6.3 化学能与电能的转化（教学课件） 化学苏教版必修第二册

该高中化学课件聚焦化学能与电能的转化，涵盖原电池、化学电源、电解池核心内容。以机器人能源供应导入，通过实验探究原电池构成条件与工作原理，衔接化学电源分类及应用，最终延伸至电解池概念与物质制备，构建从生活实例到理论应用的学习支架。 其亮点在于以实验探究为核心，如原电池四步对比实验培养科学探究与实践能力，结合典型范例分析（如暖贴原理）深化科学思维，化学电源与电解池应用体现化学观念中能量转化与物质性质决定用途。助力学生理解知识脉络，教师可依托系统结构提升教学效率。

专题6 化学反应 与能量变化 第三单元 化学 能与电能的转化 苏教版2019必修2 化学电源的性质 2 原电池 1 知识导航 电解池 3 明·学习目标 1.设计实验认识构成原电池的条件； 2.理解原电池的概念及工作原理，能正确判断原电池的正负极； 3.认识各种化学电源的工作原理及其在生产、生活中的应用，了解电解池的概念及电解的应用。 引·新课导入 随着人工智能的飞速发展，机器人在工业、农业、军事、医疗、餐饮、娱乐、教育等许多行业崭露头角，机器人工作时的能源供应来自哪里？化学电源是如何将化学能转化为电能的呢？ 01 原电池 1.实验探究原电池的构成条件 探·知识奥秘 一、原电池 （1）把一块锌片和一块铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察实验现象。 （2）把一块锌片和一块铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察实验现象。 （3）用导线把步骤2中的锌片和铜片连起来，观察实验现象。 （4）在步骤 3 的导线中间连接一个灵敏电流计，观察实验现象。 1.实验探究原电池的构成条件 探·知识奥秘 一、原电池 实验装置         实验现象 实验结论 锌片：逐渐溶解，有气泡产生 铜片：没有变化 锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与稀硫酸不反应 锌片：逐渐溶解，有气泡产生 铜片：没有变化 锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与稀硫酸不反应 锌片：逐渐溶解 铜片：有气泡产生 锌失去电子形成锌离子进入溶液，氢离子在铜片上得到电子生成氢气 锌片：逐渐溶解 铜片：有气泡产生 电流计：指针发生偏转 锌失去电子形成锌离子进入溶液，电子经过导线流向铜片，产生电流，氢离子在铜片上得到电子生成氢气，反应过程中产生了电能 2.原电池的工作原理 探·知识奥秘 一、原电池 （1）概念：原电池是把化学能转化为电能的装置。 （2）工作原理： 负极 氧化反应 Zn- 2e- ===Zn2＋ 正极 还原反应 2H＋＋2e-===H2↑ 电子不下水： 由负到正 离子不上岸： 正正负负 总反应：Zn+ 2H＋ ===Zn2+＋ H2↑ 3.原电池的构成条件 探·知识奥秘 一、原电池 3.原电池的构成条件 探·知识奥秘 一、原电池 构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨；两极材料可以相同也可以不同，如燃料电池两极同为石墨或者铂；两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。 4.原电池正负极的判断方法 探·知识奥秘 一、原电池 电极 材料 发生 反应 电子 流向 反应 现象 离子 流向 正极 较不活泼金属或非金属 还原反应 电子流入 电极增重或有气体产生 阳离子移向 负极 较活泼金属 氧化反应 电子流出 不断溶解 阴离子移向 一定是较活泼金属作负极吗？ 稀硝酸 探·知识奥秘 (1)判电极，定产物 按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，可知Zn在负极反应，MnO2在正极反应，Zn(OH)2 为负极产物，MnO(OH)为正极产物： (2)标价态，算得失 标出变价元素的化合价，计算得失电子的数目：Zn由0价→+2价，失去2个电子，Mn 由+4价→+3价，得到1个电子： (3)看环境，配守恒 该电池为碱性环境，所以补OH-及H2O配平： 以碱性锌锰电池为例，已知电解质为KOH，总反应如下： Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2 负极：Zn → Zn(OH)2 ；正极：MnO2 → MnO(OH) 负极：Zn-2e- → Zn(OH)2 ；正极：MnO2 + e- → MnO(OH) 负极：Zn-2e-+2OH- → Zn(OH)2 ；正极：MnO2 + e- +H2O → MnO(OH)+OH- 最后两式相加看是否能得到总式。 或2MnO2 + 2e- +2H2O → 2MnO(OH)+2OH- 一、原电池 5.原电池电极反应式的书写方法 例：有a、b、c、d四种金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:由此可判断这四种金属的活动性顺序是 。 探·知识奥秘 （1） 判断金属活动性强弱 一般情况下，负极金属的活动性较强，正极金属的活动性较弱。 d>a>b>c 实验装置 部分实验现象   电流从b极流向a极   b极有气体产生，c极无变化 d极溶解，c极有气体产生 电子从d极流向a极 6.原电池原理的应用 一、原电池 6.原电池原理的应用 探·知识奥秘 一、原电池 （2） 加快反应速率 例：将等量的A、B两份锌粉装入试管中,分别加入足量的等浓度、等体积的稀硫酸,同时向装有A的试管中加入少量CuSO4溶液。如图表示产生氢气的体积V与时间t的关系,其中正确的是　(　　) 构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。 D 探·知识奥秘 ①拆反应：将电池总反应拆成两个半反应，即原电池的负极反应和正极反应。 Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2 负极：Cu - 2e- = Cu2+ 正极：2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ ②定材料：确定负极材料、正极材料和电解质溶液。 负极：Cu 正极：C（或Pt） 电解质溶液：FeCl3溶液 ③画装置：画出装置图，并注明电极材料和电解质溶液 一、原电池 6.原电池原理的应用 （3） 设计化学电池 迁·视野拓展 钢铁的电化学腐蚀原理及其应用 1.钢铁的电化学腐蚀原理 钢铁在潮湿的空气中很容易被腐蚀，因为在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜，水膜里含有少量H+、 OH-和氧气等，从而形成一层电解质溶液，它与钢铁里的铁和少量碳形成了无数微小的原电池。 反应原理： 负极反应： ； 正极反应： ； 总反应：2Fe＋ O2 ＋ 2H2O ＝2Fe(OH) 24Fe(OH) 2＋O2 ＋ 2H2O ＝4Fe(OH) 3 2Fe－4e-＝2Fe2+ O2＋2H2O＋4e-＝4OH- 迁·视野拓展 钢铁的电化学腐蚀原理及其应用 2.钢铁电化学腐蚀原理的应用 暖贴的内部含有铁粉、活性炭、食盐、蛭石、木粉的混合物。铁粉、活性炭、食盐一旦与空气中的氧气和水蒸气接触就会形成原电池，木粉能够吸水并保持水分，蛭石能够保温。原电池的形成加快了铁被氧气氧化的速率，短时间内产生较多的热，供人们取暖。 负极反应： 正极反应： ； 总反应：2Fe＋ O2 ＋ 2H2O ＝2Fe(OH) 2 ； 4Fe(OH) 2＋O2 ＋ 2H2O ＝4Fe(OH) 3 在此反应过程中放热，因此成为“暖宝宝”“热敷袋” 2Fe－4e-＝2Fe2+ O2＋2H2O＋4e-＝4OH- 析·典型范例 1、某小组为研究原电池原理，设计如图装置。下列叙述正确的是(　　) D A．a和b不连接时，铁片上会有H2产生 B．a和b用导线连接时，铁片上发生的反应为Cu2＋＋2e－=Cu C．a和b用导线连接时，电子由a流向b D．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色 析·典型范例 C 2．如图所示电流表的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有 气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是(　　) A．B极为原电池的正极 B．A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸 C．C中阳离子向A极移动 D．A极发生氧化反应 02 化学电源 探·知识奥秘 二、化学电源 1.简易化学电源——水果电池 利用铜片、锌片（可从废旧干电池中拆取）或铝片、纯碱溶液、白醋（或橙子、芦柑）等日常生活中的材料即可制作简易电池。如图所示，利用橙子、金属片以及导线制作的简易电池能使电流计指针偏转。 探·知识奥秘 二、化学电源 你知道下列物品使用了哪些种类的化学电源吗？ 探·知识奥秘 二、化学电源 化学电源有一次电池、二次电池和燃料电池之分。一次电池用过之后不能复原，二次电池充电后能继续使用。常见化学电源主要有锌锰干电池、银锌纽扣电池、铅蓄电池等。 探·知识奥秘 二、化学电源 2.一次电池 电池反应 构造示意图　 工作原理 工作原理 工作原理 电池反应 构造示意图　 负极 正极 电解质 Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)   锌筒 石墨棒 氯化铵 Zn＋2NH4Cl＋2MnO2=Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)   Zn－2e－=Zn2＋ 锌被氧化，逐渐消耗 MnO2被还原 氯化铵 锌筒 石墨棒 MnO2、C NH4Cl、ZnCl2 等 锌锰干电池 探·知识奥秘 二、化学电源 3.二次电池 铅蓄电池 由两组平行的栅状铅合金极板交替排列作为主架，正极板上覆盖PbO2，负极板上覆盖Pb，电解质是硫酸。 探·知识奥秘 二、化学电源 4.燃料电池 ①燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。 ②氢氧燃料电池： 在负极上发生氧化反应的是H2，在正极上发生还原反应的是O2，产物是H2O。 以KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如右： 负极：2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O ； 正极：O2＋2H2O＋4e－=4OH－ 电池反应：2H2＋O2=2H2O。 探·知识奥秘 二、化学电源 4.燃料电池 ③甲醇--空气燃料电池：以硫酸或KOH溶液为电解质溶液 负极： 正极： 总反应： O2＋2H2O＋4e－=4OH－ CH3OH－6e－＋8OH－=CO32-＋6H2O 2CH3OH＋3O2＋4OH－=2CO32-＋6H2O 负极： 正极： 总反应： CH3OH－6e－＋H2O=CO2＋6H+ O2＋4H+＋4e－=2H2O 2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O 酸 性 碱 性 迁·视野拓展 简易燃料电池的制备 1.将碳电极放在高温火焰上灼烧到红热，迅速浸入冷水中，制得多孔碳棒电极。选用0.5mol·L-1的Na2SO4溶液为电解质溶液。电源用3~6V直流电源，发光二极管的起辉电压为 1.7V，电流为0.6mA。将上述材料组装成简易的燃料电池装置。 2.按下开关S1，接通电源，电解溶液约半分钟，碳棒上分别产生明显的气泡。 3.断开开关S1，按下开关S2，可以观察到二极管的发光现象。 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 析·典型范例 C 1.银锌纽扣电池放电时的反应为Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag，下列有关说法中错误的是（ ） A.Zn是电池的负极 B.Ag2O为正极，发生还原反应 C.电解质溶液可能是稀盐酸 D.银锌电池具有体积小、质量轻的优点 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 析·典型范例 C 2.右图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法中正确的是（ ） A.该系统中只存在3种形式的能量转化 B.装置Y中在负极发生反应的物质是O2 C.装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D.装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化 03 电解池 探·知识奥秘 三、电解池 1. 概念 将电能转化为化学能的装置 2. 应用 物质的制备 ①电解水制氢气和氧气： ②电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气： ③电解制取活泼金属： 阴极反应式：Al3＋＋3e－=Al； 阳极反应式：2O2－－4e－=O2↑； 总反应式： 电解熔融的氯化钠、氯化镁、 氯化钙可分别得到钠、镁、钙的单质和氯气。 通常条件下无法自发进行的化学反应可通过电解的方法实现 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 析·典型范例 B 1.下列说法正确的是(　　) A．电解熔融氧化铝制取金属铝，氧化铝只被还原 B．电解熔融NaCl制取Na，在阴极得到Na C．电解水时，在相同条件下，阴极和阳极产生的气体体积之比为1∶2 D．电解食盐水也可以得到Na单质 A．CH≡CH B．CH2=CH2 C．CH≡C-CH3 D．CH2=C(CH3)2 析·典型范例 B 2.下列说法错误的是(　　) A．电解水可以制得氢气和氧气 B．电解饱和食盐水可以制得钠和氯气 C．电解熔融的氯化镁可以制得金属镁 D．手机充电时电能转化为化学能 原电池 电解池 正负极判断 应用 理·核心要点 化学能与电能的转化 概念 化学电源 一次电池 二次电池 电极反应式书写 燃料电池 工作原理 构成条件 应用 练·技能实战 C 1.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)=Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)，下列说法错误的是(　　) A．电池工作时，锌失去电子 B．电池正极上发生还原反应 C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g 选项 M N P A 锌 铜 稀硫酸 B 铜 铁 稀盐酸 C 银 锌 硝酸银溶液 D 锌 铁 硝酸铁溶液 练·技能实战 A 2.铅蓄电池是一种典型的可充电电池，其放电时的电池总反应为Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO42－=2PbSO4＋2H2O，则下列说法不正确的是(　　) A．电池工作时，负极反应式：Pb－2e－=Pb2＋ B．铅蓄电池是二次电池，放电时是化学能转化为电能 C．电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板 D．电池工作时，溶液中H＋移向PbO2板 A．1-氯丙烷 B．1，2-二氯丙烷 C．1-氯丙烯 D．2-氯丙烯 练·技能实战 3.燃料电池是目前电池研究的热点之一。某课外小组自制的氢氧燃料电 池如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述错误的是(　　) A．a极是负极，该电极上发生氧化反应 B．b极发生的电极反应是 2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－ C．电池总反应为2H2＋O2=2H2O D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 B 选项 M N P A 锌 铜 稀硫酸 B 铜 铁 稀盐酸 C 银 锌 硝酸银溶液 D 锌 铁 硝酸铁溶液 练·技能实战 4.热激活电池常用作火箭的工作电源，某种热激活电池以Ca和PbSO4为电极材料，以无水LiCl-KCl为电解质，电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca=CaCl2＋Li2SO4＋Pb。当电解质受热熔融后，电池即可瞬间放电。下列有关说法不正确的是(　　) A．PbSO4电极发生还原反应 B．负极的电极反应式为Ca－2e－=Ca2＋ C．放电时，K＋向负极移动 D．每转移1 mol电子，正极质量减少48 g C 感谢 您的聆听 THANKS 苏教版2019必修2