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(共39張PPT)
第一節 化學反應與能量變化
第2課時：化學反應與電能
第六章 化學反應與能量
原電池原理及構成條件
01
原電池原理的應用
02
學習目標
1．通過查閱資料、閱讀思考，能舉出化學能轉化為電能的實例，辨識簡單原電池的正負極及正負極上發生的化學反應類型。
2．通過實驗探究、討論交流，知道原電池概念及原電池工作原理是利用氧化還原反應將化學能轉化為電能的裝置，知道構成原電池的條件。
3.通過觀察現象、原理分析，會判斷原電池的正極、負極，能正確書寫簡單原電池的電極反應式，了解常見的化學電源，感受化學能轉化為電能的奇妙。
電能是現代社會中應用最廣泛，使用最方便、污染最小的一種二次能源，又稱電力。
原電池原理及構成條件
原電池原理及構成條件
任務一、探究化學能與電能的轉化
學生活動1：閱讀教材P36頁內容，思考生活中人們使用的電能來自于哪里 火力發電中化學能是如何轉化為電能的？有何優缺點？
①我國目前電能主要來自火力發電，其次來自水力發電、風力發電、核能、水力發電、生物質能等。近幾年中國發電總量構成對比:
2001年
2015年
2018年
結論：近階段，火電仍是中國發電的主要組成
任務一、探究化學能與電能的轉化
②火力發電的原理是化學能經過一系列能量轉化過程，間接轉化為電能：
化學能
熱能
機械能
電能
燃燒
蒸汽
發電機
③優點:煤炭資源豐富，廉價方便。缺點:煤炭是不可再生資源，會造成能源危機；煤炭燃燒會產生污染性氣體；轉換環節多，能量損耗大，能量的利用率低
原電池原理及構成條件
任務一、探究化學能與電能的轉化
原電池原理及構成條件
任務一、探究化學能與電能的轉化
學生活動2：根據教材P36頁【實驗6-3】，完成實驗，觀察實驗現象，分析實驗原理，填寫表格內容：
實驗步驟 實驗現象 原因分析
實驗一：分別將鋅片和銅片插入稀硫酸溶液中 鋅片： 銅片：
表面有氣泡
無明顯變化
反應一段時間后，燒杯外壁微熱
與金屬活動性順序有關：鋅與稀硫酸反應生成氫氣且放熱：Zn＋2H＋= Zn2＋＋ H2↑，而銅不反應。
原電池原理及構成條件
電流表指針發生偏轉，說明導線中有電流產生，整個過程中化學能轉化
成電能。
任務一、探究化學能與電能的轉化
實驗步驟 實驗現象 原因分析
實驗二：鋅片和銅片先接觸插入稀硫酸溶液中，然后再 用導線連 銅片： 鋅片：
實驗三：鋅片和銅片通過導線接電流表插入稀硫酸溶液中 銅片： 鋅片：
表面出現大量氣泡
表面有少量（或幾乎沒有）氣泡產生
且產生氣泡的速率比實驗一快。
可能因鋅比銅更容易失電子，且鋅失去的電子通過導線移動到銅片上，溶液中的H+再得到電子生成了H2：
2H++e-=H2↑
有氣泡產生
逐漸溶解
電流表的指針發生偏轉。
原電池原理及構成條件
任務一、探究化學能與電能的轉化
學生活動3：結合【實驗6-3】，以銅 鋅 稀硫酸原電池為例，思考什么是原電池？有何特點？你認為構成原電池的條件是什么？并填寫表格內容？
概念
裝置
總反應：
Zn＋2H2SO4 == Zn2SO4＋ H2↑
利用氧化還原反應將化學能轉變為電能的裝置叫原電池
原電池原理及構成條件
任務一、探究化學能與電能的轉化
電極材料 電極名稱 電子轉移 電極反應式 反應類型
鋅片
銅片
電子的流向 反應本質 總反應式 構成條件 ①具有活潑性不同的兩個電極；②兩電極插入電解質溶液中；③形成閉合回路；④能自發地發生氧化還原反應
負極
正極
電子流出
電子流入
Zn－2e－===Zn2＋
2H＋＋2e－===H2↑
氧化反應
還原反應
電子由負極經導線流向正極
自發進行的氧化還原反應
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
原電池原理及構成條件
【典例1】下列敘述不正確的是( )
A．用天然氣火力發電時，每一步都需要化學反應來完成
B．利用太陽能等清潔能源代替化石燃料，有利于節約資源，保護環境 C．原電池反應一定為氧化還原反應
D．在火力發電時，化學能轉化為熱能的過程實際上是氧化還原反應 發
生的過程，伴隨著能量的變化
A
【解析】火力發電的過程包括，化學能→熱能→機械能→電能，后兩個階段都未發生化學變化，A項錯誤；利用太陽能等清潔能源代替化石燃料，有利于節約資源，保護環境，B項正確；原電池的反應原理為氧化還原反應，所以原電池反應一定為氧化還原反應，C項正確；在火力發電時，化學能轉化為熱能的過程實際上是氧化還原反應發生的過程，伴隨著能量的變化，D項正確；答案選A。
原電池原理及構成條件
【典例2】下列各裝置能構成原電池的是 (　 　)
B
【解析】A項中兩電極相同，A項錯誤；C項中蔗糖溶液是非電解質溶液，C項錯誤；D項中兩燒杯中溶液是分開的，沒有形成閉合回路，D項錯誤。
原電池原理及構成條件
任務二、設計簡單的原電池
學生活動1：結合教材P37頁“探究”內容，完成教材三個實驗，并回答“問題核討論”的三個問題。
①水果的作用是提供電解質溶液。
②電極材料一般選擇兩種活性不同的金屬電極，也可以一個電極選擇活潑金屬，另一個電極選擇石墨。
③電池不可或缺的構成部分：a.有兩種活潑性不同的金屬（或活潑金屬核石墨）作電極；b.電極材料均需插入電解質溶液中；c.兩級相連形成閉合回路。
原電池原理及構成條件
任務二、設計簡單的原電池
【溫馨提示】原電池的設計方法：①找—找一個能夠自發進行的氧化還原反應，只有自發進行的氧化還原反應才能被設計成原電池；
②拆—將氧化還原反應拆分為氧化反應和還原反應兩個半反應，分別作為負極和正極的電極反應，還原劑－ne－===氧化產物(負極電極反應)，氧化劑＋ne－===還原產物(正極電極反應)；
③定—根據氧化還原反應中的還原劑和氧化劑確定原電池的負極和電解質溶液，正極一般選擇比負極活潑性差的金屬或能導電的非金屬。
④畫—連接電路形成閉合回路，畫出原電池示意圖。
原電池原理及構成條件
任務二、設計簡單的原電池
學生活動2：歸納小結：請畫出原電池的工作原理示意圖，思考如何判斷原電池的正負極？
①原電池的工作原理：
【溫馨提示】①反應類型是負極發生氧化反應，正極發生還原反應；②電子的
移動方向是從負極流出，經導線流向正極（電子不下水）；③離子的移動方
向是陽離子向正極移動，陰離子向負極移動（離子不上岸）。
原電池原理及構成條件
任務二、設計簡單的原電池
②原電池正、負極的判斷方法：
【溫馨提示】一般是較活潑金屬作負
極，較不活潑金屬作正極，但也要注
意電解質溶液的性質。 ①鎂鋁用導線連接插入稀硫酸中，鎂作負極，鋁作正極；若電解質是氫氧化鈉，則鎂作正極，鋁作負極。
②銅鋁用導線連接插入稀硫酸中，
鋁作負極，銅作正極；若插入濃
硝酸中，鋁作正極，銅作負極
原電池原理及構成條件
【典例1】某實驗小組為研究鐵的腐蝕與防護，設計如圖所示的實驗
裝置。下列說法正確的是（ ）
A．圖1：a點的電極反應式為Fe-2e-=Fe2+
B．圖1：b點溶液變紅
C．圖2：若d為錫，則為犧牲陽極的陰極保護法
D．圖2：若d為石墨，兩個實驗均為鐵的吸氧腐蝕
【解析】A．a點氧氣得電子產生OH-，電極反應式為O2+4e-+2H2O==4OH-，A錯誤；B．a點產生OH-，能使酚酞變紅，B錯誤；C．錫活潑性位于鐵之后，鐵作負極失電子，并沒有被保護，C錯誤；D．兩個實驗的電解質溶液均為中性，正負極材料相同，均發生鐵的吸氧腐蝕，D正確；故選D。
D
原電池原理及構成條件
【典例2】下列有關原電池的說法正確的是(　　)
A．將反應2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋設計為原電池，則可用Zn為負極，Fe
為正極，FeCl3為電解質
B．銅片和鋁片用導線連接后插入濃硝酸中，銅作負極
C．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極
D．鋁片和鎂片用導線連接后插入NaOH溶液中，Mg較活潑作負極
【解析】A．Fe作負極，活潑性比Fe弱的作正極，所以不能用Zn作負極，A項錯誤；B．Al遇到濃硝酸會鈍化，Cu與濃硝酸反應，Cu作負極，B項正確；C．電子由負極(鋅)流向正極(銅)，C項錯誤；D．由Al、Mg、NaOH組成的原電池，Al作負極失電子生成AlO2-，D項錯誤；答案選B。
B
原電池原理及構成條件
原電池原理的應用
原電池原理的應用
任務一、認識幾種常見的化學電源
學生活動1：閱讀思考：閱讀教材P38頁內容，思考一次電池、二次電池、燃料電池的概念和特點分別是什么？并完成表格內容。
名稱 干電池(一次電池) 充電電池(二次電池) 燃料電池
特點
舉例
電池放電后不能充電(內部的氧化還原反應無法逆向進行)
放電時所進行的氧化還原反應，在充電時可以逆向進行，使電池恢復到放電前的狀態
①反應物儲存在電池外部；
②能量轉換效率高、清潔、安全；
③供電量易于調節。
普通的鋅錳電池、堿性鋅錳電池、銀鋅電池等
鉛酸蓄電池、鋰電池、鎳氫電池
氫氧燃料電池、CH4燃料電池、CH3OH燃料電池等
原電池原理的應用
任務一、認識幾種常見的化學電源
學生活動2：討論思考原電池原理在化學上有哪些應用？
①比較金屬活動性強弱：一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑；一般原電池中，活潑金屬作負極，發生氧化反應，不活潑金屬作正極，發生還原反應。
②金屬的防護：使被保護的金屬制品作原電池正極而得到保護。
③設計制作化學電源：將化學能轉化為電能。
④加快化學反應速率：自發進行的氧化還原反應，形成原電池時會使反應速率加快。原電池中，氧化反應和還原反應分別在兩極進行，使溶液中離子運動時相互的干擾減小，使反應速率增大
原電池原理的應用
【典例1】化學電源在日常生活和高科技領域中都有廣泛應用。下列說
法錯誤的是（ ）
A．圖甲：通入O2的一極為正極
B．圖乙：鋅錳干電池屬于一次電池
C．圖乙：在使用鋅錳干電池的過程中，MnO2被還原
D．圖丙：正極的電極反應式為PbO2-2e- +SO42-+4H+==PbSO4+2H2O
D
【解析】A．氧氣得到電子發生還原反應，所在電極為正極，故A正確； B．鋅錳干電池不能充電操作，屬于一次電池，故B正確；C．在使用鋅錳干電池的過程中，MnO2得到電子被還原，故C正確；D．鉛蓄電池正極的電極反應式為PbO2+2e- +SO42-+4H+==PbSO4+2H2O ，故D錯誤；故選D。
原電池原理的應用
【典例2】把A、B、C、D四塊金屬泡在稀H2SO4中，用導線兩兩相連
可以組成各種原電池。若A、B相連時，A為負極；C、D相連時，D上
有氣泡逸出；A、C相連時，A極減輕；B、D相連時，B為正極。則四
種金屬的活潑性順序由大到小排列為(　　)
A.A>C>D>B　　　 B.A>C>B>D
C.B>D>C>A D.A>B>C>D
A
【解析】A、B相連時，A為負極，則說明A與B相比較，A更加活潑；C、D相連，D上有氣泡逸出，則C為電源的負極，C比D活潑；A、C相連時，A極減輕，A參與了電極反應，被消耗，應是活潑金屬；B、D相連，B為正極，則D是活潑金屬，作電源的負極。故有A>C>D>B。
原電池原理的應用
任務二、探究發展中的燃料電池
學生活動1：結合教材P39頁“科學·技術·社會—發展中的燃料電池”內容，思考燃料電池的概念是什么？有何優點？
①概念：將燃料(如氫氣、甲烷、乙醇)和氧化劑(如氧氣)的化學能直接轉化為電能的電化學反應裝置。
②優點：
a.清潔、安全、高效；
b.反應物不是儲存在電池內部，而是由外部提供；
c.供電量易于調節，能適應用電器負載的變化，且充電時間較短。
原電池原理的應用
任務二、探究發展中的燃料電池
學生活動2：討論交流：以氫氧燃料電池和甲烷燃料電池為例，思考如何書寫電極反應式？
①氫氧燃料電池在不同的介質中的總反應式相同，均為2H2＋O2==2H2O。但正、負極反應式與電解質溶液有關，正、負極反應式歸納如下：
電解質溶液 負極 正極
酸性(H＋)
中性(Na2SO4)
堿性(OH－)
H2－2e－===2H＋
H2－2e－===2H＋
H2－2e－＋2OH－===2H2O
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
原電池原理的應用
任務二、探究發展中的燃料電池
②甲烷燃料電池在不同的介質中的總反應式不相同，在酸性條件下，總反應為CH4＋2O2===CO2＋2H2O；在堿性條件下，總反應為CH4＋2O2＋2OH－===CO32－＋3H2O。在不同電解質中正負極反應式歸納如下：
電解質溶液 負極 正極
酸性(H＋)
堿性(OH－)
CH4－8e－＋2H2O== CO2＋8H＋
CH4－8e－＋10OH－== CO32-＋7H2O
2O2＋8e－＋8H＋==4H2O
2O2＋8e－＋4H2O==8OH－
原電池原理的應用
任務二、探究發展中的燃料電池
③原電池電極反應式的書寫步驟：
a.列物質，標得失：按照負極氧化反應，正極還原反應，判斷電極反應物、生成物，標出電子得失。
b看環境，配守恒：電極產物在電解質溶液的環境中應能穩定存在，如酸性介質中，OH－不能存在，應生成水；堿性介質中，H＋不能存在，應生成水；電極反應式同樣要遵循電荷守恒、原子守恒、得失電子守恒。
c.兩式加，驗總式：正負極反應式相加，與總反應離子方程式驗證。
【溫馨提示】若某電極反應式較難寫出時，可先寫出較易寫的電極反應式，然
后根據得失電子守恒，用總反應式減去較易寫的電極反應式，即可得出較難寫
的電極反應式。
原電池原理的應用
【典例1】可用于電動汽車的鋁－空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或
NaOH溶液為電解液，鋁合金為負極，空氣電極為正極。下列說法正
確的是 (　　)
A．以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時，正極反應都為：
O2＋2H2O＋4e－==4OH－
B．以NaOH溶液為電解液時，負極反應為：
Al＋3OH－－3e－==Al(OH)3↓
C．以NaOH溶液為電解液時，電池在工作過程中電解液的堿性保持
不變
D．電池工作時，電子通過外電路從正極流向負極
A
原電池原理的應用
【解析】當電解質溶液顯堿性或中性時，該燃料電池的正極發生的反應均為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A項是正確的；鋁作負極，負極反應應該是鋁失去電子變為鋁離子，在氫氧化鈉的溶液中鋁離子繼續與過量的堿反應生成偏鋁酸根，因此負極反應為Al＋4OH－－3e－===AlO2-＋2H2O，B項是錯誤的；該電池在堿性條件下工作時，消耗了堿，反應方程式為4Al＋3O2＋4OH－===4AlO2-＋2H2O，溶液的堿性減弱，C項是錯誤的；電池工作時，電子從負極流出來經過外電路流向正極，D項是錯誤的。
原電池原理的應用
【典例2】下圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘
述不正確的是（ ）
A．b電極是正極
B．總反應方程式為2H2+O2==2H2O
C．a電極每消耗2.24LH2，轉移電子0.2mol
D．氫氧燃料電池是一種具有廣泛應用前景的綠色電源
C
【解析】 b電極通入氧氣，氧氣得到電子，因此是正極，A正確；總反應方程式就是氫氣燃燒的方程式，為2H2+O2＝2H2O，B正確； a電極電極方程式：H2-2e-+2OH-=2H2O，標況下每消耗2.24LH2即0.1mol，轉移電子0.2mol，但是沒有說明氣體所處條件，C錯誤；氫氧燃料電池的生成物是水，沒有污染，因此是一種具有廣泛應用前景的綠色電源，D正確；答案選C。
1.下列有關原電池的說法中正確的是( )
A．在外電路中，電子由負極經導線流向正極
B．在內電路中，電子由正極經電解質溶液流向負極
C．原電池工作時，正極表面一定有氣泡產生
D．原電池工作時，一定不會伴隨著熱能變化
A
【解析】A．外電路中電子由負極流向正極，A正確，B．在內電路中,是陰、陽離子移動，B錯誤；C．原電池工作時，正極上一般是溶液中的陽離子得電子，則正極表面可能有氣泡產生，也可能生成金屬單質，C錯誤；D．原電池工作時，化學能轉化為電能，同時可能會伴隨著熱能變化，D錯誤。故選A。
2.某同學根據化學反應，并利用實驗室材料制作原電池。下列關于該原電池組成的說法正確的是（ ）
A
選項 A B C D
正極 石墨棒 鐵棒 鐵棒 銅棒
負極 鐵棒 銅棒 石墨棒 鐵棒
電解質溶液 FeCl3溶液 FeSO4溶液 Fe2(SO4)3溶液 稀硫酸
A．A B．B C．C D．D
【解析】根據反應Fe+2Fe3+=3Fe2+，可知該原電池中Fe為負極，反應過程中Fe3+在正極得電子生成Fe2+，故正極區Fe3+的濃度降低，由電池反應可知電解液為含Fe3+的溶液，綜上所述A選項符合。
3.有a、b、c、d四種金屬。將a與b用導線連接起來，浸入電解質溶液中，a不斷腐蝕；將a、d分別投入同濃度的鹽酸中，d比a反應劇烈；將銅浸入b的鹽溶液中，無明顯變化；如果把銅浸入c的鹽溶液里，有金屬c析出。根據以上現象判斷，它們的活動性由強到弱的順序是（ ）
A．d c a b B．d a b c C．d b a c D．b a d c
B
【解析】將 a 與 b 用導線連接起來，浸入電解質溶液中，a 不斷腐蝕，說明b是正極，因此活潑性是a＞b；將 a、d 分別投入等濃度鹽酸中，d比 a 反應劇烈，說明金屬活動性d＞a；活潑的金屬可以將不活潑的金屬從其鹽溶液中置換出來，所以活潑性是b＞c，綜合以上可知活動性由強到弱順序是：d>a>b> c，答案選B。
4.某化學興趣小組，使用相同的銅片和鋅片為電極，探究水果電池水果的種類和電極間距離對電流的影響，實驗裝置圖和所得實驗所得數據如下：
電池工作時，下列說法不正確的是（ ）
C
實驗編號 水果種類 電極間距離/cm 電流/
Ⅰ 番茄 1 98.7
Ⅱ 番茄 2 72.5
Ⅲ 蘋果 2 27.2
A．負極的電極反應為Zn-2e-==Zn2+
B．水果種類和電極間距離對電流數值的大小均有影響
C．電子從鋅片經水果流向銅片
D．若用石墨電極代替銅片進行實驗，電流數值會發生變化
【解析】A．由圖示分析可知，Zn為負極，失去電子，發生氧化反應，即負極的電極反應為Zn-2e-==Zn2+，故A正確；B．由表中的數據分析可知不同的水果以及同種水果間距離的不同，則電流的大小也不同，所以水果種類和電極間距離對電流的大小均有影響，故B正確；C．電子從鋅片經導線流向銅片，而不能經水果流向銅片，故C錯誤；D．石墨和銅的導電率不同，若用石墨電極代替銅片進行實驗，電流數值會發生變化；故D正確；故答案選B。
化學反應與電能
原電池
工作原理
構成條件
原電池原理的應用
加快反應速率
比較金屬活性
金屬保護
設計原電池
火力發電
化學能轉化為電能
利與弊
化學電池
一次電池：鋅錳干電池
二次電池：鉛酸蓄電池、鋰離子電池
發展中的燃料電池
第2課 化學能與電能

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