(共38张PPT)
1.熟悉能源的分类和化学能与电能的转化关系。
2.知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，通过实验会说明原电池的原理，会判断原电池的正极、负极，会正确书写电极反应式，熟知原电池的应用。
第2节 化学能与电能
学习目标
第1课时 原电池——化学能转化为电能
[复习提问]：化学反应有什么特点?
2．伴有能量变化，有的反应吸热，有的反应放热。
3．氧化还原反应伴有电子转移。
1. 有新的物质生成。
讨论
1、日常生活中你使用的主要能源是什么？
2、使用热能与电能各有何优点、缺点？
热能：
获取简单、使用方便、成本低；
不便储存、携带，能量利用率低。
电能：
便于储存、携带、传输，使用方便，能量利用率高。
电能是现代社会中应用最广泛，使用最方便、污染最小的一种能源，又称电力。例如，日常生活中使用的手提电脑、手机、相机、摄像机……这一切都依赖于电池的应用。那么，电池的电能是如何产生的呢？这就让我们用化学知识揭开电池这个谜。
一、化学能与电能的相互转化
1. 火力发电
我国目前发电总量构成
讨论
1、分析教材图2-8，火力发电的原理是什么？
2、火力发电有什么利和弊？
化学能
燃烧
蒸汽
发电机
热能
机械能
电能
火力发电优点:
a.我国煤炭资源丰富,廉价方便.
b.投资较少，建厂快，
c.技术成熟，
火力发电缺点:
a.储量有限
b.有废气可能导致酸雨
c.排出大量的温室效应气体.
d.能量转换效率低
思 考
火力发电要经过一系列能量转换才能将化学能转换为电能，能量转化效率极低。能否发明一种装置将化学能直接转化为电能呢？
化学能 电能
？
1、当氧化剂和还原剂直接接触进行反应时，化学能要经过一系列能量转换才能转换为电能。
2、把氧化剂和还原剂分开，使氧化反应和还原反应在两个不同区域进行。
3、需要在氧化剂和还原剂之间架设桥梁使电子从氧化剂区域流向还原剂区域。
4、考虑氧化反应和还原反应发生的条件和环境，选择恰当的化学物质。
5、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。
【实验探究一】
[实验现象]：
Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑
锌片上有气泡,铜片上没有气泡。
把锌片和铜片分别插入到稀H2SO4
中,观察现象。
思考与交流一
1.反应中，得、失电子物质各是什么？
3.有没有办法让这种电子的转移变成电流？
2.Zn是通过什么途径将电子转移给溶液中H+的？
【实验探究二】
用导线把锌片和铜片连接起来，插入到稀H2SO4中,观察现象。
[实验现象]：铜片上有气泡产生，锌片加速溶解。
思考与交流二
1.反应中，为什么铜片上也产生了气体？
2.电子如何从锌片转移到铜片上的？
3.如何证明导线中有电子流过？
当把用导线连接的锌片和铜片一同浸入稀硫酸中时，由于锌较活泼，容易失去电子，被氧化成Zn2+而进入溶液，电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中的H+从铜片获得电子被还原成氢原子，氢原子再结合成氢分子从铜片上逸出。
Zn是通过什么途径将电子转移给溶液中H+的？
A
[实验现象]：铜片上有气泡产生，锌片不断溶解，电流表的指针发生偏转。
[实验结论]：导线中有电流通过。
【实验探究三】
用导线把锌片和铜片连接起来，再在导线中间接入一个电流表，观察电流表的指针是否偏转?
实验结论:
1.该装置实现了将______能转化为_____能。
2.该装置的化学反应本质是:_______________.
化学
电
氧化还原反应
定义1：使化学能转化为电能的的装置，叫做原电池。
2. 原电池
用导线把锌片和铜片连接起来，插入到稀H2SO4中所组成的原电池, 叫做Cu-Zn原电池
Cu-Zn原电池
Zn片上Zn溶解，Zn 电子，发 生 反应。可表示为：
Cu片上产生气泡，H+ 电子，发生 反应。可表示为：
失
氧化
得
还原
Zn： Zn－2e=Zn2+
Cu：2H++2e=H2↑
定义2：在原电池中，电子流出的一极叫负极，负极发生氧化反应；电子流入的一极叫正极，正极发生还原反应。
定义3：原电池两电极发生的反应叫做电极反应。
讨论：原电池的发明有什么重要意义？
1.证实了氧化还原反应有电子转移
2.实现了化学能与电能的直接转化
3.揭示了化学现象与电现象的内在联系——电化学
思考与交流三
1.原电池为什么能将氧化还原反应的电子转移变成了电流？其工作原理是什么？
2.原电池的形成条件是什么？
原电池的工作原理
两个电极中，较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）流出,通过导线流向较不活泼的金属或非金属（正极）
原电池的工作原理使氧化反应和还原反应分别在两个不同电极上进行，并使其转移的电子经过导线形成电流。
3. 原电池的组成条件
（1）要有两个电极(通常是二种活泼性不同的金属或金属与非金属构成)。
(4) 能自动进行一个氧化还原反应
（2）两电极必须用导线连接
（3）适当的电解质溶液。
讨论1：
若用铁代替Cu-Zn原电池中的锌片，会有何不同？为什么？
若用铝代替Cu-Zn原电池中的铜片，会有何不同？为什么？
若用碳代替Cu-Zn原电池中的铜片，能否形成原电池？为什么？
讨论2：若不用导线，而是将锌与铜直接沾在一起，现象如何？若将锌与铜混合在一起，现象又如何？
归纳总结：
原电池的工作原理
Zn－2e－== Zn 2＋
2H＋+2e－== H2↑
负极
正极
氧化反应
还原反应
归纳总结
答案
还原性较弱的金属或能导电的非金属
还原
反应
电子
流入
电流
流出
还原性较强的
金属
氧化
反应
电子
流出
电流
流入?
【实践活动】
根据构成原电池的条件可知：利用水果如苹果、柑橘、柠檬或番茄等都可以制作原电池。
例1.如图装置中，明显有电流产生的是( )
解析：A项中酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；B项中的两电极材料与电解质溶液不能发生自发的氧化还原反应，因而也不能构成原电池；D项中的装置没有构成闭合回路，不能构成原电池；只有C选项中的装置符合原电池的构成条件。
C
例2.［2019·河南省实验中学高一检测］关于原电池及其电极名称的下列叙述中正确的是（ ）
A. 原电池的正极和负极必须是两种活动性不同的金属
B. 正极上发生还原反应，一定产生气体
C. 电子流出的一极为负极
D. 阴离子在电解质溶液中向正极移动
解析：A错，构成原电池正极和负极的必须是两种活动性不同的电极，可以是两种不同金属，也可以是一种金属、一种非金属。B错，原电池中正极上发生还原反应，但不一定产生气体。C对，原电池中电子流出的一极为负极，电子由负极流向正极。D错，原电池放电时，电解质溶液中阴离子向负极移动。
C
例3. 由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。
装置
现象 二价金属A不断溶解 C的质量增加 A上有气体产生
根据实验现象回答下列问题：
(1)装置甲中负极的电极反应式是_______________。
(2)装置乙中正极的电极反应式是_____________。(3)装置丙中溶液的pH变化是________。(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是____________________。
解析：据装置甲知活动性：A>B，A作负极，电极反应式为A－2e－===A2＋；据装置乙知活动性：B>C，正极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；据装置丙知活动性：D>A，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故c(H＋)减小，pH增大。据甲、乙、丙知活动性强弱顺序：D>A>B>C。
答案：(1)A－2e－===A2＋
(2)Cu2＋＋2e－===Cu
(3)变大
(4)D>A>B>C
解析：原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。a极质量减小，b极质量增加，这说明a电极是负极，失去电子，b电极是正极，溶液中的铜离子得到电子，则金属性a > b。
b极有气体产生，c极无变化，说明金属性b > c。
d极溶解，c极有气体产生，说明d电极是负极，c电极是正极，溶液中的氢离子放电，生成氢气，则金属性d > c。
电流计指示在导线中电流从a极流向d极，这说明d电极是负极，a电极是正极，则金属性d > a。
综上所述，四种金属的活动性顺序是d > a > b > c。
答案：C
C
学习小结
原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是
(共25张PPT)
1. 记住干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。
2．认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。
3．能正确书写简单化学电源的电极反应式。
第2节 化学能与电能
学习目标
第2课时 发展中的化学电源
干电池
碱性电池
蓄电池
锂离子电池
燃料电池
常见的化学电源
化学电池
一次性电池：如干电池
二次电池（可充电电池）：铅蓄电池等
燃料电池：氢氧燃料电池
1. 干电池（锌锰电池）
负极：Zn – 2e- == Zn2+
正极：
2NH4+ +2MnO2 + 2e- == 2NH3 + Mn2O3 + H2O
总反应：
Zn+2NH4+ +2MnO2 =Zn2++2NH3 +Mn2O3 + H2O
干电池
（负极）
（正极）
锌筒
石墨棒
MnO2和C
普通锌-锰干电池的结构
NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等
思考与交流：锌锰干电池即使不用，放置过久，也会失效（作为电解质的糊状NH4Cl显酸性），为了充分而有效地利用锌锰干电池，在购买、保存和使用方面你有何经验与建议？请与同学交流分享。
碱性电池
总反应：
Pb + PbO2 + 2H2SO4 == 2PbSO4 + 2H2O
负极：Pb + SO42- - 2e- == PbSO4
正极：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- == PbSO4 + 2H2O
2.充电电池
已知：PbSO4难溶于水
铅蓄电池构造示意图
汽车用蓄电池
锂离子电池
锂离子电池：它是新一代可充电的绿色电池，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。
思考与交流：充电电池与一次电池相比有何优点？如何科学合理地使用充电电池？请与同学们讨论、交流。
优点：可反复使用
3. 燃料电池：
正极：O2 + 2H2O + 4e- == 4OH-
负极：2H2 – 4e- == 4H+
⑴ 氢氧燃料电池
总反应：2H2 + O2 == 2H2O
碱性条件下
电解质溶液的酸碱性对电极反应的影响
负极：2H2 – 4e- == 4H+
正极：O2 + 4H+ + 4e- == 2H2O
酸性条件下
负极：2H2 + 4OH- – 4e- == 4H2O
正极：O2 + 2H2O + 4e- == 4OH-
— 有效地防止电解质溶液对外壳的腐蚀
总反应：2H2 + O2 = 2H2O
总反应：2H2 + O2 = 2H2O
改变燃料
正极：2O2 + 4H2O + 8e- == 8OH-
负极：CH4 + 10OH- – 8e- == CO32- + 7H2O
CH4 +2O2 == CO2 + 2H2O
CH4 +2O2 + 2OH- == CO32- + 2H2O
CH4
O2
总反应：
归纳总结
Ⅰ．电极反应方程式的书写方法
(1)负极反应式的书写
①活泼金属作负极(电极材料本身反应)
生成的阳离子与电解质溶液不反应时：M－ne－===Mn＋。
若生成的阳离子与电解质溶液反应，应将“金属失电子的反应式”与“阳离子和电解质溶液反应的反应式”叠加写出。
②燃料电池(电极材料本身不反应)
H2—O2(H2SO4)燃料电池负极反应式：
H2－2e－===2H＋。
H2—O2(KOH)燃料电池负极反应式：
H2－2e－＋2OH－===2H2O?H2－2e－===2H＋；2H＋＋2OH－===2H2O。
(2)正极反应式的书写
①首先判断在正极反应的物质
当负极材料与电解质溶液能反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解液中的某种粒子。
当负极材料与电解质溶液不反应时，在正极上发生电极反应的是溶解在电解液中的O2。
燃料电池中正极反应的物质是作氧化剂的物质。
②根据具体情况书写正极反应式(也要考虑是否与电解液反应)
H2—O2(H2SO4)的正极反应式：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。
H2—O2(KOH)的正极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
Ⅱ．书写原电池电极反应式时注意的问题
(1)正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。
(2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。
(3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。
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
使用燃料电池的汽车
其他电池
空气电池
废电池对环境的危害
电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。随意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。
上世纪50年代，震惊世界的日本“水俣病”就是因汞中毒引起的。
减 少 污 染 节 约 资 源
例1. 下列说法正确的是( )
A．镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池
B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池
C．化学电池的反应基础是氧化还原反应
D．铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2
解析：碱性锌锰干电池是一次电池；燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池；铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。
C
例2.可用于电动汽车的铝—空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是( )
A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液时，正极反应
都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．以NaOH溶液为电解质溶液时，负极反应为Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓
C．以NaOH溶液为电解质溶液时，电池在工作过程中电解质溶液的碱性保持不变
D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
答案 A
例3. 锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到普遍重视，目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是( )
A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋
B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋
D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋
解析 根据原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再结合总反应可知，Li失去电子生成Li＋被氧化，为负极；MnO2得到电子被还原，为正极。
B
解析：A错，该反应中Pb元素化合价由+4价变为+2价、Mn元素化合价由+2价变为+7价，所以PbO2为氧化剂、锰离子为还原剂，PbO2体现氧化性。
B错，氧化产物是MnO4-，还原产物是Pb2+，其物质的量之比为2∶5。
C错，生成1 mol的Pb2+，转移电子的物质的量为1 mol×2=2 mol。
D对，氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，该反应中，氧化剂是PbO2，氧化产物是MnO4-，所以酸性环境下的氧化性PbO2 > MnO4-。
D
