化学人教版（2019）必修第二册6.1.2化学能与电能（共37张ppt）

(共37张PPT)
第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
课时2 化学反应与电能
我们的生活很难离开电，我们获取电源的途径有哪些？
太阳能发电
风力发电
核能
水力发电
火力发电
我国目前电能主要来自火力发电，其次是水力发电。
火力发电的原理是什么？
燃烧燃料
蒸汽轮机
发电机
火力发电的原理：
化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能。
优点：廉价方便
缺点：
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、经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低
直接？
电池在日常生活中的应用随处可见
把化学能直接转变为电能的装置
锌表面有气泡产生，铜表面无明显现象
实验现象
电流表指针发生偏转，说明导线中有电流产生，为什么会有电流的产生呢？
【实验探究】
稀H2SO4
Zn
Cu
A
Zn
Cu
稀H2SO4
Zn
Cu
稀H2SO4
Zn+2H+=Zn2++H2 ↑
2e-
铜表面出现大量气泡，锌片逐渐溶解电流表：指针偏转
一.原电池
1.定义：将___________转变成___________的装置叫做原电池。
化学能
电能
2.本质：发生氧化还原反应（氧化和还原分别在两个不同的区域进行）
【解释现象】
锌片：Zn－2e－ = Zn2+
Zn片失去电子变成 Zn2+ 进入溶液
（氧化反应）
铜片：2H+＋2e－ = H2 ↑
（还原反应）
电子经导线流向Cu片，溶液中的 H＋得电子被还原成 H2
3.电极：
（得电子，化合价降低，发生还原反应）
负极：
电子流进的一极
正极：
电子流出的一极
（失电子，化合价升高，发生氧化反应）
思考：导线上电子方向和电流方向一致吗？
电子流向: 负极 沿导线 正极
电流方向: 正极 沿导线 负极
氧化反应
Zn-2e=Zn2+
原电池
电解质溶液
失e，沿导线传递，有电流产生
还原反应
阴离子
阳离子
负极
正极
二.原电池原理：
外电路
内电路
2H++2e-=H2↑
电子不下水，离子不上岸
原电池总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑
外电路：
电子流向: 负极 沿导线 正极
电流方向: 正极 沿导线 负极
内电路：
整个电路构成了闭合回路，带电粒子的定向移动产生电流
电子、离子的移动方向
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
H+
H+
负极
正极
阳离子
阴离子
SO42-
阳离子 正极
阴离子 负极
保证电解质溶液中“电荷守恒”
三、构成原电池的条件
条件一 ：电极材料为活泼性不同的金属，或者金属和其他导电材料（如石墨）
观察电流表指针偏转，分析构成原电池的构成条件
条件二 ：两电极均放入电解质溶液中。
观察电流表指针偏转，分析构成原电池的构成条件
VS
VS
观察电流表指针偏转，分析构成原电池的构成条件
条件三 ：“两极”“一液”相连形成闭合电路
条件四（本质条件）： 能发生自发的氧化还原反应
观察电流表指针偏转，分析构成原电池的构成条件
1．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，这个反应能设计成原电池吗？
不能，因为它不是氧化还原反应。
　不能，虽然它是氧化还原反应，但这个反应吸收能量不能释放能量
2．CO2＋C===2CO，这个反应能设计成原电池吗，为什么？
高温
①能自发的发生氧化还原反应。
两极一液成回路
三、构成原电池的条件
②两种活动性不同电极。
③电极必须插入电解质溶液（或熔融电解质）。
④电极用导线相连构成闭合回路。
（活泼性不同的金属或一种金属和另一种非金属导体）
C
【例2】下列装置能形成原电池的是( )
A.①②③⑦ B.①②⑤⑥
C.①②③④ D.①②③⑥⑦
A
5、原电池的正、负极判断
判断依据 负极 正极
电极材料
电子流向
反应类型
电极现象
离子流向
一般为较活泼金属或燃料有机物（CH4）、H2
电子流出
氧化反应
不断溶解，质量减轻
一般为活泼性较弱的金属或能导电的非金属（石墨、O2、Cl2）
电子流入
还原反应
电极增重或产生气体
阳离子流向正极
阴离子流向负极
a>b
（1)若a、b相连，a为负极。
（2)若c、d相连，d上有气泡溢出。
（3)若a、c相连，a的质量减少。
（4)若b、d相连，b为正极。
1.把a、b、c、d 4种金属浸入到稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池，请根据下列信息，判断四种金属的活动性顺序。
c>d
a>c
d>b
2．有A、B、C、D四块未知金属片，欲判断其金属活动性顺序，进行如下实验，根据电流表指针偏转方向，可以获知：
①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；
②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；
③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；
④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。
据此，判断四种金属的活动性顺序是
A．A>B>C>D B．C>A>B>D C．A>C>D>B D．B>D>C>A
C
四、原电池的应用
（1）比较金属活泼性： 一般情况下：负极>正极
（2）加快反应速率：
（3）保护金属材料
（注意：选择合适电解质）
实验室制H2时，由于锌太纯，反应较慢，可加入少量CuSO4形成原电池以加快反应速率。
船体镶锌块
原理：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。
【例6】实验室中制取氢气，化学反应速率最快的方法是（　　）
A．纯铁与稀硫酸反应 B．纯锌与稀硫酸反应
C．纯锌与稀盐酸反应 D．粗锌（含铜、银）与稀硫酸反应
D
【变6】欲提高 Cu 粉与 1.2 mol/L 的 HNO3 溶液的反应速度，
可加入下列什么试剂（　　）
A．蒸馏水 B．碳酸钠固体
C．食盐水 D．AgNO3溶液（少量）
【变6-2】铁在下列情况下腐蚀最快的是（　　）
A．铁放入海水中 B．将铁和锌连接后放入到海水中
C．将铁和锌连接后放入到淡水中 D．将铁和锡连接后放入到海水中
D
3.如图所示，a的金属活动性在氢之前，b为碳棒。关于该装置的说法中，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a→b
D. 反应后a极质量减小
D
5.一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu， 该反应的原电池正确组合是（ ）
C
A B C D
正极 Zn Cu Cu Fe
负极 Cu Zn Zn Zn
电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl
五、设计原电池
(1)定反应：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。
(2)拆两半：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，
负极：还原剂－ne－===氧化产物；
正极：氧化剂＋ne－===还原产物。
(3)找材料：电极材料必须导电，负极材料一般选择较活泼的金属材料，
或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料；
电解质溶液一般能与负极反应。
(4)画装置：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。
负极 正极 电解质溶液
练习：将铁与硫酸铜的反应设计成原电池
负极：反应式 ；
正极：反应式 ；
总反应式： ；
A
1. 请判断以下能否形成原电池，如果能形成，负极是哪一极？
稀硫酸
Al
Mg
A
氢氧化钠
Al
Mg
A
稀硝酸
Fe
Cu
A
浓硝酸
Fe
Cu
A
稀硫酸
硫酸铜
Zn
2、当硝酸变稀后，稀硝酸将铝表面的氧化铝膜溶解，铝与稀硝酸接触。
Al + 4HNO3(稀) = Al(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
此时，铝为负极，失电子，被氧化；铜为正极，发生还原反应。
负极反应式：
Al - 3e- = Al3+
正极反应式：
NO3- + 3e- + 4H+ = NO↑ + 2H2O
总反应式：
稀硝酸溶液
Al
（负极）
（正极）
铝铜稀硝酸原电池电极反应式为：
铝铜浓硝酸原电池电极反应式为：
在浓硝酸中，由于浓硝酸的强氧化性使得铝表面形成致密的氧化铝膜，阻碍了铝与硝酸的接触和进一步反应。
Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
浓硝酸中，铜为负极，失电子，被氧化； 铝为正极，发生还原反应。
负极反应式：
Cu - 2e- = Cu2+
正极反应式：
2NO3- + 2e- + 4H+ = 2NO2+ 2H2O
总反应式：
浓硝酸溶液
Al
（负极）
（正极）
1.锌锰干电池
一、一次电池——放电之后不能充电的电池
优点：制作简单、价格便宜。
缺点：放电时间短，电压下降快，放电过程中易气涨或漏液。
负极（锌筒）：Zn - 2e- = Zn2+
正极（石墨棒）：2MnO2 +2NH4+ + 2e- = 2MnOOH + 2NH3↑
总反应：Zn+2NH4+ +2MnO2 =Zn2++2NH3↑ +2MnOOH
六 .常见的化学电源
二、二次电池
3.实例：铅酸蓄电池、镍氢电池、镍-镉碱性蓄电池、锂离子电池等。
1.概念：二次电池又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。
2.能量转化：
负极：Pb – 2e- + SO42- = PbSO4
正极：PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ = PbSO4 + 2H2O
铅酸蓄电池
正极： PbO2
负极： Pb
电解质溶液：稀硫酸
缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境
优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉
Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
放电
充电
三、燃料电池
1.氢氧燃料电池
①酸性电解质溶液(H2SO4)
总反应：2H2+O2 = 2H2O
负极：2H2－ 4e- = 4H+
正极：O2 ＋ 4e- ＋ 4H+ = 2H2O
②碱性电解质溶液(KOH)
负极：2H2 - 4e- + 4OH- = 4H2O
正极：O2 ＋4e- ＋2H2O = 4OH-
燃料电池是一种将燃料（如H2、CH4、乙醇）和氧化剂（如O2）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以达到 80% 以上。
【例】下列有关电池的说法不正确的是(　　)
A．手机上用的锂离子电池属于二次电池
B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D．锌锰干电池中，锌电极是负极
B
【例】汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是( )
A.Pb是正极
B.PbO2得电子，被氧化
C.负极反应是Pb＋SO42-－2e－=PbSO4
D.电池放电时，溶液的酸性增强
C