【化学】化学反应与电能 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

化学反应与电能第一课时：化学反应与电能我们的生活很难离开电生活中人们使用的电能来自于哪里?火力发电水力发电风力发电太阳能发电核能发电电池供电2001年2015年2018年近几年中国发电总量构成对比2018年，中国发电总量占比世界发电总量的1/4；近阶段，火电仍然是中国发电的主要组成；其它形式的发电占比逐年在增加。火力发电是怎么样产生的？火力发电——燃煤发电的能量转化过程化学能（燃料）燃烧热能蒸汽涡轮机机械能发电机电能①使用的化石燃料属于不可再生资源;②化石燃料的燃烧会产生大量的有害气体(如SO2、CO等)及粉尘,污染环境;③能量经过多次转化，能量利用率低。思考：火力发电有什么缺点？电子定向移动氧化还原反应写出锌和稀硫酸反应的化学方程式并用单线桥分析探究把化学能直接转变为电能的装置？Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑2e-【思考1】电流是怎样产生的？【思考2】什么反应中有电子的转移？Zn+2H+=Zn2++H2↑2e-【实验6-3】探究实验讨论与交流实验一：分别将锌片和铜片插入稀硫酸溶液中观察锌片和铜片上现象和差别？实验二：锌片和铜片先插入稀硫酸溶液中，然后再用导线连接观察锌片和铜片上有何现象？实验三：锌片和铜片通过导线接电流表插入稀硫酸溶液中观察电流表上有何现象？【实验6-3】探究实验讨论与交流实验一：分别将锌片和铜片插入稀硫酸溶液中观察锌片和铜片上现象和差别？实验二：锌片和铜片先插入稀硫酸溶液中，然后再用导线连接观察锌片和铜片上有何现象？实验三：锌片和铜片通过导线接电流表插入稀硫酸溶液中观察电流表上有何现象？原电池【实验6-3】铜锌未连接时，锌片表面有气泡，铜片无明显变化。原因是与金属活动性顺序有关。铜锌未连接时反应的离子方程式00+2实验一+1失

2e-得

2×e-Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑结论：锌与稀硫酸反应生成氢气，而铜不反应铜锌连接时，铜表面出现大量气泡，锌片溶解，表面无气泡实验二实验三铜片上：有气泡锌片上：逐渐溶解电流表：指针偏转电流表指针发生偏转，说明导线中有电流产生1.定义：将___________直接转变成___________的装置叫做原电池。一：原电池化学能电能AZnCuSO42－H+H+e－本质：氧化反应和还原反应分别在两个不同的电极上进行。锌片：铜片：Zn－2e－=Zn2+2H+＋2e－

=H2↑

(氧化反应)(还原反应)【课堂练习】1.下列设备工作时，将化学能转化为电能的是（）ABCD

锂离子电池太阳能集热器燃气灶硅太阳能电池A思考：依据原电池的装置图，构成原电池的条件是什么？原电池AZnCuSO42－H+H+e－原电池(4)能自发进行的氧化还原反应(1)两个活泼性不同的电极，如：金属与金属、金属与非金属(2)

电解质溶液(溶液或者熔融)(3)电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路2.原电池的构成条件酒精、蔗糖、四氯化碳不是电解质（非电解质）原电池正极：负极：电子流入的电极电子流出的电极通常是不活泼金属或石墨电极通常是活泼金属得电子，化合价降低，发生还原反应失电子，化合价升高，发生氧化反应锌片：Zn－2e－=Zn2+

(氧化反应)铜片：2H+＋2e－

=H2↑(还原反应)AZnCuSO42－H+H+e－3.正极，负极：电子、离子的移动方向外电路：

原电池CuZn---Zn2+H+H+Zn－2e－=Zn2+2H++2e－=H2↑氧化反应还原反应负极正极阳离子阴离子SO42-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

正极电流方向:正极

沿导线

负极内电路：外电路内电路4.工作原理负氧正还阳离子→正极；阴离子→负极【注意】电子不下水，离子不上岸【正正,负负】1下列哪些装置能构成原电池？×√√×××原电池2下列装置能将化学能转化为电能的是（）B化学反应与电能预期现象：锌片溶解；铜片上有红色物质析出；电流表指针偏转负极：Zn-2e-

=Zn2+正极：2Cu2++2e-

=Cu观察并记录实验现象，其中哪些与预测一致，哪些与预测不同？再探原电池锌铜原电池：Zn+Cu2+=Zn2++Cu1.为什么锌片上有红色物质生成？因为锌与CuSO4溶液直接接触，发生氧化还原反应，所以锌片表面有铜析出。2.为什么电流表读数不断减小？因为铜在锌表面析出后，与CuSO4溶液一起形成了原电池，产生的电流并没有经过电流表，所以电流表的读数不断减小。锌与CuSO4溶液的接触面积逐渐减少，当锌片表面完全被铜覆盖后，相当于两个电极都是铜，已不能发生原电池反应，最后没有电流产生。【分析原因】（1）该原电池在工作中有何缺点？（2）如何改进？【深入探讨】锌与硫酸铜溶液直接接触发生反应，化学能转化为电能效率低(部分化学能直接转化为热能),不能持续产生电流。还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。5.双液-盐桥原电池盐桥：装有饱和的KCl等溶液和琼脂制成的琼胶（1）琼胶的作用是防止管中溶液流出；（2）K+和Cl-能在琼胶内自由移动；（3）离子只出不进。ZnCuZnSO4溶液CuSO4溶液AZn2+e-e-Cu2+Cl-K+盐桥①沟通内电路，形成闭合回路②平衡电荷，使溶液保持电中性③避免电极与电解质溶液直接反应，放电更持久。盐桥的作用：一个原电池由两个半电池组成，一个发生氧化反应，一个发生还原反应，两个半电池用盐桥连接。锌半电池铜半电池原电池装置的改造mACuZn2+Cu2+SO42-SO42-ZnK+Cl-Zn2+mAZn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=Cu—氧化反应盐桥还原反应+负极正极把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。单液原电池盐桥（双液）原电池1.两个半反应在同一区域进行，电流不稳定。2.两个半反应在不同区域进行，电流持续、稳定。相同点：氧化还原反应原理；两个电极；都能产生电流；外电路均是电子的定向移动，内电路均是离子的定向移动。不同点：盐桥（双液）原电池Zn-2e-

=

Zn2+

Cu2++2e-=

Cu正极：还原反应ZnSO4溶液CuSO4溶液负极：氧化反应2、提高了能量转化率（化学能→电能）；3、有效避免了电极材料与电解质溶液的直接反应，能够防止装置中化学能的自动释放(自放电)，增加了原电池的使用寿命。1、离子在盐桥中作定向移动，减少了离子的混乱，使离子移动更加有序，能够产生持续稳定的电流；缺点：1.内阻大，电流弱2.盐桥需要定期更换设计双液原电池依据：已知一个氧化还原反应，负极：如发生氧化反应的为金属单质，可用该金属直接作负极;如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、石墨棒)作负极。正极：发生还原反应的(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。正极电极材料一般不如负极材料活泼。本例中可用惰性电极(如Pt、石墨棒)作正极。电解质溶液：电解质溶液一般能与负极材料反应。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如本例中可用ZnCl2和FeCl3溶液作电解质溶液。1.依据反应：2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题：（1）电极X的材料是_________；电解质溶液Y是_______；（2）银电极为电池的_______极，发生的电极反应为_____________；X电极上发生的电极反应为

_____________。（3）外电路中的电子是从_____电极流向______电极。铜AgNO3正2Ag++2e-=2AgCu-2e-=Cu2+AgCu1.阳离子交换膜：只允许阳离子通过3.质子交换膜：只允许H+通过2.阴离子交换膜：只允许阴离子通过改进?增大电流呢？缩短盐桥长度，增大盐桥横截面积能否用一张薄薄的隔膜代替盐桥呢？双液原电池电流弱的原因？改进措施？①离子运动的距离长②离子运动的通道窄③离子容量小电池内阻大，输出电压小离子交换膜简介离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。由于固定离子基团吸引膜外的异种电荷离子，在电位差推动下透过膜体，同时排斥同种电荷的离子，拦阻它进入膜内。2.下列装置中，能构成原电池的是________(填序号)，能构成原电池的指出电极的名称并写出电极反应。①②⑤①Cu-正极：2H＋＋2e－===H2↑；Fe-负极：Fe－2e－===Fe2＋②Zn-负极：Zn－2e－===Zn2＋；Fe-正极：Cu2＋＋2e－===Cu⑤Ag-正极：2Ag＋＋2e－===2Ag；Cu-负极：Cu－2e－===Cu2＋2Cu－4e－=2Cu2＋O2＋4e－＋4H＋=2H2O3H2－6e－＋6OH－=6H2O2FeO42－＋5H2O＋6e－=Fe2O3＋10OH－电极材料反应类型电子流向电极现象离子移向负极正极e-较活泼金属

氧化反应

电子流出不断溶解质量减小阴离子移向较不活泼金属或能导电的非金属

还原反应

电子流入电极增重或有气体产生阳离子移向【归纳小结】判断原电池正、负极的方法内容内容内容6.原电池原理的应用1．比较金属活动性

两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的金属活泼。例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。则：金属_____是负极，金属_____是正极；金属活动性：________。aba＞b原电池内容内容内容6.原电池的应用2．增大氧化还原反应的速率

一个氧化还原反应，构成原电池时的反应速率比直接接触的反应速率快。例如：铁和稀H2SO4反应时，若加入少量CuSO4溶液，Fe与CuSO4反应生成Cu，形成Fe|稀硫酸|Cu原电池，加快产生H2的速率。原电池FeCuSO42－H+H+H+e－负极：Fe-2e-=Fe2+正极：2H++2e-=H2Fe+Cu2+=Cu+Fe2+内容内容内容6.原电池的应用3．设计原电池

理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。利用原电池原理设计和制造原电池，可以将化学能直接转化为电能。将反应2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+设计成原电池。原电池负极：Cu-2e-=Cu2+正极：2Fe3++2e-=2Fe2+课堂检测内容内容内容【例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课堂检测内容内容内容【例2】下图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，记录如下：①Zn为正极，Cu为负极；②H+向负极移动；③电子流动方向，从Zn经外电路流向Cu；

④Cu极上有H2产生；⑤正极的电极反应式为

2H++2e－=H2↑。描述合理的是（

）A．①②③ B．③④⑤

C．①④⑤ D．②③④B课堂检测内容内容内容【例3】有a、b、c、d四种金属。将a与b用导线连接起来，浸入电解质溶液中，a不断腐蚀；将a、d分别投入同浓度的盐酸中，d