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1、素元化学工作室第一节第一节 化学反应与能量变化化学反应与能量变化课时课时2 2 化学反应与电能化学反应与电能第 六 章 化 学 反 应与 能 量资料卡片我们的生活很难离开电电是从哪来的？资料卡片火力发电核电站水力发电风力发电 我们日常使用的电能主要来自火力发电。资料卡片火力发电 我们日常使用的电能主要来自火力发电。火力发电是通过化石燃料燃烧时发生的氧化还原反应，使化学能转化为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。火力发电过程中，化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能。其中，燃烧（氧化还原反应）是关键。化学能燃料燃烧热能蒸汽轮机机械能发电机电能直接？火力发电：化学能经过
2、一系列能量转化过程，间接转化为电能。1.煤炭是不可再生资源，会造成能源危机2.煤炭燃烧会产生污染性气体3.转换环节多，能量损耗大，能量的利用率低，能源的利用率 仅为30%40%弊端火力发电的化学深层本质分析燃烧氧化还原反应氧化剂与还原剂之间发生电子的转移火力发电将化学能经一系列能量转化为电能旧键断裂和新键形成、体系能量变化过程关键本质本质引起任务1：跟着伽伐尼、伏特探究原电池跟着伽伐尼、伏特探究原电池 伏打发现在用银质手术刀触碰放在铁盘上的青蛙的时候，无意间发现青蛙腿部肌肉抽搐了一下，仿佛受到电流的刺激。如果只用一种金属器械去触动青蛙，就无此种反应。序号实验步骤 实验装置现象结论或解释 将锌片
3、、铜片插入 盛稀硫酸的烧杯中，观察现象。用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象用导线在锌片和铜片间串联一个电流表G，观察电流表指针是否偏转。铜片（锌片）上有气泡，电流计指针偏转?任务1：跟着伽伐尼、伏特探究原电池跟着伽伐尼、伏特探究原电池p36p36 实验实验6-6-3 3 锌片表面有气泡，铜片表面没有气泡Zn+2H+=Zn2+H2，铜与稀硫酸不反应锌片、铜片表面都有气泡。锌失去电子，经导线流向铜片，H+在铜片上得到电子还原成H2。任务1：跟着伽伐尼、伏特探究原电池跟着伽伐尼、伏特探究原电池现 象：(3)锌 片：注：注：纯的的锌片上不会片上不会产生气泡生气泡指针发生偏转铜片上产生气
4、泡铜 片：锌片部分溶解电流表：思考:1.这些现象各说明了什么问题？它们可能发生了什么反应？解 析Zn失e-变成 Zn2+H+得e-变成H2产生了电流化学能直接转化为电能（发生氧化反应）（发生还原反应）结 论：2.H H+为什么为什么在Cu片上得e-?H H+得到得到的的e-是是CuCu失去的吗失去的吗？反应实质是什么？反应的实质:Zn +2H+=Zn2+H2反应的特点：电子定向移动形成了电流，反应中的化学能转化为电能。反应有序：氧化反应和还原反应分别在两个不同区域内完成。像像这样，将化学能直接，将化学能直接转化化为电能的装置叫能的装置叫原原电池池CuCu起起传导传导e-的的作用作用Zn失失e-
5、，e-沿导线转移到沿导线转移到Cu片，片，H H+在在Cu片片上上得得e-生成生成H2e-p36p36 实验实验6-6-3 3 小常识小常识：早早在在1799年意大利的物理学家年意大利的物理学家伏打伏打捕捉到这一现象并加以捕捉到这一现象并加以研究，发明了世界上第一个电池研究，发明了世界上第一个电池伏打电池，即原电池。伏打电池，即原电池。任务1：跟着伽伐尼、伏特探究原电池跟着伽伐尼、伏特探究原电池任务1：跟着伽伐尼、伏特探究原电池跟着伽伐尼、伏特探究原电池CuSO4溶液要有两个活性不同的电极要有两个活性不同的电极要有电解质溶液要有电解质溶液必须形成闭合回路必须形成闭合回路任务2：跟着化学物理学家
6、揭秘原电池跟着化学物理学家揭秘原电池（）（+）正极：电子流入的一极，发生还原反应负极：电子流出的一极，发生氧化反应e-e-e-活动活动1 1：画出铜锌原电池的电路图、指出电极名称、电子和离子移动方向，：画出铜锌原电池的电路图、指出电极名称、电子和离子移动方向，分析电极反应类型、符号表征电极方程式。分析电极反应类型、符号表征电极方程式。活动活动2 2：书写依据氧化还原反应的两个半反应。：书写依据氧化还原反应的两个半反应。活动活动5 5：测原电池反应中的温度变化。：测原电池反应中的温度变化。Zn2e-Zn2+2H+2e-H2（）（+）（发生氧化反应）（发生还原反应）电解质溶液中阴离子向负极移动 阳
7、离子向正极移动任务2：跟着化学物理学家揭秘原电池跟着化学物理学家揭秘原电池思考：实验和实验中能量转化形式有什么不同的？化学能 热能化学能 电能Zn逐渐溶解Zn表面产生气泡 溶液变热 Zn逐渐溶解 Cu表面产生气泡 指针偏转任务2：跟着化学物理学家揭秘原电池跟着化学物理学家揭秘原电池CuZn-Zn2+H+H+Zn2e=Zn2+氧化反应还原反应负极正极阳离子阴离子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 负极外电路内电路阴离子 负极阳离子 正极外电路内电路I小结任务2：跟着化学物理学家揭秘原电池跟着化学物理学家揭秘原电池H2SO4(
8、aq)CuSO4(aq)ZnCu负极():.正极():.总反应式:.负极():.正极():.总反应式:.AgFeIe-e-IFeAgFe2e-=Fe2+2H+2e-=H2Fe+2H+=Fe2+H2ZnCuZn2e-=Zn2+Cu2+2e-=CuZn+Cu2+=Zn2+Cu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。任务3：跟着理论模型解释化学现象并设计新型原电池跟着理论模型解释化学现象并设计新型原电池活动活动4 4：教师演示：教师演示99.9%99.9%的锌片与稀硫酸接触后滴入硫酸铜实验，解释原理的锌片与稀硫酸接触后滴入硫酸铜实验，解释原理任务3：跟着理论模型
9、解释化学现象并设计新型原电池跟着理论模型解释化学现象并设计新型原电池任务3：跟着理论模型解释化学现象并设计新型原电池跟着理论模型解释化学现象并设计新型原电池活动活动5 5：制作一个水果电池。：制作一个水果电池。任务3：跟着理论模型解释化学现象并设计新型原电池跟着理论模型解释化学现象并设计新型原电池电解质溶液电解质溶液序号 电极（大小相同）电极间距水果种类电流表示数(A)CuAl2.0 cm西红柿78.5CuFe2.0 cm西红柿70.3AlAl2.0 cm西红柿0CuAl2.0 cm柠檬45.7CuAl1.0 cm柠檬98.4石墨棒Al1.0 cm柠檬104.5任务3：跟着理论模型解释化学现象
10、并设计新型原电池跟着理论模型解释化学现象并设计新型原电池序号电极（大小相同）电极间距水果种类电流表示数(A)CuAl2.0 cm西红柿78.5CuFe2.0 cm西红柿70.3AlAl2.0 cm西红柿0CuAl2.0 cm柠檬45.7CuAl1.0 cm柠檬98.4石墨棒Al1.0 cm柠檬104.5对比实验对比实验或或，得出结论得出结论:在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电池效果越好在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电池效果越好。思考：思考：电极材料的选择对电池效果的影响？电极材料的选择对电池效果的影响？任务3：跟着理论模型解释化学现象并设计新型原电池跟着理论模型解释化学现
11、象并设计新型原电池自发进行的氧化还原反应自发进行的氧化还原反应电极材料（金属、石墨棒）电极材料（金属、石墨棒）形成闭合回路（导线、电解质溶液等）形成闭合回路（导线、电解质溶液等）2.原电池的构成要素原电池的构成要素任务3：跟着理论模型解释化学现象并设计新型原电池跟着理论模型解释化学现象并设计新型原电池活动活动6 6：阅读燃料电池：阅读燃料电池(氢氧燃料电池氢氧燃料电池)的资料的资料任务4：了解常见的化学电源1.1.一次电池一次电池：放电之后不能充电的电池。：放电之后不能充电的电池。（内部氧化还原反应无法逆向进行）（内部氧化还原反应无法逆向进行）负极负极（锌筒）：（锌筒）：Zn 2e-=Zn2+
12、氧化反应氧化反应正极正极（石墨棒）：（石墨棒）：MnO2 得电子得电子 还原反应还原反应锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。电压逐渐降低，最后失效。p38页页任务4：了解常见的化学电源负极:Pb+SO42-2e-=PbSO4 正极:PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O正极：PbO2负极：Pb电解质：H2SO4溶液 氧化反应 还原反应正负极材料Pb+PbO2+4H+2SO42-2PbSO4+2H2O放电充电 有些电池放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电（化学能转化为
13、电能）与充电（电能转化为化学能）的循环。这种充电电池属于二次电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅酸蓄电池。化学与职业电池研发人员 电池研发与生产、生活和军事等领域的发展密切相关。电池研发人员的工作包括电池构成材料的研制、电池性能的改进和应用的拓展等。以燃料电池为例，研发中需要研究电极、电解质等电池基本构成材料的性质和材料之间的相容性；研究不同类型的电池构成材料在不同用途时对温度、湿度等环境因素的适应性；还要研究使用什么样的电池材料使电池的容量更大；等等。这些研究工作关系着电池的效率、寿命、安全性、适用性和制造成本。在许多科研机构和生产企业中，都有具
14、备着扎实的化学基础的研究人员从事电池研发工作。原电池原电池原电池原电池电极电极正极正极负极负极电子流出电子流出(失电子失电子)的一极的一极电极材料：电极材料：较活泼金属较活泼金属电极材料：电极材料：电子流入电子流入(得电子得电子)的一极的一极较不活泼金属或碳棒较不活泼金属或碳棒电极电极反应反应负极负极:正极正极:电解质溶液中的阳离子得电子，发生还原反应电解质溶液中的阳离子得电子，发生还原反应电极本身失电子，发生氧化反应电极本身失电子，发生氧化反应电池反应：电池反应：两电极反应式相加两电极反应式相加电子流动方向：电子流动方向：负极负极 导线导线 正极正极溶液中离子移动方向：溶液中离子移动方向：阳
15、离子移向正极阳离子移向正极,阴离子移向负极阴离子移向负极定义定义:把化学能转变为电能的装置把化学能转变为电能的装置原电池形成条件原电池形成条件自发的氧化还原反应自发的氧化还原反应,电极材料电极材料,电解质溶液电解质溶液,闭合回路闭合回路原电池的应用原电池的应用设计原电池设计原电池判断金属活泼性判断金属活泼性加快反应速率加快反应速率防止金属被腐蚀防止金属被腐蚀 整理与提升 原电池正负极的判断方法 电极材料反应类型电子流向电极现象离子移向负极正极较活泼金属较活泼金属较不活泼金属或较不活泼金属或能导电的非金属能导电的非金属 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应 电子流出电子流出 电子流入电子流入e-不
16、断溶解不断溶解质量减小质量减小电极增重或电极增重或有气体产生有气体产生阴离子移向阴离子移向阳离子移向阳离子移向稀硫酸 学习评价1.下列关于原电池的叙述中，不正确的是()CA.原电池的负极发生的反应是氧化反应B.原电池的正极上发生的反应为还原反应C.原电池电解质溶液中阳离子移向负极，阴离子移向正极D.原电池中电子流入的极一定是正极稀硫酸 学习评价稀硫酸稀硫酸AlMgA氢氧化钠氢氧化钠AlMgA稀硝酸稀硝酸FeCuA浓硝酸浓硝酸FeCuA稀硫酸稀硫酸硫酸铜硫酸铜Zn2.请判断以下能否形成原电池，如果能形成，负极是哪一极？学习评价3.一个原电池的总反应的离子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，该反应的原电池组成合理的是选项正极负极电解质溶液AZnCuCuCl2溶液BZnCuZnCl2溶液CCuZnH2SO4溶液DCuZnCuSO4溶液 学习评价4.如图所示，a的金属活动性在氢之前，b为碳棒。关于该装置的说法正确的是 A.a极上发生还原反应，b极上发生氧化反应 B.碳棒上有气体逸出，溶液中c(H)增大 C.导线上有电流，电流方向ab D.反应后a极质量减小uu以大概念为统摄的单元教学实践以大概念为
