化学反应与电能 高一下学期化学人教版（2019）必修二

第六章化学反应与能量第一节化学反应与能量变化第二课时

化学反应与电能据国家统计局数据显示，2020年中国火力发电量为52799亿千瓦时，水力发电量为12140亿千瓦时，核能发电量为3663亿千瓦时，风力发电量为4146亿千瓦时。在2020年中国发电量中，火力发电量占71.2%；水力发电量占16.4%；核能发电量占比4.9%；风力发电量占比5.6%；太阳能发电量占比1.9%。火力发电原理及过程化学能

热能

机械能

电能燃烧蒸汽机发电机化学能转化为电能【思考】我国若大力发展火力发电存在哪些利弊呢？能否找到一种装置将化学能直接转化为电能呢？优点：煤炭我国资源丰富，廉价方便；电能清洁安全，又快捷方便。缺点：化石燃料属于不可再生资源；产生大量温室气体；废气可能导致酸雨；废料、废水任意排放造成污染；能量转换有损耗、效率低、利用率低。理论分析电池电源+-负极：e-流出的一极正极：e-流入的一极什么类型化学反应如何实现电子的转移？如何实现呢？氧化剂：失电子还原剂：得电子物理角度化学角度写一写：写出锌和稀硫酸反应的离子方程式并画出单线桥Zn+2H+==Zn2++H2稀硫酸Zn原电池实验（1）将锌片、铜片插入盛稀硫酸的烧杯中，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）用导线在锌片和铜片间串联一个电流表G，观察电流表指针是否偏转。演示实验6-3H2SO4稀硫酸CuZnA原电池实验（1）将锌片、铜片插入盛稀硫酸的烧杯中，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）用导线在锌片和铜片间串联一个电流表G，观察电流表指针是否偏转。演示实验6-3H2SO4稀硫酸CuZnA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（且反应速率较快）；串联电流表后，电流表指针发生偏转【解释现象】

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）

在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中粒子运动相互间的干扰减小，使反应速率增大一、原电池1.定义：将化学能直接转变成电能的装置电源+-2.Zn-Cu-H2SO4

原电池的工作原理：负极：Zn－2e-=Zn2+（氧化反应）正极：2H++2e-=H2↑（还原反应）电池总反应：Zn+2H+==Zn2++H2↑负极：e-流出的一极正极：e-流入的一极反应本质没有改变改变的是氧化和还原反应在两个区域发生CuZn---Zn2+H+H+Zn－2e－=Zn2+氧化反应还原反应负极正极阳离子阴离子SO42-发生溶解产生气泡原电池总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑阴离子负极阳离子正极外电路内电路3.工作原理2H++2e－=H2↑注意：电子不下水，离子不上岸电子流向：负极

沿导线

正极电流流向：正极

沿导线

负极形成条件1：能自发进行的氧化还原反应（不可以）Ag探究实验2：构成原电池的条件探究实验2：构成原电池的条件（可以）（可以）（可以）（不可以）形成条件2：活泼性不同的两个电极负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属或非金属(石墨)（可以）（不可以）形成条件3：电极需浸入电解质溶液中探究实验2：构成原电池的条件形成条件4：必须形成闭合回路（不可以）（可以）探究实验2：构成原电池的条件4.原电池的形成条件①自发的氧化还原反应（前提）②一般情况，活泼性不同的金属作电极（或其中一种为能导电的非金属，如“石墨棒”）其中较活泼金属为负极；较不活泼金属（或非金属）为正极③电解质溶液或熔融态电解质④形成闭合回路作用：①通过阴阳离子传导电流；②维持溶液中电荷守恒；③提供参与电极反应的离子。两极一液一连环，负极氧化正极还。A．①②⑤⑥B．④⑥⑦⑧⑨C．②⑤⑥⑦D．④⑥⑦⑨如果能形成原电池，请找出负极是哪一极？哪些能形成原电池（）D√√√√盐桥工作示意图1.连通电路2.使溶液呈电中性3.使电流持续稳定化学能转化为电能5.判断原电池正负极方法（重要）判断依据正极负极电极材料电子流向电极反应电极现象溶液中离子流向不活泼金属或非金属导体

活泼金属

电子流入

电子流出

还原反应

氧化反应

电极增重或产生气体

电极减轻

阳离子流向正极阴离子流向负极【思考】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AlMgA氢氧化钠AlMgA稀硝酸FeCuA浓硝酸FeCuA稀硫酸硫酸铜Zn6.原电池的应用①比较金属活泼性

④保护金属材料③设计电池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如：船体镶锌块稀硫酸AlMgA稀硫酸AlMgANaOH2.设计思路(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，分别作为负极和正极的电极反应。还原剂－ne－===氧化产物(负极电极反应)；氧化剂＋ne－===还原产物(正极电极反应)。(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。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）简易电池三、常见的化学电源1、一次电池(1)特点：电池放电后不能充电(2)锌锰干电池①锌筒为负极，电极反应是Zn-2e-=Zn2+。②石墨棒为正极，二氧化锰是氧化剂。③NH4Cl糊的作用是作电解质溶液。

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。2．二次电池(充电电池)（1）特点：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。（2）能量转化：（3）实例：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。（4）应用：汽车；手机、笔记本电脑锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。科学·技术·社会发展中的燃料电池

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。3．燃料电池(1)特点：①反应物储存在电池外部；②能量转换效率高、清洁、安全；③供电量易于调节。(2)燃料电池常用的燃料有：氢气、甲烷、乙醇等；常用氧化剂：氧气。将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的装置。H2SO4(aq)H2O2—+负极：2H2-4e-=4H+正极：O2+4e-+4H+=2H2O总反应：2H2+O2=2H2O例如酸性:例如：氢氧燃料电池【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等。以燃料电池为例，研发中需要研究电极、电解质等电池基本构成材料的性质和材