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

第六章 化学反应与能量 　第一节　化学反应与能量变化 第2课时　化学反应与电能 人教版 高一年级 必修二 原理： 我们日常使用的电能主要来自火力发电。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 课堂引入 能量转换过程： 火力发电： 煤炭我国资源丰富，廉价方便；电能清洁安全，又快捷方便。 1.产生大量温室气体； 2.废气可能导致酸雨； 3.废料、废水； 4.经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低 5.煤炭是非可再生资源，会造成能源危机 火力发电的优缺点: 化学能 燃料燃烧 蒸汽轮机 发电机 电能 机械能 热能 缺点： 优点： 课堂引入 “原电池” 化学能 电能 想一想： 1.“电”从哪里来？ 2.电流是怎样产生的？ 3.哪些化学反应中有电子的转移？ 4.什么样的化学反应可以设计成电池？ 氧化还原反应：电子转移 原电池的前提：自发进行的氧化还原反应 失 2 e-，化合价升高，被氧化 得 2 e-，化合价降低，被还原 思考：能否找到一种装置将化学能直接转化为电能？ 课堂引入 1.定义：把化学能直接转变为电能的装置 【实验6-3】 锌片表面有气泡，铜片表面没有气泡 Zn+2H+ = Zn2++H2↑，铜与稀硫酸不反应 锌片、铜片表面都有气泡 锌失去电子，经导线流向铜片，H+在铜片上得到电子还原成H2 铜片（锌片）上有气泡，电流计指针偏转 说明导线中有电流通过 认识原电池 Zn 比Cu活泼，用导线连在一起时，Zn片失去的电子变成Zn2+进入溶液。 锌片：Zn－2e－ = Zn2+ （氧化反应） 电子经导线流向Cu片， 溶液中的H＋由于电场作用下移向Cu片得电子被还原成H2。 铜片：2H+＋2e－ = H2 ↑ （还原反应） 思考：如何根据已有知识判定原电池的正负极？ 灯 物理电学上规定：正电荷定向流动的方向为电流方向。 灯 化学上规定：电子流出的一极为负极。 电流方向 电子流向 认识原电池 Zn-2e-=Zn2+ 2H+ +2e-=H2 Zn失去电子，发生氧化反应 H+在铜极上得到电子，发生还原反应 电子从锌极流出 流入铜极 经外电路 e- e- Zn2+ H+ H+ SO42- H H 离子在电场的作用下定向移动（电泳） 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 注意：溶液中无电子 2.工作原理 负极 正极 认识原电池 负极 正极 金属活泼性 发生的反应 电子流动方向 溶液中离子 的流动方向 反应现象 活泼性较强的金属 活泼性较弱的金属 （或非金属导体C） 氧化反应 还原反应 电子流出 电子流入 阳离子移向正极 阴离子移向负极 电极溶解（质量减少） 电极质量增加或不变（或有气泡产生） 3.如何判断原电池的正负极 认识原电池 H2SO4 (aq) CuSO4 (aq) Zn Cu 负极( ): . 正极( ): . 总反应式: . 负极( ): . 正极( ): . 总反应式: . 请在图上标出电子的流动方向和电流方向，并判断正负极，写出电极反应式和总反应式。 Ag Fe I e- e- I Fe Ag Fe－2e - = Fe2+ 2H++2e - = H2↑ Fe+2H+ = Fe2+ +H2↑ Zn Cu Zn－2e - = Zn2+ Cu2+ +2e - = Cu Zn+Cu2+ = Zn2 ++ Cu 课堂检测 结合下列信息，分析构成原电池的必要条件 更换电极材料 活动性不同的金属 构成原电池的必要条件 更换电极材料 金属与非金属导体（石墨） 构成原电池的必要条件 更换溶液 电极需插进电解质溶液或熔融态中 思考：原电池中的反应实质？ 原电池的负极和电解质溶液发生氧化还原反应 构成原电池的必要条件 硫酸铜 稀硫酸 Zn Cu 必须形成闭合回路 构成原电池的必要条件 理论上，自发的 反应均可构成原电池。 具体条件是： ①具有 的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)； ②溶液：两电极均插入 溶液中； ③导线：两极用导线相连，形成闭合回路。 活动性不同 电解质 氧化还原 两极一液成回路 构成原电池的必要条件 A A A A A Zn Cu Fe C(石墨) Zn Cu Zn Zn Fe Cu 稀H2SO4 稀H2SO4 稀H2SO4 稀H2SO4 A B C D Zn Cu A 酒精 硫酸溶液 E F G H √ √ Fe Cu √ 判断下列装置能发生原电池反应的是： 学科网 CuSO4 溶液 √ 是不是原电池？ √ 课堂检测 将反应Fe＋Cu2＋＝Fe2＋＋Cu，设计为原电池 依据反应式确定电极材料与电解质溶液 Cu2＋＋2e－＝Cu Fe Cu Fe－2e－＝Fe2＋ CuSO4溶液 CuCl2溶液 简易电池的设计 CuSO4溶液 CuSO4溶液 Zn 行吗？ × Sn Pb C CuSO4溶液 CuCl2溶液 简易电池的设计 ①比较金属活泼性 ④保护金属材料 ③提供能源，服务生活 ②加快反应速率 ‘Mg-NaOH溶液-Al’电池的负极为Al 一般：负极>正极 如：实验室制氢气加入少量硫酸铜溶液（或用粗锌与酸反应） 牺牲阳极的阴极保护法 如：船体镶锌块 稀硫酸 Al Mg A 稀硫酸 Al Mg A NaOH ‘Cu-浓硝酸-Fe(Al)’原电池的负极为Cu 原电池的应用 间接： 直接： 化学能 燃烧 热 能 蒸汽 机械能 发动机 电能 装置 原电池 概 念 构成条件 工作原理 化 学 能 与 电 能 课堂小结 一次电池： 二次电池（可充电电池） 燃料电池 碱性电池 干电池 铅蓄电池 锂离子电池 常见的化学电源 （酸性电解质溶液） 1.干电池--(Zn -Mn干电池) Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl = ZnCl2+ Mn2O3+2NH3↑+H2O 负极(Zn): Zn - 2e- = Zn2+ 正极(C)： 2MnO2 + 2NH4++2e- = Mn2O3+ 2NH3↑+H2O 常见的化学电源 负极(Zn): Zn＋2OH- －2e- ＝Zn(OH)2 正极(C) ： 2MnO2＋2H2O＋2e-＝2MnO(OH)＋2OH- 总反应： Zn＋2MnO2＋2H2O＝2MnO(OH)＋Zn(OH)2 （碱性电解质溶液） 1.干电池--(Zn -Mn干电池) 常见的化学电源 负极: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4 正极: PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- 2PbSO4 + 2H2O 放电 充电 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。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅酸蓄电池。 2.铅酸蓄电池---充电电池 电解质 正极 负极 难溶于水 常见的化学电源 3.锂离子电池 锂离子电池 锂是最轻的金属，也是活泼性极强的金属，是制造电池的理想物质。锂是新一代可充电的绿色电池。 特点: 高能电池,工作效率高,电压高,贮存时间长等。 用途: 笔记本电脑、手机、数码照相机、摄像机、心脏起搏器等。 常见的化学电源 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。 4.燃料电池 常见的化学电源 碱性条件下: 负极：2H2 – 4e- =4H+ 正极：O2 + 4H+ + 4e- =2H2O 酸性条件下： 负极：2H2 + 4OH- – 4e- = 4H2O 正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 总反应：2H2 + O2 = 2H2O H2SO4(aq)/KOH(aq) H2 O2 — + 4.燃料电池 常见的化学电源 (1)甲烷-氧气燃料电池 电解质为KOH溶液 写出下列甲烷燃料电池的电极反应式及总反应式 (2)甲烷-氧气燃料电池 电解质为H2SO4溶液 CH4 - 8e-+ 2H2O = CO2 +8H+ 2O2 + 8e- + 8H+ = 4H2O CH4 + 2O2 = CO2+ 2H2O 负极： 正极： 总反应式： CH4 - 8e- + 10OH- ＝ CO32- + 7H2O 2O2 + 8e- + 4H2O ＝ 8OH- CH4+2O2+2OH -＝CO32-+3H2O 负极： 正极： 总反应式： 课堂检测 总反应式： 负极： 正极： 资料卡片 电池研发人员 电池研发与生产、生活和军事等领域的发展密切相关。电池研发人员的工作包括电池构成材料的研制、电池性能的改进和应用的拓展等。以燃料电池为例，研发中需要研究电极、电解质等电池基本构成材料的性质和材料之间的相容性；研究不同类型的电池构成材料在不同用途时对温度、湿度等环境因素的适应性；还要研究使用什么样的电池材料使电池的容量更大；等等。这些研究工作关系着电池的效率、寿命、安全性、适用性和制造成本。在许多科研机构和生产企业中，都有具备着扎实的化学基础的研究人员从事电池研发工作。 化学与职业 Lavf59.6.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.72 $