【化學(xué)】化學(xué)反應(yīng)與電能 課件 2023-2024學(xué)年高一下學(xué)期化學(xué)人教版（2019）必修第二冊

化學(xué)反應(yīng)與電能第一課時(shí)：化學(xué)反應(yīng)與電能我們的生活很難離開電生活中人們使用的電能來自于哪里?火力發(fā)電水力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電太陽能發(fā)電核能發(fā)電電池供電2001年2015年2018年近幾年中國發(fā)電總量構(gòu)成對比2018年，中國發(fā)電總量占比世界發(fā)電總量的1/4；近階段，火電仍然是中國發(fā)電的主要組成；其它形式的發(fā)電占比逐年在增加。火力發(fā)電是怎么樣產(chǎn)生的？火力發(fā)電——燃煤發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程化學(xué)能（燃料）燃燒熱能蒸汽渦輪機(jī)機(jī)械能發(fā)電機(jī)電能①使用的化石燃料屬于不可再生資源;②化石燃料的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體(如SO2、CO等)及粉塵,污染環(huán)境;③能量經(jīng)過多次轉(zhuǎn)化，能量利用率低。思考：火力發(fā)電有什么缺點(diǎn)？電子定向移動(dòng)氧化還原反應(yīng)寫出鋅和稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式并用單線橋分析探究把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置？Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑2e-【思考1】電流是怎樣產(chǎn)生的？【思考2】什么反應(yīng)中有電子的轉(zhuǎn)移？Zn+2H+=Zn2++H2↑2e-【實(shí)驗(yàn)6-3】探究實(shí)驗(yàn)討論與交流實(shí)驗(yàn)一：分別將鋅片和銅片插入稀硫酸溶液中觀察鋅片和銅片上現(xiàn)象和差別？實(shí)驗(yàn)二：鋅片和銅片先插入稀硫酸溶液中，然后再用導(dǎo)線連接觀察鋅片和銅片上有何現(xiàn)象？實(shí)驗(yàn)三：鋅片和銅片通過導(dǎo)線接電流表插入稀硫酸溶液中觀察電流表上有何現(xiàn)象？【實(shí)驗(yàn)6-3】探究實(shí)驗(yàn)討論與交流實(shí)驗(yàn)一：分別將鋅片和銅片插入稀硫酸溶液中觀察鋅片和銅片上現(xiàn)象和差別？實(shí)驗(yàn)二：鋅片和銅片先插入稀硫酸溶液中，然后再用導(dǎo)線連接觀察鋅片和銅片上有何現(xiàn)象？實(shí)驗(yàn)三：鋅片和銅片通過導(dǎo)線接電流表插入稀硫酸溶液中觀察電流表上有何現(xiàn)象？原電池【實(shí)驗(yàn)6-3】銅鋅未連接時(shí)，鋅片表面有氣泡，銅片無明顯變化。原因是與金屬活動(dòng)性順序有關(guān)。銅鋅未連接時(shí)反應(yīng)的離子方程式00+2實(shí)驗(yàn)一+1失

2e-得

2×e-Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑結(jié)論：鋅與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣，而銅不反應(yīng)銅鋅連接時(shí)，銅表面出現(xiàn)大量氣泡，鋅片溶解，表面無氣泡實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)三銅片上：有氣泡鋅片上：逐漸溶解電流表：指針偏轉(zhuǎn)電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明導(dǎo)線中有電流產(chǎn)生1.定義：將___________直接轉(zhuǎn)變成___________的裝置叫做原電池。一：原電池化學(xué)能電能AZnCuSO42－H+H+e－本質(zhì)：氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個(gè)不同的電極上進(jìn)行。鋅片：銅片：Zn－2e－=Zn2+2H+＋2e－

=H2↑

(氧化反應(yīng))(還原反應(yīng))【課堂練習(xí)】1.下列設(shè)備工作時(shí)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是（）ABCD

鋰離子電池太陽能集熱器燃?xì)庠罟杼柲茈姵谹思考：依據(jù)原電池的裝置圖，構(gòu)成原電池的條件是什么？原電池AZnCuSO42－H+H+e－原電池(4)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)(1)兩個(gè)活潑性不同的電極，如：金屬與金屬、金屬與非金屬(2)

電解質(zhì)溶液(溶液或者熔融)(3)電極用導(dǎo)線相連并插入電解液構(gòu)成閉合回路2.原電池的構(gòu)成條件酒精、蔗糖、四氯化碳不是電解質(zhì)（非電解質(zhì)）原電池正極：負(fù)極：電子流入的電極電子流出的電極通常是不活潑金屬或石墨電極通常是活潑金屬得電子，化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)失電子，化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)鋅片：Zn－2e－=Zn2+

(氧化反應(yīng))銅片：2H+＋2e－

=H2↑(還原反應(yīng))AZnCuSO42－H+H+e－3.正極，負(fù)極：電子、離子的移動(dòng)方向外電路：

原電池CuZn---Zn2+H+H+Zn－2e－=Zn2+2H++2e－=H2↑氧化反應(yīng)還原反應(yīng)負(fù)極正極陽離子陰離子SO42-發(fā)生溶解產(chǎn)生氣泡原電池總反應(yīng)：Zn+2H+=Zn2++H2↑

電子流向:負(fù)極

沿導(dǎo)線

正極電流方向:正極

沿導(dǎo)線

負(fù)極內(nèi)電路：外電路內(nèi)電路4.工作原理負(fù)氧正還陽離子→正極；陰離子→負(fù)極【注意】電子不下水，離子不上岸【正正,負(fù)負(fù)】1下列哪些裝置能構(gòu)成原電池？×√√×××原電池2下列裝置能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是（）B化學(xué)反應(yīng)與電能預(yù)期現(xiàn)象：鋅片溶解；銅片上有紅色物質(zhì)析出；電流表指針偏轉(zhuǎn)負(fù)極：Zn-2e-

=Zn2+正極：2Cu2++2e-

=Cu觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，其中哪些與預(yù)測一致，哪些與預(yù)測不同？再探原電池鋅銅原電池：Zn+Cu2+=Zn2++Cu1.為什么鋅片上有紅色物質(zhì)生成？因?yàn)殇\與CuSO4溶液直接接觸，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，所以鋅片表面有銅析出。2.為什么電流表讀數(shù)不斷減??？因?yàn)殂~在鋅表面析出后，與CuSO4溶液一起形成了原電池，產(chǎn)生的電流并沒有經(jīng)過電流表，所以電流表的讀數(shù)不斷減小。鋅與CuSO4溶液的接觸面積逐漸減少，當(dāng)鋅片表面完全被銅覆蓋后，相當(dāng)于兩個(gè)電極都是銅，已不能發(fā)生原電池反應(yīng)，最后沒有電流產(chǎn)生。【分析原因】（1）該原電池在工作中有何缺點(diǎn)？（2）如何改進(jìn)？【深入探討】鋅與硫酸銅溶液直接接觸發(fā)生反應(yīng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能效率低(部分化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為熱能),不能持續(xù)產(chǎn)生電流。還原劑Zn與氧化劑CuSO4不直接接觸兩個(gè)溶液間缺少離子導(dǎo)體，無法形成閉合回路。5.雙液-鹽橋原電池鹽橋：裝有飽和的KCl等溶液和瓊脂制成的瓊膠（1）瓊膠的作用是防止管中溶液流出；（2）K+和Cl-能在瓊膠內(nèi)自由移動(dòng)；（3）離子只出不進(jìn)。ZnCuZnSO4溶液CuSO4溶液AZn2+e-e-Cu2+Cl-K+鹽橋①溝通內(nèi)電路，形成閉合回路②平衡電荷，使溶液保持電中性③避免電極與電解質(zhì)溶液直接反應(yīng)，放電更持久。鹽橋的作用：一個(gè)原電池由兩個(gè)半電池組成，一個(gè)發(fā)生氧化反應(yīng)，一個(gè)發(fā)生還原反應(yīng)，兩個(gè)半電池用鹽橋連接。鋅半電池銅半電池原電池裝置的改造mACuZn2+Cu2+SO42-SO42-ZnK+Cl-Zn2+mAZn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=Cu—氧化反應(yīng)鹽橋還原反應(yīng)+負(fù)極正極把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不同區(qū)域進(jìn)行，再以適當(dāng)方式連接，可以獲得電流。單液原電池鹽橋（雙液）原電池1.兩個(gè)半反應(yīng)在同一區(qū)域進(jìn)行，電流不穩(wěn)定。2.兩個(gè)半反應(yīng)在不同區(qū)域進(jìn)行，電流持續(xù)、穩(wěn)定。相同點(diǎn)：氧化還原反應(yīng)原理；兩個(gè)電極；都能產(chǎn)生電流；外電路均是電子的定向移動(dòng)，內(nèi)電路均是離子的定向移動(dòng)。不同點(diǎn)：鹽橋（雙液）原電池Zn-2e-

=

Zn2+

Cu2++2e-=

Cu正極：還原反應(yīng)ZnSO4溶液CuSO4溶液負(fù)極：氧化反應(yīng)2、提高了能量轉(zhuǎn)化率（化學(xué)能→電能）；3、有效避免了電極材料與電解質(zhì)溶液的直接反應(yīng)，能夠防止裝置中化學(xué)能的自動(dòng)釋放(自放電)，增加了原電池的使用壽命。1、離子在鹽橋中作定向移動(dòng)，減少了離子的混亂，使離子移動(dòng)更加有序，能夠產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電流；缺點(diǎn)：1.內(nèi)阻大，電流弱2.鹽橋需要定期更換設(shè)計(jì)雙液原電池依據(jù)：已知一個(gè)氧化還原反應(yīng)，負(fù)極：如發(fā)生氧化反應(yīng)的為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接作負(fù)極;如為氣體(如H2)或溶液中的還原性離子，可用惰性電極(如Pt、石墨棒)作負(fù)極。正極：發(fā)生還原反應(yīng)的(電解質(zhì)溶液中的陽離子)在正極上被還原。正極電極材料一般不如負(fù)極材料活潑。本例中可用惰性電極(如Pt、石墨棒)作正極。電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液一般能與負(fù)極材料反應(yīng)。但如果兩個(gè)半反應(yīng)分別在兩個(gè)容器中進(jìn)行(中間連接鹽橋)，則左右兩個(gè)容器中的電解質(zhì)溶液選擇與電極材料相同的陽離子。如本例中可用ZnCl2和FeCl3溶液作電解質(zhì)溶液。1.依據(jù)反應(yīng)：2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示。請回答下列問題：（1）電極X的材料是_________；電解質(zhì)溶液Y是_______；（2）銀電極為電池的_______極，發(fā)生的電極反應(yīng)為_____________；X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為

_____________。（3）外電路中的電子是從_____電極流向______電極。銅AgNO3正2Ag++2e-=2AgCu-2e-=Cu2+AgCu1.陽離子交換膜：只允許陽離子通過3.質(zhì)子交換膜：只允許H+通過2.陰離子交換膜：只允許陰離子通過改進(jìn)?增大電流呢？縮短鹽橋長度，增大鹽橋橫截面積能否用一張薄薄的隔膜代替鹽橋呢？雙液原電池電流弱的原因？改進(jìn)措施？①離子運(yùn)動(dòng)的距離長②離子運(yùn)動(dòng)的通道窄③離子容量小電池內(nèi)阻大，輸出電壓小離子交換膜簡介離子交換膜是一種含離子基團(tuán)的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。由于固定離子基團(tuán)吸引膜外的異種電荷離子，在電位差推動(dòng)下透過膜體，同時(shí)排斥同種電荷的離子，攔阻它進(jìn)入膜內(nèi)。2.下列裝置中，能構(gòu)成原電池的是________(填序號(hào))，能構(gòu)成原電池的指出電極的名稱并寫出電極反應(yīng)。①②⑤①Cu-正極：2H＋＋2e－===H2↑；Fe-負(fù)極：Fe－2e－===Fe2＋②Zn-負(fù)極：Zn－2e－===Zn2＋；Fe-正極：Cu2＋＋2e－===Cu⑤Ag-正極：2Ag＋＋2e－===2Ag；Cu-負(fù)極：Cu－2e－===Cu2＋2Cu－4e－=2Cu2＋O2＋4e－＋4H＋=2H2O3H2－6e－＋6OH－=6H2O2FeO42－＋5H2O＋6e－=Fe2O3＋10OH－電極材料反應(yīng)類型電子流向電極現(xiàn)象離子移向負(fù)極正極e-較活潑金屬

氧化反應(yīng)

電子流出不斷溶解質(zhì)量減小陰離子移向較不活潑金屬或能導(dǎo)電的非金屬

還原反應(yīng)

電子流入電極增重或有氣體產(chǎn)生陽離子移向【歸納小結(jié)】判斷原電池正、負(fù)極的方法內(nèi)容內(nèi)容內(nèi)容6.原電池原理的應(yīng)用1．比較金屬活動(dòng)性

兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí)，一般作負(fù)極的金屬比正極的金屬活潑。例如：有兩種金屬a和b，用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生。則：金屬_____是負(fù)極，金屬_____是正極；金屬活動(dòng)性：________。aba＞b原電池內(nèi)容內(nèi)容內(nèi)容6.原電池的應(yīng)用2．增大氧化還原反應(yīng)的速率

一個(gè)氧化還原反應(yīng)，構(gòu)成原電池時(shí)的反應(yīng)速率比直接接觸的反應(yīng)速率快。例如：鐵和稀H2SO4反應(yīng)時(shí)，若加入少量CuSO4溶液，F(xiàn)e與CuSO4反應(yīng)生成Cu，形成Fe|稀硫酸|Cu原電池，加快產(chǎn)生H2的速率。原電池FeCuSO42－H+H+H+e－負(fù)極：Fe-2e-=Fe2+正極：2H++2e-=H2Fe+Cu2+=Cu+Fe2+內(nèi)容內(nèi)容內(nèi)容6.原電池的應(yīng)用3．設(shè)計(jì)原電池

理論上，任何一個(gè)自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，都可以設(shè)計(jì)成原電池。利用原電池原理設(shè)計(jì)和制造原電池，可以將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。將反應(yīng)2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+設(shè)計(jì)成原電池。原電池負(fù)極：Cu-2e-=Cu2+正極：2Fe3++2e-=2Fe2+課堂檢測內(nèi)容內(nèi)容內(nèi)容【例1】理論上不能設(shè)計(jì)為原電池的化學(xué)反應(yīng)是（

）A．CH4+2O2

===CO2+2H2OB．2FeCl3+Fe===3FeCl2C．2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑D．HNO3+NaOH===NaNO3+H2OD課堂檢測內(nèi)容內(nèi)容內(nèi)容【例2】下圖是Zn和Cu形成的原電池，某實(shí)驗(yàn)興趣小組做完實(shí)驗(yàn)后，記錄如下：①Zn為正極，Cu為負(fù)極；②H+向負(fù)極移動(dòng)；③電子流動(dòng)方向，從Zn經(jīng)外電路流向Cu；

④Cu極上有H2產(chǎn)生；⑤正極的電極反應(yīng)式為

2H++2e－=H2↑。描述合理的是（

）A．①②③ B．③④⑤

C．①④⑤ D．②③④B課堂檢測內(nèi)容內(nèi)容內(nèi)容【例3】有a、b、c、d四種金屬。將a與b用導(dǎo)線連接起來，浸入電解質(zhì)溶液中，a不斷腐蝕；將a、d分別投入同濃度的鹽酸中，d