【课件】化学反应与电能课件高一化学人教版(2019)必修第二册.pptx
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1、第一第一节化学反化学反应与能量与能量变化化第六章化学反第六章化学反应与能量与能量第2课时化学反应与电能目目录 CONTENT一、化学能转化为电能一、化学能转化为电能二、二、原电池原电池三、生活中的原电池三、生活中的原电池学学习目目标与核心素养与核心素养学习目标核心素养112233了解化学了解化学电电源在源在实际实际生活中生活中的的应应用用通通过对过对比火力比火力发电发电,认识认识化化学能直接学能直接转变为电转变为电能的装置能的装置分析原电池装置及工作原理认识化学能与电能的转化关系掌握构成原掌握构成原电电池装置的条件池装置的条件发展科学态度与社会责任等学科核心素养情景导学情景导学你知道我们日常使
2、用的电能,是如何得来的吗?你知道我们日常使用的电能,是如何得来的吗?1.1.化学能化学能间接间接转化为电能转化为电能火力发电火力发电(1)(1)过程过程一、化学能转化为电能(2)(2)关键关键 燃烧燃烧 (氧化还原反应氧化还原反应)。一一种种形形式式的的能能量量可可以以转转化化成成另另一一种种形形式式的的能能量量,能能量量转转化化过过程程中中要遵循要遵循能量守恒定律。能量守恒定律。化化学学能能是是能能量量的的一一种种形形式式,你你知知道道化化学学能能的的转转化化形形式式有有热热能能、光光能、电能等。能、电能等。电能电能发电机发电机机械能机械能蒸汽轮机蒸汽轮机化学能化学能热能热能燃料燃烧燃料燃烧
3、情景导课化学能化学能热能热能机械能机械能电能电能燃料燃烧燃料燃烧蒸汽轮机蒸汽轮机发电机发电机?火电站工作原理示意图火电站工作原理示意图1.1.火力发电存在火力发电存在什么问题?什么问题?2.2.哪一类反应最哪一类反应最有可能实现将化有可能实现将化学能转变为电能学能转变为电能的设想?的设想?氧化还原反应氧化还原反应实验探究实验探究实验操作实验操作实验现象实验现象原因解释原因解释Zn片:_Cu片:_反 应 的 离 子 方 程 式:_Cu片表面无明显变化的原因:_锌片溶解,表面锌片溶解,表面产生无色气泡产生无色气泡无变化无变化Zn2H=Zn2H2铜排在金属活动性顺序表氢的铜排在金属活动性顺序表氢的后
4、面,不能从酸溶液中置换出后面,不能从酸溶液中置换出氢气氢气化学能化学能直直接接转化为电能转化为电能Zn片是否溶解:_Cu片上是否有气泡:_电流表A指针_电流表指针偏转说明:_Cu片上有气泡说明:_溶解溶解有气泡有气泡偏转偏转导线中有导线中有电流电流溶液中的氢离子在铜片表面获溶液中的氢离子在铜片表面获得电子发生还原反应产生氢气,得电子发生还原反应产生氢气,从铜片上放出从铜片上放出思考与讨论:思考与讨论:从微观角度剖析原电池的工作原理从微观角度剖析原电池的工作原理Zn+2H+Zn2+H2锌片锌片 Zn Zn2+,失去失去 2 个个 e-即:即:Zn-2e-=Zn2+铜片铜片 H+H2,得到得到 2
5、 个个 e-即:即:2H+2e-=H2使使氧化反应氧化反应和和还还原反应原反应分别在分别在两两个不同区域个不同区域进行进行电电池池是是谁谁发发现现的的二 化学能直接转化为电能原电池1 1 原电池定义原电池定义:将将化学化学能能直接直接转变为转变为电电能的装置。能的装置。原电池的反应本质是原电池的反应本质是 反应反应自发的氧化还原2 2 本质:氧化反应和还原反应分别在两个本质:氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域不同的区域进行。进行。3 3 原电池的工作原理原电池的工作原理(1 1)电极电极(2 2)电极反应)电极反应Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2负极负极:正极正极:电池总反应电池总
6、反应:Zn+2H+=Zn2+H2 负极:负极:失去失去电子,发生电子,发生氧化氧化反应;反应;正极:正极:得到得到电子,发生电子,发生还原还原反应。反应。总结:原电池正、负极的判断方法总结:原电池正、负极的判断方法电极材料电极材料电极反应电极反应电子流向电子流向电极现象电极现象离子移向离子移向判判断断为为负负极极判判断断为为正正极极不活泼金属不活泼金属或非金属或非金属活活 泼泼 金金 属属氧氧 化化 反反 应应还还 原原 反反 应应失去电失去电 子子得到电得到电 子子 不不 断断 溶溶 解解质质 量量 减减 小小质质 量量 增增 大大有气体放出有气体放出阴离子流向阴离子流向阳离子流向阳离子流向
7、注意:注意:原电池的正负极与原电池的正负极与电极材料电极材料、电解质溶液电解质溶液有关有关(1)(1)Mg-Al和和稀稀盐盐酸酸构构成成原原电电池池中中,Mg作作负负极极,Al作作正正极极;而而若若把把稀稀盐酸换为盐酸换为NaOH溶液,溶液,Al作负极,作负极,Mg作正极。作正极。(2)(2)Al-CuAl-Cu和和NaOHNaOH溶溶液液构构成成的的原原电电池池中中,AlAl作作负负极极;而而若若把把NaOH溶溶液换为浓液换为浓HNOHNO3 3,则,则Cu作负极。作负极。归纳:原电池电极反应式的书写归纳:原电池电极反应式的书写列物质列物质标得失标得失判断电极反应产物,找出得失电子总数判断电
8、极反应产物,找出得失电子总数看环境看环境配守恒配守恒电极产物在电解质溶液中应稳定存在,依电极产物在电解质溶液中应稳定存在,依据电解质溶液的酸碱性,选对应离子使电据电解质溶液的酸碱性,选对应离子使电极反应式电荷守恒,巧用水使原子守恒。极反应式电荷守恒,巧用水使原子守恒。两式加两式加验总式验总式两式相加,与总式对照两式相加,与总式对照技巧:技巧:复杂复杂的电极反应式的电极反应式总式总式 简单的电极反应式简单的电极反应式书写电极反应式应注意以下几点:书写电极反应式应注意以下几点:1 1电电极极反反应应是是一一种种离离子子反反应应,遵遵循循书书写写离离子子反反应应的的规规则则(打打沉淀符号)沉淀符号)
9、;2 2将将两两极极反反应应的的电电子子得得失失数数配配平平后后,相相加加得得到到总总反反应应,总总反反应减去一极反应即得到另一极反应应减去一极反应即得到另一极反应;3 3负负极极失失电电子子所所得得氧氧化化产产物物和和正正极极得得电电子子所所得得还还原原产产物物,与与电电解解质质溶溶液液有有关关(如如酸酸碱碱性性,-4价价的的C在在酸酸性性溶溶液液中中以以CO2形形式存在,在式存在,在碱性溶液中碱性溶液中以以CO32形式存在)。形式存在)。4.4.构构成成原原电电池池的的两两电电极极材材料料不不一一定定都都是是金金属属,正正极极材材料料可可以以为为导导电的非金属电的非金属,如石墨。两极材料可
10、能参与反应如石墨。两极材料可能参与反应,也可能不参与反应。也可能不参与反应。5.5.两两个个活活泼泼性性不不同同的的金金属属电电极极用用导导线线连连接接,共共同同插插入入电电解解质质溶溶液液中不一定构成原电池中不一定构成原电池,必须有一个能自发进行的氧化还原反应。必须有一个能自发进行的氧化还原反应。6.6.在在判判断断原原电电池池正正负负极极时时,既既要要考考虑虑金金属属活活泼泼性性的的强强弱弱,也也要要考考虑虑电电解解质质溶溶液液性性质质。如如Mg-Al-HClMg-Al-HCl溶溶液液构构成成的的原原电电池池中中,负负极极为为Mg;Mg;但是但是Mg-Al-NaOHMg-Al-NaOH溶液
11、构成的原电池中溶液构成的原电池中,负极为负极为Al,Al,正极为正极为MgMg。(3 3)闭合回路)闭合回路闭闭合合回回路路外电路:外电路:内电路:内电路:电子流向:电子流向:电流流向:电流流向:阴、阳离子流向:阴、阳离子流向:电流流向:电流流向:负极负极 正极正极正极正极 负极负极阴离子流向负极阴离子流向负极阳离子流向正极阳离子流向正极负极负极 正极正极(电解质溶液)(电解质溶液)原原原原电电电电池池池池工工工工作作作作原原原原理理理理口口口口诀诀诀诀:原原原原电电电电池池池池分分分分两两两两极极极极,负负负负氧氧氧氧化化化化正正正正还还还还原原原原;电电电电子子子子不不不不下下下下水水水水
12、,离子不上岸;电子由负流向正,(离子)阳流正阴流负。离子不上岸;电子由负流向正,(离子)阳流正阴流负。离子不上岸;电子由负流向正,(离子)阳流正阴流负。离子不上岸;电子由负流向正,(离子)阳流正阴流负。学与问:学与问:根据所了解的电学知识,你知道电子是怎样流动的吗?如何判根据所了解的电学知识,你知道电子是怎样流动的吗?如何判定装置的正负极?定装置的正负极?实验探究形成原电池的条件形成条件一:活泼性不同的两个电极材料形成条件一:活泼性不同的两个电极材料形成条件二:必须有电形成条件二:必须有电解质溶液解质溶液形成条件三:必须形成形成条件三:必须形成闭合回路闭合回路4 4 构成原电池的条件构成原电池
13、的条件(2 2)要有电解质溶液或熔融的电解质:)要有电解质溶液或熔融的电解质:电解质溶液一般要能够与负极发生反应电解质溶液一般要能够与负极发生反应 电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如:电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如:OO2 2)(3 3)形成闭合回路形成闭合回路:导线相连导线相连;电极直接接触电极直接接触(4 4)氧化还原反应氧化还原反应:(两极一液一两极一液一回路一反应)回路一反应)(1 1)两个能导电的电极)两个能导电的电极正极和负极:正极和负极:一般是一般是活泼性不同的两种金属活泼性不同的两种金属(或(或金属和非金属金属和非金属)惰性电极:惰性电极:PtPt、
14、C C自发的自发的氧化还原氧化还原反应反应是条件是条件拓展:双液原电池稀硫酸稀硫酸稀硫酸稀硫酸CuZn盐桥盐桥中中通常装有含通常装有含KClKCl饱和饱和溶液溶液的的琼脂:琼脂:K K+和和ClCl-在盐桥中能移动在盐桥中能移动SO42Zn2+eeSO42Cu2+K+盐桥盐桥工作示意图工作示意图CuZnK+ClK+ClK+ClK+ClK+ClClK+K+ClK+K+K+ClClK+ClClCl1.1.连通电路连通电路2.2.使溶液呈电中性使溶液呈电中性3.3.使电流持续稳定使电流持续稳定情景导学电池在日常生活中的应用随处可见电池在日常生活中的应用随处可见你知道水果也能制成电池吗你知道水果也能制
15、成电池吗情景导学超级柠檬电池三、原电池原理的应用1加快氧化还原反应的速率加快氧化还原反应的速率(1)原理:原电池中,氧化反应和还原反应分别在两极进行,使溶液中离子运动时相互的干扰减小,使反应速率增大。(2)(2)实例:如实验室用实例:如实验室用ZnZn和稀和稀H H2 2SOSO4 4(或稀或稀HCl)HCl)反应制反应制H H2 2,用粗,用粗ZnZn产生产生H H2 2的的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H H2 2SOSO4 4溶液形成原电池,加快了溶液形成原电池,加快了锌的腐蚀,产生锌的腐蚀,产生H H2 2的速率加快。如果用纯的速率加快。如果用纯Z
16、nZn,可以在稀,可以在稀H H2 2SOSO4 4溶液中加溶液中加入少量入少量CuSOCuSO4 4溶液,也同样会加快产生溶液,也同样会加快产生H H2 2的速率,原因是的速率,原因是CuCu2+2+Zn=CuZn=CuZnZn2 2,ZnZn和生成的和生成的CuCu在稀在稀H H2 2SOSO4 4的溶液中形成原电池,加快了锌的腐蚀,的溶液中形成原电池,加快了锌的腐蚀,产生产生H H2 2速率加快。速率加快。练习:练习:100 mL 2 mol100 mL 2 molL L1 1的盐酸与过量的锌反应,为加快速的盐酸与过量的锌反应,为加快速率,又不影响产生氢气的总量,可采用的方法是率,又不影
17、响产生氢气的总量,可采用的方法是()A加入适量的加入适量的6 molL1的盐酸的盐酸 B加入数滴氯化铜溶液加入数滴氯化铜溶液C加入适量的蒸馏水加入适量的蒸馏水 D加入适量的氯化钠加入适量的氯化钠2 2判断金属的活动性强弱判断金属的活动性强弱(1)原理:一般原电池中,活泼金属作负极,发生氧化反应,不活泼金属作正极,发生还原反应。(2)(2)实实例例:有有两两种种金金属属a a和和b b,用用导导线线连连接接后后插插入入到到稀稀H H2 2SOSO4 4中中,观观察察到到a a极极溶溶解解,b b极极上上有有气气泡泡产产生生,根根据据电电极极现现象象判判断断出出a a是是负负极极,b b是是正正极
18、极,由由原原电电池池原原理理可可知知,金金属属活活动动性性abab,即即原原电电池池中中,活活动动性性强强的的金金属属为负极,活动性弱的金属为正极。为负极,活动性弱的金属为正极。练练习习:把把a、b、c、d四四块块金金属属片片浸浸入入稀稀硫硫酸酸中中,用用导导线线两两两两相相连连组组成成原原电电池池。若若a、b相相连连时时,a为为负负极极;c、d相相连连时时,电电流流由由d到到c;a、c相相连连时时,c极极上上产产生生大大量量气气泡泡,b、d相相连连时时,b上上有有大大量量气气泡泡产产生生,则则四种金属的活动性顺序由强到弱的为:四种金属的活动性顺序由强到弱的为:()Aa b c d Ba c
19、d b Cc a b.d Db d c a 3 3、保护金属设备、保护金属设备(1)原理:使被保护的金属作原电池的正极而得到保护。(2)(2)实例:实例:船体是钢铁材料,在海水中易被腐蚀,所以经常船体是钢铁材料,在海水中易被腐蚀,所以经常在船体外壳焊接比铁活泼的锌。在船体外壳焊接比铁活泼的锌。4 4、设计原电池、设计原电池已知一个氧化还原反应,分析找出氧化剂、还原剂,一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化),氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。以Fe+CuSOFe+CuSO4 4=FeSO=FeSO4 4+Cu+Cu为例设计一个原电池步骤步骤实例实例将反应拆分将反应拆分为电极反应为电
20、极反应负极反应负极反应Fe-2e-=Fe2+正极反应正极反应Cu2+2e-=Cu选择电极材料选择电极材料负极负极:较活泼金属较活泼金属,一般为一般为发生氧化反应的金属发生氧化反应的金属Fe正极正极:活泼性弱于负极材活泼性弱于负极材料的金属或石墨料的金属或石墨Cu或或C选择电解质选择电解质一般为与负极反应的电解一般为与负极反应的电解质质CuSO4溶液溶液步骤步骤实例实例画出装置图画出装置图注注意意:在在设设计计原原电电池池时时,若若给给出出的的是是离离子子反反应应方方程程式式,如如:FeCu2=CuFe2,此此时时电电解解质质不不确确定定为为具具体体的的物物质质,只只要要是是可可溶溶性性铜铜盐盐
21、即即可可,如如CuCl2、CuSO4等等。同同时时画画出出原原电电池池装装置置图图时时,必必须须符符合合原原电电池组成的构成要素。池组成的构成要素。【误区警示】设计原电池装置的两个易错点(1)(1)能设计成原电池的反应一般是自发的放热的氧化还原反应,吸热反应不可能将化学能转化为电能。(2)(2)设计原电池时,负极材料确定之后,正极材料的选择范围较广,只要合理都可以。原电池的设计方法规律原电池的设计方法规律(1)找:找找一一个个能能够够自自发发进进行行的的氧氧化化还还原原反反应应,只只有有自自发发进进行行的的氧氧化化还还原原反应才能被设计成原电池。反应才能被设计成原电池。(2)拆:将将氧氧化化还
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