5.3 化学变化中的能量变化 第2课时（教学课件） 化学沪科版必修第二册

第5章 金属及其化合物 5.3 化学变化中的能量变化 第2课时 化学能与电能的转化 沪科版必修第二册 原电池的组成与工作原理 2 实验探究：铜— 锌原电池 1 知识导航 3 化学电池初步认识 明·学习目标 1.知道化学反应可以实现化学能与其他形式能量的转化。 2.知道化学能可以转化为电能。通过实验探究，认识构成原电池的条件。 3.认识原电池的组成和工作原理，能正确判断原电池的正、负极。 我们日常使用的电能主要来自火力发电。你知道如何转化的吗？ 01 实验探究： 铜—锌原电池 实验探究：铜— 锌原电池 化学能转化为其他形式的能量 化学能可以转化为热能，还可以转化为电能等其他形式的能量。 把化学能转化为电能的装置，称为化学电源，习惯上叫做电池。 生活中的电池 实验探究：铜— 锌原电池 金属在自然界中的存 化学能转化为其他形式的能量 能源利用率低 30%-40% 氧化还原反应 我国目前电能主要来自火力发电，其次是水力发电。 其中，化学能间接转化为电能 化学能（燃料） 燃烧 热能 蒸汽 轮机 机械能 发电机 电能 实验探究：铜— 锌原电池 化学能 电能 原电池装置： 哪种化学反应，能实现化学能转化为电能？ 化学反应中释放的能量 电子定向移动产生电流 原电池原理要素：氧化还原反应 化学电池能实现怎样的能量转化? 微思考 实验探究：铜— 锌原电池 金属在自然界中的存 实验探究：铜—锌原电池 1. 把一块铜片和锌片并排插入盛有稀硫酸 的容器里，观察实验现象。 2. 把铜片、锌片分别用导线连接，并接入灵敏电流计，观察和记录实验现象。 编号 1 2 现象记录 锌片上有气泡产生，铜片上无气泡产生 铜片上有气泡产生；串联电流表后，电流表指针发生偏转 实验结论 锌与稀硫酸反应生成氢气，而铜不反应 锌失去电子，经导线流向铜片，氢离子在铜电极上得到原子被还原成氢气 实验探究：铜— 锌原电池 实验2中灵敏电流计的指针为何会发生偏转？ 微思考 1.原电池原理的发现和各种电池装置的发明，改变了人们的生活方式。下列关于如图所示装置的叙述，错误的是 A．能将化学能转化为电能 B．锌片逐渐溶解 C．铜片做正极，正极上发生还原反应 D．溶液中的H+移向锌片 D 2.下列说法错误的是(　　) A．有些活泼金属(如铝)可用作热还原法的还原剂 B．加强热，使氧化铜在高温条件下分解可制备单质铜 C．金属冶炼的实质是金属阳离子得到电子被还原成金属单质 D．回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物 B 02 原电池的组成与工作原理 原电池的组成与工作原理 原电池的组成 本质：发生 反应。 负极：电子流出的一极，发生氧化反应； 正极：电子流入的一极，发生还原反应。 化学 电 氧化还原 什么是原电池？ 将 能转化为 能的装置。 【重点概念】原电池有何电极？ 原电池的组成与工作原理 原电池的组成 负极 正极 电子导体 离子导体 失电子 氧化反应 得电子 还原反应 e- “阳正阴负” 电流 原电池的组成与工作原理 原电池的工作原理 结合课本分析说明该原电池的电极和导线、电解质溶液中的导电微粒分别是什么？（说明其移动方向） 电极(锌片、铜片)和导线中的导电微粒是电子，从负极流出，经导线流向正极； 电解质溶液中的导电微粒是阳离子H＋、阴离子 ， 阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 原电池的组成与工作原理 原电池的工作原理 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 Zn－2e－===Zn2+ 氧化反应 还原反应 负极 正极 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 “电子不下水，离子不上岸” 【问题1】如何判断电极？ 【问题2】有何现象？ 【问题3】如何表征？ 【问题4】发生什么反应？ 原电池的组成与工作原理 【问题2】图2中将锌片换成铜，能形成原电池吗？ 不能，无自发进行的氧化还原反应。 【问题3】图2中用酒精代替稀硫酸能形成原电池吗？ 不能，酒精是非电解质，不导电。 【问题1】图1装置中的铜起什么作用？能否用其他物质代替？ 铜作导体。能用石墨、较不活泼的金属等代替铜。 微思考 原电池的组成与工作原理 ①自发的氧化还原反应 ②具有活泼性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属) ③电解质溶液 ④形成闭合回路 原电池的构成条件 原电池的组成与工作原理 原电池正负极的判断方法 电极材料 反应类型 电子流向 电极现象 离子移向 负极 正极 较活泼金属 较不活泼金属或 能导电的非金属 氧化反应 还原反应 电子流出 电子流入 e- 不断溶解 质量减小 电极增重或 有气体产生 阴离子移向 阳离子移向 稀硫酸 原电池的组成与工作原理 ① 分析：该原电池装置能否实现发电？ ② 在图中标出正极、负极、电子流向、电流方向 ③ 预测Zn片与Cu片的质量变化 负：Zn – 2e- = Zn2+ 正：Cu2+ + 2e- = Cu 总：Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu 微思考 原电池的组成与工作原理 判 找 标 配 准确找出电极反应物和电极产物 准确判断电池的正、负极 根据有关元素化合价变化标出电子得失数目 根据环境配平电荷，最后根据原子个数配平电极反应式 四步法弊端：必须知道反应原理，能正确找出氧化剂和还原剂及其对应产物 微总结 四步法——电极反应式书写方法 A 2. 如图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸,外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是( ) A. 电子流动方向为: X→外电路→Y→溶液→X B. 若两电极分别为Zn和石墨棒，则X为石墨棒， Y为Zn C. SO42-移向X电极，如有氢气产生在Y电极上 D. X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应 C 03 化学电池初步认识 化学电池初步认识 一次电池 电池放电后 充电(内部的氧化还原反应 逆向进行)， 如锌锰干电池属于一次电池。 【问题2】根据锌锰干电池的构造图，该电池的电极是？ （完成下列填空） ①锌筒为 ，电极反应是 。 ②石墨棒为 ，最终被还原的物质是 。 ③NH4Cl糊的作用是 。 不能 无法 负极 Zn－2e－===Zn2＋ 正极 二氧化锰 作电解质溶液 【问题1】一次电池有何特点？ 化学电池初步认识 二次电池（蓄电池） 【问题1】二次电池(充电电池)的特点是什么？ 二次电池在放电时所进行的 ，在充电时可以 ，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电与充电的循环。 氧化还原反应 逆向进行 【问题2】该过程的能量变化是什么？ 化学电池初步认识 电池、 电池等。 铅酸蓄 【问题3】常见的充电电池有什么？ 锂离子 二次电池 化学电池初步认识 燃料电池 原理：利用原电池的工作原理，燃料和氧化剂分别放在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能。 与其他电池的区别：反应物不储存在电池内部，由外设设备提供燃料和氧化剂。 优点：高效(能量转化率可以达到80%以上), 环境友好。 概念：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。 化学电池初步认识 氢燃料电池车 燃料电池是一种能量转化装置，将燃料的化学能转化为电能。 氢氧燃料电池利用了电解水的逆反应，以C或Pt作为电极材料，实现能量转化。 氢氧燃料电池发热效率高、产物仅为水、可实现完全无污染 资料卡片 化学电池初步认识 电解池 将电能转变为化学能的装置就是电解池。在第 2 章中，我们学过 的通直流电来电解饱和食盐水的装置，就属于电解池。 NaCl 溶液 阴极： 阳极： 总反应： 2H2O + 2e- = H2↑ + 2OH- 2Cl- - 2e- = Cl2↑ 2NaCl + 2H2O ==== 2NaOH + H2↑+ Cl2↑ 电解 2Cl－＋2H2O H2↑＋Cl2↑＋2OH－ 电解 化学电池初步认识 【思考1】氢氧燃料电池的总反应方程式如何书写？ 　燃料电池相当于燃料的燃烧，氢氧燃料电池的总反应为2H2＋O2===2H2O。 【思考2】如何判断氢氧燃料电池的正、负极？ 分析总反应的方程式可知，氢气失电子化合价升高，在负极上反应，氧气得电子化合价降低，在正极上反应。其规律是通燃料的一极做负极，通氧气的一极做正极。 微思考 1.正误判断 (1)燃料电池是利用燃料的燃烧发电(　　) (2)燃料电池中，燃料在正极上发生氧化反应(　　) (3)氢氧燃料电池将热能直接转变为电能(　　) (4)原电池中正极材料一定发生还原反应(　　) (5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子(　　) × × × × × 2.下列有关化学电源的说法中正确的是 A．化学电源只能将化学能转化为电能 B．燃料电池能将全部化学能转化为电能 C．二次电池又叫蓄电池，它放电后可再充电使活性物获得再生 D．一次电池包括干电池和蓄电池 C 1.判断正误： (1)原电池中，负极材料的活动性一定强于正极材料的活动性(　　) (2)只要是自发的放热的化学反应就可以设计为原电池(　　) (3)原电池的负极上一定发生氧化反应，故负极本身质量一定减轻(　　) (4)向Zn和稀H2SO4反应的溶液中，滴加几滴CuSO4溶液，产生气泡速率加快，是因为构成了原电池(　　) (5)原电池中正极材料必须与电解质溶液的某种离子反应(　　) × × × √ × 2.下列有关 原电池(如图)的叙述，错误的是 A．该装置可将化学能转化为电能 B．溶液中SO42-向Zn移动 C．将稀硫酸换成CuSO4溶液，负极的电极反应不变 D．电子从Zn经外电路流向Cu，再经过稀硫酸回流到Zn D 3.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 C 4.实验探究是提高学习效果的有力手段。某同学用如图所示装置研究原电池原理。下列说法错误的是 A．若图1中的Zn、Cu下端接触，可观察到Cu片上有无色气泡产生 B．图2中H+向Cu片移动 C．图1中气泡产生速度比图2快 D．图3中正极的电极反应式为Cu2++2e-=Cu C 5.下列有关新能源的说法不正确的是 A.绿色植物通过光合作用，将光能转化为化学能 B.风能、太阳能是清洁能源 C.氢能还未进入实用阶段的主要原因是其燃烧所释放热量低于相同质量的矿物燃料 D.共享单车利用太阳能发电完成卫星定位，有利于节能环保 C 感谢 您的聆听 THANKS 沪科版必修第二册