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(共45张PPT)
化学反应与电能
第一课时：化学反应与电能
忻城县中学化学组曾家亮
我们的生活很难离开电
生活中人们使用的电能来自于哪里
火力发电
水力发电
风力发电
太阳能发电
核能发电
电池供电
2001年
2015年
2018年
近几年中国发电总量构成对比
2018年，中国发电总量占比世界发电总量的1/4；近阶段，火电仍然是中国发电的主要组成；其它形式的发电占比逐年在增加。火力发电是怎么样产生的？
火力发电——燃煤发电的能量转化过程
化学能（燃料）
燃烧
热能
蒸汽
涡轮机
机械能
发电机
电能
①使用的化石燃料属于不可再生资源;
②化石燃料的燃烧会产生大量的有害气体(如SO2、CO等)及粉尘,污染环境;
③能量经过多次转化，能量利用率低。
思考：火力发电有什么缺点？
电子定向移动
氧化还原反应
写出锌和稀硫酸反应的化学方程式并用单线桥分析
探究把化学能直接转变为电能的装置？
Zn +H2SO4=ZnSO4+H2 ↑
2e-
【思考1】电流是怎样产生的？
【思考2】什么反应中有电子的转移？
Zn +2H+=Zn2++H2 ↑
2e-
【实验6-3】
探究实验 讨论与交流
实验一： 分别将锌片和铜片插入稀硫酸溶液中 观察锌片和铜片上现象和差别？
实验二： 锌片和铜片先插入稀硫酸溶液中， 然后再用导线连接 观察锌片和铜片上有何现象？
实验三： 锌片和铜片通过导线接电流表 插入稀硫酸溶液中 观察电流表上有何现象？
【实验6-3】
探究实验 讨论与交流
实验一： 分别将锌片和铜片插入稀硫酸溶液中 观察锌片和铜片上现象和差别？
实验二： 锌片和铜片先插入稀硫酸溶液中， 然后再用导线连接 观察锌片和铜片上有何现象？
实验三： 锌片和铜片通过导线接电流表 插入稀硫酸溶液中 观察电流表上有何现象？
原电池
【实验6-3】
铜锌未连接时，锌片表面有气泡，铜片无明显变化。
原因是与金属活动性顺序有关。
铜锌未连接时反应的离子方程式
0
0
+2
实验一
+1
失 2e-
得 2×e-
Zn＋2H＋ = Zn2＋＋ H2↑
结论：锌与稀硫酸反应生成氢气，而铜不反应
铜锌连接时，
铜表面出现大量气泡，锌片溶解，表面无气泡
实验二
实验三
铜片上：有气泡
锌片上：逐渐溶解
电流表：指针偏转
电流表指针发生偏转，说明导线中有电流产生
1.定义：将___________直接转变成___________的装置叫做原电池。
一：原电池
化学能
电能
A
Zn
Cu
SO42－
H+
H+
e－
本质：氧化反应和还原反应分别在两个不同的电极上进行。
锌片：
铜片：
Zn－2e－ = Zn2+
2H+＋2e－ = H2↑
(氧化反应)
(还原反应)
【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
思考：依据原电池的装置图，构成原电池的条件是什么？
原电池
A
Zn
Cu
SO42－
H+
H+
e－
原电池
(4) 能自发进行的氧化还原反应
(1) 两个活泼性不同的电极，如：金属与金属、金属与非金属
(2) 电解质溶液 (溶液或者熔融)
(3) 电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路
2.原电池的构成条件
酒精、蔗糖、四氯化碳不是电解质（非电解质）
原电池
正极：
负极：
电子流入的电极
电子流出的电极
通常是不活泼金属或石墨电极
通常是活泼金属
得电子，化合价降低，发生还原反应
失电子，化合价升高，发生氧化反应
锌片：
Zn－2e－ = Zn2+
(氧化反应)
铜片：
2H+＋2e－ = H2↑
(还原反应)
A
Zn
Cu
SO42－
H+
H+
e－
3.正极，负极：
电子、离子的移动方向
外电路：
原电池
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
H+
H+
Zn－2e－=Zn2+
2H++2e－=H2↑
氧化反应
还原反应
负极
正极
阳离子
阴离子
SO42-
发生溶解
产生气泡
原电池总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑
电子流向: 负极 沿导线 正极
电流方向: 正极 沿导线 负极
内电路：
外电路
内电路
4.工作原理
负氧正还
阳离子→正极；阴离子→负极
【注意】电子不下水，离子不上岸
【正正,负负】
1下列哪些装置能构成原电池？
×
√
√
×
×
×
原电池
2下列装置能将化学能转化为电能的是（ ）
B
化学反应与电能
预期现象：锌片溶解；铜片上有红色物质析出；电流表指针偏转
负极：Zn-2e- = Zn2+ 正极：2Cu2++2e- = Cu
观察并记录实验现象，其中哪些与预测一致，哪些与预测不同？
再探原电池
锌铜原电池：Zn+Cu2+=Zn2++Cu
1.为什么锌片上有红色物质生成？
因为锌与CuSO4溶液直接接触，发生氧化还原反应，所以锌片表面有铜析出。
2.为什么电流表读数不断减小？
因为铜在锌表面析出后，与CuSO4溶液一起形成了原电池，产生的电流并没有经过电流表，所以电流表的读数不断减小。
锌与CuSO4溶液的接触面积逐渐减少，当锌片表面完全被铜覆盖后，相当于两个电极都是铜，已不能发生原电池反应，最后没有电流产生。
【分析原因】
（1）该原电池在工作中有何缺点？
（2）如何改进？
【深入探讨】
锌与硫酸铜溶液直接接触发生反应，化学能转化为电能效率低(部分化学能直接转化为热能),不能持续产生电流。
还原剂Zn与氧化剂CuSO4不直接接触
两个溶液间缺少离子导体，无法形成闭合回路。
5.双液 - 盐桥原电池
盐桥：装有饱和的KCl等溶液和琼脂制成的琼胶
（1）琼胶的作用是防止管中溶液流出 ；
（2）K+和Cl-能在琼胶内自由移动；
（3）离子只出不进。
Zn Cu
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
A
Zn2+
e-
e-
Cu2+
Cl-
K+
盐桥
①沟通内电路，形成闭合回路
②平衡电荷，使溶液保持电中性
③避免电极与电解质溶液直接反应，放电更持久。
盐桥的作用：
一个原电池由两个半电池组成，一个发生氧化反应，一个发生还原反应，两个半电池用盐桥连接。
锌半电池
铜半电池
原电池装置的改造
mA
Cu
Zn2+
Cu2+
SO4 2-
SO4 2-
Zn
K+
Cl-
Zn2+
mA
Zn-2e-=Zn2+
Cu2++2e-=Cu
—
氧化
反应
盐
桥
还原
反应
+
负极
正极
把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。
单液原电池
盐桥（双液）原电池
1.两个半反应在同一区域进行，电流不稳定。
2.两个半反应在不同区域进行，电流持续、稳定。
相同点：
氧化还原反应原理；两个电极；都能产生电流；外电路均
是电子的定向移动， 内电路均是离子的定向移动。
不同点：
盐桥（双液）原电池
Zn - 2e- = Zn2+
Cu2+ + 2e- = Cu
正极：
还原反应
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
负极：
氧化反应
2、提高了能量转化率（化学能→电能）；
3、有效避免了电极材料与电解质溶液的直接反应， 能够防止装置中化学能的自动释放(自放电)，增加了原电池的使用寿命。
1、离子在盐桥中作定向移动，减少了离子的混乱，使离子移动更加有序，能够产生持续稳定的电流；
缺点：1.内阻大，电流弱 2.盐桥需要定期更换
设计双液原电池
依据：已知一个氧化还原反应，
负极：如发生氧化反应的为金属单质，可用该金属直接作负极;
如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极(如Pt、石墨棒)作负极。
正极：发生还原反应的(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。
正极电极材料一般不如负极材料活泼。本例中可用惰性电极(如Pt、石墨棒)作正极。
电解质溶液：电解质溶液一般能与负极材料反应。
但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如本例中可用ZnCl2和FeCl3溶液作电解质溶液。
1.依据反应：2Ag+(aq) + Cu(s) = Cu2+(aq) + 2Ag(s)设计
的原电池如图所示。
请回答下列问题：
（1）电极X的材料是_________；电解质溶液Y
是_______；
（2）银电极为电池的_______极，发生的电极反应为_____________；X电极上发生的电极反应为
_____________。
（3）外电路中的电子是从_____电极流向______电极。
铜
AgNO3
正
2Ag+ +2e-=2Ag
Cu-2e-=Cu2+
Ag
Cu
1.阳离子交换膜：只允许阳离子通过
3.质 子 交 换 膜：只允许H+通过
2.阴离子交换膜：只允许阴离子通过
改进
增大电流呢？
缩短盐桥长度，增大盐桥横截面积
能否用一张薄薄的隔膜代替盐桥呢？
双液原电池电流弱的原因？改进措施？
①离子运动的距离长
②离子运动的通道窄
③离子容量小
电池内阻大，输出电压小
离子交换膜简介
离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。
由于固定离子基团吸引膜外的异种电荷离子，在电位差推动下透过膜体，同时排斥同种电荷的离子，拦阻它进入膜内。
2.下列装置中，能构成原电池的是________(填序号)，能构成原电池的指出电极的名称并写出电极反应。
①②⑤
①Cu-正极：2H＋＋2e－===H2↑； Fe-负极：Fe－2e－===Fe2＋
②Zn-负极：Zn－2e－===Zn2＋； Fe-正极：Cu2＋＋2e－===Cu
⑤Ag-正极：2Ag＋＋2e－=== 2Ag；Cu-负极：Cu－2e－===Cu2＋
2Cu－4e－=2Cu2＋
O2＋4e－＋4H＋=2H2O
3H2－6e－＋6OH－=6H2O
2FeO42－＋5H2O＋6e－=Fe2O3＋10OH－
电极材料
反应类型
电子流向
电极现象
离子移向
负
极
正
极
e-
较活泼金属
氧化反应
电子流出
不断溶解
质量减小
阴离子移向
较不活泼金属或
能导电的非金属
还原反应
电子流入
电极增重或
有气体产生
阳离子移向
【归纳小结】
判断原电池正、负极的方法
内容内容内容
6.原电池原理的应用
1．比较金属活动性
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的金属活泼。
例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。
则：金属_____是负极，金属_____是正极；金属活动性：________。
a
b
a ＞ b
原电池
内容内容内容
6.原电池的应用
2．增大氧化还原反应的速率
一个氧化还原反应，构成原电池时的反应速率比直接接触的反应速率快。
例如：铁和稀 H2SO4 反应时，若加入少量 CuSO4溶液，Fe 与 CuSO4 反应生成 Cu，形成 Fe | 稀硫酸 | Cu 原电池，加快产生H2的速率。
原电池
Fe
Cu
SO42－
H+
H+
H+
e－
负极：Fe-2e-=Fe2+
正极：2H++2e-=H2
Fe+Cu2+=Cu+Fe2+
内容内容内容
6.原电池的应用
3．设计原电池
理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。利用原电池原理设计和制造原电池，可以将化学能直接转化为电能。
将反应2Fe3+＋Cu === 2Fe2+＋Cu2+设计成原电池。
原电池
负极：Cu-2e-=Cu2+
正极：2Fe3++2e-=2Fe2+
课堂检测
内容内容内容
【例1】理论上不能设计为原电池的化学反应是（ ）
A．CH4 + 2O2 === CO2 + 2H2O
B．2FeCl3 + Fe === 3FeCl2
C．2Al + 2NaOH + 2H2O === 2NaAlO2 + 3H2↑
D．HNO3 + NaOH === NaNO3 + H2O
D
课堂检测
内容内容内容
【例2】下图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，记录如下：① Zn为正极，Cu为负极；② H+ 向负极移动；③ 电子流动方向，从Zn经外电路流向Cu； ④ Cu极上有H2产生；⑤正极的电极反应式为 2H++2e－=H2↑。描述合理的是（ ）
A．①②③ B．③④⑤ C．①④⑤ D．②③④
B
课堂检测
内容内容内容
【例3】有a、b、c、d 四种金属。将a与b用导线连接起来，浸入电解质溶液中，a不断腐蚀；将a、d分别投入同浓度的盐酸中，d比a反应剧烈；将铜浸入b的盐溶液中，无明显变化；如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。根据以上现象判断，它们的活动性由强到弱的顺序是
A．d c a b B．d a b c C．d b a c D．b a d c
B
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
反应与
电
能
【总结】
原电池的应用
原电池原理的应用
1.如图为某兴趣小组制作的苹果电池，下列说法正确的是（ ）
A.电子由铜通过导线流向锌
B.该装置是将电能转化为化学能的装置
C.锌电极发生氧化反应
D.电流由锌通过导线流向铜
C
【课堂练习】
2.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
【课堂练习】
3.如图所示的装置，M为活动性顺序位于氢之前的金属，N为石墨棒，关于此装置的下列叙述中，不正确的是（ ）
A.N上有气体放出
B.M为负极，N为正极
C.稀硫酸中 移向M极
D.导线中有电流通过，电流方向是由M到N
D
【课堂练习】
谢谢同学们
加油！

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