化学反应与电能++高一下学期化学人教版必修第二册

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1.宏观辨识与微观探析以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。2.证据推理与模型认知能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要素，能书写电极反应式并能分析简单原电池的工作原理。核心素养目标本节重点

理解原电池原理：认识原电池是将化学能转化为电能的装置，理解原电池的工作原理，包括电极反应、电子转移、离子迁移等过程，能写出简单原电池的电极反应式和总反应式。本节难点

掌握原电池构成条件：掌握原电池的构成条件，能够根据给定的材料设计并组装简单的原电池。同学们，你们能想象一下没有电之后的生活吗？新课引入那么，电的来源有哪些呢？获取电源的途径太阳能发电风力发电核能地热能发电水力发电生物质能潮汐能发电火力发电

我们日常使用的电能主要来自火力发电。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。1.火力发电的原理能量转化过程化学能燃料燃烧热能蒸汽轮机机械能发电机电能火力发电有什么弊端？如何尽量克服这种弊端？弊端：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?化学能

电能直接想一想：1.电流是怎样产生的？写一写：写出锌和稀硫酸反应的离子方程式并画出单线桥。

2.哪种化学反应中有电子的转移？Zn+2H+=Zn2++H2↑2e-设计成原电池电子定向移动氧化还原反应2.原电池原理的探究(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6-3】稀H2SO4实验现象离子方程式思考问题寻找答案大量气泡从铜片逸出，锌片部分溶解Zn+2H+=Zn2++H2↑1.铜片上为什么会有气泡冒出，H+得到的电子是Cu失去的吗？2.在这个过程中Cu起什么作用？3.怎样才能知道导线中有电子通过？Cu起传导电子的作用。可用电流表（灯泡）测电流及方向。ZnCu1.定义:把化学能转化成电能的装置，称为原电池。2.

本质：氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行；自发的氧化还原反应电流方向：正极→负极正负极：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）的一极稀硫酸CuZnA-+e-→e-→e-→e-阳离子迁移方向阴离子迁移方向负极正极Ae−e−II电解质溶液Zn－2e－=Zn2+氧化反应发生溶解失去电子吸引阴离子还原反应产生气泡2H++2e－=H2↑得到电子吸引阳离子阴离子负极阳离子正极外电路内电路电子流向：负极

沿导线

正极较活泼金属较不活泼金属原电池工作原理示意图电子不下水，离子不上岸硝酸银AgCu硫酸铜AgCu√×条件一：能自发进行(或一定条件下可以自发)的氧化还原反应稀盐酸ZnCu酒精ZnCu√×酒精、蔗糖、四氯化碳（CCl4）不是电解质条件二：两极之间填充电解质溶液（或熔融电解质或固体电解质）3.构成原电池的条件条件三：用活泼性不同的两种材料作电极

①

其中一种能导电的非金属：碳棒

、石墨；②

其中较活泼金属为负极，较不活泼金属（或非金属）为正极（正极一般不参与电极反应，只起导电作用）；③

K、Ca、Na等极易与水反应的金属不行。稀硫酸ZnFe稀硫酸ZnZn稀硫酸ZnC×√√稀盐酸ZnCuZnCu稀盐酸稀盐酸√×条件四：正极、负极、电解质溶液构成闭合回路/两个电极直接接触稀硫酸ZnCu√★一般负极与电解质溶液发生氧化还原反应；如：Al/NaOH/Mg----原电池：是Al作负极；Cu/HNO3（浓）/Fe---原电池：是Cu作负极思考与讨论将Zn-Cu-稀硫酸原电池中的稀硫酸换成硫酸铜溶液，分析其原理。判断依据负极正极电极材料电子流向电流流向电极反应电极现象溶液中离子流向活泼金属活泼性较弱的金属或能导电的非金属电子流出

电子流入

电流流入电流流出氧化反应

还原反应

质量减小或溶解有气泡产生或质量增加阴离子流向负极阳离子流向正极4.原电池正、负极判断的一般方法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。①比较金属活动性

例：有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。则：金属_____是负极，金属_____是负极；金属活动性：________。aba＞b★提醒：不是所有的情况都是活泼金属作负极，比如Mg和Al投入氢氧化钠溶液中5.原电池的应用

Cu与硝酸银溶液的反应，是大家非常熟悉的置换反应，为何银会向外不断生长，而不只是停留在铜的表面？为什么反应越来越快了呢？奇幻森林之谜②加快氧化还原反应的速率一个氧化还原反应，构成原电池时的反应速率比直接接触的反应速率快。情境一：纯锌和含金属杂质的粗锌在与稀硫酸反应制取氢气时，粗锌反应速率更快。情境二：铁和稀H2SO4反应时，若加入少量CuSO4溶液，可加快产生H2的速率。③设计原电池理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。④保护金属材料船体镶锌块作负极，船体做正极防止被腐蚀设计步骤：定-拆-找-画以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑为例Zn－2e－===Zn2＋2H＋＋2e－===H2↑Cu或C稀硫酸(氧化剂)③找：根据氧化还原反应的还原剂找负极、氧化剂找电解质溶液，正极选择不活泼的金属（能导电的非金属）④画：连接成闭合回路，画出原电池装置图。②拆：将氧化还原反应拆为氧化反应+还原反应。负极：还原剂-ne-=氧化产物；正极：氧化剂+ne-=还原产物①定：确定一个自发进行的氧化还原反应设计原电池

请将反应:Fe+2Fe3+=3Fe2+设计成原电池，负极材料、正极材料，以及电解质溶液分别是什么？写出电极反应式，画出原电池装置图。负极反应：Fe-2e-

=Fe2＋

故只能用铁做负极正极反应：2Fe3++2e-

=2Fe2+，故正极材料只需活泼性比铁弱即可，如：铜、银、石墨等电解质溶液：必须含有Fe3+，为可溶性铁盐如:FeCl3溶液学以致用氧化剂+还原剂=还原产物+氧化产物负极：还原剂-ne-=氧化产物；正极：氧化剂+ne-=还原产物如：碱性电解质溶液中，生成的H+,应结合OH-生成H2O电极反应式的书写练习：写出下列原电池中的电极反应和总反应①Cu︱FeCl3溶液︱Pt②Zn︱AgNO3溶液︱Cu负极：Cu-2e-=Cu2+正极：2Fe3++2e-=2Fe2+负极：Zn-2e-=Zn2+正极：2Ag++2e-=2Ag③Al︱NaOH溶液︱Mg④Al︱浓硝酸︱Cu负极：2Al-6e-+8OH-=2[Al(OH)4]-

正极：

6H2O+6e-=

3H2↑+

6OH-负极：Cu-2e-=Cu2+正极:4H++2NO3-+2e-=

2H2O+2NO2↑总反应:

2Al+2OH-+6H2O=2[Al(OH)4]-+3H2↑总反应:Cu+4H++2NO3-=Cu2++2H2O+2NO2↑总反应:Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+总反应:Zn+2Ag+=Zn2++2Ag课堂小结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=3FeCl2C．2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑D．HNO3+NaOH=NaNO3+H2OD随堂检测2、原电池反应的是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CuCl2H2SO4CuSO4HCl3、下图是Zn和Cu形成的原电池，某兴趣小组做完实验后，记录如下：①Zn为正极，Cu为负极；

②H+向负极移动；③电子流动方向，从Zn经外电路流向Cu；④Cu极上有H2产生；⑤若有1mol电子流过导线，则产生0.5molH2；⑥正极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+。描述合理的是（）A．①②③

B．③④⑤

C．④⑤⑥

D．②③④B4、a、b、c、d四种金属。将a与b用导线连，浸入电解质溶液中，a不断腐蚀；将a、d分别投入同浓度的盐酸中，d比a反应剧烈；将铜浸入b的盐溶液中，无明显变化；把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。根据以上判断，活动性由强到弱的顺序是A．dcabB．dabcC．dbac D．badcB5、将等质量的A、B两份锌粉装入试管分别加入过量的稀硫酸，同时向装A的试管中加入少量CuSO4溶液。图表示产生氢气的体积V与时间t的关系，其中正确的是D生活中的电池1.一次电池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）⑴普通锌锰电池负极：Zn-2e-=Zn2+正极：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3↑+H2O优点：制作简单，便于携带，价格便宜；缺点：放电时间短，电压下降快；容易漏液/锌外壳变薄，糊状NH4Cl显酸性）电解质溶液：NH4Cl糊Zn+2MnO2+2NH4Cl=Mn2O3+2NH3↑+H2O+ZnCl2电池总反应：⑵碱性锌锰电池锌粉取代锌筒，KOH取代NH4Cl，增大接触面积电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

0+4+3+2负极：Zn+2OH––2e–=Zn(OH)2

正极：2MnO2+2H2O+2e–=2MnOOH+2OH-优点：电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会涨气或漏液。缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵。2.二次电池充电电池属于二次电池。放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，从而实现放电与充电的循环。化学能

电能充电放电思考2：二次电池的放电和充电是可逆反应吗？充放电转化反应条件不同，不是可逆反应。常见的二次电池有：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池⑴铅酸蓄电池负极正极铅蓄电池放电时的总反应为：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4（aq）2PbSO4(s)+2H2O(l)

放电

充电0

+4

+2优点：电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉等。汽车上大多使用缺点：比能低、使用寿命短、日常维护频繁等。负极:Pb+SO42－－2e－=PbSO4正极:PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－=PbSO4＋2H2O铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程阴极：接电源负极阳极：接电源正极⑵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。例题：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+C.Li是负极，电极反应为MnO2+e-=MnO2–D.Li是负极，电极反应为Li－2e-=Li2+B（非水有机溶剂电解液）3.燃料电池一种将燃料(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。燃料通入负极，氧气通入正极。优点：①清洁、安全、高效等。②能量转化率可以达到80％以上。⑴氢氧燃料电池电极:Pt或石墨制作的惰性电极电解质:硫酸溶液负极：2H2-4e-=4H+正极：O2+4H++4e-=2H2O思考3：电池工作一段时间后，上述溶液的pH如何变化？总反应:2H2+O2

＝2H2O酸性减弱，pH变大。氢氧燃料电池结构⑴氢氧燃料电池电解质溶液:KOH溶液负极：2H2-4e-+4OH-=4H2O正极：O2+2H2O+4e-=4OH-思考4：电池工作一段时间后，正极、负极和电解质溶液的pH如何变化？正极pH增大，负极pH减小，整个溶液的pH减小。在书写电极反应式时应看清溶液的酸碱性；

酸性条件下不出现OH－，碱性条件下不出现H＋。世界首列1氢燃料有轨电车唐山首次运营⑵写出甲烷(CH4)燃料电池，酸、碱性电解质的电极反应和总反应：酸性电解质：负极：CH4+2H2O-8e-

＝CO2+8H+正极：2O2+8H++8e-＝4H2O总反应式为：CH4+2O2＝CO2+2H2O

碱性电解质

：

负极：CH4+10OH-

－8e-=CO32-+7H2O正极：O2+2H2O+4e-=4OH-

总反应式：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O

⑶燃料电池总:2H2＋O2＝2H2OMCFC型燃料电池（可同时供应电和水蒸气）其工作温度：600－700℃，燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3负极正极正极:O2+4e-+2CO2=2CO32-负极:H2

-2e-

+CO32-

=CO2+H2O以固体氧化锆—氧化钇为电解质这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过正极:O2+4e-=2O2-负极:H2

-2e-

+O2-

=H2O总：2H2+O2=2H2O负极正极氢氧燃料电池随堂检测1、如图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸,外电