6.1.2 化学反应与电能 课件 2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

年 级：高一 学 科：化学（人教版） 主讲人：lrp 学 校：四川省华蓥中学 课时 6.1.2 化学反应与电能 第六章 化学反应与能量 【学习目标】 1．通过查阅资料、阅读思考，能举出化学能转化为电能的实例，辨识简单原电池的正负极及正负极上发生的化学反应类型。 2．通过实验探究、讨论交流，知道原电池概念及原电池工作原理是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，知道构成原电池的条件。 3.通过观察现象、原理分析，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，了解常见的化学电源，感受化学能转化为电能的奇妙。 重点：原电池原理。 难点：原电池的设计。 1.能举出化学能转化为电能的实例，辨识简单原电池的正负极及正负极上发生的化学反应类型。 教学模型：实验探究→问题驱动→概念建构→应用迁移 2.知道原电池概念及原电池工作原理是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，知道构成原电池的条件。 思考：你还关注电吗？我们的生活很难离开电，电是从哪来的？ 请同学们分组讨论我国电力产能结构。 我们日常使用的电能主要来自火力发电。 一、原电池原理及构成条件1、探究化学能与电能的转化我国目前电能主要来自火力发电，其次来自水力发电、风力发电、核能、水力发电、生物质能等。火力发电的原理是化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能：化学能燃料――→ ――→ ――→ ； 火力发电的优点是我国煤炭资源丰富，廉价方便。缺点一是煤炭是不可再生资源，会造成能源危机；二是煤炭燃烧会产生污染性气体；转换环节多，能量损耗大，能量的利用率低。 燃烧 蒸汽轮机 发电机 热能 机械能 电能 火力发电的化学深层本质分析 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 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 (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。 请同学们分组实验将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，发生了什么反应？ 2、原电池工作原理【实验6-3】完成实验，观察实验现象，分析实验原理 实验步骤 实验一：分别将锌片和铜片插入稀硫酸溶液中 实验现象 锌片表面有 ，铜片无明显变化反应一段时间后，烧杯外壁微热。 原因分析 与金属活动性顺序有关：锌与稀硫酸反应生成氢气且放热： ，而铜不反应。 气泡产生 Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑ 实验步骤 实验二：锌片和铜片先插入稀硫酸溶液中，然后再用导线连接 实验三：锌片和铜片通过导线接电流表插入稀硫酸溶液中 实验现象 铜片表面出现大量 ，锌片表面有少量（或几乎没有） 产生。且产生气泡的速率比实验一快。 铜片上有 产生，锌片 ；电流表的指针发生 。 原因分析 因锌比铜更容易失去电子，且锌失去的电子通过 移动到铜片上，溶液中的H+得到电子生成了H2， 。 电流表指针发生偏转，说明导线中有 产生，整个过程中 能转化成 能。 气泡 气泡 导线 2H++e-=H2↑ 气泡 逐渐溶解 偏转 电流 化学 电 （1）原电池的概念及工作原理： 概念 装置示意图 电极材料 锌片 铜片 电子的流向 反应本质 总反应式 利用氧化还原反应将装置叫原电池 电极名称 利用氧化还原反应将装置叫原电池 电子转移 利用氧化还原反应将装置叫原电池 电极反应式 利用氧化还原反应将装置叫原电池 反应类型 负极 电子流出 Zn－2e－ = Zn2＋ 氧化反应 正极 电子流入 2H＋＋2e－ = H2↑ 还原反应 电子由负极经导线流向正极 自发进行的氧化还原反应 Zn＋2H＋ = Zn2＋＋H2↑ Cu片——正极 2H＋＋2e－＝H2↑ Zn片——负极 Zn－2e－＝Zn2＋ 总反应方程式： Zn＋2H＋＝Zn2＋＋ H2↑ 还原反应 氧化反应 电子导体 电子：由负极经导线到正极 电流：由正极经导线到负极 离子导体 阳离子 正极 阴离子 负极 原电池的工作原理 更换电极材料 Zn Cu 稀硫酸 Zn Zn 稀硫酸 Zn Fe 稀硫酸 Fe Cu 稀硫酸 Mg Cu 稀硫酸 活动性不同的金属 请同学们分组讨论探究原电池形成条件 更换电极材料 Zn Cu 稀硫酸 Zn 石墨 稀硫酸 Zn 木条 稀硫酸 金属与非金属导体（石墨） 请同学们分组讨论探究原电池形成条件 请同学们分组讨论探究原电池形成条件 更换溶液 电极需插进电解质溶液或熔融态中 请同学们分组讨论探究原电池形成条件 硫酸铜 稀硫酸 Zn Cu 必须形成闭合回路 （2）构成原电池的条件： ① .具有活泼性不同的两个电极，较活泼的金属作负极； ②.两电极插入电解质溶液中； ③.正极、负极、电解质溶液构成闭合回路； ④.在电极表面上能自发地发生氧化还原反应。 实验探究简易水果电池的制作 简易电池的设计与制作 【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。 【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。 【实验】 （1）水果电池 参考图6-8所示水果电池，自选水果及相关 用品，制作水果电池。 （2）简易电池 参考图6-9，制作简易电池，并试验和比较不 同材料作电极的效果。 （3）设计演示原电池的趣味实验 利用发光二极管、电子音乐卡或小电动机等， 设计一个演示原电池的趣味实验（如电压不足，可将几个电池串联起来）。 （1）水果电池 （2）设计演示原电池的趣味实验 实验探究简易水果电池的制作 简易电池的设计与制作 【问题和讨论】 （1） 水果电池中，水果的作用是什么？ （2）通过比较不同材料作电极的简易电池，你是否发现电极材料的选择有一些值得注意的问题？请与同学交流你的经验。 （3）在以上实验中，电池不可或缺的构成部分有哪些？ 水果电池中，水果的作用是电解质溶液 构成原电池的要素 ①自发的氧化还原反应 ②两个活泼性不同的电极，电解质溶液，形成闭合回路 ③较活泼金属作惰性电极作负极，不活泼的金属或惰性电极作正极 3、设计简单的原电池（1）实验探究：结合教材P37页“探究”内容，完成教材三个实验，并回答“问题讨论”的三个问题。①水果的作用是提供 。②电极材料一般选择 电极，也可以一个电极选择 ，另一个电极选择石墨。③电池不可或缺的构成部分：a.有两种 的金属（或活泼金属和石墨）作电极；b.电极材料均需插入 中；c.两级相连形成 回路。 电解质溶液 两种活性不同的金属电极 石墨 活泼性不同 电解质溶液 闭合 （2）原电池的设计方法：①找：找一个能够自发进行的 ；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 和 的电极反应，负极电极反应： ， 正极电极反应： ； ③定：根据氧化还原反应中的 和 确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极活泼性差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。 例：利用反应Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl2，设计一个原电池，正极为 ，电极反应式为 ；负极为 ， 电极反应式为 ；电解质溶液是 。 氧化还原反应 负极 正极 还原剂－ne－ = 氧化产物 氧化剂＋ne－ = 还原产物 还原剂 氧化剂 石墨 Fe3+ + e- = Fe2+ 铜 Cu - 2e- = Cu2+ FeCl3溶液 ①原电池的工作原理： ②原电池正、负极的判断方法：A、根据电极反应或总反应方程式来判断负极： 电子，化合价 ，发生 反应。正极： 电子，化合价 ，发生 反应。例：其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液， 锌极上的电极反应是： ； 氧化银电极上的反应式为： ， 总反应式为： ，则该原电池的 负极为 ，正极为为 。 失去 升高 氧化 得到 降低 还原 Zn + 2OH－－2e－＝Zn(OH)2 Ag2O+H2O+2e－＝Ag+2OH－ Ag2O + H2O + Zn ＝ Zn(OH)2 + 2Ag 锌 氧化银 Ag2O Zn Ag2O KOH溶液 B、 根据外电路中电子流向或电流方向来判断 （电子不下水）负极：电子 或电流 的一极。正极：电子 或电流 的一极。例：一种以稀硫酸为电解质溶液的钒（V）蓄电池 装置（原电池）如右图所示，a、b为惰性电极，则该原电池的负极为 ，正极为为 。 流出 流入 流入 流出 b a 负极电极反应式为： ； 正极电极反应式为： ； 总反应式为： 。 V2+ - e- = V3+ VO2+ + e- + 2H+ = VO2++ H2O VO2+ + V2+ + 2H+ = VO2+ + V3+ + H2O C、根据内电路(电解质溶液中)中离子的迁移方向来判断负极：阴离子向 移动。正极：阳离子向 移动。 例：某同学设计的原电池装置如右图，该电池中的电子从Fe3+向C极移动，则该原电池的负极为 ，正极为为 。 负极 正极 Fe C 负极电极反应式为： ； 正极电极反应式为： ； 总反应式为： 。 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ Fe - 2e- = Fe2+ 2Fe3+ + Fe = 3Fe2+ D、根据原电池的两电极材料来判断①两电极分别为金属和非金属：负极------金属；正极------非金属。例：C-Zn-H2SO4中 是正极， 是负极。 H2SO4溶液 Zn C Zn 负极电极反应式为： ； 正极电极反应式为： ； 总反应式为： 。 2H+ + 2e- = H2↑ Zn - 2e- = Zn2+ Zn + 2H+ = H2↑ 5、电极方程式的书写(要注意三个守恒)A、得失电子守恒 (1) (2)元素的化合价每升高一价，则元素的原子就会失去一个电子 (3)元素的化合价每降低一价，则元素的原子就会得到一个电子 B、电荷守恒：电极反应左、右两边的正电荷和负电荷数相等 C、原子守恒(质量守恒)：电极反应左、右两边同种原子的原子个数一定相等 ②两电极均为金属：i两金属都与(或都不与)电解质溶液单独能反应：负极----------活泼性较强的金属；正极----------活泼性较弱的金属。例：Mg-Al-稀H2SO4中 是正极， 是负极。ii两电极中只有一种电极与电解质溶液能反应：负极-------能与电解质溶液反应的电极；正极----------不能与电解质溶液反应的电极。例：Fe-Cu-稀H2SO4中 是正极， 是负极。 Al Mg Cu Fe 4、原电池原理的主要应用（1）加快氧化还原反应的速率： （2）比较金属活动性的强弱 （3）制造化学电源：如各种干电池、蓄电池、燃料电池等 【对应训练】1．下列叙述不正确的是( )A．用天然气火力发电时，每一步都需要化学反应来完成B．利用太阳能等清洁能源代替化石燃料，有利于节约资源，保护环境C．原电池反应一定为氧化还原反应D．在火力发电时，化学能转化为热能的过程实际上是氧化还原反应发生的过程，伴随着能量的变化2．下列各装置能构成原电池的是 (　 　) A B 【对应训练】1．下列有关原电池的说法正确的是(　　)A．将反应2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋设计为原电池，则可用Zn为负极，Fe为正极，FeCl3为电解质B．铜片和铝片用导线连接后插入浓硝酸中，铜作负极C．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极D．铝片和镁片用导线连接后插入NaOH溶液中，Mg较活泼作负极 B 【课堂练习】按要求写出电极方程式：1、伏打电池：（负极—Zn，正极—Cu，电解液—H2SO4）负极： 正极： . 总反应离子方程式 Zn + 2H+ = H2↑+ Zn2+ 2、铁碳电池(析氢腐蚀)：（负极—Fe，正极—C，电解液——酸性) 负极： 正极： . 总反应离子方程式 Fe+2H+ =H2↑+Fe2+ 2H+ + 2e- = H2↑ Zn - 2e- = Zn2+ 2H+ + 2e- = H2↑ Fe - 2e- = Fe2+ 3、镁铝电池：（负极—Al，正极—Mg，电解液KOH） 负极： 正极： . 总反应化学方程式： 2Al + 2OH－ + 6H2O ＝ 2[Al(OH)4]－+ 3H2↑4、高铁电池 （负极—Zn，正极—碳，电解液KOH和K2FeO4）负极： ; 正极： . 总反应化学方程式：3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH 2Al - 6e-+ 8OH－＝2[Al(OH)4]－ 6H2O + 6e-＝ 3H2↑ +6OH－ 3Zn- 6e- + 6OH－＝3Zn(OH)2 2FeO42- + 6e- + 8H2O ＝2Fe(OH)3 + 10OH－ 化学反应与电能 火力发电 原电池原理 简易电池的设计 电力生产量构成 火力发电 实验探究——锌铜原电池原理 原电池 实验探究简易水果电池的制作 设计原电池的基本思路 将反应Fe＋Cu2＋＝Fe2＋＋Cu，设计为原电池 火力发电的化学深层本质分析 原电池的工作原理 实验探究原电池形成条件 【课后作业】 【例1】 将锌片和铜片按图示方式插入柠檬中，电流计指针发生偏转。下列针对该装置的说法正确的是（ ） A．将电能转换为化学能 B．电子由铜片流出 C．锌片是负极 D．铜片逐渐被腐蚀 C 1.如图所示，下列对于该原电池的叙述正确的是( ) A.铜是负极，铜片上有气泡产生 B.铜片质量逐渐减小 C.电流从锌片经导线流向铜片 D.氢离子在铜片表面被还原 D 2.如图所示，a的金属活动性在氢之前，b为碳棒。关于该装置的说法中，正确的是( ) A. a极上发生还原反应，b极上发生氧化反应 B. 碳棒上有气体逸出，溶液中c(H＋)增大 C. 导线上有电流，电流方向a→b D. 反应后a极质量减小 D B 3.的某同学设计的原电池如下图所示 。电池工作时，下列说法正确的是（ ） A．锌片作正极 B．盐酸作电解质溶液 C．电能转化为化学能 D．电子由铜片沿导线流向锌片 发光二极管 用盐酸浸湿的滤纸 4.选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”设计一个化学电池。 回答下列问题： (1)负极材料：___；正极材料：__________；电解质溶液：___________。 (2)写出电极反应式 正极：__________________； 负极：________________。 (3)原电池中电子从______极流出，电解质溶液中阴离子流向____极(填“正”或“负”)。 铜 银(或碳棒) AgNO3溶液 2Ag＋＋2e－ = 2Ag Cu－2e－ = Cu2＋ 铜(负) 负 【例2】论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Fe＋2Fe3+===3Fe2+”设计一个原电池。回答下列问题： (1)用双线桥分析上述离子反应，标出电子转移的方向和数目 ______________；其中氧化反应的半反应可表示为“Fe－2e－===Fe2+”，则还原反应的半反应为____________________。 2Fe3＋＋2e－ = 2Fe2＋ (2)若设计成原电池 ①负极材料是___，选择依据是__________________________________________________； ②正极材料可选用__________，选择依据是_ ____________________________。 ③ 溶液作电解质。 (3)写出电极反应式 正极：___________________，负极：_______________。 (4)该原电池中电子从________极流出，电解质溶液中的阳离子(Fe3＋)移向_____________极。 铁 固体铁单质能导电，可被电解质溶液中的Fe3＋氧化为Fe2＋ 铜(或石墨) 铜(或石墨)的还原性比铁弱，且为能导电的固体 FeCl3[或Fe2(SO4)3] 2Fe3＋＋2e－ = 2Fe2＋ Fe－2e－ = Fe2＋ 铁(负) 铜或石墨(正)