6.1.2 化学反应与电能 课件（29张ppt）【新教材】2020-2021学年人教版（2019）高一化学必修二

人教版必修第二册第六章第一节
化学反应与能量变化
第2课时
化学反应与电能
化学反应与电能
电池
原电池
将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中
锌片上有气泡冒出，铜片上无现象
用导线连接锌片和铜片
锌片溶解，铜片上有气泡冒出
用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表
电流表指针发生偏转
【实验结论】装置中有电流产生，化学能转化为电能
Zn
Cu
H2SO4
Zn
Cu
H2SO4
A
负极
Zn
= Zn2+
-2e-
2H+
= H2↑
+2e-
锌片
铜片
氧化反应
还原反应
正极
得电子
电子流入
失电子
电子流出
活泼性较强
活泼性较弱
总反应式：
Zn
2H+
Zn2+
H2↑
+
=
+
e-
I
原电池
1．概念：原电池是将 转化为 的装置。
2．本质：
3．电极：（1）负极：______电子，发生_____反应，较 ；
（2）正极：______电子，发生_____反应，较不活泼。
4．构成原电池的条件：
化学能
电能
失去
氧化
得到
还原
（4）闭合回路。
氧化还原反应——电子得失
（1）自发进行的氧化还原反应；
（2）两个活动性不同的电极；
（3）电解质（溶液或熔融电解质）；
活泼
7.电流方向：
外电路：
内电路：
与电子移动方向相反（正极→负极）
与阳离子移动方向相同（负极→正极）
5.电子方向：
负极→正极
6.离子方向：阳离子向 极移动，阴离子向 极移动。
原电池
正 负
课堂巩固
1、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
2、下列关于原电池的叙述，正确的是（ ）
A．构成原电池的正极和负极材料必须是两种活动性不同的金属
B．原电池是将化学能转变为电能的装置
C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原
D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极
课堂巩固
B
课堂巩固
3、判断下列原电池的负极材料是什么？
a极
b极
电解质溶液
负极
Al
Fe
稀盐酸
?
Al
Mg
稀H2SO4
?
Al
Mg
浓HNO3
?
Al
Cu
浓HNO3
?
Al
Mg
NaOH溶液
?
Fe
C
CuSO4
?
Al
Mg
Mg
Cu
Al
Fe
①一般较活泼的金属作负极。
②失去电子，发生氧化反应的是负极。
③电子流出（电流流入）的是负极。
④阴离子移向的一极是负极。
⑤电极溶解（质量减少）的为负极。
如何判断原电池的负极？
4、下列装置能构成原电池的是 ，
能构成原电池的，写出其电极反应式和总反应式。
课堂巩固
CDE
ZnSO4
H
5．某小组为研究原电池原理，设计如图装置。下列叙述正确的是(　　)
A．a和b不连接时，铁片上会有H2产生 B．a和b用导线连接时，铁片上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu C．a和b用导线连接时，电子由a流向b D．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，
溶液从蓝色逐渐变成浅绿色
D
课堂巩固
6、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是（ ）
A. 铁圈和银圈左右摇摆不定；
B. 保持平衡状态；
C. 铁圈向下倾斜；
D. 银圈向下倾斜；
课堂巩固
D
(6)一般来说，负极质量减小，正极质量不变或增加。
(1)相对活泼性强的为负极，另一个为正极
(3)电子由负极→正极。
(2)发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。
(4)电流由正极→负极。
(5)阴离子→负极，阳离子→正极。
如何判断原电池的负极？
7、如图装置，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐
变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的（ ）
A、A是锌，B是铜，C为稀H2SO4
B、A是铜，B是锌，C为稀硫酸
C、A是铁，B是银，C为AgNO3溶液
D、A是Ag，B是铁，C为AgNO3溶液
A
C
A
B
D
课堂巩固
1．比较金属活动性
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的金属活泼。
2．加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。
3．设计原电池
利用原电池原理设计和制造原电池，将化学能直接转化为电能。
原电池的应用
课堂巩固
1、请设计原电池实现下列反应，画出原电池的装置，标出正负极，并写出电极反应式：
⑴Zn + CuSO4 =ZnSO4 +Cu
⑵Cu + 2Ag+ =Cu2+ +2Ag
⑶2Fe3+ + Fe = 3Fe2+
⑷2Fe3+ + Cu = 2Fe2++ Cu2+
课堂巩固
2、有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}实验装置
部分实验现象
a极质量减小，b极质量增大
b极有气泡产生，c极无变化
d极溶解，c极有气泡产生
电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是 。
d > a> b> c
课堂巩固
3．锌与H2SO4反应制H2时向溶液中加少量CuSO4后为什么反应速率加快？
锌置换出铜构成原电池。
4．欲提高Cu粉与硝酸的反应速度，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）
D　
5. 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　
一、锌锰干电池（一次电池）
常见的锌锰干电池的构造如图所示。其中，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液，锌筒作负极。在使用过程中，电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极），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。这种电池放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行），属于一次电池。
常见的化学电池——干电池（一次）
?
负极：Zn﹣2e- = Zn2+
?
碱性锌锰干电池
——将电解质NH4Cl换成KOH
负极：Zn﹣2e- + 2OH- = Zn(OH)2
正极：2MnO2 +2e- + 2H2O = 2MnO(OH) + 2OH-
总：Zn + 2MnO2 + 2H2O = 2MnO(OH) + Zn(OH)2
常见的化学电池——干电池（一次）
二、充电电池（二次电池）
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。
常见的化学电池——充电电池（二次）
铅酸蓄电池
（-）Pb l H2SO4 I PbO2 (+)
负极：Pb﹣2e- + SO42- = PbSO4
正极：PbO2 + 2e- + 4H+ + SO42- = PbSO4 + 2H2O
总：Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O
常见的化学电池——充电电池（二次）
常见的化学电池——燃料电池
燃料电池是一种将燃料（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，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。当以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳。
①反应物不储存在电池内部，而由外界提供的。电池只是一个反应器。
②电极一般不参与反应，常采用惰性电极：活性炭棒、金属铂等
③燃料在负极发生氧化反应，O2在正极发生还原反应，两者不直接燃烧；电解质不同，电极反应可能不同，产物也不一定相同。
氢氧燃料电池（H2 、O2）
氢氧燃料电池
电解质
负极（H2）
正极（O2）
酸性H2SO4(aq)
?
?
碱性KOH(aq)
?
?
中性Na2SO4(aq)
总反应：2H2 + O2 = 2H2O
2H2 - 4e- = 4H+
2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O
O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
2H2 - 4e- = 4H+
O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
甲烷燃料电池（CH4、O2）
甲烷电池
H2SO4作电解质
KOH作电解质
负极
?
?
正极
?
?
总反应式
?
?
CH4+ 2H2O -8e- = CO2+ 8H+
2O2 + 8H+ + 8e- = 4H2O
2O2 + 8e- + 4H2O = 8OH-
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
CH4 + 10OH- -8e- = CO32-+ 7H2O
CH4 + 2O2 +2OH- = CO32- + 3H2O
甲烷燃料电池
1、被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片（在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰）作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为：
Zn + 2MnO2 + H2O === ZnO + 2MnO(OH)，下列说法正确的是（ ）
A．电池工作时，锌失去电子，做正极
B．该电池反应中二氧化锰起催化剂作用
C．当生成0.1 mol ZnO时，转移电子个数为1.204×1024
D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少6.5 g
D
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2、高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O
3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题：(1)放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应，则负极反应式为_____________________________________________，正极反应式为_________________________________________。(2)放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
放电
充电
　正
还原
3Zn－6e－＋6OH－ = 3Zn(OH)2
2FeO42－＋6e－＋8H2O = 2Fe(OH)3＋10OH－
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3、锂—空气电池的工作原理如图，总反应式为4Li＋O2＋2H2O = 4LiOH。
回答下列问题：(1)A、B分别为原电池的什么极？发生什么反应？写出电极反应式。(2)电解液a可以是水溶液吗？为什么？(3)电解液中的Li＋向什么极迁移？(4)电解液b的pH如何变化？
(1)A极为负极，发生氧化反应，4Li－4e－ = 4Li＋。 B极为正极，发生还原反应，O2＋4e－＋2H2O = 4OH－ (2)不可以，因为Li与H2O反应。 (3)Li＋向B极迁移。 (4)pH增大。
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