资源简介

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第二章 化学键 化学反应规律
第二节 化学反应与能量转化
2.2.2 化学反应能量转化的重要应用
——化学电池
核心素养目标
宏观辨识与微观探析：
能通过观察原电池装置的外观、实验现象，从宏观上认识原电池的工作表现；并深入理解原电池内部微观粒子的移动方向、电极上发生的氧化还原反应的微观过程，建立宏观现象与微观原理之间的联系，提升对化学反应本质的认识。
科学探究与创新意识：
鼓励学生对原电池的设计和应用进行创新思考，如尝试寻找新型电极材料、优化电池结构等，激发学生的创新意识和探索精神
科学态度与社会责任：
关注化学电源使用过程中的环境问题（如废旧电池的污染），培养学生的环保意识和社会责任感，使学生树立正确的科学价值观
重点
原电池的工作原理，原电池中氧化还原反应的发生位置、电子和离子的移动方向、电极反应的类型等核心知识；
原电池的构成要素，设计原电池时进行合理选择；
常见化学电源的工作原理和特点，了解常见化学电源的类型和工作原理；
难点
原电池电极反应式的书写和计算；
原电池原理在实际问题中的应用，如利用原电池原理判断金属活动性强弱、解释金属腐蚀现象、设计新型电池等
课前导入
课前导入
现在，化学电池已成为人类生产和生活的重要能量来源之一，各式各样的化学电池的发明也是化学科学对人类的一个重大贡献。化学电池是根据原电池原理制成的。原电池是一种利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。那么，原电池是由哪些部分组成的？原电池中各部分的作用是什么？
01
原电池的工作原理
原电池是一种利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置
如图是一个简易的氢氧燃料电池的实验装置示意图。用图a装置电解获得氢气和氧气，再按图b所示连接装置进行实验。
原电池的工作原理探究
实验现象：电流表指针发生明显偏转（外电路产生电流）
原电池的工作原理探究
◆原理分析：
氧化反应与还原反应分别在两个不同的区域进行。
其中，H2中的氢原子在左侧石墨电极上失去电子，H2作为电池的负极反应物；
O2中的氧原子在右侧石墨电极上得到电子，O2作为电池的正极反应物。
稀硫酸中存在的自由移动的离子起到传导电荷的作用，导线起到传导电子的作用，电子通过导线由负极流向正极。
◆电极反应：
负极：H2-2e-=2H+ 正极：O2+4e-+4H+=2H2O
◆电池总反应：2H2+O2=2H2O
原电池的工作原理
反应方程式 负极
正极
电子移动方向 由 极经过导线流向 极。 电流移动方向 由 极经过导线流向 极 离子移动方向 阳离子向 极移动，阴离子向 极移动。 负
正
失去电子，发生氧化反应
得到电子，发生还原反应
正
负
负
正
※注意事项：电子只能在导线中流动，离子只能在溶液中移动
原电池的构成条件
◆反应：有能自发进行的氧化还原反应。
◆电极：两种活泼性不同的金属作电极 （或其中一种为能
导电的非金属，如“碳棒”、“石墨”）。
◆闭合回路：电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路。
◆有电解质溶液（或熔融电解质）：用于传导电荷。
设计一个简单的原电池
实验目的
利用所给用品设计装置并进行实验，将下列反应所释放的能量转化为电能。
Zn + 2H+= Zn2+ + H2 ↑
实验用品
锌片，铜片，石墨棒，稀硫酸，稀盐酸；烧杯，导线，电流表，开关。
实验方案设计及实施
设计思路及依据 实验装置 实验现象
氧 化 还 原 反 应 ： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑
确定负极 选择负极反应物： 选择负极材料： 确定正极 选择正极反应物： 选择正极材料： 构成闭合回路 选择离子导体： 选择电子导体： 设计原电池的基本思路
还原剂 + 氧化剂 = 氧化产物 + 还原产物
（失电子） （得电子）
氧化还原反应
氧化反应、
还原反应
分开进行
形成
闭合回路
原电池
负极
负极材料
负极反应物
正极反应物
正极材料
离子导体
正极
电子导体
设计思路及依据 实验装置 实验现象
氧 化 还 原 反 应 ： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑
锌片不断溶解，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转
确定负极 选择负极反应物：Zn 选择负极材料：Zn 确定正极 选择正极反应物：H+ 选择正极材料：Cu 构成闭合回路 选择离子导体：稀H2SO4 选择电子导体：导线 设计一个简单的原电池
稀硫酸
Zn
A
e-→e-→e-→e-
Cu
原电池正、负极判断的一般方法
负极
电子流出
氧化反应
电流流入
阴离子移向
判断依据
电极反应
电子流向
电流方向
离子移向
正极
电子流入
还原反应
电子流出
阳离子移向
02
常见的化学电源
常见的化学电池
目前，市场上的化学电池有干电池（属于一次电池）、充电电池（又称二次电池）和燃料电池等。手电筒等使用的锌锰电池属于干电池，而汽车用的铅蓄电池以及手机用的锂离子电池等属于充电电池。燃料电池由于具有能量转换效率高、能长时间提供电能等优点而主要应用于航天和军事领域。目前，降低成本、提高发电效率、实现民用化是燃料电池研发的热点。
各种各样的化学电池
用于驱动汽车的燃料电池
正极
负极
电解质溶液
锌锰干电池
工作原理：电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极），锌逐渐被消耗，二氧化锰不断被还原。
缺点：使用过程中锌筒和二氧化锰不断被消耗，电池电压逐渐降低，最后失效。
一次电池
铅蓄电池
◆放电反应原理
负极反应式是Pb＋－2e－=PbSO4 ；
正极反应式是PbO2＋4H＋＋＋2e－=PbSO4＋2H2O ；
◆充电反应原理
阴极(还原反应)反应式是PbSO4＋2e－=Pb＋ ；
阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋
燃料电池电极方程式的书写
◆写出电池总反应式
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应，则总反应为加合后的反应。甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O。
◆写出电池的正极反应式
无论负极燃料是H2还是含碳燃料，正极一般都是O2发生还原反应，若在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，若在酸性条件下，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－=2H2O。
◆写出电池的负极反应式：负极反应式＝总反应式－正极反应式。
原电池的应用
◆比较金属的活动性强弱
(1)原理：一般原电池中活动性较强的金属做负极，活动性较弱的金属做正极。
(2)应用：A、B两种金属用导线连接后插入稀H2SO4中，若A极溶解，B极上冒气泡，则活动性：A＞B。
◆加快化学反应
(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的微粒运动时相互间的干扰小，使化学反应加快。
(2)应用：实验室中用Zn和稀H2SO4制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液，原因是Zn与置换出的Cu构成原电池，加快了反应的进行。
03
课堂小结
04
课堂练习
1.下列化学反应在理论上不能用于设计原电池的是(　　)。
A.HCl+NaOH=NaCl+H2O
B.2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O
C.4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
D.2H2+O2=2H2O
A
2.下列各组材料中,不能组成原电池的是(　　)。
C
选项 A B C D
两极材料 Zn片, 石墨 Cu片, Ag片 Zn片, Cu片 Fe片,
Cu片
插入溶液 稀硫酸 AgNO3 溶液 蔗糖溶液 稀盐酸
A
3.一种氢能的制取、贮存及利用的示意图如图所示,其中能量转化方式不涉及的是(　　)。
A.电能→化学能 B.光能→化学能
C.化学能→电能 D.电能→机械能
4.有甲、乙两个电极,用导线连接一个电流表,放入盛有丙溶液的烧杯中,电极乙的质量增加,则装置中可能的情况是(　　)。
A.甲作负极,丙溶液是硫酸铜溶液
B.甲作负极,丙溶液是硫酸溶液
C.乙作负极,丙溶液是硫酸铜溶液
D.乙作正极,丙溶液是硫酸溶液
A
Thanks
好好学习天天向上

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