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第六章
第一节
第二课时
化学反应与电能
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。
引入
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。
思考与交流：
我国为什么以火力发电为主，优缺点有哪些？
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：产生大量温室气体；废气可能导致酸雨；废料、废水；能量
转换效率低。
？
化石燃料燃烧
推动蒸汽机
加热水蒸气
带动发电机
化
学
能
热
能
机
械
能
电
能
能否找到一种装置将化学能直接转化为电能呢？
一、原电池原理
(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。
实验视频：
[实验现象]：
[实验结论]：
铜片上有气泡产生，锌片不断溶解，电流表的指针发生偏转。
导线中有电流通过
原电池：将化学能转化成电能的装置。
（1）原电池的定义
依据原电池原理设计的实用电池
（铜片在这里起传导电子的作用，也可以用石墨棒）
电极反应式：
Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑
原电池总反应：
Zn
+
2H+
===
Zn2+
+
H2↑
2e-
（2）Zn－Cu－H2SO4原电池的工作原理：
（氧化反应）
（Zn）：
Zn
－2e-
===
Zn2+
负极：
（还原反应）
（Cu）：2H++2e-
===
H2
↑
正极：
原电池原理三维动画：
播放
（3）原电池中电极的名称和电极反应
负极：
电子流出的一极
—
正极：
电子流入的一极
—
发生氧化反应
发生还原反应
小结：
电子与电流流向：
外电路：
内电路：
电流由正极流向负极。
电流由负极流向正极。
电子由负极流向正极，
闭合回路
阴离子移向负极，阳离子移向正极，
e-
↑
e-→
e-
↓
阳离子
阴离子
H2SO4
(aq)
CuSO4
(aq)
Zn
Cu
负极(
):
.
正极(
):
.
总反应式:
.
负极(
):
.
正极(
):
.
总反应式:
.
课堂练习：请在图上标出电子的流动方向和电流方向，并判断正负极，写出电极反应式和总反应式。
Ag
Fe
I
e-
e-
I
Fe
Ag
Fe－2e
-
===Fe2+
2H++2e
-
===H2↑
Fe+2H+
===Fe2+
+H2↑
Zn
Cu
Zn－2e
-
===
Zn2+
Cu2+
+2e
-
===
Cu
Zn+Cu2+
===
Zn2
++
Cu
思考与交流：
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些呢？
二、构成原电池的条件
构成原电池的条件：实验探究
用品：锌片、铁片、铜片、石墨，硫酸、硫酸铜、酒精、蔗糖的溶液，
导线、电流表、烧杯。
要求：请选择上述用品，设计原电池装置，并画出装置简图，仪器药
品不限。
序号
①
②
③
实验
装置
H2SO4
(aq)
？构成
原电池
构成
原电池
的条件
能
能
不能
2个电极：活动性不同的2种金属
或
金属+非金属
A
(aq)
A
(aq)
A
(aq)
序号
④
⑤
⑥
实验
装置
　
？构成
原电池
构成
原电池
的条件
电极必须插在电解质溶液中
A
A
(aq)
能
能
不能
A
溶液
序号
⑦
⑧
⑨
实验
装置
　
？构成
原电池
构成
原电池
的条件
不能
能
能
两极相连形成闭合回路
Cu
Zn
H2SO4
A
(aq)
Zn
H2
SO4
H2
SO4
A
Cu
盐桥
(aq)
(aq)
(aq)
Cu
Zn
H2SO4
(aq)
构成原电池的条件：
【前提】
常温下，能自发进行氧化还原反应！
（1）有2种活动性不同的金属（或金属+
非金属导体）作电极；
（2）电极材料均插入电解质溶液中；
（3）两个电极相连形成闭合回路。
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(Zn):
Zn
-
2e-
===
Zn2+
正极(C)：
2MnO2
+
2
+2e-
===Mn2O3+
2NH3↑+H2O
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，目前汽车及电动自行车上使用的大多是铅酸蓄电池。
负极:
Pb
+
-
2e-
===
PbSO4
正极:
PbO2
+
4H+
+
+2e-
===PbSO4
+
2H2O
正极：PbO2
负极：Pb
电解质：H2SO4溶液
氧化反应
还原反应
正/负极材料
Pb
+
PbO2
+
4H+
+2
2PbSO4
+
2H2O
放电
充电
四、燃料电池
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。
氢氧燃料电池的工作原理：
电解液为KOH溶液时
｛
负极：2H2-4e-+4OH-=4H2O
正极：O2+4e-+2H2O=4OH-
总反应:2H2+O2=2H2O
电解液为稀H2SO4溶液时
｛
负极：2H2-4e-
=4H+
正极：O2+4e-+4H+=2H2O
总反应:2H2+O2=2H2O
小结：
一、原电池原理
二、构成原电池的条件
三、常见的化学电源
课堂练习
1.下列设备工作时，将化学能转化为电能的是（
）
A
B
C
D
?
?
?
?
锂离子电池
太阳能集热器
燃气灶
硅太阳能电池
A
2.下列装置能形成原电池的是
A.①②③⑦
B.①②⑤⑥
C.①②③④
D.①②③⑥⑦
√
3.下列叙述正确的是（
）
①原电池是把化学能转化成电能的一种装置
②原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应
③能自发进行的氧化还原反应可设计成原电池
④碳棒不能用来作原电池的正极
⑤反应Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag可以自发进行
A.①③⑤
B.①④⑤
C.②③④
D.②⑤
A

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