【课件】化学能与电能课件2022-2023学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册.pptx

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1、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 【学习目标与核心素养】学习目标1、通过实验探究认识化学能与电能之间转化的实质。2、理解原电池的概念及工作原理和构成条件。3、了解干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。4、能正确书写简单化学电源的电极反应式。核心素养1、科学探究：认识构成原电池的条件及其原理，判断原电池的正负极。2、创新意识：利用原电池原理能设计原电池。3、宏观辨识与微观探析：会分析物质化学变化中的能量变化与物质微观结构的关系。原理：我们日常使用的电能主要来自火力发电。火力发电是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

2、汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。火力发电过程中，化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能。其中，燃烧（氧化还原反应）是关键。1、火力发电：二、化学能与电能能量转换过程：1、火力发电：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：1.产生大量温室气体；2.废气可能导致酸雨；3.废料、废水；4.经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低 5.煤炭是非可再生资源，会造成能源危机火力发电的优缺点:火力发电存在什么问题？化学能燃料燃烧蒸汽轮机发电机电能机械能热能二、化学能与电能“原电池”化学能电能想一想：1.“电”从哪里来？2.电流是怎样产生的？3.哪些化学反应中有电子的转

3、移？4.什么样的化学反应可以设计成电池？氧化还原反应：电子转移原电池的前提：自发进行的氧化还原反应失 2 e-，化合价升高，被氧化得 2 e-，化合价降低，被还原能否找到一种装置将化学能直接转化为电能？二、化学能与电能(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。（1）定义：把化学能直接转变为电能的装置。二、化学能与电能2、原电池【实验6-3】1.当锌片和铜片插入稀硫酸时，锌片上有气泡产生铜片上无气泡，2.铜片上有气泡产生，锌片不断溶解，3.串联

4、电流表后，电流表指针发生偏转。解 释?现 象说明导线中有电流通过结论 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：Zn2e=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）【解释现象】如何根据已有知识判定原电池的正负极？如何根据已有知识判定原电池的正负极？灯物理电学上规定：正电荷定向流动的方向为电流方向。灯化学上规定：电子流出的一极为负极。电流方向电流方向电子流向电子流向二、化学能与电能2、原电池Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2Zn失去电子，发生氧化反应H+在铜极上得到

5、电子，发生还原反应电子从锌极流出流入铜极.经外电路e-e-Zn2+H+H+SO42-HH离子在电场的作用下定向移动（电泳）总反应：Zn+2H+=Zn2+H2注意：溶液中无电子（2）工作原理：负极正极金属活泼性发生的反应电子流动方向溶液中离子的流动方向反应现象活泼性较强的金属活泼性较弱的金属（或非金属导体C）氧化反应还原反应电子流出电子流入阳离子移向正极阴离子移向负极电极溶解（质量减少）电极质量增加或不变（或有气泡产生）二、化学能与电能2、原电池（3）如何判断原电池的正负极：思考与交流：思考与交流：通过对以上原电池原理的分析，说一说构成原通过对以上原电池原理的分析，说一说构成原电池的必要条件有哪

6、些呢？电池的必要条件有哪些呢？实验装置 能否构成原电池 构成原电池条件一（电极材料）实验探究:能活泼性不同的两个电极能不能思考：负极材料和正极材料可以是哪类物质？负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等二、化学能与电能2、原电池（溶液）实验装置 （1）（2）（3）能否构成原电池构成原电池条件二能Fe能不能思考：反应实质？电极必须插入 电解质溶液 中电解质溶液原电池的负极和电解质溶液发生氧化还原反应二、化学能与电能2、原电池（是否闭合）实验装置 （1）（2）能否构成原电池 构成原电池条件三不能两极相连形成闭合回路能二、化学能与电能2、原电池(4)构成条件：理论上，自发的 反应均可构成原电池

7、。具体条件是：具有 的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)；溶液：两电极均插入 溶液中；导线：两极用导线相连，形成闭合回路。活动性不同电解质氧化还原二、化学能与电能2、原电池两极一液成回路AAAAAZn CuFe C(石墨石墨)Zn CuZn ZnFe Cu稀稀H2SO4 稀稀H2SO4 稀稀H2SO4 稀稀H2SO4 A B C DZn CuA酒精酒精 硫酸溶液硫酸溶液 E F G HFe Cu 判断下列装置能发生原电池反应的是：判断下列装置能发生原电池反应的是：学科网学科网CuSO4 溶液溶液 我能行！我能行！是不是原电池？(5)原电池原理的应用比较金属活泼性 保护金属材料提供能源

8、，服务生活加快反应速率 Mg-NaOH溶液-Al电池的负极为Al Cu-浓硝酸-Fe(Al)原电池的负极为Cu一般：负极正极 如：实验室制氢气加入少量硫酸铜溶液（或用粗锌与酸反应）牺牲阳极的阴极保护法如：船体镶锌块稀硫酸 AlMgA稀硫酸 AlMgANaOH二、化学能与电能2、原电池干电池碱性电池蓄电池锂离子电池燃料电池形形色色的电池三、常见的化学电源化学电池一次电池：如干电池二次电池（可充电电池）：铅蓄电池等燃料电池：氢氧燃料电池分类三、常见的化学电源 常见的锌锰干电池的构造如图6-10所示。其中，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

9、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。Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+Mn2O3+2NH3+H2O负极负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+正极正极(C)：2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O1、干电池-(Zn-Mn干电池)三、常见的化学电源负极负极:Pb+SO42-2e-=PbSO4 正极正极:PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O正极：正极：PbO2负极：负极：Pb电解质：电解质：H2SO4溶液溶液 氧化反应氧化反应 还原反应还原反应正负极

10、材料正负极材料Pb+PbO2+4H+2SO42-2PbSO4+2H2O放电放电充电充电 有些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，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电（化学能转化为电能）与充电（电能转化为化学能）的循环。这种充电电池属于二次电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅酸蓄电池。2、铅酸蓄电池-充电电池电解质电解质正正极极负负极极三、常见的化学电源3、锂离子电池锂离子电池锂离子电池锂是最轻的金属，也是活泼性极强是最轻的金属，也是活泼性极强的金属，是制造电池的理想物质。的金属，是制造电池的理想物质。锂是新一代锂是新一代可充电的

11、绿色电池。可充电的绿色电池。特点:高能电池,工作效率高,电压高,贮存时间长等。用途:笔记本电脑、手机、数码照相机、摄像机、心脏起搏器等。三、常见的化学电源发展中的燃料电池 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

12、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。4、燃料电池三、常见的化学电源碱性条件下碱性条件下:负极：负极：2H2 4e-=4H+正极：正极：O2+4H+4e-=2H2O酸性条件下：酸性条件下：负极：负极：2H2+4OH-4e-=4H2O正极：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-总反应：2H2+O2 =2H2OH2SO4(aq)/KOH(aq)H2O2 +三、常见的化学电源4、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料之间的相容性；研究不同类型的电池构成材料在不同用途时对温度、湿度等环境因素的适应性；还要研究使用什么样的电池材料使电池的容量更大；等等。这些研究工作关系着电池的效率、寿命、安全性、适用性和制造成本。在许多科研机构和生产企业中，都有具备着扎实的化学基础的研究人员从事电池研发工作。间接：直接：化学能 燃烧热 能蒸汽机械能发动机电能装置原电池概念构成条件工作原理化学能与电能【总结】