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(共57张PPT)
第一节　化学反应与能量变化
第2课时　化学反应与电能
第六章　化学反应与能量
课程标准 核心素养目标
1.知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化，以原电池为例认识化学能可以转化为电能。
2．从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理，体会研制新型电池的重要性。 1.证据推理与模型认知：借助原电池装置和原理的学习，体会化学能到电能的直接转化，建构原电池装置认知模型。
2．科学探究与创新意识：以原电池为例认识化学能可以转化为电能，结合实验从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理，学习科学探究方法。
热能
(2)化学能转化为电能的关键：燃烧( 反应)。
(3)能量转化特点：能量利用率低，污染严重。
氧化还原
2．原电池——化学能直接转化为电能
(1)实验探究
实验装置 实验现象 实验结论
锌片上 气泡产生，铜片上 气泡产生 锌与稀硫酸反应，铜与稀硫酸不反应
锌片上 气泡产生，铜片上 气泡产生 产生氢气(还原反应)的位置发生了改变
有
无
无
有
实验装置 实验现象 实验结论
锌片上 气泡产生，铜片上 气泡产生，电流表指针 偏转 装置中发生反应产生氢气，导线中有电流通过，该装置实现了化学能向电能的转化
无
有
发生
(2)原电池的工作原理(以锌-铜-稀硫酸原电池为例)
①能量转化： 能转化为 能。这种装置称为原电池。
②电子的移动方向：从 极流出，经导线流向 极。
③离子的移动方向：阳离子向 极移动，阴离子向 极移动。
④电流方向：从正极经导线流向负极(外电路)。
3．原电池的构成条件
(1)具有活泼性不同的两个电极，较活泼金属作 极，发生 反应。较不活泼金属或能导电的非金属单质(如石墨等)作 极，发生 反应。
(2) 溶液(一般与活动性强的电极发生氧化还原反应)。
(3)形成 回路(或在溶液中接触)。
化学
电
负
正
正
负
负
氧化
正
还原
电解质
闭合
(4)原电池反应是自发的 反应。
氧化还原
二、常见化学电源
1．化学电源的分类
2.锌锰干电池(一次电池)
(1)电池构造示意图
(2)电池分析
3．铅酸蓄电池(二次电池)
(1)铅酸蓄电池的构造示意图
(2)放电时的工作原理
①负极材料是 ，正极材料是 ，电解质溶液是稀硫酸。
②放电时，电池总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。
铅(Pb)
二氧化铅(PbO2)
◆拓展延伸
火力发电的弊端
(1)大量消耗化石燃料，加速不可再生能源的枯竭。
(2)转换环节多，在每一阶段均有能量损失，整体能源利用率不高。
(3)化石燃料燃烧产生的SO2、NOx等气体以及粉尘等，是空气污染和酸雨的重要来源。
◆名师点拨
对于原电池的理解
(1)原电池反应的本质是自发进行的氧化还原反应。
(2)原电池中能量转化的主要形式是化学能直接转变为电能，同时也伴随热能等形式的散失。
(3)还原剂在负极失去电子，发生氧化反应；氧化剂在正极得到电子，发生还原反应；电极材料(如石墨)通常是能导电的固体。
◆名师点拨
原电池的判断方法
依据原电池的构成条件判断，主要为“四看”：
◆名师点拨
原电池中微观粒子的移动方向
(1)电子在导线中由负极向正极做定向移动。
(2)离子在电解质溶液中定向移动：阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移。
(3)电流在整个闭合回路中的流动方向：
外电路：正极―→负极；
内电路：负极―→正极。
【注意】电子只能在电极和导线中移动，不能进入电解质溶液。
◆拓展延伸
碱性锌锰干电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－；
电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”)
(1)在原电池的电解质溶液中，阳离子向负极移动，阴离子向正极移动(　　)
(2)在由Zn和Cu与CuSO4溶液构成的原电池中，正极发生反应：Cu2+＋2e－===Cu(　　)
(3)在由Mg和Al与NaOH溶液构成的原电池中，Mg作负极，Al作正极(　　)
(4)氧化还原反应Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑可通过原电池反应实现(　　)
×
×
×
√
探究一 电池的构成及工作原理
【实验1】探究水果电池对电极材料的要求(按下图所示连接装置)
(已知电流表指针偏向电子流入的电极)
电极材料 水果 电流表偏转方向 电极名称
铁片、铜片 苹果 偏向铜片 铁：负极
铜：正极
铁片、镁条 苹果 偏向铁片 铁：正极
镁：负极
铁片、碳棒 柠檬 偏向碳棒 铁：负极
碳棒：正极
铁片、铁片 柠檬 不偏转 —
铜片、碳棒 柠檬 几乎不偏转 —
【实验2】探究影响电流效果的因素
电极材料 电极间距/cm 水果种类 电流表偏转角度(填“大”或“小”)
铁、铜 1 苹果 小
镁、铜 1 苹果 大
锌、铜 1 苹果 小
锌、铜 1 柠檬 大
锌、铜 1 柠檬 大
锌、铜 2 柠檬 小
[问题设计]
根据实验完成下列问题。
(1)根据实验1判断构成原电池的要素有哪些？水果的作用是什么？
提示： 构成原电池的要素有①能够自发进行的氧化还原反应；②两个电极，电解质溶液以及闭合回路。本实验中，水果起到作电解质溶液的作用。
(2)根据实验1如何判断正负极？
提示：电极的判定依据的是电极材料的活动性，较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或导电惰性材料作正极。
(3) 根据实验2判断影响水果电池电流效果的因素有哪些？
提示：影响水果电池电流效果的因素有电极材料、电解质溶液和电极间距。
①在其他条件相同时，电极材料的活动性差异越大，电流效果越好。
②在其他条件相同时，不同电解质溶液导电性能不同，会影响电流大小。
③在其他条件相同时，电极间距越小，电流效果越好。
(1)原电池的构成条件
(2)原电池的工作原理
(3)判断原电池正极和负极的方法
(4)书写电极反应式和电池总反应式的方法
D
[例1] 原电池原理的发现和各种电池装置的发明，改变了人们的生活方式。对下图所示的甲、乙两装置，下列分析正确的是 (　　)
A．甲、乙均能将化学能转化为电能
B．甲、乙中铜片上均有气泡产生
C．甲、乙中铜片上均发生氧化反应
D．甲、乙中均能发生的反应是Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑
解答本题的思路如下：
(1)结合原电池的构成条件，判断装置甲与装置乙是否能形成原电池。
(2)依据原电池工作原理以及Cu、Zn的活动性，判断电极名称、反应类型及发生的电极反应。
装置甲中Cu与Zn未构成闭合回路，无法形成原电池，故不能将化学能转化为电能；装置甲中，Cu不与稀硫酸反应，因此铜片表面无气泡产生，也未发生氧化反应；装置甲中发生Zn与稀硫酸的置换反应，装置乙中构成原电池，其总反应式均为Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑。
B
1．“科学素养，从小培养。”下图是一款深受孩子喜爱的“盐水小汽车”的结构和工作原理示意图。下列说法正确的是 (　　)
A.镁片作电池的正极 B．空气中的氧气得到电子
C．化学能可直接转化为动能 D．溶液中的Cl－向石墨片移动
镁为活泼金属，在电池中作为负极失去电子，石墨为正极，据此分析解答。镁作电池的负极，失去电子发生氧化反应；溶解在食盐水中的氧气在石墨电极表面得到电子，发生还原反应；原电池将化学能转化为电能，电能再经过发动机转化为动能；溶液中的阴离子Cl－向负极(镁片)移动。
探究二 电池原理的应用
【实验1】向试管中加入少量锌粒，再加入5 mL 1.0 mol/L稀硫酸以制备氢气，随后滴加几滴CuSO4溶液，观察实验现象。
【实验2】将相同大小的金属X和Y用导线连接，插入盛有稀盐酸的烧杯中，并在导线中间串连一个电流表，观察实验现象。
[问题设计]
(1)实验1中，滴加CuSO4溶液后，产生氢气的速度加快。试结合原电池原理分析其原因。
提示：滴加CuSO4溶液后，发生置换反应(Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu)，锌粒表面析出少量铜，构成Zn-Cu原电池，使得生成氢气的速度加快。
(2)实验2中，金属X逐渐溶解，金属Y表面产生气泡。据此比较金属X和Y的活动性，并描述比较依据。
提示：在该装置中，金属X和Y与稀盐酸共同构成了原电池。由于金属X逐渐溶解，可判断金属X作负极，其活动性强于作正极的Y。
(3)选择合适的实验用品，利用反应2Fe3+＋Fe===3Fe2+设计一个原电池。画出简单的装置示意图，并写出正、负极的电极反应式。
提示：负极是Fe，电极反应为Fe－2e－===Fe2+；正极是石墨(或活动性比Fe弱的金属)，电极反应为Fe3+＋e－===Fe2+；电解质溶液是含Fe3+的溶液，加FeCl3溶液。
原电池原理的具体应用如下：
(1)增大氧化还原反应的速率
(2)比较两种金属的活动性强弱
(3)设计原电池的基本思路
C
[例2] 依据氧化还原反应：Cu2+＋Zn===Zn2+＋Cu设计的原电池如下图所示。下列说法错误的是 (　　)
A．材料X应选用Zn，发生氧化反应
B．Y是可溶性铜盐溶液，如CuSO4溶液等
C．铜作原电池的正极，逐渐溶解
D．外电路中电子由X电极流向铜电极
解答本题的思路如下：
(1)分析反应Cu2+＋Zn===Zn2+＋Cu，判断正、负极上发生反应的物质(或离子)。
(2)根据给定的原电池装置图及实验目的，确定电极X和溶液Y；根据原电池的工作原理，判断电极反应及可能观察到的现象。
Cu2+＋Zn===Zn2+＋Cu中，Zn发生氧化反应，故作负极；Cu2+在正极被还原，故溶液Y需提供Cu2+，如CuSO4溶液等；正极(铜电极)上的反应为Cu2+＋2e－===Cu，铜单质析出，导致电极逐渐变粗；在外电路中，电子从负极(X)流向正极(铜电极)。
C
2．有a、b、c、d四种金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下，由此可判断这四种金属的活动性顺序是 (　　)
实验装置
装置1
装置2
实验现象 a电极质量减小，b电极质量增大 b电极有气体产生，c电极无变化
实验装置
装置3
装置4
实验现象 d电极溶解，c电极有气体产生 电流从a电极流向d电极
A．a>b>c>d B．b>c>d>a
C．d>a>b>c D．a>b>d>c
装置1中，a电极质量减小，b电极质量增加，可知a电极为负极，b电极为正极，故金属的活动性顺序为a＞b；装置2中，b电极有气体产生，c电极无变化，故金属的活动性顺序为b＞c；装置3中，d电极溶解，则d电极是负极，c电极有气体产生，则c电极是正极，故金属的活动性顺序为d＞c；装置4中，电流从a电极流向d电极，a电极为正极，d电极为负极，故金属的活动性顺序为d＞a。综上所述，四种金属的活动性顺序为d＞a＞b＞c。
C
1．已知Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，下列叙述不正确的是 (　　)
A．可将该反应设计成如图甲所示的原电池
B．反应过程中的能量变化可用图乙表示
C．若铁电极不纯(含有杂质碳)，该反应的化学反应速率会减小
D．图甲所示装置中，H＋在铜电极表面被还原并产生气泡
图甲构成了铜铁原电池，负极反应为Fe－2e－===Fe2+，正极反应为
2H＋＋2e－===H2↑，总反应为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑；该反应是放热反应，可用图乙表示其反应过程中的能量变化；若铁电极不纯(含有碳单质)，则可与碳形成原电池从而增大反应速率；根据电极反应式可知，H＋在铜电极表面被还原并产生H2。
B
2．下列说法正确的是 (　　)
A.该装置能将化学能转化为电能 B.锌锰干电池属于一次电池。电池工作时，锌筒作负极并不断被消耗
C.“纸电池”中，当电解质溶液为氯化钠溶液时，锌片失去电子，发生还原反应 D.该电池中，电子由铝电极流向镁电极，负极反应式为Al－3e－===Al3+
该装置没有形成闭合回路，不构成原电池，故不能将化学能转化为电能；锌锰干电池工作时，锌筒作负极，发生反应Zn－2e－===Zn2+，不断被消耗；“纸电池”中，当电解质溶液为氯化钠溶液时，锌为负极、铜为正极，锌片失去电子，发生氧化反应；在该装置中，铝为负极，镁为正极，电子由铝电极流向镁电极，负极反应式为Al＋4OH－－3e－===[Al(OH)4]－。
B
3．根据原电池的原理，某化学兴趣小组的同学设计并制作了简易水果电池(见下图)，以探究原电池的构成要素。下列说法不正确的是 (　　)
序号 电极 电极间距/cm 水果种类 电流表示数/μA
① Al-Cu 2.0 西红柿 78.5
② Al-Fe a 西红柿 70.3
③ Al-Cu 2.0 柠檬 45.7
④ Al-Cu 1.0 柠檬 98.4
A.对比实验①③可探究水果种类对电池效果的影响；对比实验③④可探究电极间距对电池效果的影响
B.a＝1.0
C.实验②中，电流从Al电极经果汁流向Fe电极
D.实验④将柠檬换成硫酸铜溶液，铜电极的反应为Cu2+＋2e－===Cu
实验①③的水果种类不同，对比这两个实验可探究水果种类对电池效果的影响；实验③④的电极间距不同，对比这两个实验可探究电极间距对电池效果的影响；实验①②除电极材料不同外，其他条件均相同，可探究电极材料对电池效果的影响，因此电极间距与实验①相同，a＝2.0；实验②中，活泼金属Al作负极，Fe作正极，电流从正极(Fe)经外电路流向负极(Al)。实验④将柠檬换成硫酸铜溶液后，可构成Al-Cu原电池，铜电极作正极，发生还原反应：Cu2+＋2e－===Cu。
C
4．火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参与反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池放电时的总反应为4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。下列说法错误的是 (　　)
A.该电池将化学能转化为电能
B.该电池以钠为负极，碳纳米管为正极
C.放电时，阳离子由正极移向负极
D.放电时，负极上Na发生氧化反应
电池是将化学能转化为电能的装置；由总反应可知，该电池以钠为负极，碳纳米管可作为正极；放电时，阳离子由负极移向正极；负极上Na失去电子，发生氧化反应。
5．在一定条件下，物质中的化学能可转化为电能。
(1)将铝片放入盛有稀硫酸的烧杯中，反应的离子方程式为_________
__________________________________________________________。
(2)将铝片、铜片按照下图所示装置连接，能证明化学能转化为电能的实验现象是铜片上有气泡产生，________________。
(3)稀硫酸在上图所示装置中的作用是传导离子、____________。
(4)下列反应能通过原电池装置实现化学能直接转化为电能的是________(填代号)。
①Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
②NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
③Cu＋2Fe3+===Cu2+＋2Fe2+
④Na2CO3＋CaCl2===CaCO3↓＋2NaCl
答案：(1)2Al＋6H＋===2Al3+＋3H2↑
(2)电流表指针发生偏转
(3)参与电极反应
(4)①③
(4)只有自发的氧化还原反应才能通过原电池装置将化学能转化为电能，所给反应中①和③符合该条件。

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