資源簡介

(共44張PPT)
化學反應與電能
第2課時
第一節　化學反應與能量變化
學習目標
1.通過實驗探究,認識化學能可以轉化為電能,能從氧化還原反應的角度初步認識并分析原電池的工作原理。
2.通過實驗探究,能舉出化學能轉化為電能的實例,能辨識簡單原電池的構成要素,判斷原電池的正、負極并能設計簡單的原電池。
3.通過原電池的學習,能列舉提高燃料的燃燒效率、開發高能清潔燃料和研制新型電池的重要性。
任務分項突破
1.火力發電——化學能間接轉化為電能
(1)我國目前電能主要來自 發電,其次來自 發電。
(2)火力發電的原理。
通過化石燃料 時發生的氧化還原反應,使 轉化為 ,加熱水使之 以推動蒸汽輪機,帶動發電機發電。
『自主梳理』
學習任務1　探究化學能轉化為電能的方式
火力
水力
燃燒
化學能
熱能
汽化為蒸汽
(3)能量轉化過程。
燃燒
其中能量轉化的關鍵環節是 (氧化還原反應)。
燃燒
實驗裝置 實驗現象 實驗結論
Zn片: 逐漸溶解, 　 Cu片: 鋅與稀硫酸 ,銅與稀硫酸
2.原電池——化學能直接轉化為電能
(1)實驗探究[實驗6-3]。
有氣泡產生
無氣泡產生
反應
不反應
Zn片: Cu片: 產生H2(還原反應)的位置發生了改變:


Zn片: Cu片: 電流表: 電流表指針偏轉說明:

逐漸溶解
有氣泡產生
溶液中的氫離子在銅片
表面獲得電子,發生還原反應
產生氫氣
逐漸溶解
有氣泡產生
指針偏轉
導線中有
電流
(2)微觀探析電流產生的原因。
負極
氧化反應
正極
還原反應
①總反應式: 。
②能量轉化: 能轉化為 能。
③電子的移動方向:從 流出,經導線流向 (與電流的方向恰好相反,電流是 )。
④離子的移動方向:陽離子向 移動,陰離子向 移動。
(3)原電池。
①概念:將 能轉化為 能的裝置。
②本質:發生 反應。
Zn+2H+ Zn2++H2↑
化學
電
負極
正極
從正極流向負極
正極
負極
化學
電
氧化還原
3.構成原電池的必要組成部分
理論上,自發的 均可設計成原電池。
(1)(正、負極)電極材料(活動性不同的金屬,或金屬與非金屬等)。
(2)還原劑與氧化劑。
(3)形成 。
氧化還原反應
閉合回路
『互動探究』
探究　原電池的工作原理
被稱為“軟電池”的紙質電池,采用一個薄層紙片作為傳導體,在其一邊鍍鋅,另一邊鍍二氧化錳。在紙內的離子“流過”水和氧化鋅組成的電解質溶液。電池的總反應式為Zn+2MnO2+H2O ZnO+
2MnO(OH)。
問題1:在該“軟電池”中,哪種物質作負極
提示:由電池的總反應式可知,金屬鋅失去電子,發生氧化反應,作負極。
問題2:電子是怎樣移動的 電子能否通過電解質溶液 如果不能,電流是如何形成的
提示:電子從負極流出通過外電路流向二氧化錳(正極)。電子不能通過電解質溶液,紙內的陽離子移向二氧化錳,陰離子移向鋅,陰、陽離子定向移動形成電流。
問題3:若將該“軟電池”中的電解質換為酒精,還能否產生電流
提示:酒精不能導電,此時不能構成原電池,因此不能產生電流。
問題4:若將該“軟電池”中的二氧化錳換為石墨,能否構成原電池 若能,指出正、負極反應物。
提示:能。負極反應物為Zn,正極反應物為O2。
原電池的工作原理
歸
納
拓
展
『題組例練』
題點一　原電池的構成條件判斷
1.下列關于原電池的敘述正確的是(　　)
A.原電池中失去電子的電極稱為正極
B.原電池中失去電子的一極發生氧化反應
C.原電池的兩極,一定要由活動性不同的兩種金屬組成
D.必須有電解質溶液存在,才能構成原電池
B
解析:原電池中失去電子的電極稱為負極,A錯誤;原電池的負極失去電子,發生氧化反應,B正確;原電池的兩極不一定全部是金屬,可能一種為活潑金屬,一種為非金屬,如石墨,C錯誤;電解質溶液存在的目的是形成閉合回路,也可以是熔融鹽或氧化物,D錯誤。
2.下列各裝置中,能產生電流的是(　　)
C
A B C D
解析:該裝置中只有一種金屬,不能構成原電池,A錯誤;乙醇不是電解質,不能導電,不符合原電池構成條件,B錯誤;Fe的金屬性強于Cu的,CuCl2溶液為電解質溶液,溶液中發生的反應為Fe+Cu2+ Fe2++Cu,符合原電池構成條件,C正確;沒有構成閉合回路,不能構成原電池,D錯誤。
題點二　原電池的工作原理分析
3.某小組設計的化學電池使LED燈發光的裝置如圖所示。下列敘述正確的是(　　)
A.裝置中存在“化學能→電能→光能”的轉換
B.鋅片為正極
C.鋅片質量減輕,發生還原反應
D.電子由銅片通過稀硫酸流向鋅片
A
解析:裝置中存在“化學能→電能→光能”的轉換,A正確;鋅的金屬性強于銅的,鋅片失電子發生氧化反應,則鋅片為負極,Zn在負極失去電子,則鋅片的質量減輕,B、C錯誤;該原電池中電子從負極鋅片流出經導線流向正極銅片,D錯誤。
4.某裝置如圖所示。
(1)鐵作　　　　(填“正極”或“負極”),溶液中的H+向　
(填“鐵”或“銅”)電極方向移動。
負極
銅
解析:(1)Fe-Cu-稀硫酸原電池中,鐵的金屬性強于銅的,所以鐵為負極,Cu為正極,溶液中H+向正極銅電極方向移動。
(2)正極的現象是　　　　　　　　　　　　,負極的電極反應式為　 。
有氣泡產生
Fe-2e- Fe2+
解析:(2)正極發生還原反應,電極反應式為2H++2e- H2↑,現象是有氣泡產生,負極的電極反應式為Fe-2e- Fe2+。
(3)若反應過程中有0.2 mol 電子發生轉移,則生成的氫氣在標準狀況下的體積為　　　　L。
2.24
解析:(3)由正極電極反應式2H++2e- H2↑可知,若反應過程中有0.2 mol 電子發生轉移,產生 0.1 mol H2,在標準狀況下的體積為2.24 L。
原電池正、負極的判斷方法
題后悟道
學習任務2　原電池原理的簡單應用
『自主梳理』
1.比較金屬活動性
兩種金屬分別作原電池的兩極時,一般活動性強的金屬為 ,活動性弱的金屬為 。
2.增大氧化還原反應的速率
一個氧化還原反應,構成原電池時的反應速率比直接接觸的反應速率大。
[示例] 如利用粗鋅和鹽酸制備H2,比純鋅和鹽酸反應要快。
負極
正極
3.設計原電池
理論上,任何一個自發的氧化還原反應,都可以設計成原電池。
利用原電池原理設計和制造原電池,可以將化學能直接轉化為電能。
[示例] 如將Fe+CuSO4 FeSO4+Cu設計成原電池,Fe應為負極發生氧化反應,可用Cu作正極發生還原反應,其電解質溶液應選用CuSO4溶液。
『互動探究』
探究　簡單原電池的設計
提示:①②不能。因為反應①不是氧化還原反應;反應②雖然是氧化還原反應,但不是自發的氧化還原反應。③能。因為反應③是能夠自發進行的氧化還原反應。
問題2:能否利用Al片、Cu片、濃硝酸設計一個簡單的原電池 若能,試畫出裝置圖。
提示:能。裝置如圖所示。
問題3:上述裝置中正、負極如何判斷 請寫出裝置中產生大量氣泡時的電極反應式。
提示:金屬性Al>Cu,開始時,Al失電子,作負極;Cu作正極。但很快,
Al表面被迅速氧化生成致密的氧化膜而鈍化,不再失去電子,正、負極調換,Cu失去電子作負極,表面存在致密氧化膜的Al作正極。
歸
納
拓
展
設計原電池的基本思路
『題組例練』
1.有X、Y、Z三塊金屬片,進行如下實驗:
①X、Y用導線相連后,同時浸入稀硫酸中,Y極產生大量氣泡;
②Y、Z用導線相連后,同時浸入稀硫酸中,電流由Y→導線→Z;
③X、Z用導線相連后,同時浸入稀硫酸中,Z極發生氧化反應。
據此判斷三種金屬的活動性順序為(　　)
A.X>Y>Z B.X>Z>Y
C.Z>X>Y D.Y>Z>X
C
解析:根據①的描述可知,X極為負極,Y極為正極,則X的金屬活動性大于Y的;根據②的描述可知,Y極為正極,Z極為負極,則Z的金屬活動性大于Y的;根據③的描述可知,Z極為負極,X極為正極,則Z的金屬活動性大于X的。綜上分析可知,金屬活動性順序為Z>X>Y。
2.回答下列問題。
(1)試用實驗室提供的下列試劑,設計兩個原理不同的簡單實驗
(只要寫出兩個實驗方案即可),證明鎂元素的金屬性比鋁的強。
可選用試劑:Mg條、Al條、AlCl3溶液、MgCl2溶液、稀鹽酸、NaOH溶液。
實驗方案①:
　;
實驗方案②:
　。
用形狀、大小相同的Mg條和Al條分別與等體積、等濃度的稀鹽酸反應,觀察其反應速率的大小　
將Mg條和Al條靠在一起,插入稀鹽酸中,觀察其氣泡產生的情況
解析:(1)證明鎂元素的金屬性比鋁元素的強,可利用金屬與酸的反應,最高價氧化物對應水化物的堿性來比較,或者利用原電池原理。則方案①為用形狀、大小相同的Al條和Mg條分別與等體積、等濃度的稀鹽酸反應,觀察其反應速率大小;方案②為將Mg條和Al條靠在一起,插入稀鹽酸中,觀察其氣泡產生的情況。
解析:(2)Cu+2FeCl3 2FeCl2+CuCl2中銅元素化合價升高,失去電子,被氧化,則銅作負極,鐵離子得到電子,在正極放電,所以該原電池的負極材料為銅,正極材料可用石墨,電解質溶液為FeCl3溶液。
(2)請利用氧化還原反應Cu+2FeCl3 2FeCl2+CuCl2設計一個原電池: 　。
負極材料為銅,正極材料可用石墨,電解質溶液為FeCl3溶液
“四步法”設計簡單原電池
(1)定——確定能夠自發進行的氧化還原反應及氧化劑、還原劑。
(2)拆——負極電極反應:還原劑-ne- 氧化產物;
正極電極反應:氧化劑+ne- 還原產物。
(3)找——負極材料一般選擇活潑金屬作還原劑;
正極材料一般選擇比負極穩定的金屬或能導電的非金屬;
電解質溶液一般選擇含氧化劑的溶液為電解質溶液。
(4)畫——連接電路,畫出原電池示意圖。
思維建模
知識整合
學科素養測評
某同學用如圖所示裝置進行水果電池的實驗,測得數據如表所示:
實驗 編號 電極材料 水果品種 電極間 距/cm 電壓/mV
1 鋅 銅 菠蘿 3 900
2 鋅 銅 蘋果 3 650
3 鋅 銅 柑橘 3 850
4 鋅 鋁 菠蘿 3 650
5 鋅 鋁 蘋果 3 450
請回答下列問題。
(1)實驗5中負極的電極反應式為　 。
Al-3e- Al3+
解析:(1)實驗5中電極材料是Zn與Al,因Al比Zn更活潑,則負極反應式為Al-3e- Al3+。
(2)實驗1、4中電流方向相反的原因是
。
實驗1中鋅比銅活潑,鋅為
負極;實驗4中鋅不如鋁活潑,鋅為正極,所以兩實驗中電流方向相反
解析:(2)因實驗1中Zn比Cu活潑,Zn作負極;實驗4中Al比Zn活潑,Zn作正極,則兩實驗中電流方向相反。
(3)分析實驗數據可知,影響水果電池電壓的因素有　　　 　、
　　　 　。
水果品種
解析:(3)分析實驗數據可知,水果電池的電壓與水果品種及電極材料有關。
電極材料
(4)若在實驗中發光二極管不亮,該同學用銅、鋅作電極,用菠蘿作介質,將多個此電池串聯起來,再接發光二極管,這樣做
(填“合理”或“不合理”)。
合理
解析:(4)這樣做可使電壓增大,做法合理。
命題解密與解題指導
情境解讀:本題以水果電池的設計為背景,創設了真實、有意義的測試情境,有利于促進思考、推理和判斷。
素養立意:根據電流表、電壓表的變化研究不同因素對水果電池的影響,培養宏觀辨識與微觀探析學科素養;從簡單化學原電池的工作原理遷移到真實情境當中,培養證據推理與模型認知學科素養。
思路點撥:
(1)根據金屬活潑性判斷電極。
(2)從構成原電池的條件出發,推測可能影響電壓大小的因素。
謝 謝 觀 看

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