6.1 化学反应与能量变化 第3课时（交互动画教学课件）化学人教版必修第二册

该高中化学课件聚焦化学电源分类及电极反应式书写，以电池发展历程情境导入，通过问题驱动连接原电池原理，为电极反应式书写搭建从具体到抽象的学习支架。 其亮点在于采用任务驱动与分组讨论，结合教学动画和交互题，通过守恒原则训练科学思维，借车用能源对比培养科学态度与责任。学生能提升探究能力，教师可高效开展结构化教学。

第六章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化 人教版2019必修第二册 课时3 化学电源 电极反应式的书写 2 知识导航 化学电源 1 知识导航 重点：电极反应式的书写。 难点：电极反应式的书写 。 1.了解常见的化学电源，感受化学能转化为电能的奇妙。 明·教学目标 教学模型：实验探究→问题驱动→概念建构→应用迁移 2.会判断原电池的正极、负极，能正确书写简单原电池的电极反应式。 引·新课导入 电池的发展历程 问题驱动 思考：你知道电池的发展史吗?无处不在的电池中发生了什么反应？ 情境导入 01 化学电源 探·知识奥秘 任务1：请同学们分组讨论无处不在的化学电源 讨论任务 一、化学电源 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。 探·知识奥秘 1.一次电池 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。 一、化学电源 负极（锌筒）：Zn – 2e- = Zn2+ 氧化反应 正极（石墨棒）：MnO2 得电子 还原反应 锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。 探·知识奥秘 一、化学电源 1.一次电池 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。 优点：结构简单、价格低廉。电压随着使用时间延长而下降 因这种电池能充电，可以反复使用，所以称它为“蓄电池”，也即二次电池。 探·知识奥秘 2.二次电池(充电电池) 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（电能转化为电能）的循环。 一、化学电源 情景任务 2.二次电池(充电电池) ①铅蓄电池 一、化学电源 负极: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4 正极: PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O 正极：PbO2 负极：Pb 电解质：H2SO4溶液 氧化反应 正负极材料 Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- 2PbSO4 + 2H2O 放电 充电 还原反应 探·知识奥秘 2.二次电池(充电电池) ②锂电池 一、化学电源 负极：Li - e- = Li+ 正极：MnO2 + e- = MnO2- 总反应式：Li + MnO2 = LiMnO2 探·知识奥秘 2.二次电池(充电电池) 一、化学电源 ③锂离子电池 负极材料：嵌锂层状石墨(LixC6 ) 正极材料：钴酸锂(Li1-xCoO2) 电解液：锂导电有机电解液 正极：  负极：  LixC6 － xe－＝ 6C+xLi+ Li1-xCoO2+xe-+xLi+ ＝LiCoO2 探·知识奥秘 任务2：请同学们分组讨发展中的燃料电池 讨论任务 一、化学电源 发展中的燃料电池 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，具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以达到80%以上。当以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳。与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用。 燃料电池的供电量易于调节，能适应用电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间，在航天、军事和交通等领城有广阔的应用前景。 探·知识奥秘 任务2：请同学们分组讨发展中的燃料电池 讨论任务 一、化学电源 我国研制的燃料电池和超级电容混合动力有轨电车 探·知识奥秘 3.燃料电池 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，具有清洁、安全、高效等特点。 一、化学电源 探·知识奥秘 3.燃料电池 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，具有清洁、安全、高效等特点。 一、化学电源 氢氧燃料电池 正极： 负极： 2H2 – 4e- = 4H+ O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 总反应： 2H2 + O2 = 2H2O 探·知识奥秘 任务3：请同学们分组讨论你对研发新型电池意义的理解。 讨论任务 一、化学电源 通过网络、书籍等渠道，调查了解不同类型电池的性能、构成、特点、应用范围及发展历史，选2~3类列表比较，并结合其发展的前景，谈谈你对研发新型电池意义的理解。 探·知识奥秘 4.研发新型电池 (1)三种电池对比 一、化学电源 对比项目 铅酸电池 锂离子电池 氢燃料电池 发展历史 1859年发明，历史最悠久、应用最成熟的蓄电池 1991年实现商用，近30年快速普及 20世纪60年代用于航天，近年逐步民用 基本构成 正极：二氧化铅；负极：铅；电解液：稀硫酸 正极：钴酸锂/三元材料/磷酸铁锂；负极：石墨；含锂盐电解液 阳极、阴极、质子交换膜、催化剂，以氢气为燃料、氧气为氧化剂 主要性能 电压稳定、成本低；能量密度低、笨重、寿命较短 能量密度高、轻便、循环寿命长、自放电小 能量密度极高、充电快、零排放、低温性能好 优点 价格便宜、大电流放电好、回收技术成熟 体积小、重量轻、续航好，适合移动设备 续航长、加氢快、无污染、使用寿命长 缺点 重量大、寿命短、低温性能差 成本较高、高温安全性一般 氢气储运困难、加氢站少、催化剂昂贵 应用范围 汽车启动电源、UPS、电动自行车、备用电源 手机、笔记本、新能源汽车、小型储能 长途客车、重型卡车、分布式发电、航天 发展前景 低端、传统场景稳定使用，逐步被替代 目前主流，向固态电池、高安全方向升级 未来重要方向，适合长途重载、绿色储能 探·知识奥秘 4.研发新型电池 (2)研发新型电池的意义 ④拓展应用场景：适配无人机、电动飞机等设备，推动科技进步。 一、化学电源 ①缓解能源危机，保障能源安全：高效储存清洁能源，减少化石能源依赖，提升能源自主能力。 ②保护环境，助力碳中和：减少电池污染和碳排放，实现绿色发展。 ③推动科技与产业升级：带动新能源、新材料等行业发展，增强科技竞争力。 02 电极反应式的书写 探·知识奥秘 任务1：请同学们回忆将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，发生了什么反应？ 学习任务 二、电极反应式的书写 探·知识奥秘 1.书写电极反应式的原则——守恒 二、电极反应式的书写 质量守恒，得失电子守恒，电荷守恒 负极（锌片）： Zn －2e - = Zn 2+ 正极（石墨）： 2H++2e - = H2 ↑ 总反应: Zn + 2H+ = Zn 2+ + H2 ↑ 负极（锌片）： Zn －2e - = Zn 2+ 正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu 总反应: Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu 探·知识奥秘 1.书写电极反应式的原则——守恒 二、电极反应式的书写 质量守恒，得失电子守恒，电荷守恒 探·知识奥秘 2.据总方程式书写电极反应式 二、电极反应式的书写 总反应：Zn+2MnO2+2H2O = 2MnO(OH)+Zn(OH)2 0 +4 +3 +2 ⑴列物质 标得失 正极：找出氧化剂及还原产物：写出“氧化剂＋n e－＝还原产物” 负极：找出还原剂及氧化产物：写出“还原剂－n e－＝氧化产物” 正极：2MnO2 + 2e- + 2H2O 2MnO(OH) + 2OH- 负极：Zn - 2e- + 2OH- Zn(OH)2 探·知识奥秘 2.据总方程式书写电极反应式 二、电极反应式的书写 ⑵看环境 配守恒 ⑶两式加 验总式 由电荷守恒确定要添加的离子，再据质量守恒，配平其他微粒个数 注意开始生成的氧化产物、还原产物在溶液中能否存在 正、负析电极反应式相加，与总反应式对照验证 复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应 析·典型范例 【例1】 纽扣式银锌电池的总反应式为：Zn＋Ag2O＋H2O＝2Ag＋Zn(OH)2 电解质液为KOH溶液， 请写出的电极反应式。 正极反应式 负极反应式 Zn＋2OH－－2e－＝Zn(OH)2 Ag2O＋2e－＋H2O＝2Ag ＋2OH－ 二、电极反应式的书写 任务2：请同学们分组讨论写出甲烷燃料电池（CH4-O2-KOH溶液）的电极反应式 探·知识奥秘 讨论任务 二、电极反应式的书写 CH4 +10OH- －8e- = CO32-+7H2O CH4 + 2O2 +2OH- =3H2O+ CO32- 2O2+8e-+4H2O = 8OH- 负极： 正极： 总反应: 第一步　确定生成物 故CH4的最终产物为CO32-和H2O； 第二步　确定价态变化及电子转移 探·知识奥秘 3.书写燃料电池电极反应式注意事项 ⑴将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应，总反应减去一极反应即得到另一极反应； 二、电极反应式的书写 ⑵负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如+4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32-形式存在）； ⑶水溶液中不存在O2-：在酸性溶液中它与H+结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH-； 探·知识奥秘 3.书写燃料电池电极反应式注意事项 二、电极反应式的书写 铂或石墨 写出H2SO4为电解质溶液的氢氧燃料电池的总反应式和电极反应式 总反应: 2H2+ O2 ＝2H2O 负极： 正极： O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O H2 －2e- ＝2H+ 2H2 －4e- ＝4H+ 2H2 －4e- ＝4H+ 写出KOH为电解质溶液的氢氧燃料电池的总反应式和电极反应式 总反应: 2H2+ O2 ＝2H2O O2 +4e- +2H2O ＝4OH- 负极： 正极： H2 -2e- +2OH- ＝2H2O 2H2 -4e- +4OH－ ＝4H2O 2H2 -4e- +4OH－ ＝4H2O 析·典型范例 【例2】 一种镁－空气电池装置如图所示，电极材料为金属镁和吸附氧气的活性炭，电解液为KOH浓溶液。 (1)负极电极反应式___________________________，正极电极反应式________ _______________。 Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2 O2＋4e－＋2H2O===4OH－ (2)电子移动的方向是由___经外电路到___。(填“a”或“b”) (3)电池总反应式为____________________________。 a b 2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2 二、电极反应式的书写 探·知识奥秘 任务3： 请同学们分组讨论了解车用能源 讨论任务 交互动画 二、电极反应式的书写 车用能源研究教学动画.html 探·知识奥秘 4.了解车用能源 二、电极反应式的书写 蒸汽机汽车：煤炭、木柴 内燃机汽车：汽油（辛烷）、柴油 清洁能源汽车：天然气（甲烷）、乙醇、电能、氢气 ⑴汽车发展与车用能源 18世纪末 · 蒸汽 19世纪末 · 石油 20世纪末 · 电萌芽 21世纪初 · 混动 未来 · 零排放 探·知识奥秘 二、电极反应式的书写 ⑵四种燃料对比研究 4.了解车用能源 ①车用燃料分析 - 氢气 清洁化学反应 反应式：2H₂ + O₂ → 2H₂O 燃烧产物只有水，理论上实现完全零排放。 超高能量密度 单位质量热值：142 MJ/kg 是所有燃料中最高的，相同重量下提供更多能量。 氢气来源分类 灰氢：化石燃料制取，碳排放高，成本低。 蓝氢：灰氢基础上结合碳捕捉技术，实现部分减排。 绿氢：利用可再生能源电解水制取，真正零碳排放。 探·知识奥秘 二、电极反应式的书写 4.了解车用能源 ⑵四种燃料对比研究 ②车用燃料分析 - 甲烷 (CH₄) 化学反应过程 CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O，燃烧产物为二氧化碳和水 高能量密度 单位质量热值约55.6 MJ/kg，高于传统汽油燃料 广泛的来源 主要来自天然气开采，也可通过有机废物发酵产生生物沼气 过渡性清洁能源 碳排放比汽油低约25%，但仍属温室气体，非零排放 探·知识奥秘 二、电极反应式的书写 4.了解车用能源 ⑵四种燃料对比研究 ③车用燃料分析 - 辛烷（汽油） 化学反应原理 2C₈H₁₈ + 25O₂ → 16CO₂ + 18H₂O 高能量密度 单位体积能量密度高，便于车载储存与运输，应用广泛。 化石能源来源 主要通过石油分馏获得，属于典型的不可再生资源。 环保挑战 燃烧排放CO₂、NOx及颗粒物，加剧温室效应与空气污染。 探·知识奥秘 二、电极反应式的书写 4.了解车用能源 ⑵四种燃料对比研究 ④车用燃料分析 - 乙醇 化学特性与能量密度 反应式：C₂H₆O + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O 热值约为汽油的2/3，直接使用会导致车辆续航里程缩短。 原料来源与生产工艺 主要通过玉米、甘蔗等农作物发酵制取，属于可再生能源。 环保性与社会争议 理论上可实现碳循环，但大规模生产可能引发粮食危机，并消耗大量水资源。 探·知识奥秘 4.了解车用能源 二、电极反应式的书写 ⑶能量转化方式对比 类型 能量转化 效率 技术 蒸汽机 化学能→热能→机械能 很低 已淘汰 内燃机 化学能→热能→机械能 约30% 成熟 燃料电池 化学能→电能→机械能 约60% 新型、高效 探·知识奥秘 4.了解车用能源 ⑷结果与讨论 二、电极反应式的书写 ②启示： 车用能源向清洁、高效、可再生方向发展。 化石燃料有限，必须开发新能源。 理想能源要满足：热值高、易储运、来源广、污染小。 ①选择：氢气 + 燃料电池 重点考虑：环保、效率高、未来发展方向。 理·核心要点 化学电源 化学电源 电极反应式的书写 一次电池 二次电池(充电电池) 书写电极反应式的原则 据总方程式书写电极反应式 燃料电池 书写燃料电池电极反应式注意事项 研发新型电池 了解车用能源 练·技能实战 1.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 2.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 练·技能实战 B 3.如图是氢氧燃料电池构造示意图。关于该电池的说法不正确的是 A．a极是负极 B．正极的电极反应是：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ C．电子由a通过灯泡流向b D．氢氧燃料电池是环保电池 练·技能实战 4.某可充电的锂离子电池以Li2Mn2O4为正极，嵌入锂的碳材料为负极，含Li＋导电固体为电解质。放电时的电池反应为Li＋LiMn2O4＝Li2Mn2O4，列说法不正确的是 A．放电时， LiMn2O4发生氧化反应 B．放电时，正极反应为：Li＋＋ LiMn2O4＋e－＝Li2Mn2O4 C．Li是负极，电极反应为Li－e－＝Li＋ D．锂电池是一种对环境有没有严重污染的绿色电池 A 感谢 您的聆听 THANKS 人教版2019必修第一册 https://www.zxxk.com/user/13354804 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 CH4 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； $null