师：同学们好，今天我们一起学习高一化学人教版必修2第二章第二节化学能与电能的第一课时。我们的学习目标有三点：一、了解能源的分类，认识化学能直接转化为电能的意义；二、通过燃料电池的实验，初步认识燃料电池的概念，能从电子转移的角度理解其工作原理和化学能向电能转化的本质；三、通过实验探究了解原电池的构成条件，并会判断原电池的正负极，能写出电极反应式。接下来进入今天的学习内容。
首先了解电能，在现代社会中，电能是应用最广泛、使用最方便、污染最小的二次能源。什么是二次能源呢？能源分为一次能源和二次能源，一次能源是直接从自然界取得的能源，比如太阳能、风能，原煤、石油、天然气等；二次能源指一次能源经过加工转化得到的能源，像电能、蒸汽等都属于二次能源。
从我国电能来源构成的两个图可以看到，火力发电在我国发电总量中居首位，但数据也表明我国电源结构在不断调整，火力发电占比下降，水电、核电、风电等占比上升，我国电能来源结构不断优化，绿色能源占比不断上升。
那么火力发电的工作原理是什么？它是如何由化学能转化为电能的呢？看它的原理示意图，首先化石燃料燃烧，化学能转化为热能，热能加热水，使之变成蒸汽，带动蒸汽涡轮变为机械能，进而发电转化为电能。在这个过程中，从化学能到电能是一个系列的能量转化，是间接转化，正因如此，它存在一些不足，比如转化环节太多，导致效率较低，能源浪费较多，而且化石燃料燃烧会造成环境污染。
所以，为提高转化效率和能源利用率，我们考虑把化学能直接转化为电能，如何实现呢？我们通过讨论来理清思路。回到刚才讲到的原理，燃煤发电关键步骤是燃烧，燃烧属于氧化还原反应，其本质是还原剂和氧化剂之间电子发生转移，造成化学键重组，并伴随体系能量变化。煤燃烧时，氧化剂与还原剂直接接触，导致能量变为热能。现在我们希望不通过热能转化，而是一步由化学能转化为电能。
我们的思路是，把氧化剂与还原剂分在两个区域，让氧化反应和还原反应在这两个区域分开进行，同时想办法让还原剂失去的电子在一定条件下变成电流。这样的装置就能实现化学能直接转变为电能，下面看看这种装置在实际应用中该如何组装。
我们以锌与氢离子的置换反应为例，探讨化学能转化为电能的装置设计。在这个反应中，锌的化合价从0价变为 +2价，化合价升高，失去电子，发生氧化反应，锌作为还原剂；氢离子从 +1价降到0价，化合价降低，发生还原反应。用单线桥法表示电子转移方向和数目，可看到锌失电子流向氢离子。
如果锌和稀硫酸在同一区域反应，能量是如何转化的呢？我们通过实验，用温度计测量反应前后溶液温度变化。先看视频，测量稀硫酸起始温度，插入锌片，可看到锌片上有气泡产生，一段时间后温度计温度不断上升，这意味着锌和稀硫酸在同一区域反应时，化学能转化为了热能。而我们实验目的是转化为电能，该怎么做呢？要想办法让锌失去的电子转移到另一个区域，这个区域要能接受电子，并且让氢离子在这个区域得到电子发生还原反应。因此可以考虑用铜片，因为铜片能导电，把铜片插入稀硫酸中。
此时会看到什么实验现象呢？再看视频，把铜片也插到稀硫酸，发现锌片上仍有气泡，但铜片上没有气泡产生。这说明锌失去的电子没有在铜片上得到，溶液中的氢离子也没有在铜片上得到电子变成氢气。锌失去的电子不能通过溶液到达铜，那怎么办呢？我们需要让电子流向铜片，所以考虑在外电路加一根导线，让电子从外电路的导线进入到铜片当中。
改变实验装置，在外电路把锌和铜用导线连接，并且接上电流表以测定电子转移。来看这个实验视频，把锌片和铜片用导线连接上电流表后，很快发现电流表发生偏转，化学能转化为了电能，且温度变化不明显。这表明锌片逐渐溶解，锌失去的电子通过导线在铜片上给了氢离子，所以电流表发生偏转，但温度上升变化不大，说明这个装置把化学能转变为了电能。
从微观角度分析，整个过程是怎样把化学能转化为电能的呢？把铜片和锌片都插到稀硫酸时，铜片上氢离子没有得到电子，接上导线和电流表后，锌失去电子变成锌离子，电子从外电路沿导线到达正极铜片，溶液中的氢离子得到电子变成氢气溢出，这个过程就是氢离子得电子变成氢气的反应。