【課件】化學(xué)能與電能 課件 2022-2023學(xué)年高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊(cè)

第六章化學(xué)反應(yīng)與能量

第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)與能量變化

第2課時(shí)化學(xué)反應(yīng)與電能【學(xué)習(xí)目標(biāo)與核心素養(yǎng)】學(xué)習(xí)目標(biāo)1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識(shí)化學(xué)能與電能之間轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)。2、理解原電池的概念及工作原理和構(gòu)成條件。3、了解干電池、充電電池、燃料電池等發(fā)展中的化學(xué)電源的特點(diǎn)。4、能正確書(shū)寫(xiě)簡(jiǎn)單化學(xué)電源的電極反應(yīng)式。

核心素養(yǎng)1、科學(xué)探究：認(rèn)識(shí)構(gòu)成原電池的條件及其原理，判斷原電池的正負(fù)極。2、創(chuàng)新意識(shí)：利用原電池原理能設(shè)計(jì)原電池。3、宏觀辨識(shí)與微觀探析：會(huì)分析物質(zhì)化學(xué)變化中的能量變化與物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系。原理：我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔苤饕獊?lái)自火力發(fā)電?；鹆Πl(fā)電是通過(guò)化石燃料燃燒時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，加熱水使之汽化為蒸汽以推動(dòng)蒸汽輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電?；鹆Πl(fā)電過(guò)程中，化學(xué)能經(jīng)過(guò)一系列能量轉(zhuǎn)化過(guò)程，間接轉(zhuǎn)化為電能。其中，燃燒（氧化還原反應(yīng)）是關(guān)鍵。1、火力發(fā)電：二、化學(xué)能與電能能量轉(zhuǎn)換過(guò)程：1、火力發(fā)電：優(yōu)點(diǎn)：煤炭我國(guó)資源豐富，廉價(jià)方便；電能清潔安全，又快捷方便。缺點(diǎn)：1.產(chǎn)生大量溫室氣體；2.廢氣可能導(dǎo)致酸雨；

3.廢料、廢水；

4.經(jīng)多次轉(zhuǎn)換，能量損耗大，燃料的利用率低

5.煤炭是非可再生資源，會(huì)造成能源危機(jī)火力發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn):火力發(fā)電存在什么問(wèn)題？化學(xué)能燃料燃燒蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)電能機(jī)械能熱能二、化學(xué)能與電能“原電池”化學(xué)能電能想一想：1.“電”從哪里來(lái)？2.電流是怎樣產(chǎn)生的？3.哪些化學(xué)反應(yīng)中有電子的轉(zhuǎn)移？4.什么樣的化學(xué)反應(yīng)可以設(shè)計(jì)成電池？氧化還原反應(yīng)：電子轉(zhuǎn)移原電池的前提：自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)失2e-，化合價(jià)升高，被氧化得2e-，化合價(jià)降低，被還原能否找到一種裝置將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能？二、化學(xué)能與電能(1)將鋅片和銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象。(2)用導(dǎo)線連接鋅片和銅片，觀察、比較導(dǎo)線連接前后的現(xiàn)象。(3)如圖6-6所示，用導(dǎo)線在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個(gè)電流表，觀察電流表的指針是否偏轉(zhuǎn)。（1）定義：把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。二、化學(xué)能與電能2、原電池【實(shí)驗(yàn)6-3】1.當(dāng)鋅片和銅片插入稀硫酸時(shí)，鋅片上有氣泡產(chǎn)生銅片上無(wú)氣泡，2.銅片上有氣泡產(chǎn)生，鋅片不斷溶解，3.串聯(lián)電流表后，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。解釋?現(xiàn)象說(shuō)明導(dǎo)線中有電流通過(guò)結(jié)論Zn比Cu活潑，用導(dǎo)線連在一起時(shí)，Zn片失去的電子變成Zn2+進(jìn)入溶液。鋅片：Zn－2e－=Zn2+（氧化反應(yīng)）電子經(jīng)導(dǎo)線流向Cu片，溶液中的H＋由于電場(chǎng)作用下移向Cu片得電子被還原成H2。銅片：2H+＋2e－

=H2↑（還原反應(yīng)）【解釋現(xiàn)象】如何根據(jù)已有知識(shí)判定原電池的正負(fù)極？燈物理電學(xué)上規(guī)定：正電荷定向流動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较颉艋瘜W(xué)上規(guī)定：電子流出的一極為負(fù)極。電流方向電子流向二、化學(xué)能與電能2、原電池Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2Zn失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)H+在銅極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)電子從鋅極流出流入銅極.經(jīng)外電路e-e-Zn2+H+H+SO42-HH離子在電場(chǎng)的作用下定向移動(dòng)（電泳）總反應(yīng)：Zn+2H+=Zn2++H2↑注意：溶液中無(wú)電子（2）工作原理：負(fù)極正極金屬活潑性發(fā)生的反應(yīng)電子流動(dòng)方向溶液中離子的流動(dòng)方向反應(yīng)現(xiàn)象活潑性較強(qiáng)的金屬活潑性較弱的金屬（或非金屬導(dǎo)體C）氧化反應(yīng)還原反應(yīng)電子流出電子流入陽(yáng)離子移向正極陰離子移向負(fù)極電極溶解（質(zhì)量減少）電極質(zhì)量增加或不變（或有氣泡產(chǎn)生）二、化學(xué)能與電能2、原電池（3）如何判斷原電池的正負(fù)極：思考與交流：通過(guò)對(duì)以上原電池原理的分析，說(shuō)一說(shuō)構(gòu)成原電池的必要條件有哪些呢？實(shí)驗(yàn)裝置

①②③

能否構(gòu)成原電池

構(gòu)成原電池條件一

（電極材料）實(shí)驗(yàn)探究:能活潑性不同的兩個(gè)電極能不能思考：負(fù)極材料和正極材料可以是哪類(lèi)物質(zhì)？負(fù)極：較活潑的金屬正極：較不活潑的金屬、石墨等二、化學(xué)能與電能2、原電池（溶液）實(shí)驗(yàn)裝置

（1）

（2）（3）

能否構(gòu)成原電池構(gòu)成原電池條件二能Fe能不能思考：反應(yīng)實(shí)質(zhì)？電極必須插入電解質(zhì)溶液中電解質(zhì)溶液原電池的負(fù)極和電解質(zhì)溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)二、化學(xué)能與電能2、原電池（是否閉合）實(shí)驗(yàn)裝置

（1）

（2）能否構(gòu)成原電池

構(gòu)成原電池條件三不能兩極相連形成閉合回路能二、化學(xué)能與電能2、原電池(4)構(gòu)成條件：理論上，自發(fā)的

反應(yīng)均可構(gòu)成原電池。具體條件是：①具有

的兩個(gè)電極(金屬與金屬或金屬與能導(dǎo)電的非金屬)；②溶液：兩電極均插入

溶液中；③導(dǎo)線：兩極用導(dǎo)線相連，形成閉合回路?；顒?dòng)性不同電解質(zhì)氧化還原二、化學(xué)能與電能2、原電池兩極一液成回路AAAAAZnCuFeC(石墨)ZnCuZnZnFeCu稀H2SO4

稀H2SO4

稀H2SO4稀H2SO4

ABCDZnCuA酒精硫酸溶液

EFGH√√FeCu√判斷下列裝置能發(fā)生原電池反應(yīng)的是：學(xué)科網(wǎng)CuSO4溶液√我能行！是不是原電池？√(5)原電池原理的應(yīng)用①比較金屬活潑性

④保護(hù)金屬材料③提供能源，服務(wù)生活②加快反應(yīng)速率‘Mg-NaOH溶液-Al’電池的負(fù)極為Al‘Cu-濃硝酸-Fe(Al)’原電池的負(fù)極為Cu一般：負(fù)極>正極如：實(shí)驗(yàn)室制氫氣加入少量硫酸銅溶液（或用粗鋅與酸反應(yīng)）犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法如：船體鑲鋅塊稀硫酸AlMgA稀硫酸AlMgANaOH二、化學(xué)能與電能2、原電池干電池堿性電池蓄電池鋰離子電池燃料電池形形色色的電池三、常見(jiàn)的化學(xué)電源化學(xué)電池一次電池：如干電池二次電池（可充電電池）：鉛蓄電池等燃料電池：氫氧燃料電池分類(lèi)三、常見(jiàn)的化學(xué)電源

常見(jiàn)的鋅錳干電池的構(gòu)造如圖6-10所示。其中，石墨棒作正極，氯化銨糊作電解質(zhì)溶液，鋅筒作負(fù)極。在使用過(guò)程中，電子由鋅筒（負(fù)極）流向石墨棒（正極），鋅逐漸消耗，二氧化錳不斷被還原，電池電壓逐漸降低，最后失效。這種電池放電之后不能充電（內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)無(wú)法逆向進(jìn)行），屬于一次電池。Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O負(fù)極(Zn):

Zn-2e-=Zn2+正極(C)：2MnO2

+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3↑+H2O1、干電池--(Zn-Mn干電池)三、常見(jiàn)的化學(xué)電源負(fù)極:Pb+SO42--2e-=PbSO4

正極:PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O正極：PbO2負(fù)極：Pb電解質(zhì)：H2SO4溶液氧化反應(yīng)還原反應(yīng)正負(fù)極材料Pb+PbO2+4H++2SO42-2PbSO4+2H2O放電充電

有些電池放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時(shí)可以逆向進(jìn)行，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)放電（化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能）與充電（電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能）的循環(huán)。這種充電電池屬于二次電池。常見(jiàn)的充電電池有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，目前汽車(chē)上使用的大多是鉛酸蓄電池。2、鉛酸蓄電池---充電電池電解質(zhì)正極負(fù)極三、常見(jiàn)的化學(xué)電源3、鋰離子電池鋰離子電池鋰是最輕的金屬，也是活潑性極強(qiáng)的金屬，是制造電池的理想物質(zhì)。鋰是新一代可充電的綠色電池。特點(diǎn):高能電池,工作效率高,電壓高,貯存時(shí)間長(zhǎng)等。用途:筆記本電腦、手機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、攝像機(jī)、心臟起搏器等。三、常見(jiàn)的化學(xué)電源發(fā)展中的燃料電池

燃料電池是一種將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑（如氧氣）的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)反應(yīng)裝置，具有清潔、安全、高效等特點(diǎn)。燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到80%以上。當(dāng)以氫氣為燃料時(shí)，產(chǎn)物為水；以甲烷為燃料時(shí)，產(chǎn)物為水和二氧化碳。與常規(guī)發(fā)電廠相比，其二氧化碳排放量明顯降低。燃料電池與干電池或蓄電池的主要差別在于反應(yīng)物不是儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，而是從外部提供，這時(shí)電池起著類(lèi)似試管、燒杯等反應(yīng)器的作用。燃料電池的供電量易于調(diào)節(jié)，能適應(yīng)用電器負(fù)載的變化，而且不需要很長(zhǎng)的充電時(shí)間，在航天、軍事和交通等領(lǐng)城有廣闊的應(yīng)用前景。4、燃料電池三、常見(jiàn)的化學(xué)電源堿性條件下:負(fù)極：2H2–4e-=4H+正極：O2+4H++4e-=2H2O酸性條件下：負(fù)極：2H2+4OH-–4e-=4H2O正極：O2+2H2O+4e-=4OH-總反應(yīng)：2H2+O2=2H2OH2SO4(aq)/KOH(aq)H2O2—+三、常見(jiàn)的化學(xué)電源4、燃料電池【化學(xué)與職業(yè)】電池研發(fā)人員電池研發(fā)與生產(chǎn)、生活和軍事等領(lǐng)域的發(fā)展密切相關(guān)。電池研發(fā)人員的工作包括電池構(gòu)成材料的研制、電池