（2020）新苏教版高中化学高一必修第二册专题6第三单元第1课时　化学能转化为电能ppt课件.pptx

1、第三单元化学能与电能的第三单元化学能与电能的转化转化第第1课时化学能转化为电能课时化学能转化为电能自主自主预习预习新知新知导学导学合作探究合作探究释疑释疑解惑解惑课课 堂堂 小小 结结课标定位课标定位素养阐释素养阐释1.通过探究实验通过探究实验,推理得出原电池的组成条件和推理得出原电池的组成条件和工作原理工作原理,提高科学探究和模型认知的素养。提高科学探究和模型认知的素养。2.从宏观辨识和微观探析的视角分析化学反应从宏观辨识和微观探析的视角分析化学反应的能量变化与不同电极反应间的关系。的能量变化与不同电极反应间的关系。3.能说出日常生活中常见钢铁腐蚀的原理。能说出日常生活中常见钢铁腐蚀的原理。

2、一、原电池及其工作原理一、原电池及其工作原理1.实验探究。实验探究。2.原电池的定义。原电池的定义。原电池是将原电池是将化学化学能转变为能转变为电电能的装置能的装置;原电池的反应本质是原电池的反应本质是氧化还原氧化还原反应。反应。3.原电池的构成条件原电池的构成条件。 理论上理论上,自发的自发的氧化还原氧化还原反应均可构成原电池。反应均可构成原电池。具体条件是具体条件是:具有具有活动性不同活动性不同的两个电极的两个电极(金属与金属或金属与金属或金属与能导电的非金属金属与能导电的非金属)。两电极均插入两电极均插入电解质电解质溶液中。溶液中。两电极用导线相连两电极用导线相连,形成闭合回路。形成闭合

3、回路。【自主思考【自主思考1】 是否所有的化学反应理论上都可以设计成是否所有的化学反应理论上都可以设计成原电池原电池?提示提示:不是。能自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。不是。能自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。原电池是利用氧化还原反应原理原电池是利用氧化还原反应原理,使还原反应与氧化反应分使还原反应与氧化反应分别在两极发生别在两极发生,电子在导线中定向移动电子在导线中定向移动,形成电流。形成电流。4.原电池的工作原理。原电池的工作原理。(1)分析下图并填空。分析下图并填空。原电池总反应式原电池总反应式:Zn+2H+Zn2+H2。 (2)能量转化能量转化:化学化学能转变为能转变为电

4、电能。能。【自主思考【自主思考2】 若将铜锌原电池中的若将铜锌原电池中的Cu电极换成石墨电极换成石墨,可可以形成原电池吗以形成原电池吗?为什么为什么?提示提示:可以可以,因为因为Cu在该原电池中起到的是传递电子的作用在该原电池中起到的是传递电子的作用,其本身并未参与电极反应。石墨也可以导电其本身并未参与电极反应。石墨也可以导电,所以所以,把把Cu电极电极换成石墨也能形成原电池。换成石墨也能形成原电池。二、钢铁的电化学腐蚀二、钢铁的电化学腐蚀1.不纯的金属与不纯的金属与电解质溶液电解质溶液接触接触,发生原电池反应发生原电池反应,比较活泼比较活泼的金属失去电子而被氧化的金属失去电子而被氧化,这种腐

5、蚀叫作电化学腐蚀。这种腐蚀叫作电化学腐蚀。2.钢铁的电化学腐蚀钢铁的电化学腐蚀。【自主思考【自主思考3】 钢铁在干燥的空气中长时间不易生锈钢铁在干燥的空气中长时间不易生锈,但在但在潮湿的空气里很快就会生锈潮湿的空气里很快就会生锈,这是什么原因呢这是什么原因呢?提示提示:钢铁腐蚀实质上是发生了原电池反应钢铁腐蚀实质上是发生了原电池反应,钢铁在潮湿的钢铁在潮湿的空气中具备了形成原电池的条件空气中具备了形成原电池的条件,而干燥的空气中不具备与而干燥的空气中不具备与电解质溶液接触的条件。电解质溶液接触的条件。【效果自测】【效果自测】 1.判断正误判断正误,正确的画正确的画“ ”,错误的画错误的画“”。

6、(1)原电池是一种电能转化为化学能的装置。原电池是一种电能转化为化学能的装置。()(2)在原电池中在原电池中,负极失去电子发生氧化反应。负极失去电子发生氧化反应。()(3)在原电池中在原电池中,正极是电子流出极。正极是电子流出极。()(4)用导线连接的铜片和锌片插入稀硫酸中用导线连接的铜片和锌片插入稀硫酸中,铜片上有大量铜片上有大量气泡产生。气泡产生。()(5)在铜、锌与稀硫酸形成的原电池中在铜、锌与稀硫酸形成的原电池中,电子由锌通过导线电子由锌通过导线流向铜流向铜,再由铜通过电解质溶液到达锌。再由铜通过电解质溶液到达锌。() (6)原电池中阳离子向正极移动。原电池中阳离子向正极移动。()(7

7、)反应反应Cu+2Ag+2Ag+Cu2+,能以原电池的形式来实现。能以原电池的形式来实现。()(8)HCl+NaOHNaCl+H2O是放热反应是放热反应,可以设计成原电可以设计成原电池。池。()(9)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中将铜片和锌片用导线连接插入酒精中,电流计指针发生电流计指针发生偏转。偏转。() 2.下列烧杯中盛放的都是稀硫酸下列烧杯中盛放的都是稀硫酸,在铜电极上能产生气泡的在铜电极上能产生气泡的是是()。答案答案:A3.根据原电池原理根据原电池原理,结合装置图结合装置图,按要求解答问题按要求解答问题:(1)若若X为为Zn,Y为硫酸铜溶液为硫酸铜溶液,则则X为为(填填电电极极名称

8、名称),判断依据判断依据;铜电极的铜电极的名名称称是是,溶液中的溶液中的Cu2+移向移向(填填“Cu”或或“X”)电极。电极。 (2)若若X为银为银,Y为硝酸银溶液为硝酸银溶液,则则X为为(填电极名称填电极名称),判断依据判断依据;铜电极的名称是铜电极的名称是,溶液溶液中的中的Ag+移向移向(填填“Cu”或或“X”)电极。电极。 答案答案:(1)负极锌的活动性比铜强负极锌的活动性比铜强(或或Zn的还原性比的还原性比Cu强强)正极正极Cu(2)正极铜的活动性比银强正极铜的活动性比银强(或或Cu的还原性比的还原性比Ag强强)负极负极X探究任务探究任务1 原电池原电池工作工作原理原理问题引领问题引领

9、1.在铜锌原电池中在铜锌原电池中,电子是怎样移动的电子是怎样移动的?电子能否通过电解电子能否通过电解质溶液质溶液?原电池工作时电流是怎样形成的原电池工作时电流是怎样形成的?提示提示:锌失去电子锌失去电子,电子通过导线流向铜片。电子不能通过电子通过导线流向铜片。电子不能通过电解质溶液。在溶液中阳离子移向正极电解质溶液。在溶液中阳离子移向正极,阴离子移向负极阴离子移向负极,阴、阴、阳离子定向移动形成电流。阳离子定向移动形成电流。2.下列装置能否形成原电池下列装置能否形成原电池,其理由是什么其理由是什么?提示提示:都不能。第一个装置没有形成闭合回路都不能。第一个装置没有形成闭合回路;第二个装置第二个

10、装置两个电极材料相同两个电极材料相同;第三个装置没有电解质溶液第三个装置没有电解质溶液(乙醇是非电乙醇是非电解质解质)。归纳提升归纳提升1.原电池正、负极的判断方法。原电池正、负极的判断方法。判断判断原电池要原电池要“四看四看”一看本质一看本质:反应是自发进行的氧化还原反应。反应是自发进行的氧化还原反应。二看电极二看电极:具有两个活动性不同的电极具有两个活动性不同的电极(燃料电池的电极一燃料电池的电极一般是惰性电极般是惰性电极)。三看溶液三看溶液:电解质溶液电解质溶液(一般负极材料与电解质溶液反应一般负极材料与电解质溶液反应)。四看回路四看回路:电极、电解质溶液形成闭合回路。电极、电解质溶液形

11、成闭合回路。2.原电池电极反应式的书写方法。原电池电极反应式的书写方法。原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应,书写电极书写电极反应的方法归纳如下反应的方法归纳如下:(1)写出总化学反应方程式写出总化学反应方程式(即氧化还原反应方程式即氧化还原反应方程式);(2)根据总反应方程式从电子得失根据总反应方程式从电子得失(或元素化合价升降或元素化合价升降)的角度的角度,将总反应分成氧化反应和还原反应将总反应分成氧化反应和还原反应;(3)氧化反应在负极发生氧化反应在负极发生,还原反应在正极发生还原反应在正极发生,注意介质可能参注意介质可能参与电极反应与

12、电极反应;(4)验证验证:两电极反应式相加所得的式子和原化学方程式相同两电极反应式相加所得的式子和原化学方程式相同,则则书写正确。书写正确。典型例题典型例题【例题【例题1】 如图是锌、如图是锌、铜和稀硫酸组成的原铜和稀硫酸组成的原电池电池,化学社团的一位化学社团的一位同学做完实验后同学做完实验后,在读在读书卡片上记录如下书卡片上记录如下:卡片卡片:No.28时间时间:实验后的记录实验后的记录:Zn为正极为正极,Cu为负极为负极H+向负极移动向负极移动电子流动方向为电子流动方向为Zn金属导线金属导线CuCu极有极有H2产生产生若有若有1 mol电子流过导线电子流过导线,则产生则产生H2的的物质的

13、量为物质的量为0.5 mol正极反应式正极反应式:Zn-2e-Zn2+请你根据所学知识请你根据所学知识,帮助这位同学找出卡片上记录有误的描帮助这位同学找出卡片上记录有误的描述述:(填序号填序号)。 答案答案:解析解析:构成原电池的正极是构成原电池的正极是Cu,负极是负极是Zn,错误错误;电子从负电子从负极极Zn流出流出,流向正极流向正极Cu,H+向正极移动向正极移动,在在Cu极上得电子极上得电子: 2H+2e-H2,错误错误,正确正确;此原电池负极上发生的反此原电池负极上发生的反应是应是Zn-2e-Zn2+,错误错误;总反应方程式总反应方程式:Zn+2H+ Zn2+H2,当有当有1 mol电子

14、通过时电子通过时,产生产生0.5 mol H2,正确。正确。【变式训练【变式训练1】 如图所示如图所示,将锌片和铜片按不同方式插入稀将锌片和铜片按不同方式插入稀硫酸中硫酸中,下列说法正确的是下列说法正确的是()。A.甲中电子经导线从铜片流向锌片甲中电子经导线从铜片流向锌片B.两烧杯中锌片上均发生还原反应两烧杯中锌片上均发生还原反应C.两烧杯中铜片表面均无气泡产生两烧杯中铜片表面均无气泡产生D.一段时间后一段时间后,两烧杯中溶液的两烧杯中溶液的c(H+)均减小均减小答案答案:D解析解析:A项项,甲中形成铜锌原电池甲中形成铜锌原电池,Zn作负极作负极,失电子失电子,Cu作正作正极极,电子由电子由Z

15、n极流出经导线流向极流出经导线流向Cu极极,错误错误;B项项,两烧杯中都两烧杯中都是是Zn失电子发生氧化反应失电子发生氧化反应,错误错误;C项项,甲中甲中Cu片上片上H+得电子得电子生成生成H2,乙中乙中Cu片不反应片不反应,Cu片上无气泡产生片上无气泡产生,错误错误;D项项,甲中甲中Cu片上片上H+得电子生成得电子生成H2,乙中乙中Zn与稀硫酸发生置换反应生成与稀硫酸发生置换反应生成H2,所以两烧杯的溶液中所以两烧杯的溶液中H+浓度均减小浓度均减小,正确。正确。探究任务探究任务2 原电池原电池原理的原理的应用应用问题引领问题引领1.结合原电池构成的条件结合原电池构成的条件,思考怎样依据反应思

16、考怎样依据反应Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+设计一个原电池设计一个原电池?画出原电池装置图并标出正、负画出原电池装置图并标出正、负极。极。提示提示:先确定两个电极先确定两个电极,负极失电子负极失电子,元素化合价升高元素化合价升高,所以铜所以铜作负极作负极,再找活动性比铜弱的石墨或银棒作正极再找活动性比铜弱的石墨或银棒作正极;从反应中可从反应中可以看出电解质溶液中必须含有银离子以看出电解质溶液中必须含有银离子,所以用硝酸银作电解所以用硝酸银作电解质。装置图质。装置图:2.原电池中较活泼的金属电极一定是负极吗原电池中较活泼的金属电极一定是负极吗?提示提示:不一定。要注意电解质溶液对电极类型的影响

17、。例如不一定。要注意电解质溶液对电极类型的影响。例如,镁铝电极在稀硫酸中构成原电池镁铝电极在稀硫酸中构成原电池,镁为负极镁为负极,铝为正极铝为正极;但若以但若以氢氧化钠溶液为电解质溶液氢氧化钠溶液为电解质溶液,则铝为负极则铝为负极,镁为正极。镁为正极。归纳提升归纳提升1.增大氧化还原反应的速率。增大氧化还原反应的速率。自发进行的氧化还原反应自发进行的氧化还原反应,形成原电池时反应速率增大。形成原电池时反应速率增大。例如例如,锌与稀硫酸反应时锌与稀硫酸反应时,滴加硫酸铜溶液后滴加硫酸铜溶液后,会有少量锌与会有少量锌与硫酸铜反应置换出铜。然后铜、锌分别作为原电池的两个电硫酸铜反应置换出铜。然后铜、

18、锌分别作为原电池的两个电极而形成原电池极而形成原电池,从而增大锌与稀硫酸的反应速率。从而增大锌与稀硫酸的反应速率。2.比较金属的活动性强弱。比较金属的活动性强弱。两种金属分别作原电池的两极时两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正一般作负极的金属比作正极的金属活泼。极的金属活泼。例如例如,有两种金属有两种金属a、b,用导线连接插入稀硫酸中用导线连接插入稀硫酸中,观察到观察到a极极溶解溶解,b极上有气泡产生极上有气泡产生,则则a为负极为负极,b为正极为正极,金属活动性金属活动性ab。3.用于金属腐蚀的防护用于金属腐蚀的防护,使金属制品作原电池的正极而得到使金属制品作原电池的正极而得到

19、保护。例如保护。例如,将铁质输水管道与锌块相连将铁质输水管道与锌块相连,锌作原电池的负极锌作原电池的负极失电子失电子,保护铁不被腐蚀。保护铁不被腐蚀。4.设计原电池。设计原电池。理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。如如:把把Fe+2Fe3+3Fe2+设计成原电池设计成原电池,可用可用Fe作负极作负极,铜铜(或或石墨石墨)作正极作正极,FeCl3溶液作电解质溶液。溶液作电解质溶液。典型例题典型例题【例题【例题2】 某原电池的离子方程式是某原电池的离子方程式是Zn+Cu2+ Zn2+Cu,该原电池正确的组成是该原电池正确的组成是()。

20、答案答案:C解析解析:将将Zn+Cu2+Zn2+Cu拆成两个半反应。拆成两个半反应。氧化反应氧化反应(负极反应负极反应):Zn-2e-Zn2+。还原反应还原反应(正极反应正极反应):Cu2+2e-Cu。则电池的负极是则电池的负极是Zn,正极是比锌不活泼的金属或导电的非正极是比锌不活泼的金属或导电的非金属金属,电解质溶液中含电解质溶液中含Cu2+。设计设计制作化学电源的制作化学电源的思路思路 设计思路设计思路实例实例能自发地发生氧化还原反应能自发地发生氧化还原反应 Zn+H2SO4ZnSO4+H2把氧化还原反应分为氧化反把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应应和还原反应两个半反应,由此确

21、定电极反应式由此确定电极反应式负极负极(氧化反应氧化反应):Zn-2e-Zn2+正极正极(还原反应还原反应):2H+2e-H2设计思路设计思路实例实例确定电极材料和确定电极材料和电解质溶液电解质溶液负极负极:Zn正极正极:活动性比活动性比Zn差的金属差的金属(如如Cu)或石墨或石墨电解质溶液电解质溶液:稀硫酸稀硫酸装置示意图装置示意图【变式训练【变式训练2】 有有A、B、C、D四块金属片四块金属片,进行如下实验进行如下实验:A、B用导线相连后用导线相连后,同时浸入稀硫酸中同时浸入稀硫酸中,A极为负极极为负极;C、D用导线相连后用导线相连后,同时浸入稀硫酸中同时浸入稀硫酸中,电流由电流由D流向流

22、向C;A、C相连后相连后,同时浸入稀硫酸中同时浸入稀硫酸中,C极产生大量气泡极产生大量气泡;B、D相连后相连后,同时浸入稀硫酸中同时浸入稀硫酸中,D极发生氧化反应。极发生氧化反应。据此据此,判断四种金属的活动性顺序是判断四种金属的活动性顺序是()。A.ABCDB.ACDBC.CABDD.BDCA答案答案:B解析解析:金属与稀硫酸组成原电池金属与稀硫酸组成原电池,活泼金属为负极活泼金属为负极,失去电子失去电子发生氧化反应发生氧化反应,较不活泼的金属为正极较不活泼的金属为正极,H+在正极表面得到电在正极表面得到电子生成子生成H2,电子运动方向由负极电子运动方向由负极正极正极,电流方向则由正极电流方

23、向则由正极负极。根据题意负极。根据题意,中中A为负极为负极,金属活动性金属活动性: AB;中中C为负为负极极,金属活动性金属活动性:CD;中中A为负极为负极,金属活动性金属活动性:AC;中中D为负极为负极,金属活动性金属活动性:DB。综上可知。综上可知,金属活动性金属活动性:ACDB。【变式训练【变式训练3】 利用生活中或实验室中常用的物品利用生活中或实验室中常用的物品,根据氧根据氧化还原反应知识和电化学知识化还原反应知识和电化学知识,自己动手设计一个原电池。自己动手设计一个原电池。请回答下列问题请回答下列问题:(1)实验原理实验原理:Mg+2H+Mg2+H2。(2)实验用品实验用品:电极电极

24、(镁条、镁条、)、稀硫酸、稀硫酸、 (填写填写所缺的实验用品所缺的实验用品)、耳机、耳机(或者电流计或者电流计)。 (3)实验装置实验装置:如图所示。如图所示。(4)原电池设计及注意的问题。原电池设计及注意的问题。按如图所示连接好实验仪器按如图所示连接好实验仪器,注意观察注意观察(耳朵听耳朵听)耳机是否有声耳机是否有声音发出音发出,如果没有如果没有,可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极上的一极(注意注意:接触的同时耳机的另一极是连接在原电池的另一接触的同时耳机的另一极是连接在原电池的另一个电极上的个电极上的),这时可以听见耳机发出这时可以听见

25、耳机发出“嚓嚓嚓嚓嚓嚓”声音。其原因是声音。其原因是:在原电池中在原电池中,化学能转化为化学能转化为。 如果将装置中的耳机改为电流计如果将装置中的耳机改为电流计,则镁条应该连接电流计则镁条应该连接电流计的的极极,电极反应式为电极反应式为;另一极应该接电流另一极应该接电流计的计的极极,该电极发生了该电极发生了(填填“氧化氧化”或或“还原还原”)反应反应。答案答案:(2)铜片铜片(或铁钉、石墨等或铁钉、石墨等)烧杯、导线烧杯、导线(4)电能电能负负Mg-2e-Mg2+正还原正还原解析解析:由实验原理由实验原理Mg+2H+Mg2+H2可知可知,组成该原电组成该原电池的负极为池的负极为Mg,正极可选用金属活动性比正极可选用金属活动性比Mg弱的金属或能弱的金属或能导电的非金属。导电的非金属。