人教版高中化学必修二 化学反应与能量变化 化学反应与能量课件(第3课时原电池原理应用化学电源)

第3课时原电池原理应用

化学电源第六章

第一节化学反应与能量变化

1.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电源的特点。2.掌握构成电池的要素，了解不同电极材料对电池性能的影响。3.能正确书写简单化学电源的电极反应式。核心素养发展目标二、化学电源内容索引NEIRONGSUOYIN一、设计原电池拓展延伸电极反应式的书写设计原电池SHEJIYUANDIANCHI011.依据已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。知识梳理2.实例以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑为例Zn－2e－===Zn2＋2H＋＋2e－===H2↑Cu或C稀硫酸(1)理论上任何氧化还原反应都可设计成原电池(

)(2)原电池中负极上发生氧化反应(

)(3)原电池中正极材料一定发生还原反应(

)(4)原电池中正极材料必须与电解质溶液的某种离子反应(

)判断正误×√××1.理论上讲，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____________________。理解应用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)归纳总结用双线桥法书写电极反应式的步骤2.水果简易电池的制作(1)探究制作水果电池对电极材料的要求(按如图连接)(已知电流表的指针偏向电子流入的电极)电极材料水果电流表偏转方向电极名称铁片、铜片苹果偏向铜片铁：_____铜：_____铁片、镁条苹果偏向_____铁：_____镁：_____铁片、碳棒柠檬偏向_____铁：_____碳棒：_____铁片、铁片柠檬_______

铜片、碳棒柠檬几乎不偏转

负极正极铁片正极负极碳棒负极正极不偏转问题讨论：水果的作用是作：

。实验结论：构成原电池的要素有：①自发的氧化还原反应。②两个活泼性

的电极，

溶液，形成闭合回路。③根据电极材料判断电极：较活泼金属作

，不活泼的金属或惰性电极作

。电解质溶液不同电解质负极正极(2)探究影响电流效果的因素【实验1】探究电极材料对电流效果的影响电极材料电极间距/cm水果电流表/μA，偏转角度(填“大”或“小”)铁、铜1苹果___镁、铜1苹果___小大实验结论：在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电流效果越好。【实验2】探究不同水果对电流效果的影响电极材料电极间距/cm水果电流表/μA，偏转角度锌、铜1苹果___锌、铜1柠檬___小大实验结论：在其他条件相同时，不同的电解质溶液，电流效果

。不同【实验3】探究电极间距对电流效果的影响电极材料电极间距/cm水果电流表/μA，偏转角度锌、铜1柠檬___锌、铜2柠檬___大小实验结论：在其他条件相同时，两电极间距越小，电流效果

。越好归纳总结水果电池的电流效果与电极材料、水果的种类有关，另外还与两电极间距离以及电极插入水果的深度等因素有关。1.右图为番茄制作的水果电池，下列说法正确的是A.一段时间后，铜片质量减小B.锌电极发生氧化反应C.电流由锌通过导线流向铜D.铜电极是该电池的负极跟踪强化123√解析锌的金属性强于铜，所以锌是负极，铜是正极，溶液中的氢离子在正极得到电子生成氢气，所以选项B正确。2.利用离子反应“Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋”设计原电池，下列设计不合理的是①铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池②石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池③铁片、锌片、Fe(SO4)3溶液组成的原电池④银片、铁片、Fe(NO3)2溶液组成的原电池A.①② B.②③ C.③④ D.②④解析Cu不如铁活泼，则Fe作负极、Cu作正极，故①正确；活泼金属铁作负极，电解质溶液是含有Fe3＋的溶液，故②正确；Fe不如Zn活泼，则Fe作正极、Zn作负极，故③错误；电解质溶液必须是可溶性的铁盐溶液，故④错误。123√3.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”)。123返回铜银(或碳棒)AgNO3溶液2Ag＋＋2e－===2AgCu－2e－===Cu2＋铜(负)负02化学电源HUAXUEDIANYUAN1.一次电池(1)特点：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。(2)锌锰干电池的构造如图所示：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

。知识梳理不能无法负极Zn－2e－===Zn2＋正极二氧化锰电解质溶液2.二次电池(充电电池)(1)特点：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。(2)能量转化：化学能

电能(3)常见的充电电池：铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池。3.燃料电池(1)特点：①反应物储存在电池外部，②能量转换效率高、清洁、安全，③供电量易于调节。(2)燃料电池常用的燃料有：

、

、乙醇等。常用氧化剂：氧气。氧化还原反应逆向进行氢气甲烷(1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细(

)(2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能(

)(3)充电电池可以无限制地反复充电、放电(

)(4)氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率高(

)判断正误×××√1.1800年伏打用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片叠成电堆产生了电流，这个装置后来称为伏打电池(也叫伏打电堆)，如下图所示。理解应用观察示意图，思考回答下列问题：(1)负极是：___，电极反应_______________。(2)正极是：____。(3)猜测得电子发生还原反应的物质可能是______。ZnZn－2e－===Zn2＋Cu氧气2.铅酸电池常用作汽车电瓶，其构造如图所示，工作时该电池总的方程式为：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O按要求回答下列问题：(1)负极材料是____，正极材料是______，电解质溶液是_______。PbPbO2H2SO4解析负极每个铅原子失去2e－，就生成一个PbSO4，负极增加一个SO，SO的摩尔质量为96g·mol－1。(2)工作时，电解质溶液中的H＋移向___________极。(3)工作时，电解质溶液中硫酸的浓度_____(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)当铅蓄电池向外电路提供2mole－时，理论上负极板的质量增加___g。PbO2电(正)减小961.下列有关电池的叙述不正确的是A.水果电池是方便实用的家用电池B.铅蓄电池是一种常用的二次电池C.氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置D.锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄跟踪强化123√42.下列电池工作时，O2在正极得电子的是ABCD锌锰电池铅蓄电池氢氧燃料电池镍镉电池√解析氢氧燃料电池的总反应是2H2＋O2===2H2O，因而正极是O2得电子发生还原反应。12343.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√解析A项，在锌锰干电池中，锌外壳是负极，石墨碳棒是正极，故正确；B项，在外电路中电子从锌外壳流向碳棒，故错误；C项，电流的方向与电子的流向相反，应从碳棒流向锌，故错误；D项，电池内部，阳离子向正极碳棒移动，故错误。1234返回4.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＋SO－2e－===PbSO4D.电池放电时，溶液的酸性增强解析从铅蓄电池的放电反应可以看出：放电过程中Pb失去电子变为Pb2＋，发生氧化反应，因而Pb是负极；PbO2得到电子发生还原反应，被还原；反应过程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性减弱。√123403拓展延伸电极反应式的书写TUOZHANYANSHENDIANJIFANYINGSHIDESHUXIE1.书写电极反应式的原则电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。2.书写电极反应式的基本类型(1)类型一题目给定原电池的装置图，未给总反应式①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SO不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4)④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。(2)类型二题目中给出原电池的总反应式①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。1.一种镁－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。理解应用(1)负极电极反应式___________________________，正极电极反应式_______________________。Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2O2＋4e－＋2H2O===4OH－解析Mg是强还原剂，易失电子，作负极，失电子变为Mg2＋，而Mg2＋与OH－不共存，因而电极反应为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2；活性炭为正极，吸附在活性炭中的氧气得电子变为O2－，O2－与H2O不共存，生成OH－，电极反应式为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____________________________。解析两极反应式相加即可得电池总反应式。ab2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)22.(2019·北海期末)某锂离子电池的工作原理如图所示(a极材料为金属锂和石墨的复合材料，b极材料为FePO4和石墨的复合材料)，其电池反应为Li＋FePO4===LiFePO4(1)a为___极，电极反应式：_____________；b为___极，电极反应式：______________________________。(2)电池内部Li＋由___侧移向___侧(填“左”或“右”)。(3)能否用磷酸溶液作电解质____。(填“能”或“否”)负Li－e－===Li＋正FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4左右否3.如图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。试回答下列问题：(1)酸式电池的电极反应：负极：_________________，正极：______________________；电池总反应：________________。2H2－4e－===4H＋O2＋4e－＋4H＋===2H2O2H2＋O2===2H2O解析正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，酸性条件下与H＋结合成H2O。负极上，H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。(2)碱式电池的电极反应：负极：________________________，正极：_______________________；电池总反应：_________________。解析正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，碱性条件下与H2O结合成OH－。负极上，H2失电子变为H＋，碱性条件下H＋不能大量存在，与OH－结合成H2O。2H2－4e－＋4OH－===4H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－2H2＋O2===2H2O方法总结燃料电池电极反应式的书写(1)写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。(2)写出电池的正极反应式。无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正极一般都是O2发生还原反应，在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，则正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(3)写出负极反应式：负极反应式＝总反应式－正极反应式。返回第一节化学反应与能量变化

第3课时第六章化学反应与能量

一、导入新课【复习回顾】为什么有的化学反应吸热、有的反应放热？因为反应物与生成物的总能量不一样高、或者旧键断裂吸收的总能量与新键生成所释放的总能量不相同。能源一次能源：直接从自然界取得的能源。二次能源：一次能源经过加工、转换得到的能源。一、导入新课一次能源：风能水能石油原煤天然气二次能源：电力蒸汽一、导入新课现代社会中使用最为普遍的能源？电能——又称电力（二次能源）电力是怎样产生的？二、推进新课1.火力发电原理及过程一、化学能与电能的相互转化二、推进新课(2)存在的问题：经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低；环境污染严重。(3)燃烧的本质是氧化还原反应，而氧化还原反应的本质是电子转移。化学能（燃料）热能机械能电能燃烧蒸汽发电机（蒸汽轮机）(1)能量转换二、推进新课?什么样的化学反应才具备将化学能转化为电能的前提呢？请说明原因。化学能电能直接考虑火力发电的利弊，研究新的发电方式方式之一就是尝试将化学能直接转化为电能---就像电池。其好处就是减少中间环节能损，高效、清洁利用燃料，不浪费能源，更方便。二、推进新课【实验6-3】(1)分别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)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。二、推进新课稀H2SO4ZnCu实验现象离子方程式思考问题寻找答案你对问题2的想法锌表面有气泡产生，铜表面无明显现象Zn+2H+=Zn2++H2↑1.反应中，哪种物质失电子，哪种物质得电子？2.什么方法可使Zn与H+分开，不让H+直接在Zn表面得电子？用导线将锌表面的电子引出来二、推进新课稀H2SO4ZnCu实验现象离子方程式思考问题寻找答案组内交流列出想法大量气泡从铜片逸出，锌片部分溶解Zn+2H+=Zn2++H2↑1.H+得到的电子是Cu失去的吗？2.在这个过程中Cu起什么作用？3.你怎样才能知道导线中有电子通过？Cu起传导电子的作用。可用电流表（灯泡）测电流及方向。二、推进新课稀H2SO4ZnCu实验现象解释现象思考问题寻找答案组内交流列出想法锌表面无气泡，铜表面有气泡，电流表发生偏转。A电子由Zn导线铜片H+定向移动产生电流，故电流表的指针发生偏转1.电子从Zn到H+经历了哪些途径？2.你认为这个过程能量是如何转化的？化学能直接转化为电能二、推进新课稀H2SO4ZnCuA【实验现象】铜片上有气泡产生，锌片不断溶解，电流表的指针发生偏转。【实验结论】导线中有电流通过（产生电能）二、推进新课2.原电池(1)定义：将化学能转变成电能的装置叫做原电池。(2)电极：电子流入的电极，通常是不活泼金属或石墨电极现象：有气泡产生或质量增加作用：导电电子流出的电极，通常是活泼金属现象：质量减小或溶解作用：提供电子正极：负极：二、推进新课(3)电极反应式负极：Zn–2e-=Zn2+氧化反应正极：2H++2e-

=H2↑

还原反应(4)总反应式（两个电极反应之和）Zn+2H+=Zn2++H2↑Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑原电池反应的本质是：氧化还原反应。二、推进新课较活泼金属较不活泼金属负极正极发生氧化反应发生还原反应e-电流电子流出，电流流入电子流入，电流流出(5)原电池原理：负极发生氧化反应，正极发生还原反应，电子从负极经外电路流向正极，从而产生电流，使化学能转变成电能。（电流方向呢？）二、推进新课原电池工作原理分析：

Zn极电子:从Zn极流出电流:经导线流入Zn极电极:负极（-）电极反应:Zn-2e-=Zn2+

反应类型:氧化反应

外电路Zn极:Zn变成Zn2+进入溶液中Zn极周围溶液的电荷:有多余的正电荷离子移向:阳离子(Zn2+、H+)移向正极内电路闭合回路Cu极电子：经导线流入Cu极电流：从Cu极流出电极：正极（+）电极反应：2H++2e-=H2反应类型:还原反应Cu极：表面上有气泡产生Cu极周围的电荷:有多余的负电荷离子移向:阴离子(SO42-、OH-)移向负极两极上进行阴阳离子作定向移动（电解质导电）二、推进新课电子(电流)流动方向：电解质溶液中离子的移动方向：阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。原氧负，电还阴；带负电的（阴离子）移向化合价升高的一极（负极）；电子不下溶液，离子不上导线。“负极出电子，电子回正极”【记忆】二、推进新课3.原电池的特点：(1)氧化反应(负极)、还原反应(正极)分别在两极上发生。有电流产生(电能)。利用原电池原理可制作各种电池，如干电池、铅蓄电池、银锌电池、锂电池、氢氧燃料电池……。(2)正负两极上进出电子总数相等，根据电子守恒原理可进行许多有关电极反应的计算。二、推进新课(4)电极：负极有损耗（金属溶解或燃料气体失去电子变成离子进入溶液中）。

正极有新物质生成（阳离子或非金属单质得到电子被还