資源簡介

(共27張PPT)
第二章 化學鍵 化學反應規律
第二節 化學反應與能量轉化
2.2.2 化學反應能量轉化的重要應用
——化學電池
核心素養目標
宏觀辨識與微觀探析：
能通過觀察原電池裝置的外觀、實驗現象，從宏觀上認識原電池的工作表現；并深入理解原電池內部微觀粒子的移動方向、電極上發生的氧化還原反應的微觀過程，建立宏觀現象與微觀原理之間的聯系，提升對化學反應本質的認識。
科學探究與創新意識：
鼓勵學生對原電池的設計和應用進行創新思考，如嘗試尋找新型電極材料、優化電池結構等，激發學生的創新意識和探索精神
科學態度與社會責任：
關注化學電源使用過程中的環境問題（如廢舊電池的污染），培養學生的環保意識和社會責任感，使學生樹立正確的科學價值觀
重點
原電池的工作原理，原電池中氧化還原反應的發生位置、電子和離子的移動方向、電極反應的類型等核心知識；
原電池的構成要素，設計原電池時進行合理選擇；
常見化學電源的工作原理和特點，了解常見化學電源的類型和工作原理；
難點
原電池電極反應式的書寫和計算；
原電池原理在實際問題中的應用，如利用原電池原理判斷金屬活動性強弱、解釋金屬腐蝕現象、設計新型電池等
課前導入
課前導入
現在，化學電池已成為人類生產和生活的重要能量來源之一，各式各樣的化學電池的發明也是化學科學對人類的一個重大貢獻。化學電池是根據原電池原理制成的。原電池是一種利用氧化還原反應將化學能直接轉化成電能的裝置。那么，原電池是由哪些部分組成的？原電池中各部分的作用是什么？
01
原電池的工作原理
原電池是一種利用氧化還原反應將化學能直接轉化成電能的裝置
如圖是一個簡易的氫氧燃料電池的實驗裝置示意圖。用圖a裝置電解獲得氫氣和氧氣，再按圖b所示連接裝置進行實驗。
原電池的工作原理探究
實驗現象：電流表指針發生明顯偏轉（外電路產生電流）
原電池的工作原理探究
◆原理分析：
氧化反應與還原反應分別在兩個不同的區域進行。
其中，H2中的氫原子在左側石墨電極上失去電子，H2作為電池的負極反應物；
O2中的氧原子在右側石墨電極上得到電子，O2作為電池的正極反應物。
稀硫酸中存在的自由移動的離子起到傳導電荷的作用，導線起到傳導電子的作用，電子通過導線由負極流向正極。
◆電極反應：
負極：H2-2e-=2H+ 正極：O2+4e-+4H+=2H2O
◆電池總反應：2H2+O2=2H2O
原電池的工作原理
反應方程式 負極
正極
電子移動方向 由 極經過導線流向 極。 電流移動方向 由 極經過導線流向 極 離子移動方向 陽離子向 極移動，陰離子向 極移動。 負
正
失去電子，發生氧化反應
得到電子，發生還原反應
正
負
負
正
※注意事項：電子只能在導線中流動，離子只能在溶液中移動
原電池的構成條件
◆反應：有能自發進行的氧化還原反應。
◆電極：兩種活潑性不同的金屬作電極 （或其中一種為能
導電的非金屬，如“碳棒”、“石墨”）。
◆閉合回路：電極用導線相連并插入電解液構成閉合回路。
◆有電解質溶液（或熔融電解質）：用于傳導電荷。
設計一個簡單的原電池
實驗目的
利用所給用品設計裝置并進行實驗，將下列反應所釋放的能量轉化為電能。
Zn + 2H+= Zn2+ + H2 ↑
實驗用品
鋅片，銅片，石墨棒，稀硫酸，稀鹽酸；燒杯，導線，電流表，開關。
實驗方案設計及實施
設計思路及依據 實驗裝置 實驗現象
氧 化 還 原 反 應 ： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑
確定負極 選擇負極反應物： 選擇負極材料： 確定正極 選擇正極反應物： 選擇正極材料： 構成閉合回路 選擇離子導體： 選擇電子導體： 設計原電池的基本思路
還原劑 + 氧化劑 = 氧化產物 + 還原產物
（失電子） （得電子）
氧化還原反應
氧化反應、
還原反應
分開進行
形成
閉合回路
原電池
負極
負極材料
負極反應物
正極反應物
正極材料
離子導體
正極
電子導體
設計思路及依據 實驗裝置 實驗現象
氧 化 還 原 反 應 ： Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑
鋅片不斷溶解，銅片上有氣泡產生，電流表指針發生偏轉
確定負極 選擇負極反應物：Zn 選擇負極材料：Zn 確定正極 選擇正極反應物：H+ 選擇正極材料：Cu 構成閉合回路 選擇離子導體：稀H2SO4 選擇電子導體：導線 設計一個簡單的原電池
稀硫酸
Zn
A
e-→e-→e-→e-
Cu
原電池正、負極判斷的一般方法
負極
電子流出
氧化反應
電流流入
陰離子移向
判斷依據
電極反應
電子流向
電流方向
離子移向
正極
電子流入
還原反應
電子流出
陽離子移向
02
常見的化學電源
常見的化學電池
目前，市場上的化學電池有干電池（屬于一次電池）、充電電池（又稱二次電池）和燃料電池等。手電筒等使用的鋅錳電池屬于干電池，而汽車用的鉛蓄電池以及手機用的鋰離子電池等屬于充電電池。燃料電池由于具有能量轉換效率高、能長時間提供電能等優點而主要應用于航天和軍事領域。目前，降低成本、提高發電效率、實現民用化是燃料電池研發的熱點。
各種各樣的化學電池
用于驅動汽車的燃料電池
正極
負極
電解質溶液
鋅錳干電池
工作原理：電子由鋅筒（負極）流向石墨棒（正極），鋅逐漸被消耗，二氧化錳不斷被還原。
缺點：使用過程中鋅筒和二氧化錳不斷被消耗，電池電壓逐漸降低，最后失效。
一次電池
鉛蓄電池
◆放電反應原理
負極反應式是Pb＋－2e－=PbSO4 ；
正極反應式是PbO2＋4H＋＋＋2e－=PbSO4＋2H2O ；
◆充電反應原理
陰極(還原反應)反應式是PbSO4＋2e－=Pb＋ ；
陽極(氧化反應)反應式是PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋
燃料電池電極方程式的書寫
◆寫出電池總反應式
燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致，若產物能和電解質反應，則總反應為加合后的反應。甲烷燃料電池(電解質溶液為NaOH溶液)的總反應為CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O。
◆寫出電池的正極反應式
無論負極燃料是H2還是含碳燃料，正極一般都是O2發生還原反應，若在堿性條件下，正極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－，若在酸性條件下，正極反應式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O。
◆寫出電池的負極反應式：負極反應式＝總反應式－正極反應式。
原電池的應用
◆比較金屬的活動性強弱
(1)原理：一般原電池中活動性較強的金屬做負極，活動性較弱的金屬做正極。
(2)應用：A、B兩種金屬用導線連接后插入稀H2SO4中，若A極溶解，B極上冒氣泡，則活動性：A＞B。
◆加快化學反應
(1)原理：在原電池中，氧化反應和還原反應分別在兩極進行，溶液中的微粒運動時相互間的干擾小，使化學反應加快。
(2)應用：實驗室中用Zn和稀H2SO4制取H2時，通常滴入幾滴CuSO4溶液，原因是Zn與置換出的Cu構成原電池，加快了反應的進行。
03
課堂小結
04
課堂練習
1.下列化學反應在理論上不能用于設計原電池的是(　　)。
A.HCl+NaOH=NaCl+H2O
B.2CH3OH+3O2→2CO2+4H2O
C.4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3
D.2H2+O2=2H2O
A
2.下列各組材料中,不能組成原電池的是(　　)。
C
選項 A B C D
兩極材料 Zn片, 石墨 Cu片, Ag片 Zn片, Cu片 Fe片,
Cu片
插入溶液 稀硫酸 AgNO3 溶液 蔗糖溶液 稀鹽酸
A
3.一種氫能的制取、貯存及利用的示意圖如圖所示,其中能量轉化方式不涉及的是(　　)。
A.電能→化學能 B.光能→化學能
C.化學能→電能 D.電能→機械能
4.有甲、乙兩個電極,用導線連接一個電流表,放入盛有丙溶液的燒杯中,電極乙的質量增加,則裝置中可能的情況是(　　)。
A.甲作負極,丙溶液是硫酸銅溶液
B.甲作負極,丙溶液是硫酸溶液
C.乙作負極,丙溶液是硫酸銅溶液
D.乙作正極,丙溶液是硫酸溶液
A
Thanks
好好學習天天向上

展開更多......

收起↑