【化學】化學反應與電能 課件 2023-2024學年高一下學期化學人教版（2019）必修第二冊

化學反應與電能第一課時：化學反應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?火力發電水力發電風力發電太陽能發電核能發電電池供電2001年2015年2018年近幾年中國發電總量構成對比2018年，中國發電總量占比世界發電總量的1/4；近階段，火電仍然是中國發電的主要組成；其它形式的發電占比逐年在增加。火力發電是怎么樣產生的？火力發電——燃煤發電的能量轉化過程化學能（燃料）燃燒熱能蒸汽渦輪機機械能發電機電能①使用的化石燃料屬于不可再生資源;②化石燃料的燃燒會產生大量的有害氣體(如SO2、CO等)及粉塵,污染環境;③能量經過多次轉化，能量利用率低。思考：火力發電有什么缺點？電子定向移動氧化還原反應寫出鋅和稀硫酸反應的化學方程式并用單線橋分析探究把化學能直接轉變為電能的裝置？Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑2e-【思考1】電流是怎樣產生的？【思考2】什么反應中有電子的轉移？Zn+2H+=Zn2++H2↑2e-【實驗6-3】探究實驗討論與交流實驗一：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象和差別？實驗二：鋅片和銅片先插入稀硫酸溶液中，然后再用導線連接觀察鋅片和銅片上有何現象？實驗三：鋅片和銅片通過導線接電流表插入稀硫酸溶液中觀察電流表上有何現象？【實驗6-3】探究實驗討論與交流實驗一：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象和差別？實驗二：鋅片和銅片先插入稀硫酸溶液中，然后再用導線連接觀察鋅片和銅片上有何現象？實驗三：鋅片和銅片通過導線接電流表插入稀硫酸溶液中觀察電流表上有何現象？原電池【實驗6-3】銅鋅未連接時，鋅片表面有氣泡，銅片無明顯變化。原因是與金屬活動性順序有關。銅鋅未連接時反應的離子方程式00+2實驗一+1失

2e-得

2×e-Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑結論：鋅與稀硫酸反應生成氫氣，而銅不反應銅鋅連接時，銅表面出現大量氣泡，鋅片溶解，表面無氣泡實驗二實驗三銅片上：有氣泡鋅片上：逐漸溶解電流表：指針偏轉電流表指針發生偏轉，說明導線中有電流產生1.定義：將___________直接轉變成___________的裝置叫做原電池。一：原電池化學能電能AZnCuSO42－H+H+e－本質：氧化反應和還原反應分別在兩個不同的電極上進行。鋅片：銅片：Zn－2e－=Zn2+2H+＋2e－

=H2↑

(氧化反應)(還原反應)【課堂練習】1.下列設備工作時，將化學能轉化為電能的是（）ABCD

鋰離子電池太陽能集熱器燃氣灶硅太陽能電池A思考：依據原電池的裝置圖，構成原電池的條件是什么？原電池AZnCuSO42－H+H+e－原電池(4)能自發進行的氧化還原反應(1)兩個活潑性不同的電極，如：金屬與金屬、金屬與非金屬(2)

電解質溶液(溶液或者熔融)(3)電極用導線相連并插入電解液構成閉合回路2.原電池的構成條件酒精、蔗糖、四氯化碳不是電解質（非電解質）原電池正極：負極：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，化合價降低，發生還原反應失電子，化合價升高，發生氧化反應鋅片：Zn－2e－=Zn2+

(氧化反應)銅片：2H+＋2e－

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

原電池CuZn---Zn2+H+H+Zn－2e－=Zn2+2H++2e－=H2↑氧化反應還原反應負極正極陽離子陰離子SO42-發生溶解產生氣泡原電池總反應：Zn+2H+=Zn2++H2↑

電子流向:負極

沿導線

正極電流方向:正極

沿導線

負極內電路：外電路內電路4.工作原理負氧正還陽離子→正極；陰離子→負極【注意】電子不下水，離子不上岸【正正,負負】1下列哪些裝置能構成原電池？×√√×××原電池2下列裝置能將化學能轉化為電能的是（）B化學反應與電能預期現象：鋅片溶解；銅片上有紅色物質析出；電流表指針偏轉負極：Zn-2e-

=Zn2+正極：2Cu2++2e-

=Cu觀察并記錄實驗現象，其中哪些與預測一致，哪些與預測不同？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生成？因為鋅與CuSO4溶液直接接觸，發生氧化還原反應，所以鋅片表面有銅析出。2.為什么電流表讀數不斷減?。恳驗殂~在鋅表面析出后，與CuSO4溶液一起形成了原電池，產生的電流并沒有經過電流表，所以電流表的讀數不斷減小。鋅與CuSO4溶液的接觸面積逐漸減少，當鋅片表面完全被銅覆蓋后，相當于兩個電極都是銅，已不能發生原電池反應，最后沒有電流產生?！痉治鲈颉浚?）該原電池在工作中有何缺點？（2）如何改進？【深入探討】鋅與硫酸銅溶液直接接觸發生反應，化學能轉化為電能效率低(部分化學能直接轉化為熱能),不能持續產生電流。還原劑Zn與氧化劑CuSO4不直接接觸兩個溶液間缺少離子導體，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-能在瓊膠內自由移動；（3）離子只出不進。ZnCuZnSO4溶液CuSO4溶液AZn2+e-e-Cu2+Cl-K+鹽橋①溝通內電路，形成閉合回路②平衡電荷，使溶液保持電中性③避免電極與電解質溶液直接反應，放電更持久。鹽橋的作用：一個原電池由兩個半電池組成，一個發生氧化反應，一個發生還原反應，兩個半電池用鹽橋連接。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—氧化反應鹽橋還原反應+負極正極把氧化反應和還原反應分開在不同區域進行，再以適當方式連接，可以獲得電流。單液原電池鹽橋（雙液）原電池1.兩個半反應在同一區域進行，電流不穩定。2.兩個半反應在不同區域進行，電流持續、穩定。相同點：氧化還原反應原理；兩個電極；都能產生電流；外電路均是電子的定向移動，內電路均是離子的定向移動。不同點：鹽橋（雙液）原電池Zn-2e-

=

Zn2+

Cu2++2e-=

Cu正極：還原反應ZnSO4溶液CuSO4溶液負極：氧化反應2、提高了能量轉化率（化學能→電能）；3、有效避免了電極材料與電解質溶液的直接反應，能夠防止裝置中化學能的自動釋放(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，減少了離子的混亂，使離子移動更加有序，能夠產生持續穩定的電流；缺點：1.內阻大，電流弱2.鹽橋需要定期更換設計雙液原電池依據：已知一個氧化還原反應，負極：如發生氧化反應的為金屬單質，可用該金屬直接作負極;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)作負極。正極：發生還原反應的(電解質溶液中的陽離子)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。電解質溶液：電解質溶液一般能與負極材料反應。但如果兩個半反應分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則左右兩個容器中的電解質溶液選擇與電極材料相同的陽離子。如本例中可用ZnCl2和FeCl3溶液作電解質溶液。1.依據反應：2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s)設計的原電池如圖所示。請回答下列問題：（1）電極X的材料是_________；電解質溶液Y是_______；（2）銀電極為電池的_______極，發生的電極反應為_____________；X電極上發生的電極反應為

_____________。（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?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？改進措施？①離子運動的距離長②離子運動的通道窄③離子容量小電池內阻大，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。由于固定離子基團吸引膜外的異種電荷離子，在電位差推動下透過膜體，同時排斥同種電荷的離子，攔阻它進入膜內。2.下列裝置中，能構成原電池的是________(填序號)，能構成原電池的指出電極的名稱并寫出電極反應。①②⑤①Cu-正極：2H＋＋2e－===H2↑；Fe-負極：Fe－2e－===Fe2＋②Zn-負極：Zn－2e－===Zn2＋；Fe-正極：Cu2＋＋2e－===Cu⑤Ag-正極：2Ag＋＋2e－===2Ag；Cu-負極：Cu－2e－===Cu2＋2Cu－4e－=2Cu2＋O2＋4e－＋4H＋=2H2O3H2－6e－＋6OH－=6H2O2FeO42－＋5H2O＋6e－=Fe2O3＋10OH－電極材料反應類型電子流向電極現象離子移向負極正極e-較活潑金屬

氧化反應

電子流出不斷溶解質量減小陰離子移向較不活潑金屬或能導電的非金屬

還原反應

電子流入電極增重或有氣體產生陽離子移向【歸納小結】判斷原電池正、負極的方法內容內容內容6.原電池原理的應用1．比較金屬活動性

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。例如：有兩種金屬a和b，用導線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產生。則：金屬_____是負極，金屬_____是正極；金屬活動性：________。aba＞b原電池內容內容內容6.原電池的應用2．增大氧化還原反應的速率

一個氧化還原反應，構成原電池時的反應速率比直接接觸的反應速率快。例如：鐵和稀H2SO4反應時，若加入少量CuSO4溶液，Fe與CuSO4反應生成Cu，形成Fe|稀硫酸|Cu原電池，加快產生H2的速率。原電池FeCuSO42－H+H+H+e－負極：Fe-2e-=Fe2+正極：2H++2e-=H2Fe+Cu2+=Cu+Fe2+內容內容內容6.原電池的應用3．設計原電池

理論上，任何一個自發的氧化還原反應，都可以設計成原電池。利用原電池原理設計和制造原電池，可以將化學能直接轉化為電能。將反應2Fe3+＋Cu===2Fe2+＋Cu2+設計成原電池。原電池負極：Cu-2e-=Cu2+正極：2Fe3++2e-=2Fe2+課堂檢測內容內容內容【例1】理論上不能設計為原電池的化學反應是（

）A．CH4+2O2

===CO2+2H2OB．2FeCl3+Fe===3FeCl2C．2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑D．HNO3+NaOH===NaNO3+H2OD課堂檢測內容內容內容【例2】下圖是Zn和Cu形成的原電池，某實驗興趣小組做完實驗后，記錄如下：①Zn為正極，Cu為負極；②H+向負極移動；③電子流動方向，從Zn經外電路流向Cu；

④Cu極上有H2產生；⑤正極的電極反應式為

2H++2e－=H2↑。描述合理的是（

）A．①②③ B．③④⑤

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