高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化课前预习课件ppt

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化课前预习课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了我国发电以什么为主，火力发电，思考与交流，火力发电的优缺点，能量转换效率低，简易电池的设计与制作，铜片和锌片上的现象，实验探究，解释现象，总离子反应式等内容，欢迎下载使用。
我们日常使用的电能主要来自火力发电。火力发电是通过化石燃料燃烧时发生的氧化还原反应，使化学能转化为热能，
加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。
关键——燃烧(氧化还原反应)
火力发电过程中，化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能。
我国为什么以火力发电为主，优缺点有哪些？
优点：煤炭我国资源丰富，廉价方便；电能清洁安全，又快捷方便。
缺点：产生大量温室气体；废气可能导致酸雨；废料、废水；
1、煤炭是不可再生资源，会造成能源危机
2、煤炭燃烧会产生污染性气体
3、经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低
能否找到一种装置将化学能直接转化为电能呢？
电池在日常生活中的应用随处可见
你知道传说中的“水果电池”吗？
【目的】设计和制作简易电池，体会原电池的构成要素。【用品】水果（苹果、柑橘或柠檬等），锌片，铜片等金属片，石墨棒，导线，电流表。【实验】（1）水果电池（2）简易电池
【实验6-3】将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。(2) 用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象。(3)如图6-6所示，用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表的指针是否偏转。
电池的原理是什么呢？先来看个探究实验
1.将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中
锌片溶解，锌片上有气泡冒出，铜片上无现象
2.用导线连接锌片和铜片
锌片溶解，铜片上有气泡冒出
3.用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表
【实验结论】装置中有电流产生，化学能转化为电能
锌片：Zn－2e－ = Zn2+
Zn片失去电子变成 Zn2+ 进入溶液。
Zn 与 Cu 用导线连在一起， Zn 比 Cu 活泼，
铜片：2H+＋2e－ = H2 ↑
溶液中的 H＋得电子被还原成 H2
Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑
电子经导线流向Cu片
将化学能直接转变成电能的装置，称为原电池
电子流进（或电流流出）的一极
电子流出（或电流流进）的一极
2H++2e-=H2↑
Zn－2e-=Zn2+
原电池总离子反应式： ；
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
阳离子 → 正极
阴离子 → 负极
这样整个电路构成了闭合回路，带电粒子的定向移动产生电流
构成原电池的条件：实验探究
用品：锌片、铜片、石墨， 硫酸、硫酸铜、酒精， 导线、电流表、烧杯。要求：请选择上述用品，设计原电池装置， 并画出装置简图，仪器药品不限。
理论上，自发的 反应均可构成原电池。
条件一：有活泼性不同的两个电极（两种金属或金属和非金属导体）
形成条件二：电极需插进电解质溶液（或熔融电解质）中；
形成条件三：必须形成闭合回路
①能自发的发生氧化还原反应。
②两种活动性不同电极。
③电极必须插入电解质溶液（或熔融电解质）。
④电极用导线相连构成闭合回路。
（活泼性不同的金属或一种金属和另一种非金属导体）
1.在水果电池中，水果的作用是什么？
水果起到了电解质溶液的作用。
a.活泼性不同的金属；
通过比较不同材料作电极的简易电池，你是否发现电极材料的选择有一些值得注意的问题？请与同学交流你的经验。
b.金属和非金属（非金属必须能导电）；
3.在以上实验中，电池不可或缺的构成部分由哪些？
电解质溶液、活泼性不同的电极、导线，
水果必须具有一定的酸碱性,并且必须可以和电极发生反应。
原电池是由哪几部分组成？各起什么作用？
提示　构成原电池需有两个活泼性不同的电极，将电极插入电解质溶液中，两电极间用导线连接使之构成闭合回路。
电极的作用是导电，有些电池中电极材料会参加反应；
导线的作用是传导电子；
电解质溶液的作用是通过自由离子的移动传导电荷。
在铜锌稀硫酸原电池中，电子是怎样移动的？电子能否通过电解质溶液？如果不能，电流是如何形成的？
提示 由于金属锌比金属铜活泼，锌失去电子，电子通过导线流向铜片。
电子不能通过电解质溶液，在稀硫酸中H＋移向铜片，SO42－移向锌片，阴、阳离子定向移动形成电流。
电子不下水，离子不上岸。
负极( ): .正极( ): .总反应式: .
负极( ): .正极( ): .总反应式: .
请在图上标出电子的流动方向和电流方向，并判断正负极，写出电极反应式和总反应式。
Fe－2e - = Fe2+
2H++2e - = H2↑
Fe+2H+ = Fe2+ +H2↑
Zn－2e - = Zn2+
Cu2+ +2e - = Cu
Zn+Cu2+ = Zn2 ++ Cu
1、一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu， 该反应的原电池正确组合是（ ）
有气泡冒出的电极为正极
Ⅰ.根据电子流动方向
如何判断原电池的正负极？
②根据原电池电极发生的反应
③根据电极增重还是减重
④根据电极有气泡冒出：
1．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，这个反应能设计成原电池吗，为什么？
提示　不能，因为它不是氧化还原反应。
提示　不能，虽然它是氧化还原反应，但不是释放能量的氧化还原反应。
3．锌与H2SO4反应制H2时向溶液中加少量CuSO4后为什么反应速率加快？
提示　锌置换出铜构成原电池。
如图，苹果插上两个不同电极可以构成原电池，那么怎样设计原电池呢？请完成下列讨论：
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的金属活泼。
(1)原理：一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。
(2)实例：有两种金属 A和 B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到 A 极溶解，B 极上有气泡产生。由原电池原理可知，金属活动性：
2．加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。
(1)原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。
(2)实例：实验室用 Zn 和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。
利用原电池原理设计和制造原电池，将化学能直接转化为电能。
(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，
一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。
(2)选择合适的材料。①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料。
②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应。
(3)实例：以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例
【例5】有 a、b、c、d 四种金属，将 a 与 b 用导线连结起来浸入电解质溶液中，b 不易腐蚀。将 a、d 分别投入等浓度的盐酸中，d 比 a 反应剧烈。将 Cu 浸入 b 的盐溶液里，无明显变化。如果把 Cu 浸入 c 的盐溶液里，有 c 的单质析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是（　　）A．d、c、a、bB．d、a、b、cC．d、b、a、cD．b、a、d、c
【变5-1】X、Y、Z、W 四种金属片浸在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示：则四种金属的活动性由强到弱的顺序为（　　）A．Z＞Y＞X＞W B．Z＞X＞Y＞WC．Z＞Y＞W＞X D．Y＞Z＞X＞W
【变5-2】有 a、b、c、d 四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下：由此可判断这四种金属的活动性顺序是（　　）A．a＞b＞c＞dB．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞cD．a＞b＞d＞c
【例6】实验室中制取氢气，化学反应速率最快的方法是（　　）A．纯铁与稀硫酸反应B．纯锌与稀硫酸反应C．纯锌与稀盐酸反应D．粗锌（含铜、银）与稀硫酸反应
【变6-1】欲提高 Cu 粉与 1.2 ml/L 的 HNO3 溶液的反应速度，可加入下列什么试剂（　　）A．蒸馏水B．碳酸钠固体C．食盐水D．AgNO3溶液（少量）
【变6-2】铁在下列情况下腐蚀最快的是（　　）A．铁放入海水中 B．将铁和锌连接后放入到海水中C．将铁和锌连接后放入到淡水中D．将铁和锡连接后放入到海水中
【例7】如图所示的装置中，铁棒上析出铜，而铁的质量不变，符合要求的原电池是（　　）A．铁棒作负极，铜棒作正极，电解质溶液是CuSO4溶液B．镁棒作负极，铁棒作正极，电解质溶液是CuSO4溶液C．镁棒作负极，铁棒作正极，电解质溶液是FeCl3溶液D．铁棒作负极，铜棒作正极，电解质溶液是H2SO4溶液
(1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。
（正极一般不参与电极反应，只起导电作用）
酒精、蔗糖、四氯化碳不是电解质
(2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，
必须有一个能自发进行的氧化还原反应。
(3)在判断原电池正、负极时，既要考虑金属活泼性的强弱，也要考虑电解质溶液性质。
Cu / HNO3 (浓)/ Fe 原电池
如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；
但是Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg
Cu / HCl/ Fe 原电池
铝铜浓硝酸原电池电极反应式为：
1、在浓硝酸中，由于浓硝酸的强氧化性使得铝表面形成致密的氧化铝膜，阻碍了铝与硝酸的接触和进一步反应。
Cu + 4HNO3(浓) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
所以，浓硝酸中，铜为负极，失电子，被氧化；铝为正极，发生还原反应。
Cu - 2e- = Cu2+
2、当硝酸变稀后，稀硝酸将铝表面的氧化铝膜溶解，铝与稀硝酸接触。
Al + 4HNO3(稀) = Al(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
此时，铝为负极，失电子，被氧化；铜为正极，发生还原反应。
Al - 3e- = Al3+
NO3- + 3e- + 4H+ = NO↑ + 2H2O
铝铜稀硝酸原电池电极反应式为：
原电池电极反应方程式的书写方法
(1)负极反应式的书写
若生成的阳离子与电解质溶液反应，应将“金属失电子的反应式”与“阳离子和电解质溶液反应的反应式”叠加写出。
活泼金属作负极(电极材料本身反应)生成的阳离子与电解质溶液不反应时：M－ne－=== Mn＋。
首先判断在正极反应的物质当负极材料与电解质溶液能反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解液中的某种粒子。
电极反应方程式的书写方法
(2)正极反应式的书写
当负极材料与电解质溶液不反应时，在正极上发生电极反应的是溶解在电解液中的O2。
常见的锌锰干电池的构造如图6-10所示。
1、锌锰干电池（一次电池）
其中，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液，锌筒作负极。
Zn - 2e- = Zn2+
MnO2 + NH4+ + e- = MnO(OH) + NH3↑
Zn + 2MnO2 + 2NH4+=== Zn2+ + 2MnO(OH) + 2NH3↑
在使用过程中，电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极），锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，
这种电池放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行），属于一次电池。
电池电压逐渐降低，最后失效。
随着用电器朝着小型化、多功能化发展的要求，对电池的发展也提出了小型化、多功能化发展的要求。体积小、性能好的碱性锌－锰电池应运而生。这类电池的重要特征是电解质溶液由原来的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。
MnO2 , KOH , Zn粉
Zn - 2e- +2OH- = Zn(OH)2
MnO2 + H2O + e- = MnO(OH) +OH-
Zn + 2MnO2 + 2H2O === Zn(OH)2 + 2MnO(OH)
2、铅酸蓄电池（二次电池）
有些电池放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电（化学能转化为电能）与充电（电能转化为化学能）的循环。
这种充电电池属于二次电池。
常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅酸蓄电池。
Pb + SO42- - 2e- = PbSO4
PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O
常用于电脑笔记本、手机、照相机、心脏起博器、火箭、导弹等的动力电源。
燃料电池是一种将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂（如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点。
燃料电池的能量转化率可以达到80%以上。当以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳。
2H2 + O2 === 2H2O
2H2 - 4e- === 4H+
2H2 + 4OH- - 4e- === 4H2O
O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O
O2 + 2H2O + 4e- === 4OH-
CH4+2H2O - 8e- == CO2 + 8H+
CH4+10OH- - 8e- == CO32-+7H2O
2O2 + 8H+ + 8e- === 4H2O
2O2 + 8e- + 4H2O === 8OH-
CH4 + 2O2 === CO2 + 2H2O
CH4+2O2+2OH- ==CO32-+3H2O
O2 + 4H+ + 4e- === 2H2O
O2 + 4e- + 2H2O === 4OH-
HCHO + O2 === CO2 + H2O
HCHO+O2+2OH- ==CO32-+2H2O
HCHO+H2O - 4e- == CO2 + 4H+
HCHO+6OH- - 4e- == CO32-+4H2O
书写燃料电池电极反应式注意事项
2．负极失电子所得氧化产物和正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关
1．将两极反应的电子得失数配平后，相加得到总反应式，
3．水溶液中不存在O2-：
（如+4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在，在碱性溶液中以CO32-形式存在）；
总反应式减去一极反应即得到另一极反应；
在酸性溶液中它与H+结合成H2O
在碱性或中性溶液中它与水结合成OH-
1．一次电池和二次电池是否指分别只能使用一次和两次的电池？
提示　一次电池是不可充电电池，电量一旦放完就无法再次使用；二次电池是可充电电池，电量放完后可进行充电，可反复使用多次。
2．干电池与充电电池的本质区别，燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别。
提示　干电池是一次性电池，放电之后不能充电，即内部的氧化还原反应是不可逆的；
充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。
燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于：反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等，这时电池起着类似于试管、烧杯等反应器的作用。
电池研发人员电池研发人员的工作包括电池构成材料的研制、电池性能的改进和应用的拓展等。以燃料电池为例，研发中需要研究电极、电解质等电池基本构成材料的性质和材料之间的相容性；研究不同类型的电池构成材料在不同用途时对温度、湿度等环境因素的适应性；还要研究使用什么样的电池材料使电池的容量更大；等等。这些研究工作关系着电池的效率、寿命、安全性、适用性和制造成本。
燃料电池(电极材料本身不反应)
常见化学电源电极反应式的书写
H2—O2(H2SO4)燃料电池负极反应式：
H2—O2(KOH)燃料电池负极反应式：
H2－2e－===2H＋
H2－2e－＋2OH－===2H2O
②根据具体情况书写正极反应式(也要考虑是否与电解液反应)
①燃料电池中正极反应的物质是作氧化剂的物质。
H2—O2(H2SO4)的正极反应式：
H2—O2(KOH)的正极反应式：
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
1.下列设备工作时，将化学能转化为电能的是（ ）
2.如图为某兴趣小组制作的番茄电池，下列说法正确的是（ ）A.电子由铜通过导线流向锌B.该装置是将电能转化为化学能的装置C.锌电极发生氧化反应D.电流由锌通过导线流向铜
3.下列装置能将化学能转化为电能的是（ ）
4.下列叙述正确的是（ ）①原电池是把化学能转化成电能的一种装置②原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应③能自发进行的氧化还原反应可设计成原电池④碳棒不能用来作原电池的正极⑤反应Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag可以自发进行A.①③⑤ B.①④⑤ C.②③④ D.②⑤
5.如图所示的装置，M为活动性顺序位于氢之前的金属，N为石墨棒，关于此装置的下列叙述中，不正确的是（ ）A.N上有气体放出B.M为负极，N为正极C.稀硫酸中 移向M极D.导线中有电流通过，电流方向是由M到N
6.下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是（ ）A.碱性锌锰电池 B.手机用锂电池C.汽车用铅蓄电池 D.玩具用镍氢电池