高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化精品ppt课件

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在我们生活中由很多的电池，那么大家知道这些电池都是怎么工作的吗？

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第一节化学反应与能量变化

一、化学能与电能的相互转化

    化学能→热能→机械能→电能

二、原电池

1.     实验

实验一：将Zn片、Cu片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象？

实验现象：锌片上有气泡，铜片无反应 。

Zn+2H+===Zn2++H2↑

实验二：用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象。

实验现象：Cu片上有气体逸出。

原因分析：Zn片上的电子通过上端导线转移给了Cu片，Cu片将电子传递给了H+，那么如何验证？

实验三：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？

实验现象：

(1)电流表指针有偏转；

(2)铜片上有气泡产生;

(3)锌片不断溶解。

实验装置中的化学反应：

锌片：氧化反应Zn－2e-=Zn2+

铜片：还原反应2H++2e-=H2↑

总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑

原电池:把化学能转变为电能的装置.

2.原电池形成条件探究

条件一：有活泼性不同的两个电极（两种金属或非金属导体）；

形成条件二：电极需插进电解质溶液中；

形成条件三：必须形成闭合回路；

条件4：自发的氧化还原反应。

2.     原电池

⑴原电池定义:把化学能转变为电能的装置.

⑵原电池原理:负极失电子，发生氧化反应，负极反应：

Zn－2e-＝ Zn2+；

正极得电子,发生还原反应，正极反应：2H++ 2e-＝ H2↑；

“负极出电子，电子回正极”，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。

总反应:Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑

负极：一般活泼金属→向外线路提供电子→发生氧化反应；

正极： 一般不活泼金属（或石墨）→接受外线路提供的电子→该电极上发生还原反应。

⑶原电池的构成条件

①两种活泼性不同电极.（活泼性不同的金属或一种金属和另一种非金属导体）

②电极必须插入电解质溶液 。

③能自发的发生氧化还原反应。

④电极用导线相连构成闭合回路。

⑷内外电路和电流流向

外电路：负极、导线、电流表、正极构成外电路；

内电路：负极、电解质溶液、正极构成内电路；

外电路：电子由负极流向正极，电流由正极 流向负极；

内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极。

⑸原电池的正负极的判断方法

Ⅰ.根据电子流动方向，电子流出的极-----负极；电子流入的极----正极。

Ⅱ.①根据电极材料，较活泼的电极材料-----负极；较不活泼的电极材料----正极。

②根据原电池电极发生的反应，发生氧化反应的极---负极；发生还原反应的极---正极。

③根据电极增重还是减重，质量增加的电极---正极；质量减少的电极----负极。

④根据电极有气泡冒出，有气泡冒出的电极为----负极。

课后探究-----简易电池的设计和制作

请同学们，回家后利用水果（苹果、柑橘或柠檬等）。食盐水，滤纸，通篇、铁片、铝片等金属片，石墨棒，导线，小型用电器（发光二极管、电子音乐卡或小电机等），电流表，制作简单的原电池。

问题与讨论：

1.在水果电池中，水果的作用是什么？

     水果起到了电解质溶液的作用。

2.通过比较不同材料作电极的简易电池，你是否发现电极材料的选择有一些值得注意的问题？请与同学交流你的经验。

a.活泼性不同的金属；b.金属和非金属（非金属必须能导电）；c.金属与化合物；d.惰性电极—氢氧燃料电池，电极均为铂。电解液的选择：负极材料一般要能与电解液自行发生氧化还原反应。

3.在以上实验中，电池不可或缺的构成部分由哪些？

电解质溶液、活泼性不同的电极、电流表，水果必须具有一定的酸碱性并且必须可以和电极发生反应。

三、常见的化学电池

1.锌锰干电池(一次性电池)

电极:Zn为负极,碳棒为正极

电解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊

电极方程式：负极(Zn):Zn－2e-＝Zn2＋

正极(C)：2MnO2 + 2NH4+ + 2e-= Mn2O3+2NH3+H2O

方程式：

4NH4Cl+2Zn+2MnO2=[Zn(NH3)4]Cl2+ZnCl2+Mn2O3+H2O

缺点：使用寿命短，易泄露

2、充电电池—铅蓄电池（二次电池）

铅蓄电池（原电池）工作时， 总反应为

Pb+PbO2+2H2SO4             2PbSO4+2H2O

（1）原电池的电极材料：电解质：H2SO4，正极为：PbO2,负极：Pb.

（2）两极的电极反应式：

正极:PbO2+2e-+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O;

负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4。

特点：电压高稳定，可反复使用，安全、方便、可靠。铅易产生氢气损耗，充电时需加水。

用途：目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池，它还广泛用于国防、生产、生活等领域。

其他蓄电池：镍-氢蓄电池、锂离子电池等。

3、燃料电池——高效、环境友好的化学电池

H-O燃料电池曾在1967年首次被用作阿波罗宇宙飞船的电源。

   甲烷燃料电池：

①碱性介质下的：负极：CH4+10OH--8e-=CO32- +7H2O 　　

正极：2O2+8e-+4H2O==8OH- 　　

总反应方程式为：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O 　　

②酸性介质下：负极：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ 　　

正极：2O2+8e-+8H+=4H2O 　　

总反应方程式为：2O2+CH4=2H2O+CO2

大有发展前景的燃料电池

 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。目前燃料电池的能量转化率可达近80%，约为火力发电的2倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近0。    

问题讨论:

作为一个电池的消费者，你希望使用怎样的电池？假如你是一个电池的研究生产者，你应该开发生产怎样的电池？

职业规划：

阅读课本化学与职业----电池研发人员，希望将来你成为一个出色的电池研究员。

   研究与实践-------了解车用能源

【研究目的】人们为了给汽车提供动力，提高能源利用率，减少环境污染，在不断开发新的车用能源。通过以下活动，从不同角度分析和比较不同燃料和能量转化方式的优劣，体会开发新的车用能源的重要意义。

    H2热值123KJ/g  2H2+O2           2H2O

CH4热值56KJ/g   CH4+2O2         CO2+2H2O

C8H18热值48KJ/g  2C8H18 + 25O2        16CO2 + 18H2O

C2H5OH热值26.9KJ/g

C2H5OH+3O2        2CO2↑+3H2O

从反应和热值来考虑：H2放出热量最多，而且不会产生温室气体CO2，是最理想的能源。

    随堂练习

1.利用反应Zn＋ CuSO4 ===ZnSO4＋Cu设计一个原电池。在图中方格内画出实验装置图，并指出正极为_______________，电极反应式为_______________________；负极为___________，电极反应式为_____________________。

     答案为：碳棒、Cu、铂；Cu2+ + 2e - =Cu；Zn；Zn－2e-＝ Zn2+。

 2.（课本41页第5题）下列关于如图所示装置的叙述，错误的是（    ）

A、锌是负极、其质量逐渐减小

B、氢离子在铜表面被还原，产生气泡

C、电流从锌片经导线流向铜片

D、电子从锌片经导线流向铜片

答案为：C

【解析】锌铜稀硫酸原电池中，锌为负极，铜为正极，电流由铜经导线流向锌，电子从锌经导线流向铜，故C错误

   3.（课本41页第6题）下列说法正确的是（   ）

A、图1所示装置能将化学能转化为电能

B、图2所示反应为吸热反应

C、锌锰干电池中，锌筒做正极

D、蓄电池充电时也发生了氧化还原反应

答案为：D

【解析】A、图1不能形成闭合回路，不能构成原电池；

B、图2反应物能量高于生成物，为放热反应；‘

C锌锰干电池中，锌作负极；

D、蓄电池放电和充电均发生了氧化还原反应。

4、如图装置，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的哪一组（     ）

A、A是锌，B是铜，C为稀H2SO4

B、A是铜，B是锌，C为稀硫酸

C、A是铁，B是银，C为AgNO3溶液

D、A是Ag，B是铁，C为AgNO3溶液

    5.下列图片可构成原电池的是（     ）

    答案为：C、D

6.写出电极反应式和总反应式

正极：(C) Cu2+ + 2e - = Cu（还原反应）

负极：(Zn) Zn －2e - = Zn2+  （氧化反应）

总反应：Zn+Cu2+=Zn2++Cu

正极 ：(Cu)2Ag+ + 2e - =  Ag （还原反应）

负极 ：(Fe)Fe －2e - = Fe2+  （氧化反应）

总反应：Fe+2Ag+=Fe2++2Ag

课堂小结

一、与原 电 池 相 关 的 概 念(Zn--Cu,稀H2SO4）

1.     电极：负极：电子流出的一极（Zn）

正极：电子流入的一极（Cu）

2.     电路：外电路，电子流向：失电子的一极流向得电子的一极；电流方向：与电子流动方向相反

内电路：阴离子流动方向与电子流动方向一致；

阳离子流动方向与电流方向一致

3.电极反应式  负极： Zn－2e-＝ Zn2+

              正极： 2H++ 2e-＝ H2↑

4.总反应式：Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑

二.发展中的化学电源

一次性电池——干电池：普通锌锰电池、碱性锌锰电池。

二次电池（充电电池）：铅蓄电池、镍镉充电电池、锂电池。

燃料电池：氢氧燃料、CH4燃料电池

板书

一、化学能与电能的相互转化

二、原电池

三、常见的化学电池