化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化-化學(xué)電池 課件 高一下學(xué)期化學(xué)魯科版（2019）必修第二冊(cè)

11、知道人們能利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)提供能量。2、掌握原電池的工作原理?；瘜W(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化的重要應(yīng)用---化學(xué)電池交流·研討1.你知道即熱飯盒的原理嗎？2.鐵路工人經(jīng)常用利用鋁熱劑來(lái)焊接鐵軌，你能解釋其中的原因嗎？能量轉(zhuǎn)化：化學(xué)能→熱能1mol鎂（24g)與水混合產(chǎn)生的熱量足可以把1L水從室溫加熱到100°C鐵粉和固體食鹽是為了防止氧化鎂的生成思考化學(xué)反應(yīng)能量變化有哪些形式？？？化學(xué)能熱能化學(xué)能光能、熱能、聲能、電能化學(xué)反應(yīng)中為什么會(huì)有能量變化？釋放能量吸收能量未來(lái)人類最適宜、最安全、最理想的替代能源？原電池反應(yīng)原理探討

如何實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化，為用電器供電呢?

裝置a產(chǎn)生電流的原因？電源給用電器提供了電勢(shì)差（電壓）簡(jiǎn)易的氫氧燃料電池用電器兩端的電勢(shì)差源于兩個(gè)石墨電極上有得失電子能力不同的物質(zhì)e-+-負(fù)極反應(yīng)物發(fā)生氧化反應(yīng)正極反應(yīng)物發(fā)生還原反應(yīng)電子導(dǎo)體：傳導(dǎo)電子離子導(dǎo)體：電解質(zhì)溶液傳導(dǎo)電荷實(shí)驗(yàn)過程中，電流表指針發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，燃料電池中發(fā)生了反應(yīng)：負(fù)極材料正極材料基本工作原理：還原劑和氧化劑分別在兩個(gè)不同的區(qū)域發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)，并通過能導(dǎo)電的物質(zhì)形成閉合電路產(chǎn)生電流。8實(shí)驗(yàn)步驟現(xiàn)象

結(jié)論或解釋鋅片上產(chǎn)生氣泡并逐漸溶解銅片上無(wú)氣泡銅與稀硫酸不反應(yīng)銅片上有氣泡、鋅片逐漸溶解、電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)?鋅與稀硫酸反應(yīng)Zn+2H+====Zn2++H2↑CuA一、原電池利用氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。AZnCuH2SO41、定義：(氧化反應(yīng))(還原反應(yīng))2、原電池原理負(fù)極：電子流出的一極（較活潑金屬）正極：電子流入的一極（不活潑金屬或非金屬導(dǎo)體）Zn--2e-==Zn2+Zn片：2H++2e-===

H2↑Cu片：Zn+2H+====Zn2++H2↑總反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式：氧化還原反應(yīng)稀硫酸銅片在原電池中的作用是什么？能用成Ag、石墨代替嗎？正極作用：傳導(dǎo)電子，形成電勢(shì)差負(fù)極反應(yīng)物與電解質(zhì)溶液的反應(yīng)電極反應(yīng)11負(fù)極

正極

電子流向：正極

負(fù)極

電流流向：陰離子

負(fù)極

陽(yáng)離子

正極

外電路內(nèi)電路陰陽(yáng)離子的定向移動(dòng)電子不入水離子不上岸電子導(dǎo)體電解質(zhì)溶液：離子導(dǎo)體13條件一：活潑性不同的兩個(gè)電極（或相同兩極有得失電子能力不同的反應(yīng)物。負(fù)極反應(yīng)物：較活潑的金屬。正極：較不活潑的金屬或石墨。二、探究形成原電池的條件一14條件二：電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中。（內(nèi)電路中有離子導(dǎo)體）二、探究形成原電池的條件二15條件三：必須形成閉合回路。二、探究形成原電池的條件三Cu在下圖裝置中符合原電池的條件嗎？這個(gè)裝置能形成原電池嗎？為什么？在原電池中必須能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，非氧化還原反應(yīng)是不能產(chǎn)生電流，不形成原電池的。討論二、探究形成原電池的條件四17①有兩種活動(dòng)性不同的金屬導(dǎo)體作電極。石墨或某些氧化物也可作電極。或兩極上有得失電子能力不同的物質(zhì)②電極材料均插入電解質(zhì)溶液中（離子導(dǎo)體）③形成閉合電路

形成原電池的條件④前提：自發(fā)的氧化還原反應(yīng)？正、負(fù)電極的變化三、電極：電極情況負(fù)極(?)正極(?)電極材料活潑性電子/電流(導(dǎo)線中)反應(yīng)類型離子遷移(溶液中)現(xiàn)象電子不下水離子不上岸正陽(yáng)陰負(fù)電子流出/電流流入電子流入/電流流出氧化反應(yīng)還原反應(yīng)陰離子移向陽(yáng)離子移向電極溶解(m↓)或質(zhì)量不變金屬析出（m增加）或有氣泡冒出較活潑金屬較穩(wěn)定金屬判斷正負(fù)極時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題(1)活潑性強(qiáng)的不一定是負(fù)極，如鎂和鋁放入氫氧化鈉溶液中形成原電池，鋁是負(fù)極；銅和鋁放入濃硝酸中形成原電池，由于鋁的鈍化，銅是負(fù)極。(2)燃料電池中電極材料不參與反應(yīng)，通入燃料的一極為負(fù)極，通入助燃劑(一般為氧氣)的一極為正極。(3)如果給了電池反應(yīng)，正負(fù)極還可以根據(jù)化合價(jià)的改變來(lái)判斷，化合價(jià)升高的物質(zhì)失電子，為負(fù)極；化合價(jià)降低的物質(zhì)得電子，為正極。鹽橋：在U型管中裝滿用飽和KCl溶液和瓊脂做成的凍膠。鹽橋的作用：

①形成閉合回路。②傳導(dǎo)電流，平衡電荷。③避免電極與電解質(zhì)溶液的直接接觸減少副反應(yīng)發(fā)生，能量轉(zhuǎn)化率高溶液不致流出來(lái)，但離子則可以在其中自由移動(dòng)鹽橋是怎樣構(gòu)成原電池中的電池通路呢？Zn棒失去電子成為Zn2＋進(jìn)入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2＋過多，帶正電荷。Cu2＋獲得電子沉積為Cu，溶液中Cu2＋過少，SO42－過多，溶液帶負(fù)電荷。當(dāng)溶液不能保持電中性，將阻止放電作用的繼續(xù)進(jìn)行。鹽橋的存在，其中Cl－向ZnSO4溶液遷移，K＋向CuSO4溶液遷移，分別中和過剩的電荷，使溶液保持電中性，反應(yīng)可以繼續(xù)進(jìn)行。鹽橋中離子的定向遷移構(gòu)成了電流通路，鹽橋既可溝通兩方溶液，又能阻止反應(yīng)物的直接接觸電池反應(yīng)：Zn+Cu2+=Cu+Zn2+Cu2++2e-=

Cu

負(fù)極（鋅電極）：正極（銅電極）：電極反應(yīng)Zn-2e-=Zn2+

Zn與ZnSO4(aq)組成的鋅半電池Cu與CuSO4(aq)組成的銅半電池優(yōu)點(diǎn)：①能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。②能量轉(zhuǎn)化率高三、原電池的應(yīng)用1．加快化學(xué)反應(yīng)速率2．比較金屬的活潑性3．設(shè)計(jì)原電池(1)首先將氧化還原反應(yīng)分成兩個(gè)半反應(yīng)。(2)根據(jù)原電池的反應(yīng)特點(diǎn)，結(jié)合兩個(gè)半反應(yīng)找出正、負(fù)極材料和電解質(zhì)溶液。如有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中，觀察到A極溶解，B極上有氣泡產(chǎn)生，由原電池原理可知，金屬活動(dòng)性？。原因是粗鋅中的金屬雜質(zhì)和鋅、稀硫酸構(gòu)成原電池，電子定向移動(dòng)，加快了鋅與硫酸反應(yīng)的速率。實(shí)驗(yàn)室用鋅和稀硫酸反應(yīng)制備氫氣時(shí)，常用粗鋅，產(chǎn)生氫氣的速率更快。？一般情況下，在原電池中，負(fù)極金屬的活潑性比正極金屬的活潑性強(qiáng)。A>B活動(dòng)?探究設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的原電池原電池構(gòu)成要素：電極反應(yīng)物、電極材料、離子導(dǎo)體、電子導(dǎo)體設(shè)計(jì)思路及依據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象Zn+2H+====Zn2++H2↑確定負(fù)極選擇負(fù)極反應(yīng)物:____選擇負(fù)極材料:____確定正極選擇正極反應(yīng)物:____

___選擇正極材料:___________構(gòu)成閉合回路選擇離子導(dǎo)體:____________選擇電子導(dǎo)體:___

_鋅片逐漸溶解；正極材料表面有氣泡生成,電流表指針偏轉(zhuǎn)鋅片鋅片稀鹽酸、稀硫酸銅片/石墨稀鹽酸、稀硫酸導(dǎo)線實(shí)驗(yàn)用品：鋅片、銅片、石墨棒、稀硫酸、稀鹽酸；

燒杯、導(dǎo)線、電流表、開關(guān)Zn+2H+====Zn2++H2↑負(fù)極反應(yīng)物：鐵片負(fù)極材料：鐵片正極材料：銅片/石墨棒正極反應(yīng)物：FeCl3溶液電解質(zhì)溶液：FeCl3溶液設(shè)計(jì)原電池一請(qǐng)將氧化還原反應(yīng)：Fe+Cu2+=Cu+Fe2+Fe比Fe不活潑的金屬或石墨CuSO4

、CuCl2等設(shè)計(jì)成一個(gè)原電池。負(fù)極反應(yīng)物：正極反應(yīng)物：離子導(dǎo)體：思考：負(fù)極選鋁行嗎？選銀嗎？電解質(zhì)選硫酸行嗎？硝酸銀行嗎？設(shè)計(jì)原電池二負(fù)極材料Cu2+正極材料？從理論上說，任何一個(gè)氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池。例如，利用Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2的氧化還原反應(yīng)可設(shè)計(jì)成如圖所示的原電池，寫出該原電池的電極反應(yīng)。設(shè)計(jì)原電池三負(fù)極(Cu)：Cu-2e－=Cu2＋(氧化反應(yīng))正極(C)：2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋(還原反應(yīng))負(fù)極反應(yīng)物：正極反應(yīng)物：離子導(dǎo)體：例：依據(jù)氧化還原反應(yīng)：2Ag＋＋Cu=Cu2＋＋2Ag設(shè)計(jì)的原電池如圖所示。請(qǐng)回答下列問題：鹽橋XYACuSO4溶液電流計(jì)Ag(1)電極X的材料是________；電解質(zhì)溶液Y是___________；(2)銀電極為電池的_____極，發(fā)生的電極反應(yīng)為_________________X電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為________________；(3)外電路中的電子是從_______電極流向________電極銅AgNO3溶液正Ag＋＋e－

=AgCu-2e－

=Cu2＋負(fù)極(Cu)正極(Ag)29干電池（一次電池）：日常用的鋅錳電池。充電電池（二次電池）：蓄電池、手機(jī)用鎳氫電池、

鋰電池。

燃料電池：多用于航天、軍事領(lǐng)域。生活中的電池就是利用原電池原理工作的。電池分類你知道嗎？降低燃料電池成本、提高發(fā)電效率、實(shí)現(xiàn)燃料電池的民用化燃料電池優(yōu)點(diǎn)：燃料電池研究方向能量轉(zhuǎn)化率高，能長(zhǎng)時(shí)間供電四、常見的化學(xué)電源最原始的電池：伏打電堆商業(yè)化電池：堿性鋅錳干電池

酸性鋅錳干電池

負(fù)極材料：負(fù)極反應(yīng)物：正極材料：正極反應(yīng)物：離子導(dǎo)體：化學(xué)電源----干電池負(fù)極反應(yīng):Zn-2e-=Zn2+正極反應(yīng):2MnO2+2NH4++2e=Mn2O3+2NH3+H2O（30%）二次電源的誕生----鉛蓄電池負(fù)極材料：負(fù)極反應(yīng)物：正極材料：正極反應(yīng)物：離子導(dǎo)體：33鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負(fù)極相比較，使用壽命將大大延長(zhǎng)。二次電源的發(fā)展：鋰離子電池34電池發(fā)展中的新旗幟：新型燃料電池

氫氧燃料電池(電極材料為多孔鎳)

燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時(shí)，不斷從外界輸入，由外部設(shè)備提供反應(yīng)物，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池

甲烷燃料電池(電極材料為多孔鎳)

乙醇燃料電池(電極材料為多孔鎳)微型紐扣電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用，有一種銀鋅電池，其電極分別是Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極反應(yīng)為Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，總反應(yīng)為Ag2O＋Zn===ZnO＋2Ag。根據(jù)反應(yīng)式回答問題：(1)正極材料：

，正極反應(yīng)物：

。

負(fù)極材料：（

），負(fù)極反應(yīng)物（

）

(2)外電路中電子的流向是什么？由

流向（

）

(3)當(dāng)通過電路1mol電子時(shí)，負(fù)極消耗物質(zhì)的質(zhì)量是多少？

(4)在使用過程中，電解質(zhì)溶液中KOH的物質(zhì)的量如何變化？

負(fù)極（鋅片）：

Zn－2e-=Zn2+負(fù)極（鋅片）：

Zn－2e-=Zn2+正極（石墨）：

2H++2e-=H2↑

正極（銅片）：

Cu2++2e-=Cu

寫出下列電池的電極反應(yīng)1．把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀疏酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時(shí)，a為負(fù)極；c、d相連時(shí)，電流由d到c；b、c相連時(shí)，c上有大量氣泡；b、d相連時(shí)，d上有大量氣泡產(chǎn)生，則這四種金屬的活動(dòng)順序由強(qiáng)到弱為()A．a(chǎn)>b>c>d

B．a(chǎn)>c>b>d

C．c>a>b>d

D．b>d>c>aA2．一個(gè)原電池總反應(yīng)為Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，該電池材料及電解質(zhì)溶液可能是()選項(xiàng)正極負(fù)極電解質(zhì)溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DAgCuCuSO4C3．將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過量稀硫酸中，同時(shí)向a中加少量CuSO4溶液，圖中產(chǎn)生H2的體積V(L)與時(shí)間t(min)的關(guān)系，其中正確的是()ABCDA4．某活動(dòng)小組設(shè)計(jì)原電池裝置，你認(rèn)為設(shè)計(jì)合理的是()AB

C

DB7．分別按圖甲、乙所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)燒杯里的溶液為同濃度的稀硫酸，甲中A為電流表。請(qǐng)回答下列問題：甲

乙(1)下列敘述正確的是________。A．兩燒杯中銅片表面均無(wú)氣泡產(chǎn)生B．甲中銅片作正極，乙中銅片作負(fù)極C．兩燒杯中溶液的H+濃度均減小D．甲產(chǎn)生氣泡的速率比乙的慢(2)甲裝置中的能量轉(zhuǎn)化形式