化学人教版（2019）必修第二册6.1.2 化学反应与电能（共49张ppt）

(共49张PPT)
第六章 化学反应与能量
第一节　化学反应与能量变化
　第2课时　化学反应与电能
【学习目标】
1.掌握原电池的工作原理。
2.掌握原电池的构成条件。
火力发电厂
2015年我国发电总量构成图
火力发电——化学能间接转化为电能
课本P36
化学能 ___能 _____能 电能
热
机械
关键！
？
1、化石燃料是非可再生资源，会造成资源浪费
2、燃烧会产生大量有害气体，污染环境
3、能量经多次转换，损耗大，燃料的利用率低
能否将化学能直接转化为电能呢？
火力发电——化学能间接转化为电能
思考：试从资源、能效、对环境的影响等方面，阐述火力发电的弊端有哪些？
课本P36
判断正误
(1)火力发电是将化学能首先转化为热能，然后转化为电能的过程(　　)
(2)火力发电过程中，机械能转化为电能是整个能量转化的关键(　　)
(3)火力发电能量利用率低、环境污染大，应彻底摒弃(　　)
×
×
×
【实验6-3】
(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，观察电流表的指针是否偏转。
课本P36
实验装置
实验 现象 锌片_________,周 围有气泡产生;铜片 无任何变化 用导线连接锌片和铜片后，锌片_________,铜 片表面有_____产生 串联个电流表,电流表
指针发生_____
实验 结论 锌与稀硫酸反应, 铜与稀硫酸不反应 产生氢气的位置 _________ 有_____产生,该装置将
_____能转化为___能
逐渐溶解
逐渐溶解
气泡
偏转
发生改变
电流
化学
电
【思考】1、铜片没有参与反应，为什么铜片表面会产生氢气？
2、为什么会有电流产生？
【实验6-3】
负极
正极
失e－
氧化反应
得e－
还原反应
正负极得失
电子数相等
原电池
1.定义：
将化学能直接转变成电能的装置，称为原电池
电源
2.电极：
+
-
负极：
电子流进（或电流流出）的一极
正极：
电子流出（或电流流进）的一极
原电池
从能量转变看：原电池是将 能转变为 的装置。
从化学反应看，原电池的原理是 中 ，
失去的电子经过导线传递给 ，使氧化还原反应分别在
上进行，电子通过导体定向移动，形成电流。
化学
电能
氧化还原反应
还原剂
氧化剂
两个电极
本质：氧化还原反应
判断正误
(1)HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池(　　)
(2)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转(　　)
(3)在铜—锌—稀硫酸原电池中，电子由锌极通过导线流向铜极，再由铜极通过电解质溶液到达锌极(　　)
(4)原电池中阳离子向正极移动(　　)
(5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子(　　)
×
√
×
×
×
燃料电池
离子运动方向：阳正阴负
电子不下水、离子不上岸
本质：氧化还原反应
外电路：
内电路：
阳离子 → 正极
阴离子 → 负极
负极 → 正极
e-
正极 → 负极
Ⅰ
电子不下水、离子不上岸
离子运动方向：阳正阴负
原电池工作原理
原电池正负两极的判断方法
① 电子流向：
② 离子流向：
③ 电极材料：
④ 得失电子：
⑤ 电极现象：
电子流出的一极是负极；电子流入的一极是正极
阴离子移向的为负极；阳离子移向的为正极
较活泼金属为负极；较不活泼金属、非金属导体(石墨)为正极
负极发生氧化反应；正极发生还原反应
溶解、质量减小的为负极；电极增重或有气体产生的为正极
原电池正负两极的判断方法
【当堂检测】1、判断下列原电池的正负极
Zn
Cu
稀硫酸
Zn
Fe
A
稀硫酸
C
Zn
Fe
C
A
稀硫酸
A
稀硫酸
A
-
+
-
+
-
+
-
+
2、下列有关原电池的说法中正确的是( )
A．在外电路中，电子由负极经导线流向正极
B．在内电路中，电子由正极经电解质溶液流向负极
C．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生
D．原电池工作时，一定不会伴随着热能变化
A
原电池的构成条件
（无电流）
Ag
（有电流）
构成条件1：能自发进行的、放热的氧化还原反应
铜-锌-稀硫酸原电池中，铜换成石墨棒能不能产生电流？
构成条件2：活泼性不同,可以导电的两极
负极: 较活泼的金属；正极: 较不活泼的金属或非金属导体(石墨)
原电池的构成条件
构成条件3：电极需插进电解质溶液中
（无电流）
（有电流）
原电池的构成条件
电解质溶液一般要能和某极发生氧化还原反应
构成条件4：必须形成闭合回路
（无电流）
（有电流）
原电池的构成条件
①
②
③
④
⑤
×
×
∨
∨
当堂检测：1、判断能否构成原电池？
原电池的构成条件
活泼性不同
电解质
闭合回路
氧化还原
∨
P10
P18
2、理论上不能设计为原电池的化学反应是（ ）
A．CH4 + 2O2 === CO2 + 2H2O
B．2FeCl3 + Fe === 3FeCl2
C．2Al + 2NaOH + 2H2O === 2NaAlO2 + 3H2↑
D．HNO3 + NaOH === NaNO3 + H2O
D
本质：氧化还原反应，发生电子的转移
当堂检测
3.下列装置中能够组成原电池的是_______(填序号)，其他不能构成原电池的试分别说明理由：__________________________________________
______________________________________________________________________________。
③⑤
①中只有一个电极，②中两个电极的活泼性相
同，④中酒精为非电解质溶液，不能导电，⑥中电解质溶液(内电路)未形成闭合回路
当堂检测
4.根据原电池原理，结合装置图，按要求解答问题：
(1)若X为Zn，Y为硫酸铜溶液，则X为______(填电极名称)，判断依据：______________________________
________；铜电极的名称是______，溶液中的Cu2＋移向____(填“Cu”或“X”)电极。
负极
锌的活泼性比铜强(或Zn的还原性
比Cu强)
正极
Cu
(2)若X为银，Y为硝酸银溶液，则X为______(填电极名称)，判断依据：______________________________________；铜电极的名称是______，溶液中的Ag＋移向____(填“Cu”或“X”)电极。
正极
铜的活泼性比银强(或Cu的还原性比Ag强)
负极
X
当堂检测
已知：金属Sn、Pb与盐酸反应快慢无法区别，另锡与铅的颜色相近。
设计实验比较金属Sn、Pb的活泼性。
原电池原理的应用
金属活泼性判断
1
两电极均为金属（设还原性：A＞B)
电极名称
A极为负极
反应类型
A极为氧化反应
电子流向
A极电子流出
反应现象
A极无气泡
A极溶解
02
04
01
03
方法
把A、B、C、D四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。
若A、B相连时，A为负极；
C、D相连时，D上产生大量气泡；
A、C相连时，电流由C经导线流向A；
B、D相连时，电子由D经导线流向B。
则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为
① A＞B＞C＞D ② A＞C＞D＞B
③ C＞A＞B＞D ④ B＞A＞C＞D
A＞B
C＞D
A＞C
D＞B
金属活泼性判断
1
实验室制取氢气时，常在稀硫酸中加入少量的硫酸铜溶液，其目的是什么？
H＋
H＋
H＋
H＋
加快反应速率
2
锌与置换出的铜形成原电池，加快了锌与酸的反应速率。
原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。
【当堂检测】
过量铁与少量稀硫酸反应，为了加快反应速率，但是又不影响生成氢气的总量，可以采取的措施是　( )
A．加入适量NaCl溶液 B．加入适量的水
C．加入几滴硫酸铜溶液 D．再加入少量稀硫酸
C
加快反应速率
2
金属的保护
3
使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。
思考：船身如何防腐蚀的？
用牺牲锌块（作负极）的方法来保护船身（作正极）
船身上装锌块
在图上标出电子和电流的流动方向，判断正负极，写出电极反应式和总反应式。
H2SO4 (aq)
Zn
Cu
负极( ): .
正极( ): .
总反应式: .
e-
I
Zn
Cu
Zn－2e - = Zn2+
2H++2e-=H2↑
Zn+2H＋===Zn2＋+H2↑
电极反应式书写
①负极反应：还原剂－ne－===氧化产物
一般电极本身失电子 R－ne－===Rn＋
负极溶解，质量减小
②正极反应：氧化剂＋ne－===还原产物
一般电解质溶液中的阳离子得电子
2H＋＋2e－===H2↑ 气体放出
或Tn＋＋ne－===T 质量增大
③根据得失电子守恒，将正负反应式相加，得到总电极反应式。
若电极产物与电解液中的粒子反应，要求一并写入电极反应式。
设计原电池
4
在图上标出电子和电流的流动方向，判断正负极，写出电极反应式和总反应式。
CuSO4 (aq)
Zn
Cu
负极( ): .
正极( ): .
总反应式: .
e-
I
Zn
Cu
Zn－2e - = Zn2+
Cu2+ +2e - = Cu
Zn+Cu2+ = Zn2 ++ Cu
电极反应式的书写
H2SO4 (aq)
负极( ): .
正极( ): .
总反应式: .
Ag
Fe
I
e-
Fe
Ag
Fe－2e - = Fe2+
2H++2e - = H2↑
Fe+2H+ = Fe2+ +H2↑
如果将Cu改成C，还能形成原电池吗？
能；
一样
正负极和总反应式一样吗？
设计原电池
4
设计原电池装置证明Fe3+的氧化性比Cu2+强。
(1)写出能说明氧化性Fe3+大于Cu2+的离子方程式:______________。
(2)若将上述反应设计成原电池,电极反应式为
①负极: ______________。 ②正极:_________________。
2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+
Cu-2e-====Cu2+
2Fe3++2e-====2Fe2+
(3)画出装置图,指出电极材料和电解质溶液:
设计原电池
4
(1)将已知氧化还原反应拆分成两个半反应
氧化反应：还原剂－ne－===氧化产物 负极
还原反应：氧化剂＋ne－===还原产物 正极
正极反应式＋负极反应式―→电池总反应式
(2)根据总反应式并结合两个半反应，找出正、负极材料及电解质溶液
①电极材料的选择：选活泼性较强的金属作负极，活泼性较弱的 金属或能导电的惰性材料（如石墨）作正极。
②电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能与负极发生反应，可参照总反应式选择电解质溶液。
设计原电池的一般思路
1.以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例设计原电池
电极反应式 材料选择 装置
负极： _______________ 正极： _______________ 负极：___ 正极：Cu或C等(活泼性比Fe差的金属或导电的石墨棒均可) 电解质溶液： 溶液
Fe
CuSO4
Fe－2e－===Fe2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
当堂检测
当堂检测
2．下列有关原电池的说法正确的是(　　)
A．将反应2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋设计为原电池，则可用Zn为负极，Fe为 正极，FeCl3为电解质
B．铜片和铝片用导线连接后插入浓硝酸中，铜作负极
C．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
D．铝片和镁片用导线连接后插入NaOH溶液中，Mg较活泼作负极
B
(1)若a电极为铝,b电极为锌,X为稀硫酸,则a、b各为什么电极
(2)若a电极为铝,b电极为锌,X为浓硫酸,则a、b各为
什么电极
(3)若a电极为铜,b电极为石墨,则X是什么才能使该装置构成原电池
【拓展思考】如图所示原电池装置,试判断其电极情况:
a为负极,b为正极。因为铝的活动性大于锌。
a为正极,b为负极。因Al可被浓硫酸钝化而不能继续反应,而锌可以与浓硫酸反应,锌失电子发生氧化反应,故铝电极为正极,锌电极为负极。
石墨是稳定的电极,一般不发生反应,若使该装置构成原电池,则应使铜作负极,电解质溶液X应与铜发生反应。故可选AgNO3溶液或硝酸溶液或FeCl3溶液等。
(2)在判断原电池正负极时，不要只根据金属活动性的相对强弱还要考虑电解质溶液的特点。
①Mg—Al和稀盐酸构成的原电池中，Mg作负极，Al作正极；
而若把稀盐酸换为NaOH溶液，Al作负极，Mg作正极。
②Al—Cu和NaOH溶液构成的原电池中，Al作负极；
而若把NaOH溶液换为浓硝酸，Cu作负极。
【注意】
(1)原电池一般负极参加反应,表现为溶解、质量减小。但负极参加反应,质量不一定减小。如铅蓄电池放电时,负极反应为Pb-2e-+ SO42- ==PbSO4,负极质量不但没有减小,反而增加。
设计原电池
4
[例题] 请写出右边原电池的电极反应式。
Mg Al
NaOH溶液
A
①先写出总反应：即负极与电解质溶液反应
2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑
2Al + 2H2O + 2 OH－ = 2AlO2－ + 3H2↑
拆成离子方程式：
②确定该溶液为强碱性溶液，并根据化合价升降判断正负极
③负极：Al，失e- 。
2Al - 6e－ ＝ 2Al3+
2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O
负极总反应： 2Al +8OH- －6e－ ＝2AlO2- + 4H2O
正极：总反应－负极反应：
6H2O ＋6e－ ＝6OH-＋ 3H2↑
-6e-
+6e-
1.一次电池
(1)特点：电池放电后 充电(内部的氧化还原反应 逆向进行)，如锌锰干电池、碱性锌锰干电池、锌银电池（钮扣电池）等。。
(2)锌锰干电池的构造如图所示。
①锌筒为 ，电极反应是 。
②石墨棒为 ，最终被还原的物质是 。
③NH4Cl糊的作用是 。
不能
无法
负极
正极
二氧化锰
作电解质溶液
Zn－2e－===Zn2＋
化学电池
课本P38
电极反应式：
负极：
正极：
总反应：
Zn+2MnO2 + 2NH4Cl =ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O
普通锌锰干电池
Zn - 2e-=Zn2+
2MnO2 + 2NH4++ 2e- =Mn2O3+2NH3 +H2O
特点：制作简单、价格便宜、便于携带;
但不能充电,放电时间短,电压下降快
化学电池
1.一次电池
课本P38
2.二次电池
化学电池
镍氢电池
铅酸蓄电池
锂离子电池
课本P38
铅酸蓄电池的电极反应：
2.二次电池
化学电池
思考：1.负极的质量是增加还是减重？
2.阴阳离子往那个方向迁移？
3.溶液中PH值如何变化？
汽车的启动电源常用蓄电池。其结构如图所示，放电时其电池反应如下：PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。根据此反应判断，下列叙述中不正确的是：
A．Pb作为负极，失去电子，被氧化
B．PbO2得电子，被还原
C．负极反应是Pb+SO42- -2e- =PbSO4
D．电池放电时，溶液酸性增强
当堂检测
D
(1)概念：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。
(2)优点：①具有清洁、安全、高效等特点；
②能量转化率可以达到 _____ 以上；
③反应物不在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节。
(3)燃料电池常用的燃料有： 、 、乙醇等；常用氧化剂：氧气。
80%
氢气
甲烷
3.燃料电池
化学电池
课本P39
(1)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细(　　)
(2)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能(　　)
(3)充电电池可以无限制地反复充电、放电(　　)
(4)氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率高(　　)
×
×
×
√
当堂检测
1.判断正误
2．下列有关锌锰干电池的说法中正确的是(　　)
A．锌外壳是负极材料，石墨棒是正极材料
B．在外电路中电子从石墨棒流向锌外壳
C．在外电路中电流从锌外壳流向石墨棒
D．在电池内部阳离子从石墨棒向锌外壳移动
A
当堂检测
当堂检测
3．下列关于化学电源的说法正确的是(　　)
A．干电池放电之后还能再充电
B．充电电池在放电和充电时都将化学能转化为电能
C．充电电池可以无限制地反复放电、充电
D．氢氧燃料电池是一种环境友好型电池
D
当堂检测
介质 电池总反应：2H2 +O2 == 2H2O
酸性 负极
正极
中性 负极
正极
碱性 负极
正极
氢氧燃料电池
2H2 - 4e- == 4H+
O2 + 4H+ + 4e-== 2H2O
2H2 - 4e- == 4H+
O2 + 2H2O + 4e-== 4OH-
2H2 +4OH-- 4e- == 4H2O
O2 + 2H2O + 4e-== 4OH-
注意：
1.燃料电池不燃烧，不写“点燃”条件。
2.电极不参与反应，一般正负电极都为 Pt 。
3.输入燃料的一极为负极，输入O2的一极为正极。
4.电解质酸碱性不同，电极反应不同：
在碱溶液中，不可能有H＋出现；
在酸溶液中，不可能出现OH-。
燃料电池的规律