普兰特发明铅酸蓄电池（二次电池）； 1991年：索尼商用锂离子电池； 21世纪：燃料电池快速发展。 常见化学电池 电池进化史——从“一次性”到“可持续” 根据原电池原理，人们研制出很多结构和性能各异的化学电池，以满足不同的用电需要。 电池进化史——从“一次性”到“可持续” 1.一次电池：这种电池放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行），属于一次电池。 常见化学电池 正极 负极 电解质溶液 以锌锰干电池为例 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。 电池进化史——从“一次性”到“可持续” 2.二次电池： （1）定义：有些电池放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电（化学能转化为电能）与充电（电能转化为化学能）的循环。这种充电电池属于二次电池。 常见化学电池 （2）常见充电电池：① 铅酸蓄电池；② 镍氢电池；③ 锂离子电池。 电池进化史——从“一次性”到“可持续” 3.发展中的燃料电池： 常见化学电池 （1）原理：燃料电池是一种将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂（如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，其中燃料在负极发生氧化反应，氧化剂在正极发生还原反应。 （2）与干电池或蓄电池的主要差别：反应物不是储存在电池内部，而是从电池外部提供，增强了电池的容量。 电池进化史——从“一次性”到“可持续” （3）优点： ① 清洁、安全、高效：能量转化率较高；与常规发电厂相比，产物CO，排放量明显降低。 ② 供电量易于调节，能适应用电器负载的变化，不需要很长的充电时间，在航天、军事和交通等领域有广阔的应用前景 常见化学电池 （4）氢氧燃料电池，稀硫酸作电解质溶液： 总反应：2H2 + O2 =2H2O 负极：2H2 – 4e- = 4H+ 正极：O2 + 4e- +4H+= 2H2O 职业与未来——我是电池设计师 第四部分 职业与未来——我是电池设计师 假设你是某新能源公司的研发团队，请为2030年的“智慧绿色城市”设计一款理想电池，需考虑： 1.能量来源（是否可再生？） 2.使用场景（电动汽车？电网储能？） 3.环保性（生产过程、使用后处理） 4.成本与安全性 小组讨论，进行方案速写与分享 职业与未来——我是电池设计师 这两堂课，我们完成了一次能量的“追本溯源”： 第一课，我们从微观化学键的断裂与形成，理解了热能的来源；也从宏观看到了人类依赖化石燃料的困境——我们像坐在一把燃烧的椅子上，椅子正在变短。 第二课，我们发现了化学能的“直通车”——原电池。从伏打电堆到锂离子电池，再到终极清洁的燃料电池，人类一直在追求更高效、更清洁的能量转化方式。 化学告诉我们：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式。但化学更提醒我们：转化是有方向的。 课时总结与终极升华 职业与未来——我是电池设计师 这个方向，不仅由化学定律决定，更由我们的选择决定。我们可以选择继续依赖枯竭且污染的传统方式，也可以选择投入研发，开创清洁能源的未来。 你们手中的水果电池，或许微弱，但它与航天器的燃料电池，原理相通。每一次技术的飞跃，都始于基础原理的深刻理解与大胆想象。 愿你们不仅是能量的使用者，更是未来能源图景的设计者。用化学的智慧，点亮一个更清洁、更可持续的世界。 课时总结与终极升华 随堂测试 C 1.如图为某兴趣小组制作的苹果电池，下列说法正确的是（ ） A.电子由铜通过导线流向锌 B.该装置是将电能转化为化学能的装置 C.锌电极发生氧化反应 D.电流由锌通过导线流向铜 随堂测试 2.下列有关锌锰干电池的说法中正确的是( ) A.锌外壳是负极，石墨碳棒是正极材料 B.在外电路中电子从碳棒流向锌外壳 C.电流从锌流到碳棒上 D.在电池内部阳离子从碳棒向锌片移动 A 随堂测试 3.汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是( ) A.Pb是正极 B.PbO2得电子，被氧化 C.负极反应是Pb＋SO42-－2e－===PbSO4 D.电池放电时，溶液的酸性增强 C 谢谢~ THANK YOU FOE WATCHING $