6.1.2化学反应与电能课件高一下学期化学人教版2

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【学习目标与核心素养】学习目标1、通过实验探究认识化学能与电能之间转化的实质。2、理解原电池的概念及工作原理和构成条件。3、了解干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。4、能正确书写简单化学电源的电极反应式。核心素养1、科学探究：认识构成原电池的条件及其原理，判断原电池的正负极。2、创新意识：利用原电池原理能设计原电池。3、宏观辨识与微观探析：会分析物质化学变化中的能量变化与物质微观结构的关系。情境素材1.我国目前电能主要来自

发电2.火力发电的原理首先通过化石燃料

，使

，加热水使之

以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。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。火力燃烧化学能转变为热能汽化为蒸汽3.能量转换过程分组讨论：火力发电存在的问题？直接？1、煤炭是非可再生资源，会造成能源危机2、煤炭燃烧会产生污染性气体3、经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低思维推进小组总结：火力发电存在的问题？想一想：化学能转化为电能的关键是燃烧，燃烧是氧化还原反应，本质是电子的转移。那么能否使氧化还原反应释放的能量直接转化为电能呢？这是什么装置？1.自由电子定向移动形成

.2.氧化还原反应:Zn+H2SO4=ZnSO4+H22e-离子方程式

Zn+2H+=Zn2++H22e-实质问题1：这些电池释放的电能来自哪里?问题2：形成电流首先要有电子的定向移动，哪些反应会有电子转移？化学能氧化还原反应

探究把化学能直接转变为电能的装置稀硫酸Zn电流电子转移Zn+2H+=Zn2++H2↑2e-放热反应电流定向转移能量方式转换电能探究把化学能直接转变为电能的装置【实验探究】【实验6-3】(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。【实验探究】现象

当锌片与铜片插入稀硫酸时，锌片上有气泡产生，铜片上无气泡产生；当用导线将锌片和铜片相连后，铜片上有气泡产生；串联电流表后，电流表指针发生偏转，说明导线中有电流通过。解释?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）【解释现象】装置现象解释或结论实验1①锌片：不断溶解，且锌片上有_________②铜片：___________锌是活泼金属能与稀硫酸反应产生氢气；铜不能与稀硫酸反应实验2①锌片：不断溶解②铜片：_______，但铜片上产生大量气泡③电流计：指针发生______有______产生，装置中_____能转化为_____能1.原电池的概念原电池是把

能转化为

能的装置；原电池的反应本质是

反应。2.原电池的工作原理(1)分析右图并填空原电池总反应式：

(2)能量转化：

能转变为

能。化学电氧化还原Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑化学负极氧化反应Zn－2e－===Zn2＋正极还原反应2H＋＋2e－===H2↑电原电池—概念原理原电池工作原理模型：

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）原电池—模型构建H2SO4(aq)CuSO4(aq)ZnCu负极():.正极():.总反应式:.负极():.正极():.总反应式:.练一练：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。AgFeIe-e-IFeAgFe－2e-=Fe2+2H++2e-=H2↑Fe+2H+=Fe2++H2↑ZnCuZn－2e-=Zn2+

Cu2++2e-=CuZn+Cu2+=Zn2++

Cu铜-锌-稀硫酸原电池中，铜换成石墨棒能不能产生电流？3.原电池的构成条件练习：判断下列原电池的正负极.ZnCu稀硫酸ZnFeA稀硫酸CZnFeCA稀硫酸A稀硫酸A负极:较活泼的金属正极:较不活泼的金属或非金属导体-+-+-+-+形成条件1：活泼性不同的两个电极（可以）（不可以）（可以）（不可以）形成条件2：电极需插进电解质溶液（或熔融电解质）中形成条件3：必须形成闭合回路3、原电池的构成条件：①自发的氧化还原反应（前提）②两极有电势差③闭合回路外电路：内电路：溶液熔融导线两个电极（导体）电解质或两电极直接接触形成条件4：能自发进行的氧化还原反应（不可以）深化拓展1.原电池的构成条件——“两极一液一连环一反应”练一练：1、下列所示装置是否能构成原电池？√√√2.(原电池的构成条件)下列装置中能够组成原电池的是_____(填序号)，其他不能构成原电池的试分别说明理由：_______________________________________________________________________________________________________________。③⑤①只有一个电极，②中两个电极的活泼性相同，④中为非电解质溶液，不能导电，⑥电解质溶液(内电路)未形成闭合回路判断原电池正、负极的方法＊由组成原电池的两极材料判断：一般是活泼的金属为负极活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极＊根据电流方向或电子流动方向判断：电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。＊根据原电池两极发生的变化来判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。＊由电极现象判断：质量减小或溶解的一极为负极；质量不变有气泡产生或质量增加的为正极。能力提升原电池正、负极判断的五个依据

判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式电子的流动方向，溶液中离子的运动方向。①②③(×)(×)(∨)2H++2e-=H2↑负极：总反应：正极：Zn-2e-=Zn2+Zn+2H+＝Zn2++H2↑练一练：⑤④(∨)(∨)负极：正极：总反应：Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=

H2↑Zn+2H+＝Zn2++H2↑正极：负极：总反应：Fe-

2e-=Fe2+Cu2++2e-=

CuFe+Cu2+＝Fe2++Cu或Fe+CuSO4＝Cu+FeSO4(∨)⑥

AMgFeCuSO4溶液⑦()∨负极：正极：总反应：Mg-

2e-=Mg2+Cu2++2e-=CuMg+Cu2+

＝Cu+Mg2+或Mg+CuSO4＝MgSO4+Cu

ACuAgNO3溶液石墨负极：正极：总反应：Cu

-

2e-=Cu2+2Ag++2e-=2AgCu+2Ag+

＝2Ag+Cu2+或Cu+2AgNO3＝Cu(NO3)2+2Ag课堂巩固1、理论上不能设计为原电池的化学反应是（

）A．CH4+2O2

===CO2+2H2OB．2FeCl3+Fe===3FeCl2C．2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑D．HNO3+NaOH===NaNO3+H2OD本质：氧化还原反应2、下列关于原电池的叙述，正确的是（

）A．构成原电池的正极和负极材料必须是两种活动性不同的金属B．原电池是将化学能转变为电能的装置C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极课堂巩固B课堂巩固3、判断下列原电池的负极材料是什么？a极b极电解质溶液负极AlFe稀盐酸

AlMg稀H2SO4

AlMg浓HNO3

AlCu浓HNO3

AlMgNaOH溶液

FeCCuSO4

AlMgMgCuAlFe①一般较活泼的金属作负极。②失去电子，发生氧化反应的是负极。③电子流出（电流流入）的是负极。④阴离子移向的一极是负极。⑤电极溶解（质量减少）的为负极。如何判断原电池的负极？4、下列装置能构成原电池的是

，能构成原电池的，写出其电极反应式和总反应式。课堂巩固CDE5．某小组为研究原电池原理，设计如图装置。下列叙述正确的是(

)A．a和b不连接时，铁片上会有H2产生B．a和b用导线连接时，铁片上发生的反应为Cu2＋＋2e－===CuC．a和b用导线连接时，电子由a流向bD．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，

溶液从蓝色逐渐变成浅绿色D课堂巩固6、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是（）A.铁圈和银圈左右摇摆不定；B.保持平衡状态；C.铁圈向下倾斜；D.银圈向下倾斜；课堂巩固D7、如图装置，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的（）A、A是锌，B是铜，C为稀H2SO4

B、A是铜，B是锌，C为稀硫酸C、A是铁，B是银，C为AgNO3溶液D、A是Ag，B是铁，C为AgNO3溶液

A

CABD课堂巩固二、原电池的设计与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（2）简易电池水果电池中，水果的作用是什么？超级柠檬电池（1）该电池的电池反应是什么？该电池利用了金属锌与酸的反应（2）若用铁片代替锌片LED灯能不能亮？若用铁片代替铜片呢？若用铁片代替锌片，铁能与酸反应，LED灯仍然能亮离子方程式:Zn+2H+=Zn2++H2↑若用铁片代替铜片，由于锌比铁活泼，仍然发生反应Zn+2H+=Zn2++H2↑，LED灯仍然能亮。二、简易电池的设计与制作（3）若用银片代替锌片LED灯能不能亮？（4）由上面分析可知构成原电池的条件有哪些？

不能。银片代替锌片，银和铜都不能与酸反应，无电流产生，LED灯不亮。①自发进行的氧化还原反应，设置在两个不同的区域②合适的电极材料和电解质③形成闭合回路一、锌锰干电池（一次电池）常见的锌锰干电池的构造如图所示。其中，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液，锌筒作负极。在使用过程中，电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极），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。这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。常见的化学电池——干电池（一次）

负极：Zn﹣2e-

=Zn2+

碱性锌锰干电池——将电解质NH4Cl换成KOH负极：Zn﹣2e-+2OH-

=Zn(OH)2正极：2MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)+2OH-总：Zn+2MnO2

+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2常见的化学电池——干电池（一次）二、充电电池（二次电池）

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。常见的化学电池——充电电池（二次）铅酸蓄电池（-）PblH2SO4IPbO2(+)负极：Pb﹣2e-+SO42-

=PbSO4正极：PbO2+2e-+4H++SO42-

=PbSO4+2H2O总：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O常见的化学电池——充电电池（二次）常见的化学电池——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。①反应物不储存在电池内部，而由外界提供的。电池只是一个反应器。

②电极一般不参与反应，常采用惰性电极：活性炭棒、金属铂等③燃料在负极发生氧化反应，O2在正极发生还原反应，两者不直接燃烧；电解质不同，电极反应可能不同，产物也不一定相同。氢氧燃料电池（H2

、O2）氢氧燃料电池电解质负极（H2）正极（O2）酸性H2SO4(aq)

碱性KOH(aq)

中性Na2SO4(aq)总反应：2H2+

O2

=2H2O2H2-4e-=4H+

2H2+

4OH--4e-=4H2OO2+4H++

4e-=2H2O

O2+

2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+

O2+

2H2O+4e-=4OH-甲烷燃料电池（CH4、O2）甲烷电池H2SO4作电解质KOH作电解质负极

正极

总反应式

CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+2O2+

8H++

8e-=4H2O2O2+8e-+

4H2O

=8OH-CH4+2O2=CO2+2H2OCH4+10OH--8e-=CO32-+7H2OCH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O甲烷燃料电池拓展：废电池对环境的危害电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。“水俣病”“痛痛病”一粒钮扣电池能污染60万升水（这是一个人一生的用水量）。一节一号电池埋在地里，能使１平方米的土地失去使用价值。

中国电池的年产量180多亿只，占世界电池总产量的30％以上，年消费量达70－80亿只，但回收率却不足２％。减少污染节约资源1、被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片（在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰）作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为：Zn+2MnO2+H2O===ZnO+2MnO(OH)，下列说法正确的是（

）A．电池工作时，锌失去电子，做正极B．该电池反应中二氧化锰起催化剂作用C．当生成0.1molZnO时，转移电子个数为1.204×1024D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5gD课堂巩固2、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O

3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题：(1)放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应，则负极反应式为_____________________________________________，正极反应式为_________________________________________。(2)放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。放电充电正还原3Zn－6e－＋6OH－=3Zn(OH)22FeO42－＋6e－＋8H2O=2Fe(OH)3＋10OH－课堂巩固3、锂—空气电池的工作原理如图，总反应式为4Li＋O2＋2H2O=4LiOH。回答下列问题：(1)A、B分别为原电池的什么极？发生什么反应？写出电极反应式。(2)电解液a可以是水溶液吗？为什么？(3)电解液中的Li＋向什么极迁移？(4)电解液b的pH如何变化？(1)A极为负极，发生氧化反应，4Li－4e－=4Li＋。B极为正极，发生还原反应，O2＋4e－＋2H2O=4OH－(2)不可以，因为Li与H2O反应。

(3)Li＋向B极迁移。(4)pH增大。课堂巩固原电池原理的应用问题探究锌与稀硫酸反应所用原电池装置如图所示,试根据该装置讨论如下问题:(1)根据该装置可得Zn和Cu的活动性谁强?提示:Zn强。(2)仿照上面的装置设计装置实现反应Zn+CuSO4

===ZnSO4+Cu。提示:原电池的应用深化拓展1.加快氧化还原反应速率一个自发进行的氧化还原反应,设计成原电池可以加快反应速率。2.比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正极的金属活动性强。3.用于金属保护将被保护的金属与比其活泼的金属连接,形成原电池。4.设计原电池(1)依据已知一个氧化还原反应,首先通过分析找出氧化剂、还原剂,一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化),氧化剂(一般为电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。(2)实例以Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑为例:素能应用典例

某原电池总反应离子方程式为2Fe3++Fe===3Fe2+,不能实现该反应的原电池是(

)A.正极为Cu,负极为Fe,电解质溶液为FeCl3溶液B.正极为C,负极为Fe,电解质溶液为Fe(NO3)3溶液C.正极为Ag,负极为Fe,电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液D.正极为Ag,负极为Fe,电解质溶液为CuSO4溶液答案:D课堂巩固1、请设计原电池实现下列反应，画出原电池的装置，标出正负极，并写出电极反应式：⑴Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu⑵Cu+2Ag+=Cu2++2Ag⑶2Fe3++Fe=3Fe2+⑷2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+课堂巩固2、有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减小，b极质量增大b极有气泡产生，c极无变化d极溶解，c极有气泡产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是。d>a>b>c课堂巩固3．锌与H2SO4反应制H2时向溶液中加少量CuSO4后为什么反应速率加快？锌置换出铜构成原电池。4．欲提高Cu粉与硝酸的反应速度，可加入下列什么试剂（）A．蒸馏水 B．碳酸钠固体 C．食盐水 D．AgNO3溶液（少量）D

5.铁在下列情况下腐蚀最快的是（）A．铁放入海水中 B．将铁和锌连接后放入到海水中C．将铁和锌连接后放入到淡水中 D．将铁和锡连接后放入到海水中D

变式训练1有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:由此可判断这四种金属的活动性顺序是(

)A.a>b>c>d B.b>c>d>aC.d>a>b>c D.a>b>d>c答案:C解析:装置一是原电池,a极质量减小,说明a极金属易失去电子形成离子,故a极金属比b极金属活泼;装置二没有形成原电池,由现象可知b比c活泼,且c位于金属活动性顺序中氢的后面;装置三和四均形成原电池,由现象易知d比c活泼,d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。原电池电极反应式的书写方法问题探究1.根据铅酸蓄电池的正、负极材料和电解质,写出各电极反应式。2.写出氢氧燃料电池在碱性介质中的电极反应式。3.如何根据原电池的总反应判断原电池的正、负极?正极反应式、负极反应式和总反应式之间有什么关系?提示:发生氧化反应的一极是原电池的负极,发生还原反应的一极是原电池的正极。在得失电子一致的情况下,总反应式=负极反应式+正极反应式。深化拓展1.电极反应式的书写(1)原电池负极反应式的书写①较活泼金属作负极时,电极本身被氧化若生成的阳离子不与电解质溶液反应,其产物可直接写为金属阳离(2)原电池正极反应式的书写书写时总的原则是首先根据元素化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒,其次确定该微粒得电子后生成什么物质。2.一般电极反应式的书写思路

↓↓素能应用典例

燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置,若电解质溶液是强碱溶液,下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是(

)A.负极反应式:O2+2H2O+4e-===4OH-B.负极反应式:CH4+8OH--8e-===CO2+6H2OC.随着放电的进行,溶液的氢氧根浓度不变D.放电时,溶液中的阴离子向负极移动答案:D变式训练2锂电池是一代新型高能电池,它以能量密度大而受到普遍重视,目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应为答案:B解析:根据原电池中,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,再结合总反应可知,Li失去电子生成Li+被氧化,为负极;MnO2得到电子被还原,为正极。课堂小结1