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第六章
第一節(jié)
第二課時
化學(xué)反應(yīng)與電能
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1、通過實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識化學(xué)能與電能之間轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)。
2、理解原電池的概念及工作原理和構(gòu)成條件。
3、了解干電池、充電電池、燃料電池等發(fā)展中的化學(xué)電源的特點(diǎn)。
4、能正確書寫簡單化學(xué)電源的電極反應(yīng)式。
核心素養(yǎng)
1、科學(xué)探究：認(rèn)識構(gòu)成原電池的條件及其原理，判斷原電池的正負(fù)極。
2、創(chuàng)新意識：利用原電池原理能設(shè)計原電池。
3、宏觀辨識與微觀探析：會分析物質(zhì)化學(xué)變化中的能量變化與物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
引入
我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔苤饕獊碜曰鹆Πl(fā)電。火力發(fā)電是通過化石燃料燃燒時發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，加熱水使之汽化為蒸汽以推動蒸汽輪機(jī)，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。火力發(fā)電過程中，化學(xué)能經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)化過程，間接轉(zhuǎn)化為電能。其中，燃燒（氧化還原反應(yīng)）是關(guān)鍵。
思考與交流：
我國為什么以火力發(fā)電為主，優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？
優(yōu)點(diǎn)：煤炭我國資源豐富，廉價方便；電能清潔安全，又快捷方便。
缺點(diǎn)：產(chǎn)生大量溫室氣體；廢氣可能導(dǎo)致酸雨；廢料、廢水；能量
轉(zhuǎn)換效率低。
？
化石燃料燃燒
推動蒸汽機(jī)
加熱水蒸氣
帶動發(fā)電機(jī)
化
學(xué)
能
熱
能
機(jī)
械
能
電
能
能否找到一種裝置將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能呢？
一、原電池原理
(1)
將鋅片和銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象。
(2)
用導(dǎo)線連接鋅片和銅片，觀察、比較導(dǎo)線連接前后的現(xiàn)象。
(3)如圖6-6所示，用導(dǎo)線在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個電流表，觀察電流表的指針是否偏轉(zhuǎn)。
實(shí)驗(yàn)視頻：
[實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象]：
[實(shí)驗(yàn)結(jié)論]：
銅片上有氣泡產(chǎn)生，鋅片不斷溶解，電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
導(dǎo)線中有電流通過
原電池：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。
（1）原電池的定義
依據(jù)原電池原理設(shè)計的實(shí)用電池
（銅片在這里起傳導(dǎo)電子的作用，也可以用石墨棒）
電極反應(yīng)式：
Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑
原電池總反應(yīng)：
Zn
+
2H+
===
Zn2+
+
H2↑
2e-
（2）Zn－Cu－H2SO4原電池的工作原理：
（氧化反應(yīng)）
（Zn）：
Zn
－2e-
===
Zn2+
負(fù)極：
（還原反應(yīng)）
（Cu）：2H++2e-
===
H2
↑
正極：
原電池原理三維動畫：
播放
（3）原電池中電極的名稱和電極反應(yīng)
負(fù)極：
電子流出的一極
—
正極：
電子流入的一極
—
發(fā)生氧化反應(yīng)
發(fā)生還原反應(yīng)
小結(jié)：
電子與電流流向：
外電路：
內(nèi)電路：
電流由正極流向負(fù)極。
電流由負(fù)極流向正極。
電子由負(fù)極流向正極，
閉合回路
陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極，
e-
↑
e-→
e-
↓
陽離子
陰離子
H2SO4
(aq)
CuSO4
(aq)
Zn
Cu
負(fù)極(
):
.
正極(
):
.
總反應(yīng)式:
.
負(fù)極(
):
.
正極(
):
.
總反應(yīng)式:
.
課堂練習(xí)：請在圖上標(biāo)出電子的流動方向和電流方向，并判斷正負(fù)極，寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。
Ag
Fe
I
e-
e-
I
Fe
Ag
Fe－2e
-
===Fe2+
2H++2e
-
===H2↑
Fe+2H+
===Fe2+
+H2↑
Zn
Cu
Zn－2e
-
===
Zn2+
Cu2+
+2e
-
===
Cu
Zn+Cu2+
===
Zn2
++
Cu
思考與交流：
通過對以上原電池原理的分析，說一說構(gòu)成原電池的必要條件有哪些呢？
二、構(gòu)成原電池的條件
構(gòu)成原電池的條件：實(shí)驗(yàn)探究
用品：鋅片、鐵片、銅片、石墨，硫酸、硫酸銅、酒精、蔗糖的溶液，
導(dǎo)線、電流表、燒杯。
要求：請選擇上述用品，設(shè)計原電池裝置，并畫出裝置簡圖，儀器藥
品不限。
序號
①
②
③
實(shí)驗(yàn)
裝置
H2SO4
(aq)
？構(gòu)成
原電池
構(gòu)成
原電池
的條件
能
能
不能
2個電極：活動性不同的2種金屬
或
金屬+非金屬
A
(aq)
A
(aq)
A
(aq)
序號
④
⑤
⑥
實(shí)驗(yàn)
裝置
　
？構(gòu)成
原電池
構(gòu)成
原電池
的條件
電極必須插在電解質(zhì)溶液中
A
A
(aq)
能
能
不能
A
溶液
序號
⑦
⑧
⑨
實(shí)驗(yàn)
裝置
　
？構(gòu)成
原電池
構(gòu)成
原電池
的條件
不能
能
能
兩極相連形成閉合回路
Cu
Zn
H2SO4
A
(aq)
Zn
H2
SO4
H2
SO4
A
Cu
鹽橋
(aq)
(aq)
(aq)
Cu
Zn
H2SO4
(aq)
構(gòu)成原電池的條件：
【前提】
常溫下，能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)！
（1）有2種活動性不同的金屬（或金屬+
非金屬導(dǎo)體）作電極；
（2）電極材料均插入電解質(zhì)溶液中；
（3）兩個電極相連形成閉合回路。
三、常見的化學(xué)電源
常見的鋅錳干電池的構(gòu)造如圖6-10所示。其中，石墨棒作正極，氯化銨糊作電解質(zhì)溶液，鋅筒作負(fù)極。在使用過程中，電子由鋅筒（負(fù)極）流向石墨棒（正極），鋅逐漸消耗，二氧化錳不斷被還原，電池電壓逐漸降低，最后失效。這種電池放電之后不能充電（內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)無法逆向進(jìn)行），屬于一次電池。
Zn
+
2MnO2
+
2NH4Cl
===
ZnCl2+
Mn2O3+2NH3↑+H2O
負(fù)極(Zn):
Zn
-
2e-
===
Zn2+
正極(C)：
2MnO2
+
2
+2e-
===Mn2O3+
2NH3↑+H2O
有些電池放電時所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時可以逆向進(jìn)行，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)放電（化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能）與充電（電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能）的循環(huán)。這種充電電池屬于二次電池。常見的充電電池有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，目前汽車及電動自行車上使用的大多是鉛酸蓄電池。
負(fù)極:
Pb
+
-
2e-
===
PbSO4
正極:
PbO2
+
4H+
+
+2e-
===PbSO4
+
2H2O
正極：PbO2
負(fù)極：Pb
電解質(zhì)：H2SO4溶液
氧化反應(yīng)
還原反應(yīng)
正/負(fù)極材料
Pb
+
PbO2
+
4H+
+2
2PbSO4
+
2H2O
放電
充電
四、燃料電池
發(fā)展中的燃料電池
燃料電池是一種將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑（如氧氣）的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)反應(yīng)裝置，具有清潔、安全、高效等特點(diǎn)。燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到80%以上。當(dāng)以氫氣為燃料時，產(chǎn)物為水；以甲烷為燃料時，產(chǎn)物為水和二氧化碳。與常規(guī)發(fā)電廠相比，其二氧化碳排放量明顯降低。燃料電池與干電池或蓄電池的主要差別在于反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)部，而是從外部提供，這時電池起著類似試管、燒杯等反應(yīng)器的作用。
氫氧燃料電池的工作原理：
電解液為KOH溶液時
｛
負(fù)極：2H2-4e-+4OH-=4H2O
正極：O2+4e-+2H2O=4OH-
總反應(yīng):2H2+O2=2H2O
電解液為稀H2SO4溶液時
｛
負(fù)極：2H2-4e-
=4H+
正極：O2+4e-+4H+=2H2O
總反應(yīng):2H2+O2=2H2O
小結(jié)：
一、原電池原理
二、構(gòu)成原電池的條件
三、常見的化學(xué)電源
課堂練習(xí)
1.下列設(shè)備工作時，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是（
）
A
B
C
D
?
?
?
?
鋰離子電池
太陽能集熱器
燃?xì)庠?br/>硅太陽能電池
A
2.下列裝置能形成原電池的是
A.①②③⑦
B.①②⑤⑥
C.①②③④
D.①②③⑥⑦
√
3.下列敘述正確的是（
）
①原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置
②原電池的正極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)
③能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)可設(shè)計成原電池
④碳棒不能用來作原電池的正極
⑤反應(yīng)Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag可以自發(fā)進(jìn)行
A.①③⑤
B.①④⑤
C.②③④
D.②⑤
A

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