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第六章 化學(xué)反應(yīng)與能量
第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)與能量變化
6.1.2 化學(xué)反應(yīng)與電能
學(xué)習(xí)目標(biāo)
通過實驗探究，認(rèn)識化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，從氧化還原反應(yīng)的角度初步認(rèn)識原電池的工作原理，能舉出化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實例，能辨識簡單原電池的構(gòu)成要素，分析簡單原電池的工作原理，判斷原電池的正負(fù)極。
能設(shè)計實驗探究方案進(jìn)行對比實驗，認(rèn)識構(gòu)成原電池原理的條件及其原理，能基于銅鋅電池模型的認(rèn)識，通過對化學(xué)電源的分析，能利用原電池模型分析新型電池工作原理。
火力發(fā)電
水力發(fā)電
風(fēng)力發(fā)電
太陽能發(fā)電
核能發(fā)電
電池供電
課堂導(dǎo)入
課堂導(dǎo)入
一、火力發(fā)電——化學(xué)能間接轉(zhuǎn)化為電能
火電站的工作原理
化學(xué)能(煤)
燃燒
蒸汽輪機(jī)
機(jī)械能
發(fā)電機(jī)
電能
熱能
火力發(fā)電缺點：
①燃料不可再生，煤炭燃燒會造成環(huán)境污染
②經(jīng)多次轉(zhuǎn)換，成本高，損耗大，燃料的利用率低
？
Q1:化學(xué)反應(yīng)的能量能不能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苣兀?br/>Q2:化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能需要滿足什么條件？
（1）物質(zhì)間的反應(yīng)必須是氧化還原反應(yīng)；
（2）反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行（反應(yīng)條件與限度）。
想一想
二、原電池——化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能
觀看視頻，嘗試分析過程，解釋原理
二、原電池——化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能
二、原電池——化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能
實 驗 現(xiàn) 象
銅片插入稀硫酸
鋅片插入稀硫酸
鋅片和銅片上 端連接在一起 插入稀硫酸 銅片
鋅片
電流表
銅片上無氣泡
鋅片上有氣泡
銅片上有氣泡
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
鋅片逐漸溶解無氣泡
電流表的指針偏轉(zhuǎn)
思考：銅片上為什么有氣泡
二、原電池——化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能
e-
e-
e-
氧化反應(yīng)
還原反應(yīng)
Ⅰ
鋅片：負(fù)極
銅片：正極
電流方向：銅 → 導(dǎo)線 → 鋅→溶液 → 銅（循環(huán)）
電子流向（外電路）: 鋅 → 導(dǎo)線 → 銅
陰陽離子（內(nèi)電路）：陽離子向正極，陰離子向負(fù)極【正正負(fù)負(fù)】
注意：電子不入水，離子不上岸
原電池
負(fù)極：
氧化反應(yīng)
電子流出
正極：
還原反應(yīng)
電子流入
外電路：
電子定向移動
內(nèi)電路：
陰陽離子定向移動
注意：
電子不能進(jìn)入水溶液，離子不能進(jìn)入導(dǎo)線
負(fù)氧正還
三、原電池的概念
（1）概念：將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置
（2）本質(zhì)：氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個不同的區(qū)域進(jìn)行。
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
H+
H+
陽離子
陰離子
SO42-
外電路
內(nèi)電路
負(fù)極
正極
（3）形成條件：
④有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)
①兩個活潑性不同的電極
如：金屬與金屬、金屬與非金屬
②電解質(zhì)溶液 (溶液或者熔融)
③電極用導(dǎo)線相連并插入電解液構(gòu)成閉合回路
請判斷以下能否形成原電池，若可以哪個是負(fù)極
無閉合回路
無自發(fā)氧化還原反應(yīng)
金屬活潑性相同
無電解質(zhì)溶液
可以
可以
歸納總結(jié)
能否構(gòu)成原電池的判斷——四看
（1）看電極：兩極為導(dǎo)體且活潑性不同
（2）看溶液：兩極在導(dǎo)電的電解質(zhì)溶液中
（3）看回路：形成閉合回路或兩極直接接觸
（4）看本質(zhì)：有無自發(fā)的氧化還原反應(yīng)發(fā)生
判斷原電池正負(fù)極方法（重要）
判斷依據(jù) 正極 負(fù)極
電極材料
電子流向
電極反應(yīng)
電極現(xiàn)象
溶液中離子流向
不活潑金屬或非金屬導(dǎo)體
活潑金屬
電子流入
電子流出
還原反應(yīng)
氧化反應(yīng)
電極增重或產(chǎn)生氣體
電極減輕
陽離子流向正極
陰離子流向負(fù)極
電流流向
電流流出
電流流入
四、設(shè)計原電池
結(jié)合原電池的形成條件思考如何設(shè)計原電池？
(1)定：確定一個能夠自發(fā)進(jìn)行的放熱的氧化還原反應(yīng)。
(2)拆：將氧化還原反應(yīng)拆分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個半反應(yīng)，分別作為負(fù)極和正極的電極反應(yīng)。
負(fù)極反應(yīng)：還原劑－ne－===氧化產(chǎn)物
正極反應(yīng)：氧化劑＋ne－===還原產(chǎn)物
(3)找：根據(jù)氧化還原反應(yīng)中的還原劑和氧化劑確定原電池的負(fù)極和電解質(zhì)溶液，正極一般選擇比負(fù)極穩(wěn)定的金屬或能導(dǎo)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。
以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu為例，請畫出原電池裝置圖
材料選擇 電極反應(yīng)式 裝置
負(fù)極：Fe 正極：Cu或C等 (活潑性比Fe差的金屬或?qū)щ姷氖艟? 電解質(zhì)溶液：CuSO4溶液 負(fù)極：Fe－2e－===Fe2＋ 正極：Cu2＋＋2e===Cu
四、設(shè)計原電池
四、設(shè)計原電池
五、原電池的應(yīng)用
（1）制作化學(xué)電池：將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置
（2）加快反應(yīng)速率：原電池將氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個不同區(qū)域進(jìn)行
（3）判斷金屬活動性順序：活潑金屬作負(fù)極
（4）保護(hù)金屬：作原電池正極的金屬材料不參與反應(yīng)，被保護(hù)
犧牲陽極的陰極保護(hù)法
甲生成的Zn2＋排斥H＋，使H＋越來越難靠近Zn表面得電子。
乙Zn失去的電子沿導(dǎo)線聚集在Cu棒上，溶液中H＋非常容易靠近Cu表面得電子生成H2，因此反應(yīng)速率加快。
七、常見化學(xué)電源
1.一次電池（只能使用一次，不能充電復(fù)原繼續(xù)使用）
(1)堿性鋅錳干電池
總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
正極： 負(fù)極： 電解質(zhì)溶液：
鋅筒
MnO2
KOH
負(fù)極：
正極：
Zn－2e－ + 2OH－ = Zn(OH) 2
2MnO2＋2e－＋2H2 O = 2MnO(OH) + 2OH－
電極方程式書寫（重要）
列物質(zhì)
看環(huán)境
配守恒
兩式加
驗總式
準(zhǔn)確判斷電池的正、負(fù)極,找出電極反應(yīng)物和電極產(chǎn)物
根據(jù)環(huán)境配平電荷，最后配平整體守恒
酸溶液配氫離子，堿溶液配氫氧根，其它看題干
正負(fù)極電極方程式相加等于總反應(yīng)方程式
標(biāo)得失
根據(jù)元素化合價升降標(biāo)得失電子數(shù)
七、常見化學(xué)電源
2.二次電池(可充放電，循環(huán)使用）
(1)鉛蓄電池(Pb—H2SO4—PbO2)
鉛蓄電池是最常見的二次電池，放電總反應(yīng)為：
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) === 2PbSO4(s)＋2H2O(l)
負(fù)極：
正極：
Pb－2e－＋SO42- ===PbSO4
PbO2＋2e－＋SO42-＋4H＋===PbSO4＋2H2O
七、常見化學(xué)電源
(1)燃料電池(H2—H2SO4—O2)：
總反應(yīng)式：2H2＋O2===2H2O
負(fù)極：____________________________；
正極：____________________________________。
(2)燃料電池(H2—KOH—O2)：
總反應(yīng)式：2H2＋O2===2H2O
負(fù)極：________________________________________；
正極：______________________________________。
2H2－4e－===4H＋
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
2H2－4e－＋4OH－===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
3.燃料電池
(3)甲烷燃料電池
①酸性介質(zhì)(如H2SO4)
總反應(yīng)式：____________________________________________。
負(fù)極反應(yīng)式：__________________________________________。
正極反應(yīng)式：__________________________________________。
②堿性介質(zhì)(如KOH)
總反應(yīng)式：____________________________________________。
負(fù)極反應(yīng)式：__________________________________________。
正極反應(yīng)式：__________________________________________。
課堂小結(jié)
格林太太有一口整齊而潔白的牙齒。但其中鑲有兩顆假牙：一顆是黃金的――這是格林太太富有的象征；另一顆是不銹鋼的――這是一次車禍留下的痕跡。
令人百思不解的是：打從車禍以后，格林太太經(jīng)常頭疼、夜間失眠、心情煩躁……醫(yī)生絞盡腦汁，但格林太太的病癥未有絲毫的減輕，而且日趨嚴(yán)重……
請你為格林太太想想辦法
學(xué)以致用：
由于金和鐵（鋼的主要成分）是活動性不同的兩種金屬，故構(gòu)成原電池，產(chǎn)生微小的電流，使得格林太太頭痛。
辦法一：兩顆都鑲成金牙
處方：
病因：
醫(yī)學(xué)常識：
如果電流長時間刺激人的神經(jīng)，哪怕是很微弱的電流，都會導(dǎo)致人體生理系統(tǒng)紊亂，引發(fā)一系列病癥。
辦法二：拔掉不銹鋼牙
辦法三：兩顆都換成烤瓷牙
課堂小練
1.請判斷以下能否形成原電池，如果能形成，負(fù)極是哪一極？
稀硫酸
Al
Mg
A
氫氧化鈉
Al
Mg
A
稀硝酸
Fe
Cu
A
濃硝酸
Fe
Cu
A
稀硫酸
硫酸銅
Zn
2.過量鐵與少量稀硫酸反應(yīng)，為了加快反應(yīng)速率，但是又不影響生成氫氣的總量，可以采取的措施是（　　）
A．加入適量NaCl溶液 B．加入適量的水
C．加入幾滴硫酸銅溶液 D．再加入少量稀硫酸
C
課堂小練
3.下列有關(guān)電池的說法不正確的是(　　)
A．手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池
B．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極
C．甲醇燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能
D．鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極
B
課堂小練
4.把A、B、C、D四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。
若A、B相連時，A為負(fù)極；
C、D相連時，D上產(chǎn)生大量氣泡；
A、C相連時，電流由C經(jīng)導(dǎo)線流向A；
B、D相連時，電子由D經(jīng)導(dǎo)線流向B，
則此四種金屬的活動性由強(qiáng)到弱的順序為（ ）
① A＞B＞C＞D ② A＞C＞D＞B
③ C＞A＞B＞D ④ B＞A＞C＞D
②
A＞B
C＞D
A＞C
D＞B

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