化学反应与电能 【知识精讲架构+备课精研精梳】 高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

必修二第六章第一节第一节 化学反应与能量变化化学反应与能量变化第二课时第二课时 化学反应与电能化学反应与电能必修二第六章学习目标学习目标1、通过实验探究认识化学能与电能之间转化的、通过实验探究认识化学能与电能之间转化的实质。实质。2、理解原电池的概念及工作原理和构成条件。理解原电池的概念及工作原理和构成条件。3、了解、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。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。能正确书写简单化学电源的电极反应式。必修二第六章天空中释放的天空中释放的闪电闪电能产生能产生巨大的能量巨大的能量生活中人们使用的生活中人们使用的电电能来自于哪里能来自于哪里?能不能直接能不能直接从自然界从自然界获取电能获取电能?必修二第六章1.1.我国目前电能主要来自火力发电，其次是水力发电。我国目前电能主要来自火力发电，其次是水力发电。2.2.火力发电的原理火力发电的原理化石燃料化石燃料加热水加热水燃燃烧烧汽汽化化蒸汽蒸汽推推动动蒸汽轮机蒸汽轮机发电机发电发电机发电带带动动其中，燃烧（其中，燃烧（氧化还原反应氧化还原反应）是关键）是关键必修二第六章煤炭煤炭是非可再生资源，会造成能源危机是非可再生资源，会造成能源危机煤炭煤炭燃烧会产生污染性气体燃烧会产生污染性气体经经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低4.4.火力发电存在的问题火力发电存在的问题直接直接？3.3.能量转换过程能量转换过程必修二第六章电子定向移动电子定向移动氧化还原反应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写出锌和稀硫酸反应的化学方程式并用单线桥分析 【思考【思考1 1】电流是怎样产生的？【思考【思考2 2】什么反应中有电子的转移？【学习【学习任务一】任务一】探究把化学能直接转变为电能的装置探究把化学能直接转变为电能的装置必修二第六章氧化还原反应且放热反应Zn+2HZn+2H+=Zn=Zn2+2+H+H2 2 2e2e-电子转移电子转移放热反应放热反应电流电流定向转移定向转移能量方式转换能量方式转换电能电能用用单线桥单线桥分析分析ZnZn与与H H2 2SOSO4 4的反应的反应必修二第六章【思考思考思考思考3 3 3 3】如何利用电子转移产生电流？如何利用电子转移产生电流？【实验【实验6-36-3】(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，观观察电流表的指针是否偏转。察电流表的指针是否偏转。必修二第六章 现 象铜 片 锌 片 电流表 铜片上有气泡产生锌片不断溶解指针发生偏转实验现象：必修二第六章CuZn-Zn2+H+H+Zn2e=Zn2+2H+2e=H2 氧化反应氧化反应还原反应还原反应负极负极正极正极阳离子阳离子阴离子阴离子SO42-发生溶解发生溶解产生气泡产生气泡原电池总反应：原电池总反应：Zn+2H+=Zn2+H2电子流向：负极电子流向：负极 沿导线沿导线 正极正极电流方向：正极电流方向：正极 沿导线沿导线 负极负极外外电电路路内内电电路路阴离子阴离子 负极负极阳离子阳离子 正极正极外电路外电路内电路内电路eI探究原电池的工作原理:必修二第六章一、原电池一、原电池1.定义：定义：将将化学能化学能直接转变成直接转变成电能电能的的装置称为装置称为原电池原电池2.正负极：正负极：+-负极：负极：电子流进（或电流流出）的一极电子流进（或电流流出）的一极正极：正极：电子流出（或电流流进）的一极电子流出（或电流流进）的一极本质是氧化还原反应。本质是氧化还原反应。3.电极反应：电极反应：铜锌原电池铜锌原电池电极材料电极材料原电池原电池正负极正负极电极反应式电极反应式发生的反应发生的反应Zn片（片（还原剂还原剂）Cu片（片（氧化剂氧化剂）电极总离子反应电极总离子反应负极负极正极正极Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2氧化反应氧化反应还原反应还原反应Zn+2H+=Zn2+H2必修二第六章负极负极正极正极2H+2e-=H2还原反应还原反应氧化反应氧化反应Zn2e-=Zn2+原电池总反应式原电池总反应式：；Zn2H=Zn2H24.工作原理：工作原理：必修二第六章e-e-e-阳离子阴离子外电路内电路阳离子 正极阴离子 负极电子：负极 正极这样整个电路构成了闭合回路，带电粒子的定向移动产生电流电流：正极 负极4.工作原理：工作原理：必修二第六章1.下列关于右图所示装置的叙述，错误的是下列关于右图所示装置的叙述，错误的是()。A.锌是负极，其质量逐渐锌是负极，其质量逐渐减小减小B.氢离子在铜表面被还原，产生气泡氢离子在铜表面被还原，产生气泡 C.电流从锌片经导线流向铜片电流从锌片经导线流向铜片 D.电子从锌片经导线流向铜片电子从锌片经导线流向铜片C课堂练习课堂练习【思考【思考4 4】在在Zn Cu原电池中，发现原电池中，发现Zn片上也片上也有有H2产生产生，你认，你认为主要原因是什么？为主要原因是什么？锌片不纯，若纯锌片不会产生氢气锌片不纯，若纯锌片不会产生氢气必修二第六章5.5.原电池正、负极的判断原电池正、负极的判断必修二第六章【课堂练习【课堂练习】H2SO4(aq)CuSO4(aq)ZnCu负极():.正极():.总反应式:.负极():.正极():.总反应式:.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-IFeAgFe2e-=Fe2+2H+2e-=H2Fe+2H+=Fe2+H2ZnCuZn2e-=Zn2+Cu2+2e-=CuZn+Cu2+=Zn2+Cu必修二第六章【思考【思考5 5】若把若把Zn Cu原电池原电池装置改动如下，能形成原能形成原电池电池吗？观察电流表指针，总结形成原电池的条件吗？观察电流表指针，总结形成原电池的条件能能不能不能不能不能条件条件2：活泼性：活泼性不不同的两个电极同的两个电极AgCu条件条件1:有自发氧化有自发氧化还原还原反应反应【学习【学习任务二】任务二】探究探究构成原电池的组成构成原电池的组成必修二第六章能能能能不能不能条件条件3:电极电极必须插必须插入入电解质溶液中电解质溶液中不能不能能能条件条件4:两极两极相连形成相连形成闭合回路闭合回路必修二第六章6.原电池构成条件原电池构成条件 有活泼性不同的有活泼性不同的两种金属两种金属作电极或作电极或一种金属一种是非金属导一种金属一种是非金属导体（如石墨）体（如石墨）较活泼金属为负极，较活泼金属为负极，较不活泼金属（或非金属）为正极较不活泼金属（或非金属）为正极 电解质溶液电解质溶液 形成闭合回路形成闭合回路 能自发进行氧化还原反应能自发进行氧化还原反应两极一液一回路一反应两极一液一回路一反应导电导电必修二第六章下列装置中能够组成原电池的是_(填序号)【课堂练习【课堂练习】必修二第六章二、原电池的设计与制作二、原电池的设计与制作【探究】【探究】简易电池的设计与制作 P36【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）简易电池必修二第六章问题讨论：水果的作用是作：问题讨论：水果的作用是作：。实验结论：构成原电池的要素有：实验结论：构成原电池的要素有：自发的氧化还原反应。自发的氧化还原反应。两个活泼性两个活泼性 的电极，的电极，溶液，形成闭合回路。溶液，形成闭合回路。根根据据电电极极材材料料判判断断电电极极：较较活活泼泼金金属属作作 ，不不活活泼泼的的金金属属或或惰惰性性电极作电极作 。电解质溶液电解质溶液不同不同电解质电解质负极负极正极正极注注：水水果果电电池池的的电电流流效效果果与与电电极极材材料料、水水果果的的种种类类有有关关，另另外外还还与两电极间距离以及电极插入水果的深度等因素有关。与两电极间距离以及电极插入水果的深度等因素有关。必修二第六章生生活活中中的的电电池池必修二第六章普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、锌银电池（钮扣电池）等。1.一次电池放电之后不能充电普通锌锰干电池三、常见的化学电源三、常见的化学电源普通锌锰干电池：负极：锌筒正极：石墨棒电解液：NH4Cl糊状物电子流向：锌筒石墨棒 锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池内电压逐渐降低，最后失效。必修二第六章普通锌锰干电池总反应总反应:Zn+2MnO2+2NH4+=Mn2O3+2NH3+H2O+Zn2+电极方程式：电极方程式：负极负极(Zn):Zn2e-Zn2正极正极(C)：2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O放电后放电后不能够充电充电,便于携带便于携带,价格比较低价格比较低特点：特点：普通锌锰干电池必修二第六章 体积小、性能好的碱性锌锰干电池应运而生。这类电池的重要特征是电解液由原来的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。碱性锌锰干电池必修二第六章（1）常见类型：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等；（2）特点：放电：化学能转化为电能；充电：电能转化为化学能。放电时发生的氧化还原反应，在充电时逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。可充电电池充电时，负极与直流电源负极相连，正极与直流电源正极相连。2.二次电池（充电电池或蓄电池）：放电后可以再充电后继续重新使用（充电电池或蓄电池）：放电后可以再充电后继续重新使用即正接正，负接负即正接正，负接负必修二第六章2.二次电池铅酸蓄电池镍氢电池锂离子电池必修二第六章(1)(1)总反应总反应：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 充电充电放电放电(2)电极材料：电极材料：负极：负极：Pb 正极：正极：PbO2 电解质：电解质：H2SO4(3)电极反应式：电极反应式：负极：负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4 铅酸蓄电池正极：正极：PbO2+4H+2e-+SO42-=PbSO4+2H2O 必修二第六章锂离子电池：锂离子电池：负极：负极：Li e-=Li+正极：正极：MnO2 e-=MnO2-优点优点:质轻、比能量高、高工作效率、高稳定电压、工质轻、比能量高、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，作温度宽、高使用寿命，现已成为笔记本电脑、移动现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机等低功耗电器的主流。电话、摄像机等低功耗电器的主流。（非水有机溶剂电解液）（非水有机溶剂电解液）目前已研制成功多种锂离子电池，某种锂离目前已研制成功多种锂离子电池，某种锂离子电池的总反应式为子电池的总反应式为Li+MnO2=LiMnO2，必修二第六章 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。特点：清洁、安全、高效；能量转化率可以达到80%以上；反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节。3.燃料电池必修二第六章3.燃料电池 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。必修二第六章燃料产物H2H2OCH4CO2和H2O3.燃料电池CH4 +2O2 CO2 +2H2O必修二第六章写出写出H2SO4为电解质溶液的氢氧燃为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应式料电池的电极反应式写出写出KOH为电解质溶液的氢氧燃料电为电解质溶液的氢氧燃料电池电极反应式池电极反应式负极：负极：正极：正极：O2+4e-+4H+2H2OO2+4e-+2H2O 4OH-负极：负极：正极：正极：H2 2e-2H+2H2 4e-4H+H2-2e-+2OH-2H2O2H2 4e-4H+2H2-4e-+4OH 4H2O2H2-4e-+4OH 4H2O总反应总反应:2H2+O2 2H2O氢氧燃料电池氢氧燃料电池 必修二第六章CH4+10OH-8e