6.2化學(xué)反應(yīng)與電能課件高一下學(xué)期化學(xué)人教版

人教版必修第二冊第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)與能量變化第二課時化學(xué)反應(yīng)與電能我國發(fā)電以什么為主？火力發(fā)電思考與交流：我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔苤饕獊碜曰鹆Πl(fā)電?；鹆Πl(fā)電是通過化石燃料燃燒時發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，化學(xué)能熱能機械能電能加熱水使之汽化為蒸汽以推動蒸汽輪機，帶動發(fā)電機發(fā)電。關(guān)鍵——燃燒(氧化還原反應(yīng))火力發(fā)電過程中，化學(xué)能經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)化過程，間接轉(zhuǎn)化為電能。思考與交流：我國為什么以火力發(fā)電為主，優(yōu)缺點有哪些？優(yōu)點：煤炭我國資源豐富，廉價方便；電能清潔安全，又快捷方便。缺點：產(chǎn)生大量溫室氣體；廢氣可能導(dǎo)致酸雨；廢料、廢水；火力發(fā)電的優(yōu)缺點能量轉(zhuǎn)換效率低。直接？1、煤炭是不可再生資源，會造成能源危機2、煤炭燃燒會產(chǎn)生污染性氣體3、經(jīng)多次轉(zhuǎn)換，能量損耗大，燃料的利用率低能否找到一種裝置將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能呢？電池在日常生活中的應(yīng)用隨處可見你知道傳說中的“水果電池”嗎？簡易電池的設(shè)計與制作【目的】設(shè)計和制作簡易電池，體會原電池的構(gòu)成要素。【用品】水果（蘋果、柑橘或檸檬等），鋅片，銅片等金屬片，石墨棒，導(dǎo)線，電流表?！緦嶒灐浚?）水果電池（2）簡易電池【實驗6-3】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)一個電流表，觀察電流表的指針是否偏轉(zhuǎn)。電池的原理是什么呢？先來看個探究實驗銅片和鋅片上的現(xiàn)象【實驗探究】1.將鋅片和銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中

鋅片溶解，鋅片上有氣泡冒出，銅片上無現(xiàn)象2.用導(dǎo)線連接鋅片和銅片鋅片溶解，銅片上有氣泡冒出3.用導(dǎo)線在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個電流表電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)【實驗結(jié)論】裝置中有電流產(chǎn)生，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能【解釋現(xiàn)象】鋅片：Zn－2e－=Zn2+Zn片失去電子變成Zn2+進入溶液。（氧化反應(yīng)）Zn與Cu用導(dǎo)線連在一起，

Zn比Cu活潑，銅片：2H+＋2e－

=H2↑（還原反應(yīng)）溶液中的H＋得電子被還原成H2總離子反應(yīng)式：Zn+2H+=Zn2++H2↑電子經(jīng)導(dǎo)線流向Cu片一、原電池1.定義：將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的裝置，稱為原電池電源2.正負極：+-負極：電子流進（或電流流出）的一極正極：電子流出（或電流流進）的一極負極正極2H++2e-=H2↑還原反應(yīng)氧化反應(yīng)Zn－2e-=Zn2+原電池總離子反應(yīng)式：

；

Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑3.電極反應(yīng)式：一、原電池（兩個電極反應(yīng)之和）小結(jié)：負極失去電子的一極氧化反應(yīng)活動性強正極得到電子的一極還原反應(yīng)活動性弱4.工作原理：e-↑e-→e-↓陽離子陰離子外電路：內(nèi)電路：陽離子→正極陰離子→負極負極→正極e-這樣整個電路構(gòu)成了閉合回路，帶電粒子的定向移動產(chǎn)生電流正極→負極Ⅰ一、原電池二、構(gòu)成原電池的條件構(gòu)成原電池的條件：實驗探究用品：鋅片、銅片、石墨，硫酸、硫酸銅、酒精，導(dǎo)線、電流表、燒杯。要求：請選擇上述用品，設(shè)計原電池裝置，并畫出裝置簡圖，儀器藥品不限。理論上，自發(fā)的

反應(yīng)均可構(gòu)成原電池。氧化還原條件一：有活潑性不同的兩個電極（兩種金屬或金屬和非金屬導(dǎo)體）二、構(gòu)成原電池的條件可以AA不可以A可以形成條件二：電極需插進電解質(zhì)溶液（或熔融電解質(zhì)）中；二、構(gòu)成原電池的條件A可以A不可以A可以形成條件三：必須形成閉合回路二、構(gòu)成原電池的條件A

CuZnH2SO4不可以可以ZnH2SO4H2SO4ACu鹽橋不可以①能自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應(yīng)。兩極一液成回路本質(zhì)：氧化還原反應(yīng)二、構(gòu)成原電池的條件②兩種活動性不同電極。③電極必須插入電解質(zhì)溶液（或熔融電解質(zhì)）。④電極用導(dǎo)線相連構(gòu)成閉合回路。（活潑性不同的金屬或一種金屬和另一種非金屬導(dǎo)體）問題與討論1.在水果電池中，水果的作用是什么？水果起到了電解質(zhì)溶液的作用。a.活潑性不同的金屬；問題與討論通過比較不同材料作電極的簡易電池，你是否發(fā)現(xiàn)電極材料的選擇有一些值得注意的問題？請與同學(xué)交流你的經(jīng)驗。b.金屬和非金屬（非金屬必須能導(dǎo)電）；3.在以上實驗中，電池不可或缺的構(gòu)成部分由哪些？

電解質(zhì)溶液、活潑性不同的電極、導(dǎo)線，問題與討論水果必須具有一定的酸堿性,并且必須可以和電極發(fā)生反應(yīng)。原電池是由哪幾部分組成？各起什么作用？提示構(gòu)成原電池需有兩個活潑性不同的電極，將電極插入電解質(zhì)溶液中，兩電極間用導(dǎo)線連接使之構(gòu)成閉合回路。思考1電極的作用是導(dǎo)電，有些電池中電極材料會參加反應(yīng)；導(dǎo)線的作用是傳導(dǎo)電子；電解質(zhì)溶液的作用是通過自由離子的移動傳導(dǎo)電荷。在銅鋅稀硫酸原電池中，電子是怎樣移動的？電子能否通過電解質(zhì)溶液？如果不能，電流是如何形成的？思考2提示由于金屬鋅比金屬銅活潑，鋅失去電子，電子通過導(dǎo)線流向銅片。電子不能通過電解質(zhì)溶液，在稀硫酸中H＋移向銅片，SO42－移向鋅片，陰、陽離子定向移動形成電流。電子不下水，離子不上岸?！菊n堂練習(xí)】H2SO4(aq)CuSO4(aq)ZnCu負極():.正極():.總反應(yīng)式:.負極():.正極():.總反應(yīng)式:.

請在圖上標出電子的流動方向和電流方向，并判斷正負極，寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。AgFeIe-e-IFeAgFe－2e-=Fe2+2H++2e-=H2↑Fe+2H+=Fe2++H2↑ZnCuZn－2e-=Zn2+

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

Cu【課堂練習(xí)】1、一個電池反應(yīng)的離子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu，

該反應(yīng)的原電池正確組合是（）CABCD正極ZnCuCuFe負極CuZnZnZn電解質(zhì)溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl較活潑的電極材料質(zhì)量增加的電極——正極有氣泡冒出的電極為正極發(fā)生氧化反應(yīng)的極Ⅱ.①根據(jù)電極材料

Ⅰ.根據(jù)電子流動方向電子流出的極——負極如何判斷原電池的正負極？電子流入的極②根據(jù)原電池電極發(fā)生的反應(yīng)③根據(jù)電極增重還是減重④根據(jù)電極有氣泡冒出：較不活潑的電極材料發(fā)生還原反應(yīng)的極質(zhì)量減少的電極——正極——負極——正極——負極——正極——負極1．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，這個反應(yīng)能設(shè)計成原電池嗎，為什么？提示不能，因為它不是氧化還原反應(yīng)。提示不能，雖然它是氧化還原反應(yīng)，但不是釋放能量的氧化還原反應(yīng)。3．鋅與H2SO4反應(yīng)制H2時向溶液中加少量CuSO4后為什么反應(yīng)速率加快？提示鋅置換出銅構(gòu)成原電池。如圖，蘋果插上兩個不同電極可以構(gòu)成原電池，那么怎樣設(shè)計原電池呢？請完成下列討論：三、原電池的應(yīng)用1．比較金屬活動性三、原電池的應(yīng)用兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比正極的金屬活潑。(1)原理：一般原電池中，活潑金屬作負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，不活潑金屬作正極，發(fā)生還原反應(yīng)。(2)實例：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。由原電池原理可知，金屬活動性：A＞B2．加快氧化還原反應(yīng)的速率一個自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計成原電池時反應(yīng)速率增大。(1)原理：原電池中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進行，使溶液中離子運動時相互的干擾減小，使反應(yīng)速率增大。三、原電池的應(yīng)用(2)實例：實驗室用

Zn和稀硫酸反應(yīng)制取氫氣時，可滴入幾滴硫酸銅溶液，形成原電池，加快反應(yīng)速率。3．設(shè)計原電池利用原電池原理設(shè)計和制造原電池，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。(1)依據(jù)：已知一個氧化還原反應(yīng)，首先分析找出氧化劑、還原劑，三、原電池的應(yīng)用一般還原劑為負極材料(或在負極上被氧化)，氧化劑(電解質(zhì)溶液中的陽離子)在正極上被還原。(2)選擇合適的材料。①電極材料：電極材料必須導(dǎo)電。負極材料一般選擇較活潑的金屬材料，或者在該氧化還原反應(yīng)中，本身失去電子的材料。三、原電池的應(yīng)用3．設(shè)計原電池②電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液一般能與負極反應(yīng)。(3)實例：以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu為例三、原電池的應(yīng)用3．設(shè)計原電池【例5】有

a、b、c、d四種金屬，將

a與

b用導(dǎo)線連結(jié)起來浸入電解質(zhì)溶液中，b不易腐蝕。將

a、d分別投入等濃度的鹽酸中，d比

a反應(yīng)劇烈。將

Cu浸入

b的鹽溶液里，無明顯變化。如果把

Cu浸入

c的鹽溶液里，有

c的單質(zhì)析出。據(jù)此判斷它們的活動性由強到弱的順序是（）A．d、c、a、b B．d、a、b、c C．d、b、a、c D．b、a、d、cB【變5-1】X、Y、Z、W四種金屬片浸在稀鹽酸中，用導(dǎo)線連接，可以組成原電池，實驗結(jié)果如圖所示：則四種金屬的活動性由強到弱的順序為（）A．Z＞Y＞X＞W(wǎng) B．Z＞X＞Y＞W(wǎng)C．Z＞Y＞W(wǎng)＞X D．Y＞Z＞X＞W(wǎng)A【變5-2】有

a、b、c、d四個金屬電極，有關(guān)的反應(yīng)裝置及部分反應(yīng)現(xiàn)象如下：由此可判斷這四種金屬的活動性順序是（）A．a(chǎn)＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞c D．a(chǎn)＞b＞d＞cC【例6】實驗室中制取氫氣，化學(xué)反應(yīng)速率最快的方法是（）A．純鐵與稀硫酸反應(yīng) B．純鋅與稀硫酸反應(yīng)C．純鋅與稀鹽酸反應(yīng) D．粗鋅（含銅、銀）與稀硫酸反應(yīng)D【變6-1】欲提高

Cu粉與

1.2mol/L的

HNO3溶液的反應(yīng)速度，可加入下列什么試劑（）A．蒸餾水

B．碳酸鈉固體

C．食鹽水

D．AgNO3溶液（少量）D【變6-2】鐵在下列情況下腐蝕最快的是（）A．鐵放入海水中

B．將鐵和鋅連接后放入到海水中C．將鐵和鋅連接后放入到淡水中

D．將鐵和錫連接后放入到海水中D【例7】如圖所示的裝置中，鐵棒上析出銅，而鐵的質(zhì)量不變，符合要求的原電池是（）A．鐵棒作負極，銅棒作正極，電解質(zhì)溶液是CuSO4溶液B．鎂棒作負極，鐵棒作正極，電解質(zhì)溶液是CuSO4溶液C．鎂棒作負極，鐵棒作正極，電解質(zhì)溶液是FeCl3溶液D．鐵棒作負極，銅棒作正極，電解質(zhì)溶液是H2SO4溶液B(1)構(gòu)成原電池的兩電極材料不一定都是金屬，正極材料可以為導(dǎo)電的非金屬，例如石墨。兩極材料可能參與反應(yīng)，也可能不參與反應(yīng)。（正極一般不參與電極反應(yīng)，只起導(dǎo)電作用）

酒精、蔗糖、四氯化碳不是電解質(zhì)注意點(2)兩個活潑性不同的金屬電極用導(dǎo)線連接，共同插入電解質(zhì)溶液中不一定構(gòu)成原電池，必須有一個能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)。(3)在判斷原電池正、負極時，既要考慮金屬活潑性的強弱，也要考慮電解質(zhì)溶液性質(zhì)。注意點Cu/HNO3(濃)/Fe

原電池如Mg—Al—HCl溶液構(gòu)成的原電池中，負極為Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液構(gòu)成的原電池中，負極為Al，正極為MgCu/HCl/Fe

原電池：是Fe作負極：是Cu作負極鋁銅濃硝酸原電池電極反應(yīng)式為：1、在濃硝酸中，由于濃硝酸的強氧化性使得鋁表面形成致密的氧化鋁膜，阻礙了鋁與硝酸的接觸和進一步反應(yīng)。Cu+4HNO3(濃)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O所以，濃硝酸中，銅為負極，失電子，被氧化；鋁為正極，發(fā)生還原反應(yīng)。負極反應(yīng)式：Cu-2e-=Cu2+正極反應(yīng)式：

總反應(yīng)式：濃硝酸溶液Al（負極）（正極）2、當硝酸變稀后，稀硝酸將鋁表面的氧化鋁膜溶解，鋁與稀硝酸接觸。Al+4HNO3(稀)=Al(NO3)3+NO↑+2H2O此時，鋁為負極，失電子，被氧化；銅為正極，發(fā)生還原反應(yīng)。負極反應(yīng)式：Al-3e-

=Al3+正極反應(yīng)式：NO3-

+

3e-

+

4H+=NO↑+2H2O總反應(yīng)式：稀硝酸溶液Al（負極）（正極）鋁銅稀硝酸原電池電極反應(yīng)式為：原電池電極反應(yīng)方程式的書寫方法(1)負極反應(yīng)式的書寫若生成的陽離子與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，應(yīng)將“金屬失電子的反應(yīng)式”與“陽離子和電解質(zhì)溶液反應(yīng)的反應(yīng)式”疊加寫出?；顫娊饘僮髫摌O(電極材料本身反應(yīng))生成的陽離子與電解質(zhì)溶液不反應(yīng)時：M－ne－===Mn＋。首先判斷在正極反應(yīng)的物質(zhì)當負極材料與電解質(zhì)溶液能反應(yīng)時，在正極上發(fā)生電極反應(yīng)的物質(zhì)是電解液中的某種粒子。電極反應(yīng)方程式的書寫方法(2)正極反應(yīng)式的書寫當負極材料與電解質(zhì)溶液不反應(yīng)時，在正極上發(fā)生電極反應(yīng)的是溶解在電解液中的O2?！叭芙庋酢彼?、常見的化學(xué)電源常見的鋅錳干電池的構(gòu)造如圖6-10所示。負極(Zn):正極(C)：總離子反應(yīng)式：1、鋅錳干電池（一次電池）其中，石墨棒作正極，氯化銨糊作電解質(zhì)溶液，鋅筒作負極。/堿式氧化錳Zn-2e-=Zn2+MnO2

+NH4++e-=MnO(OH)

+NH3↑Zn+2MnO2+2NH4+===Zn2++2MnO(OH)+2NH3↑氫氧化氧錳在使用過程中，電子由鋅筒（負極）流向石墨棒（正極），鋅逐漸消耗，二氧化錳不斷被還原，這種電池放電之后不能充電（內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)無法逆向進行），屬于一次電池。1、鋅錳干電池（一次電池）四、常見的化學(xué)電源電池電壓逐漸降低，最后失效。隨著用電器朝著小型化、多功能化發(fā)展的要求，對電池的發(fā)展也提出了小型化、多功能化發(fā)展的要求。體積小、性能好的堿性鋅－錳電池應(yīng)運而生。這類電池的重要特征是電解質(zhì)溶液由原來的中性變?yōu)殡x子導(dǎo)電性更好的堿性，負極也由鋅片改為鋅粉，反應(yīng)面積成倍增長，使放電電流大幅度提高。小知識四、常見的化學(xué)電源堿性鋅錳干電池負極(Zn):正極(MnO2)：/堿式氧化錳MnO2,KOH,Zn粉Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2MnO2

+H2O+e-=MnO(OH)

+OH-Zn+2MnO2+2H2O===Zn(OH)2+2MnO(OH)氫氧化氧錳總反應(yīng)式：四、常見的化學(xué)電源2、鉛酸蓄電池（二次電池）

有些電池放電時所進行的氧化還原反應(yīng)，在充電時可以逆向進行，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，從而實現(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，目前汽車上使用的大多是鉛酸蓄電池。化學(xué)能放電充電電能負極:正極:正極：PbO2負極：Pb電解質(zhì)：H2SO4溶液正負極材料Pb+PbO2+4H++2SO42-2PbSO4+2H2O放電充電四、常見的化學(xué)電源2、鉛酸蓄電池（二次電池）Pb+SO42--2e-=PbSO4PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O總離子反應(yīng)式：常用于電腦筆記本、手機、照相機、心臟起博器、火箭、導(dǎo)彈等的動力電源。鋰電池（二次電池）四、常見的化學(xué)電源五、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。燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可以達到80%以上。當以氫氣為燃料時，產(chǎn)物為水；以甲烷為燃料時，產(chǎn)物為水和二氧化碳。1、氫氧燃料電池五、發(fā)展中的燃料電池2H2+

O2

===2H2O電解質(zhì)H2SO4溶液KOH溶液負極反應(yīng)式

正極反應(yīng)式

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

2H2+

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

4e-===2H2O

O2+

2H2O+4e-===4OH-總反應(yīng)式：多孔鉑電極多孔可以增大接觸面積五、發(fā)展中的燃料電池2、甲烷燃料電池電解質(zhì)稀H2SO4溶液KOH溶液負極反應(yīng)式

正極反應(yīng)式

總離子反應(yīng)式

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

CH4+10OH--

8e-==CO32-+7H2O2O2+

8H++

8e-===4H2O2O2+8e-+

4H2O===8OH-CH4+2O2===CO2+2H2OCH4+2O2+2OH-==CO32-+3H2O甲醛-空氣燃料電池電解質(zhì)稀H2SO4溶液KOH溶液負極反應(yīng)式

正極反應(yīng)式

總離子反應(yīng)式

O2+

4H++

4e-===2H2OO2+4e-+

2H2O===4OH-HCHO+O2===CO2+H2OHCHO+O2+2OH-==CO32-+2H2OHCHO+H2O-4e-==CO2+4H+

HCHO+6OH--

4e-==CO32-+4H2O書寫燃料電池電極反應(yīng)式注意事項2．負極失電子所得氧化產(chǎn)物和正極得電子所得還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關(guān)1．將兩極反應(yīng)的電子得失數(shù)配平后，相加得到總反應(yīng)式，3．水溶液中不存在O2-：（如+4價的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在堿性溶液中以CO32-形式存在）；總反應(yīng)式減去一極反應(yīng)即得到另一極反應(yīng)；在酸性溶液中它與H+結(jié)合成H2O在堿性或中性溶液中它與水結(jié)合成OH-1．一次電池和二次電池是否指分別只能使用一次和兩次的電池？提示一次電池是不可充電電池，電量一旦放完就無法再次使用；二次電池是可充電電池，電量放完后可進行充電，可反復(fù)使用多次。思考12．干電池與充電電池的本質(zhì)區(qū)別，燃料電池與干電池或蓄電池的主要差別。提示

干電池是一次性電池，放電之后不能充電，即內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)是不可逆的；思考2充電電池又稱二次電池，它在放電時所進行的氧化還原反應(yīng)，在充電時可以逆向進行，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。燃料電池與干電池或蓄電池的主要差別在于：反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)部，而是由外設(shè)裝備提供燃料和氧化劑等，這時電池起著類似于試管、燒杯等反應(yīng)器的作用。【化學(xué)與職業(yè)】電池研發(fā)人員電池研發(fā)人員的工作包括電池構(gòu)成材料的研制、電池性能的改進和應(yīng)用的拓展等。以燃料電池為例，研發(fā)中需要研究電極、電解質(zhì)等電池基本構(gòu)成材料的性質(zhì)和材料之間的相容性；研究不同類型的電池構(gòu)成材料在不同用途時對溫度、濕度等環(huán)境因素的適應(yīng)性；還要研究使用什么樣的電池材料使電池的容量更大；等等。這些研究工作關(guān)系著電池的效率、壽命、安全性、適用性和制造成本。燃料電池(電極材料本身不反應(yīng))常見化學(xué)電源電極反應(yīng)式的書寫(1)負極反應(yīng)式的書寫H2—O2(H2SO4)燃料電池負極反應(yīng)式：H2—O2(KOH)燃料電池負極反應(yīng)式：H2－2e－===2H＋H2－2e－＋2OH－===2H2O(2)正極反應(yīng)式的書寫②根據(jù)具體情況書寫正極反應(yīng)式(也要考慮是否與電