鲁科版 (2019)必修 第二册化学反应与能量转化教课内容ppt课件

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一、原电池的构造及原理1.概念原电池是一种利用__________反应将化学能直接转化成_______的装置。
2.氢氧燃料电池的工作原理
[微辨析]　原电池两极的异同两个电极相比较，负极是较活泼的、发生氧化反应的、电子流出的电极；正极是较不活泼的、发生还原反应的、电子流入的电极。
3.原电池的构造(以氢氧燃料电池为例)
二、设计原电池及化学电池的分类1.设计原电池的基本思路
3.常见化学电池(1)干电池：属于______电池，如锌锰电池。(2)充电电池：又称______电池，如铅蓄电池、锂离子电池。(3)燃料电池：能量转换效率高、能长时间提供电能。
1.判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)原电池是电能转化为化学能的装置。( )(2)无论电解质溶液如何，在金属活动性顺序表中，原电池的负极金属一定排在正极金属之前。( )(3)任何化学反应都能设计成原电池。( )(4)原电池工作时，电子通过电解质溶液由正极移向负极。( )(5)原电池工作时，负极发生氧化反应。( )(6)原电池工作时，正极一定产生气体。( )(7)原电池的两极只能用金属材料。( )
2.某实验小组同学设计了如图所示的铜锌原电池，该电池的电解质溶液为硫酸铜溶液。试分析其实验现象和工作原理。
(1)装置(2)实验现象
Cu2++2e-==Cu
Zn+Cu2+==Zn2++Cu
新知探究(一)　原电池的工作原理[活动·探究]某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，回答下列问题。
(1)实验1、2中Al所做的电极(正极或负极)是否相同?提示：在原电池中，一般相对较活泼的金属材料做负极。在稀盐酸中的活泼性Mg>Al>Cu。在实验1中Al为正极；实验2中Al为负极。(2)根据实验3完成下列问题。①Al做什么极?该电极上发生什么反应?②C做什么极?该电极上发生什么反应?③写出电池的总反应。提示：①该实验中Al为负极，所发生的是氧化反应，电极反应为2Al-6e-==2Al3+。②C为正极，电极上发生的是还原反应，电极反应为6H++6e-==3H2↑。③该电池的总反应为2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑
(3)实验4中Al做什么极?为什么?该电极上发生什么反应?提示：在NaOH溶液中，Al与NaOH能自发发生氧化还原反应，而Mg不能，则Al是负极，所发生的是氧化反应，电极反应为Al-3e-+4OH-==[Al(OH)4]-。
[归纳·点拨]1.原电池电极类型的判断
2.电极反应式的书写(1)负极反应式的书写①若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可直接写为阳离子，如：Zn-2e-==Zn2+，Cu-2e-==Cu2+；氢氧(酸性)燃料电池，负极反应式为H2-2e-==2H+。②若生成的阳离子与电解质溶液反应，其电极反应式为两反应合并后的反应式。如Mg⁃Al(KOH)原电池，负极反应式为Al-3e-+4OH-==[Al(OH)4]-；氢氧(碱性)燃料电池，负极反应式为H2-2e-+2OH-==2H2O。
(2)正极反应式的书写 首先根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒；其次确定该微粒得电子后变成哪种形式。如氢氧(酸性)燃料电池，正极反应式为O2+4H++4e-==2H2O。氢氧(碱性)燃料电池，正极反应式为O2+2H2O+4e-==4OH-。
[助学资料]暖宝宝又叫暖贴，是一种可供取暖的工具。暖宝宝中的黑色粉末是由铁、蛭石、活性炭、无机盐和水等组成的混合物。其发热原理是利用原电池原理加快铁氧化反应的速率，将化学能转变为热能。为了使温度能够持续更长时间，使用了矿物材料蛭石来保温。空气中的氧气通过透气膜进入里面，放热的时间和温度就是通过透气膜的透氧速率进行控制的。
[应用·体验]1.如图为铜锌原电池工作示意图，下列说法不正确的是(　　) A.锌片逐渐溶解B.铜片表面产生大量气泡C.烧杯中溶液酸性逐渐减弱D.溶液中的H+向锌片移动
解析：锌片、铜片和稀硫酸组成原电池，电池总反应为Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑，锌片逐渐溶解，故A正确；铜片做正极，正极上氢离子得电子发生还原反应生成氢气，所以铜片上有气泡生成，故B正确；由电池总反应知，不断消耗硫酸，烧杯中溶液酸性逐渐减弱，故C正确；原电池的内部，阳离子移向正极，溶液中的H+向铜片移动，故D错误。答案：D
2.下列各组材料和电解质溶液能组成原电池的是 (　　)
解析：两个电极都为Mg时不能形成原电池，A错误；乙醇不是电解质溶液，不能形成原电池，B错误；金刚石不是导体，不能形成原电池，C错误；Zn、Cu、稀盐酸组合具备构成原电池的条件，D正确。答案：D
3.对于下图所示实验，下列说法不正确的是 (　　)A.装置甲中的锌片上和装置乙中的铜片上均可观察到有气泡产生B.装置甲、乙中的能量变化均为化学能转化为电能C.装置乙中的锌片、铜片之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转D.装置乙中负极的电极反应式：Zn-2e-==Zn2+
解析：装置甲中发生反应Zn+2H+==H2↑+Zn2+，锌片上有气泡产生，装置乙属于原电池装置，铜片为正极，发生反应2H++2e-==H2↑，铜片上有气泡产生，A正确；装置甲中没有发生化学能到电能的转化，B错误；装置乙是一个原电池装置，锌片、铜片之间用导线连接电流计，可观察到指针发生偏转，C正确；装置乙中，锌片为负极，电极反应式为Zn-2e-==Zn2+，D正确。答案：B
5.(1)原电池的两个电极的电极材料必须都是金属吗?并举例说明。 (2)下列装置中能够构成原电池的是________(填序号)，试分别说明其他不能构成原电池装置的理由：_________________________________________________。 
答案：(1)不是，如石墨电极可作原电池的电极，石墨是非金属。(2)③⑤　①中只有一个电极；②中两个电极的活泼性相同；④中为非电解质溶液，不能导电；⑥中未形成闭合回路
[归纳提升]“四看”原电池的形成条件(1)看电极——两极为导体，且存在活动性差异；(2)看溶液——两极插入电解质溶液中；(3)看回路——形成闭合回路；(4)看本质——有自发的氧化还原反应发生。
新知探究(二)　原电池原理的应用[活动·探究](1)把a、b、c、d 4种金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成不同的原电池。a、b相连，a为负极；c、d相连，d上有气泡逸出；a、c相连，a质量减小；b、d相连，b为正极。将4种金属按活动性顺序由强到弱排列。提示：根据负极比正极活泼，可以排序为a>c>d>b。(2)实验室制氢气，用粗锌(含有铜、铁等杂质)好还是用纯锌好?为什么?提示：用粗锌好。因为纯锌的反应速率不是很快，且纯度越高成本越高，粗锌形成原电池反应，加快反应速率。(3)电工操作手册上规定，铜线和铝线不能拧在一起，为什么?提示：二者在潮湿的空气中容易形成原电池，造成铝线的腐蚀。
[归纳·点拨]1.原电池原理的应用(1)比较金属活动性
(2)改变化学反应速率
(3)设计原电池如把Fe+2Fe3+==3Fe2+设计成原电池，可用Fe做负极，铜(或石墨)做正极，FeCl3溶液做电解质溶液。(4)保护金属设备如船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀，在船体外壳焊接上比铁活泼的金属(如Zn)，则构成以Zn、Fe为电极的原电池，Zn被消耗而Fe得到保护。
2.设计原电池的一般思路(1)将已知氧化还原反应拆分成两个半反应。氧化反应：还原剂-ne-==氧化产物还原反应：氧化剂+ne-==还原产物正极反应式+负极反应式==电池总反应式(2)根据总反应式并结合两个半反应，找出正、负极材料及电解质溶液。①电极材料的选择：选活泼性较强的金属做负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料做正极。②电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能与负极发生反应，可参照总反应式选择电解质溶液。
[应用·体验]1.有a、b、c、d 4个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这4种金属的活动性顺序是 (　　)A.a>b>c>d　　　　　　B.b>c>d>aC.d>a>b>cD.a>b>d>c解析：装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属易失去电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三和四均形成原电池，易知d比c活泼，d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。答案：C
2.下面是4个化学反应，你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是 (　　)A.2Al+2NaOH+6H2O==2Na[Al(OH)4]+3H2↑B.2H2+O2 2H2OC.Mg3N2+6H2O==3Mg(OH)2+2NH3↑D.CH4+2O2 CO2+2H2O解析：只有自发的氧化还原反应才能用于设计原电池。A、B、D属于氧化还原反应，均可以设计成原电池，C不属于氧化还原反应，不能设计成原电池。答案：C
二、浸润素养典题精练1.一种新型绿色燃料电池是把H2、CO、CH4的混合气体和空气不断输入，将化学能转化为电能，被称为“21世纪的绿色发电站”。关于这种燃料电池的说法不正确的是(　　)A.通入空气的一极为正极B.H2、CO、CH4的混合气体在电池内部燃烧，放出大量的热，然后电池将热能转化为电能C.电池工作时的电解质溶液应选择碱性溶液D.电池的正极反应式为O2+4e-+2H2O==4OH-
解析：正极上得电子发生还原反应，所以通入空气的一极为正极，A正确；燃料电池中不存在燃料的燃烧反应，燃料在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极得电子发生还原反应，将化学能直接转化为电能，B错误；该电池反应中有二氧化碳生成，用碱性溶液作电解质溶液可以吸收二氧化碳，避免电池内部压强过大而产生安全隐患，C正确；用碱液作电解质溶液，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e-+2H2O==4OH-，D正确。答案：B
2.(2024·湖南卷改编)近年来，我国新能源产业得到了蓬勃发展。下列说法错误的是 (　　)A.理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点B.氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点C.锂离子电池放电时锂离子从负极移向正极D.太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置
解析：理想的新能源应具有可再生、无污染等特点，A正确；氢氧燃料电池利用原电池将化学能转化为电能，对氢气与氧气反应的能量进行利用，减小了直接燃烧的热量散失，产物无污染，故具有能量转化率高、清洁等优点，B正确；原电池放电时，负极发生氧化反应，锂离子失电子移向正极，C正确；太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，D错误。答案：D
解析：酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨电极为正极，故A错误；原电池工作时，阳离子向正极(石墨电极)方向移动，故B错误；MnO2发生得电子的还原反应，故C错误；锌筒为负极，负极发生失电子的氧化反应Zn-2e-==Zn2+，故D正确。答案：D
4.锌(Zn)-空气电池的总反应式为2Zn+O2+2H2O==Zn(OH)2，装置如图所示。下列说法不正确的是 (　　)A.多孔石墨电极上发生还原反应B.电子从锌电极经过KOH溶液流向石墨电极C.负极的电极反应式：Zn-2e-+2OH-==Zn(OH)2D.电池工作时，电解质溶液中K+的数目保持不变解析：电子不能通过电解质溶液。答案：B
5.NO2是大气的主要污染物之一，某研究小组设计如图装置对NO2进行回收利用，装置中 a、b 为多孔石墨电极，电池总反应为4NO2+O2+2H2O==4HNO3。下列说法正确的是 (　　)A.b 为电池的正极，发生氧化反应B.a 极的电极反应式为NO2+2e-+2H+==NO+H2OC.一段时间后，b 极附近HNO3浓度增大D.电子由a极经外电路流向b极
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