- 高中化学人教版（2019）必修第二册第六章 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

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【学习目标与核心素养】学习目标1、通过实验探究认识化学能与电能之间转化的实质。2、理解原电池的概念及工作原理和构成条件。3、了解干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。4、能正确书写简单化学电源的电极反应式。

核心素养1、科学探究：认识构成原电池的条件及其原理，判断原电池的正负极。2、创新意识：利用原电池原理能设计原电池。3、宏观辨识与微观探析：会分析物质化学变化中的能量变化与物质微观结构的关系。【引入】我们日常使用的电能主要来自火力发电。火力发电是通过化石燃料燃烧时发生的氧化还原反应，使化学能转化为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。火力发电过程中，化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能。其中，燃烧（氧化还原反应）是关键。【思考与交流】直接？1、煤炭是非可再生资源，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【实验探究】【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。【实验探究一】现象

当锌片与铜片插入稀硫酸时，锌片上有气泡产生，铜片上无气泡产生；当用导线将锌片和铜片相连后，铜片上有气泡产生；串联电流表后，电流表指针发生偏转，说明导线中有电流通过。解释?Zn比Cu活泼，用导线连在一起时，Zn片失去的电子变成Zn2+进入溶液。锌片：Zn－2e－=Zn2+（氧化反应）电子经导线流向Cu片，溶液中的H＋由于电场作用下移向Cu片得电子被还原成H2。铜片：2H+＋2e－

=H2↑（还原反应）【解释现象】一、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.正负极：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3.工作原理：电极材料原电池正负极电极反应式发生的反应Zn片Cu片电极总离子反应负极正极Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2↑氧化反应还原反应Zn+2H+=Zn2++H2↑（两个电极反应之和）一、原电池小结：负极失去电子的一极氧化反应活性强正极得到电子的一极还原反应活性弱4.工作原理：一、原电池e-↑e-→e-↓阳离子阴离子外电路：内电路：阳离子→正极阴离子→负极负极→正极e-这样整个电路构成了闭合回路，带电粒子的定向移动产生电流正极→负极Ⅰ思考与交流：通过对以上原电池原理的分析，说一说构成原电池的必要条件有哪些呢？实验装置

①②③

能否构成原电池

构成原电池条件一

（电极材料）实验探究二:能活泼性不同的两个电极能不能思考：负极材料和正极材料可以是哪类物质？负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等实验探究三:（溶液）实验装置

（1）

（2）（3）

能否构成原电池构成原电池条件二能Fe能不能思考：反应实质？电极必须插入电解质溶液中电解质溶液原电池的负极和电解质溶液发生氧化还原反应实验探究四:（是否闭合）实验装置

（1）

（2）能否构成原电池

构成原电池条件三不能两极相连形成闭合回路能5.构成条件一、原电池理论上，自发的

反应均可构成原电池。具体条件是：①具有

的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)；②溶液：两电极均插入

溶液中；③导线：两极用导线相连，形成闭合回路。活动性不同电解质氧化还原两极一液成回路练习1、判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由.①②③(×)(×)(√)④(√)⑤(×)【合格考怎么考】6.原电池正、负极的判断方法（1）由组成原电池的两极材料判断：一般是活泼的金属为负极活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极（2）根据电流方向或电子流动方向判断：电子流出的一极是负极，电子流入的一极是正极(4)根据原电池两极发生的变化来判断：发生氧化反应的是负极，发生还原反应的是正极(5)电极反应现象：

不断溶解，质量减少为负极；有气体产生,或质量增加或不变为正极(3)根据内电路离子移动的方向判断：阳离子移向的一极为正极，阴离子移向的为负极7.原电池原理的应用①比较金属活泼性

④保护金属材料③提供能源，服务生活②加快反应速率（注意：选择合适电解质）一般：负极>正极如：制氢气加入少量硫酸铜溶液牺牲阳极的阴极保护法如：船体镶锌块稀硫酸AlMgA稀硫酸AlMgANaOH【课堂练习】H2SO4(aq)CuSO4(aq)ZnCu负极():.正极():.总反应式:.负极():.正极():.总反应式:.

请在图上标出电子的流动方向和电流方向，并判断正负极，写出电极反应式和总反应式。AgFeIe-e-IFeAgFe－2e-=Fe2+2H++2e-=H2↑Fe+2H+=Fe2++H2↑ZnCuZn－2e-=Zn2+

Cu2++2e-=CuZn+Cu2+=Zn2++

Cu二、原电池的设计与制作简易电池的设计与制作【目的】根据原电池原理，设计和制作简易电池，体会原电池的构成要素。【用品】水果（苹果、柑橘或柠檬等），食盐水，滤纸，铜片、铁片、铝片等金属片，石墨棒，导线，小型用电器（发光二极管、电子音乐卡或小电动机等），电流表。【实验】（1）水果电池（2）简易电池【课堂练习】1、一个电池反应的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu，

该反应的的原电池正确组合是（）CABCD正极ZnCuCuFe负极CuZnZnZn电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl三、常见的化学电源

常见的锌锰干电池的构造如图6-10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。Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O负极(Zn):

Zn-2e-=Zn2+正极(C)：2MnO2

+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3↑+H2O三、常见的化学电源负极:Pb+SO42--2e-=PbSO4

正极:PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O正极：PbO2负极：Pb电解质：H2SO4溶液氧化反应还原反应正负极材料Pb+PbO2+4H++2SO42-2PbSO4+2H2O放电充电

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。三、常见的化学电源发展中的燃料电池

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。与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用。燃料电池的供电量易于调节，能适应用电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间，在航天、军事和交通等领城有广阔的应用前景。

电解质溶液的酸碱性对电极反应的影响H2SO4(aq)H2O2—+负极：2H2-4e-=4H+正极：O2+4e-+4H+=2H2O总反应：2H2+O2=2H2O例1：H2—O2—H+（aq）:KOH(aq)H2O2—+负极：2H2-4e-+4OH—=4H2O正极：O2+4e-+2H2O=4OH—总反应：2H2+O2=2H2O例2：H2—O2—OH—（aq）:【化学与职业】电池研发人员电池研发与生产、生活和军事等领域的发展密切相关。电池研发人员的工作包括电池构成材料的研制、电池性能的改进和应用的拓展