人教版高中化學必修二 化學反應(yīng)與能量變化 化學反應(yīng)與能量課件(第3課時原電池原理應(yīng)用化學電源)

第3課時原電池原理應(yīng)用

化學電源第六章

第一節(jié)化學反應(yīng)與能量變化

1.知道干電池、充電電池、燃料電池等化學電源的特點。2.掌握構(gòu)成電池的要素，了解不同電極材料對電池性能的影響。3.能正確書寫簡單化學電源的電極反應(yīng)式。核心素養(yǎng)發(fā)展目標二、化學電源內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN一、設(shè)計原電池拓展延伸電極反應(yīng)式的書寫設(shè)計原電池SHEJIYUANDIANCHI011.依據(jù)已知一個氧化還原反應(yīng)，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負極材料(或在負極上被氧化)，氧化劑(電解質(zhì)溶液中的陽離子)在正極上被還原。知識梳理2.實例以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑為例Zn－2e－===Zn2＋2H＋＋2e－===H2↑Cu或C稀硫酸(1)理論上任何氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計成原電池(

)(2)原電池中負極上發(fā)生氧化反應(yīng)(

)(3)原電池中正極材料一定發(fā)生還原反應(yīng)(

)(4)原電池中正極材料必須與電解質(zhì)溶液的某種離子反應(yīng)(

)判斷正誤×√××1.理論上講，任何自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池。選擇適宜的材料和試劑，請利用反應(yīng)“Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋”設(shè)計一個原電池?；卮鹣铝袉栴}：(1)用雙線橋分析上述離子反應(yīng)，標出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目______________；其中氧化反應(yīng)的半反應(yīng)可表示為“Fe－2e－===Fe2＋”，則還原反應(yīng)的半反應(yīng)為____________________。理解應(yīng)用2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(2)若設(shè)計成原電池①負極材料是___，選擇依據(jù)是__________________________________________________；②正極材料可選用__________，選擇依據(jù)是___________________________________________。③_________________溶液作電解質(zhì)。(3)寫出電極反應(yīng)式正極：___________________，負極：_______________。(4)該原電池中電子從________極流出，電解質(zhì)溶液中的陽離子(Fe3＋)移向_____________極。鐵固體鐵單質(zhì)能導電，可被電解質(zhì)溶液中的Fe3＋氧化為Fe2＋銅(或石墨)銅(或石墨)的還原性比鐵弱，且為能導電的固體FeCl3[或Fe2(SO4)3]2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋Fe－2e－===Fe2＋鐵(負)銅或石墨(正)歸納總結(jié)用雙線橋法書寫電極反應(yīng)式的步驟2.水果簡易電池的制作(1)探究制作水果電池對電極材料的要求(按如圖連接)(已知電流表的指針偏向電子流入的電極)電極材料水果電流表偏轉(zhuǎn)方向電極名稱鐵片、銅片蘋果偏向銅片鐵：_____銅：_____鐵片、鎂條蘋果偏向_____鐵：_____鎂：_____鐵片、碳棒檸檬偏向_____鐵：_____碳棒：_____鐵片、鐵片檸檬_______

銅片、碳棒檸檬幾乎不偏轉(zhuǎn)

負極正極鐵片正極負極碳棒負極正極不偏轉(zhuǎn)問題討論：水果的作用是作：

。實驗結(jié)論：構(gòu)成原電池的要素有：①自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。②兩個活潑性

的電極，

溶液，形成閉合回路。③根據(jù)電極材料判斷電極：較活潑金屬作

，不活潑的金屬或惰性電極作

。電解質(zhì)溶液不同電解質(zhì)負極正極(2)探究影響電流效果的因素【實驗1】探究電極材料對電流效果的影響電極材料電極間距/cm水果電流表/μA，偏轉(zhuǎn)角度(填“大”或“小”)鐵、銅1蘋果___鎂、銅1蘋果___小大實驗結(jié)論：在其他條件相同時，電極材料活潑性差別越大，電流效果越好?！緦嶒?】探究不同水果對電流效果的影響電極材料電極間距/cm水果電流表/μA，偏轉(zhuǎn)角度鋅、銅1蘋果___鋅、銅1檸檬___小大實驗結(jié)論：在其他條件相同時，不同的電解質(zhì)溶液，電流效果

。不同【實驗3】探究電極間距對電流效果的影響電極材料電極間距/cm水果電流表/μA，偏轉(zhuǎn)角度鋅、銅1檸檬___鋅、銅2檸檬___大小實驗結(jié)論：在其他條件相同時，兩電極間距越小，電流效果

。越好歸納總結(jié)水果電池的電流效果與電極材料、水果的種類有關(guān)，另外還與兩電極間距離以及電極插入水果的深度等因素有關(guān)。1.右圖為番茄制作的水果電池，下列說法正確的是A.一段時間后，銅片質(zhì)量減小B.鋅電極發(fā)生氧化反應(yīng)C.電流由鋅通過導線流向銅D.銅電極是該電池的負極跟蹤強化123√解析鋅的金屬性強于銅，所以鋅是負極，銅是正極，溶液中的氫離子在正極得到電子生成氫氣，所以選項B正確。2.利用離子反應(yīng)“Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋”設(shè)計原電池，下列設(shè)計不合理的是①銅片、鐵片、FeCl3溶液組成的原電池②石墨、鐵片、Fe(NO3)3溶液組成的原電池③鐵片、鋅片、Fe(SO4)3溶液組成的原電池④銀片、鐵片、Fe(NO3)2溶液組成的原電池A.①② B.②③ C.③④ D.②④解析Cu不如鐵活潑，則Fe作負極、Cu作正極，故①正確；活潑金屬鐵作負極，電解質(zhì)溶液是含有Fe3＋的溶液，故②正確；Fe不如Zn活潑，則Fe作正極、Zn作負極，故③錯誤；電解質(zhì)溶液必須是可溶性的鐵鹽溶液，故④錯誤。123√3.選擇適宜的材料和試劑，請利用反應(yīng)“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”設(shè)計一個化學電池。回答下列問題：(1)負極材料：___；正極材料：__________；電解質(zhì)溶液：___________。(2)寫出電極反應(yīng)式正極：__________________；負極：________________。(3)原電池中電子從______極流出，電解質(zhì)溶液中陰離子流向____極(填“正”或“負”)。123返回銅銀(或碳棒)AgNO3溶液2Ag＋＋2e－===2AgCu－2e－===Cu2＋銅(負)負02化學電源HUAXUEDIANYUAN1.一次電池(1)特點：電池放電后

充電(內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)

逆向進行)，如鋅錳干電池屬于一次電池。(2)鋅錳干電池的構(gòu)造如圖所示：①鋅筒為

，電極反應(yīng)是

。②石墨棒為

，最終被還原的物質(zhì)是

。③NH4Cl糊的作用

。知識梳理不能無法負極Zn－2e－===Zn2＋正極二氧化錳電解質(zhì)溶液2.二次電池(充電電池)(1)特點：二次電池在放電時所進行的

，在充電時可以

，使電池恢復到放電前的狀態(tài)。(2)能量轉(zhuǎn)化：化學能

電能(3)常見的充電電池：鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池。3.燃料電池(1)特點：①反應(yīng)物儲存在電池外部，②能量轉(zhuǎn)換效率高、清潔、安全，③供電量易于調(diào)節(jié)。(2)燃料電池常用的燃料有：

、

、乙醇等。常用氧化劑：氧氣。氧化還原反應(yīng)逆向進行氫氣甲烷(1)鋅錳干電池工作一段時間后碳棒變細(

)(2)氫氧燃料電池是將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?

)(3)充電電池可以無限制地反復充電、放電(

)(4)氫氧燃料電池比氫氣直接燃燒發(fā)電能量利用率高(

)判斷正誤×××√1.1800年伏打用鋅片與銅片夾以鹽水浸濕的紙片疊成電堆產(chǎn)生了電流，這個裝置后來稱為伏打電池(也叫伏打電堆)，如下圖所示。理解應(yīng)用觀察示意圖，思考回答下列問題：(1)負極是：___，電極反應(yīng)_______________。(2)正極是：____。(3)猜測得電子發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)可能是______。ZnZn－2e－===Zn2＋Cu氧氣2.鉛酸電池常用作汽車電瓶，其構(gòu)造如圖所示，工作時該電池總的方程式為：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O按要求回答下列問題：(1)負極材料是____，正極材料是______，電解質(zhì)溶液是_______。PbPbO2H2SO4解析負極每個鉛原子失去2e－，就生成一個PbSO4，負極增加一個SO，SO的摩爾質(zhì)量為96g·mol－1。(2)工作時，電解質(zhì)溶液中的H＋移向___________極。(3)工作時，電解質(zhì)溶液中硫酸的濃度_____(填“增大”“減小”或“不變”)。(4)當鉛蓄電池向外電路提供2mole－時，理論上負極板的質(zhì)量增加___g。PbO2電(正)減小961.下列有關(guān)電池的敘述不正確的是A.水果電池是方便實用的家用電池B.鉛蓄電池是一種常用的二次電池C.氫氧燃料電池是一種高效、無污染的發(fā)電裝置D.鋅錳干電池工作一段時間后，鋅外殼逐漸變薄跟蹤強化123√42.下列電池工作時，O2在正極得電子的是ABCD鋅錳電池鉛蓄電池氫氧燃料電池鎳鎘電池√解析氫氧燃料電池的總反應(yīng)是2H2＋O2===2H2O，因而正極是O2得電子發(fā)生還原反應(yīng)。12343.下列有關(guān)鋅錳干電池的說法中正確的是A.鋅外殼是負極，石墨碳棒是正極材料B.在外電路中電子從碳棒流向鋅外殼C.電流從鋅流到碳棒上D.在電池內(nèi)部陽離子從碳棒向鋅片移動√解析A項，在鋅錳干電池中，鋅外殼是負極，石墨碳棒是正極，故正確；B項，在外電路中電子從鋅外殼流向碳棒，故錯誤；C項，電流的方向與電子的流向相反，應(yīng)從碳棒流向鋅，故錯誤；D項，電池內(nèi)部，陽離子向正極碳棒移動，故錯誤。1234返回4.汽車的啟動電源常用鉛蓄電池，其放電時的原電池反應(yīng)如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根據(jù)此反應(yīng)判斷，下列敘述中正確的是A.Pb是正極B.PbO2得電子，被氧化C.負極反應(yīng)是Pb＋SO－2e－===PbSO4D.電池放電時，溶液的酸性增強解析從鉛蓄電池的放電反應(yīng)可以看出：放電過程中Pb失去電子變?yōu)镻b2＋，發(fā)生氧化反應(yīng)，因而Pb是負極；PbO2得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，被還原；反應(yīng)過程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性減弱。√123403拓展延伸電極反應(yīng)式的書寫TUOZHANYANSHENDIANJIFANYINGSHIDESHUXIE1.書寫電極反應(yīng)式的原則電極反應(yīng)式遵循質(zhì)量守恒、得失電子守恒及電荷守恒，遵循離子方程式的書寫規(guī)則，兩電極反應(yīng)式相加得電池總化學(或離子)方程式。2.書寫電極反應(yīng)式的基本類型(1)類型一題目給定原電池的裝置圖，未給總反應(yīng)式①首先找出原電池的正、負極，即分別找出氧化劑和還原劑。②結(jié)合電解質(zhì)判斷出還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。③遵循氧化還原反應(yīng)離子方程式配平原則，寫出電極反應(yīng)式。(注意：電極產(chǎn)物能否與電解質(zhì)溶液共存，如鉛蓄電池的負極鉛失電子變?yōu)镻b2＋，但Pb2＋與硫酸溶液中的SO不共存，因而負極電極反應(yīng)式為Pb－2e－＋SO===PbSO4)④將兩電極反應(yīng)式相加(注意兩極得失電子數(shù)相等)可得電池總反應(yīng)式。(2)類型二題目中給出原電池的總反應(yīng)式①分析原電池總反應(yīng)式中各元素的化合價變化情況，找出氧化劑及其對應(yīng)的還原產(chǎn)物，氧化劑發(fā)生的反應(yīng)即為正極反應(yīng)；找出還原劑及其對應(yīng)的氧化產(chǎn)物，還原劑發(fā)生的反應(yīng)即為負極反應(yīng)。②當氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物由多種元素組成時，還應(yīng)考慮電解質(zhì)是否參與了反應(yīng)。③若有一個電極反應(yīng)式較難寫出，可先寫出較易寫出的電極反應(yīng)式，然后再用總反應(yīng)式減去該電極反應(yīng)式即得到另一電極反應(yīng)式。1.一種鎂－空氣電池裝置如圖所示，電極材料為金屬鎂和吸附氧氣的活性炭，電解液為KOH濃溶液。理解應(yīng)用(1)負極電極反應(yīng)式___________________________，正極電極反應(yīng)式_______________________。Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2O2＋4e－＋2H2O===4OH－解析Mg是強還原劑，易失電子，作負極，失電子變?yōu)镸g2＋，而Mg2＋與OH－不共存，因而電極反應(yīng)為Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2；活性炭為正極，吸附在活性炭中的氧氣得電子變?yōu)镺2－，O2－與H2O不共存，生成OH－，電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－。(2)電子移動的方向是由___經(jīng)外電路到___。(填“a”或“b”)(3)電池總反應(yīng)式為____________________________。解析兩極反應(yīng)式相加即可得電池總反應(yīng)式。ab2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)22.(2019·北海期末)某鋰離子電池的工作原理如圖所示(a極材料為金屬鋰和石墨的復合材料，b極材料為FePO4和石墨的復合材料)，其電池反應(yīng)為Li＋FePO4===LiFePO4(1)a為___極，電極反應(yīng)式：_____________；b為___極，電極反應(yīng)式：______________________________。(2)電池內(nèi)部Li＋由___側(cè)移向___側(cè)(填“左”或“右”)。(3)能否用磷酸溶液作電解質(zhì)____。(填“能”或“否”)負Li－e－===Li＋正FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4左右否3.如圖所示，可形成氫氧燃料電池。通常氫氧燃料電池有酸式(當電解質(zhì)溶液為硫酸時)和堿式[當電解質(zhì)溶液為NaOH(aq)或KOH(aq)時]兩種。試回答下列問題：(1)酸式電池的電極反應(yīng)：負極：_________________，正極：______________________；電池總反應(yīng)：________________。2H2－4e－===4H＋O2＋4e－＋4H＋===2H2O2H2＋O2===2H2O解析正極上，O2得電子變?yōu)镺2－，溶液中O2－不能單獨存在，酸性條件下與H＋結(jié)合成H2O。負極上，H2失電子變?yōu)镠＋，H＋進入電解質(zhì)溶液。(2)堿式電池的電極反應(yīng)：負極：________________________，正極：_______________________；電池總反應(yīng)：_________________。解析正極上，O2得電子變?yōu)镺2－，溶液中O2－不能單獨存在，堿性條件下與H2O結(jié)合成OH－。負極上，H2失電子變?yōu)镠＋，堿性條件下H＋不能大量存在，與OH－結(jié)合成H2O。2H2－4e－＋4OH－===4H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－2H2＋O2===2H2O方法總結(jié)燃料電池電極反應(yīng)式的書寫(1)寫出電池總反應(yīng)式。燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加合后的反應(yīng)。甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為NaOH溶液)的總反應(yīng)為CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。(2)寫出電池的正極反應(yīng)式。無論負極燃料是H2還是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH……)，正極一般都是O2發(fā)生還原反應(yīng)，在堿性條件下，正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性條件下，則正極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(3)寫出負極反應(yīng)式：負極反應(yīng)式＝總反應(yīng)式－正極反應(yīng)式。返回第一節(jié)化學反應(yīng)與能量變化

第3課時第六章化學反應(yīng)與能量

一、導入新課【復習回顧】為什么有的化學反應(yīng)吸熱、有的反應(yīng)放熱？因為反應(yīng)物與生成物的總能量不一樣高、或者舊鍵斷裂吸收的總能量與新鍵生成所釋放的總能量不相同。能源一次能源：直接從自然界取得的能源。二次能源：一次能源經(jīng)過加工、轉(zhuǎn)換得到的能源。一、導入新課一次能源：風能水能石油原煤天然氣二次能源：電力蒸汽一、導入新課現(xiàn)代社會中使用最為普遍的能源？電能——又稱電力（二次能源）電力是怎樣產(chǎn)生的？二、推進新課1.火力發(fā)電原理及過程一、化學能與電能的相互轉(zhuǎn)化二、推進新課(2)存在的問題：經(jīng)多次轉(zhuǎn)換，能量損耗大，燃料的利用率低；環(huán)境污染嚴重。(3)燃燒的本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)，而氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子轉(zhuǎn)移?；瘜W能（燃料）熱能機械能電能燃燒蒸汽發(fā)電機（蒸汽輪機）(1)能量轉(zhuǎn)換二、推進新課?什么樣的化學反應(yīng)才具備將化學能轉(zhuǎn)化為電能的前提呢？請說明原因?；瘜W能電能直接考慮火力發(fā)電的利弊，研究新的發(fā)電方式方式之一就是嘗試將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能---就像電池。其好處就是減少中間環(huán)節(jié)能損，高效、清潔利用燃料，不浪費能源，更方便。二、推進新課【實驗6-3】(1)分別將鋅片和銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象。(2)用導線連接鋅片和銅片，觀察、比較導線連接前后的現(xiàn)象。(3)用導線在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個電流表，觀察電流表的指針是否偏轉(zhuǎn)。二、推進新課稀H2SO4ZnCu實驗現(xiàn)象離子方程式思考問題尋找答案你對問題2的想法鋅表面有氣泡產(chǎn)生，銅表面無明顯現(xiàn)象Zn+2H+=Zn2++H2↑1.反應(yīng)中，哪種物質(zhì)失電子，哪種物質(zhì)得電子？2.什么方法可使Zn與H+分開，不讓H+直接在Zn表面得電子？用導線將鋅表面的電子引出來二、推進新課稀H2SO4ZnCu實驗現(xiàn)象離子方程式思考問題尋找答案組內(nèi)交流列出想法大量氣泡從銅片逸出，鋅片部分溶解Zn+2H+=Zn2++H2↑1.H+得到的電子是Cu失去的嗎？2.在這個過程中Cu起什么作用？3.你怎樣才能知道導線中有電子通過？Cu起傳導電子的作用?？捎秒娏鞅恚襞荩y電流及方向。二、推進新課稀H2SO4ZnCu實驗現(xiàn)象解釋現(xiàn)象思考問題尋找答案組內(nèi)交流列出想法鋅表面無氣泡，銅表面有氣泡，電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn)。A電子由Zn導線銅片H+定向移動產(chǎn)生電流，故電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)1.電子從Zn到H+經(jīng)歷了哪些途徑？2.你認為這個過程能量是如何轉(zhuǎn)化的？化學能直接轉(zhuǎn)化為電能二、推進新課稀H2SO4ZnCuA【實驗現(xiàn)象】銅片上有氣泡產(chǎn)生，鋅片不斷溶解，電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)?！緦嶒灲Y(jié)論】導線中有電流通過（產(chǎn)生電能）二、推進新課2.原電池(1)定義：將化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置叫做原電池。(2)電極：電子流入的電極，通常是不活潑金屬或石墨電極現(xiàn)象：有氣泡產(chǎn)生或質(zhì)量增加作用：導電電子流出的電極，通常是活潑金屬現(xiàn)象：質(zhì)量減小或溶解作用：提供電子正極：負極：二、推進新課(3)電極反應(yīng)式負極：Zn–2e-=Zn2+氧化反應(yīng)正極：2H++2e-

=H2↑

還原反應(yīng)(4)總反應(yīng)式（兩個電極反應(yīng)之和）Zn+2H+=Zn2++H2↑Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑原電池反應(yīng)的本質(zhì)是：氧化還原反應(yīng)。二、推進新課較活潑金屬較不活潑金屬負極正極發(fā)生氧化反應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)e-電流電子流出，電流流入電子流入，電流流出(5)原電池原理：負極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，電子從負極經(jīng)外電路流向正極，從而產(chǎn)生電流，使化學能轉(zhuǎn)變成電能。（電流方向呢？）二、推進新課原電池工作原理分析：

Zn極電子:從Zn極流出電流:經(jīng)導線流入Zn極電極:負極（-）電極反應(yīng):Zn-2e-=Zn2+

反應(yīng)類型:氧化反應(yīng)

外電路Zn極:Zn變成Zn2+進入溶液中Zn極周圍溶液的電荷:有多余的正電荷離子移向:陽離子(Zn2+、H+)移向正極內(nèi)電路閉合回路Cu極電子：經(jīng)導線流入Cu極電流：從Cu極流出電極：正極（+）電極反應(yīng)：2H++2e-=H2反應(yīng)類型:還原反應(yīng)Cu極：表面上有氣泡產(chǎn)生Cu極周圍的電荷:有多余的負電荷離子移向:陰離子(SO42-、OH-)移向負極兩極上進行陰陽離子作定向移動（電解質(zhì)導電）二、推進新課電子(電流)流動方向：電解質(zhì)溶液中離子的移動方向：陰離子向負極移動，陽離子向正極移動。原氧負，電還陰；帶負電的（陰離子）移向化合價升高的一極（負極）；電子不下溶液，離子不上導線。“負極出電子，電子回正極”【記憶】二、推進新課3.原電池的特點：(1)氧化反應(yīng)(負極)、還原反應(yīng)(正極)分別在兩極上發(fā)生。有電流產(chǎn)生(電能)。利用原電池原理可制作各種電池，如干電池、鉛蓄電池、銀鋅電池、鋰電池、氫氧燃料電池……。(2)正負兩極上進出電子總數(shù)相等，根據(jù)電子守恒原理可進行許多有關(guān)電極反應(yīng)的計算。二、推進新課(4)電極：負極有損耗（金屬溶解或燃料氣體失去電子變成離子進入溶液中）。

正極有新物質(zhì)生成（陽離子或非金屬單質(zhì)得到電子被還