《化学能与电能》PPT课件.ppt

第二节 化学能与电能,第二章 化学反应与能量,问：太阳能和电能属于那一类呢？,一次能源：直接从自然界取得的能源，例如流水、风力、原煤、石油、天然气、天然铀矿等。,二次能源：一次能源经过加工、转换得到的能源，例如电力、蒸汽等。,2001年我国发电总量构成如图2-7，火力发电居于首位。,思考： 1.煤燃烧的本质是什么？ 氧化剂与还原剂之间发生电子转移，即氧化还原反应。 2.请大家根据图2-8分析火力发电具有那些缺点？,3.能否将化学能直接转变为电能供我们使用呢？,导致空气污染（二氧化硫和氮的氧化物） 造成酸雨，破坏生态环境； 使地球的温室效应恶化（产生二氧化碳）,化学能 电能,直接？,1.在实验(一)中,溶液中的H+在哪块金属上得到电子被 还原生成氢气? 2.在实验(二)中的铜片上是否有现象? 铜的金属活动性在氢后面，为何在铜的表面有氢气放出？ 实验(二)中电流表的指针有何变化？,Zn,Cu,探究实验,稀硫酸,（一）原电池 1、原电池：将化学能转变成电能的装置。,一、化学能转化为电能,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,2e-,2、原电池工作原理,（1）电极的规定,负极：氧化反应（失电子、电子流出的一极、相对活泼金属）,正极：还原反应（得电子、电子流入的一极、较不活泼的一极）,（负出氧）,（氧化反应）,总反应式：,2H+2e- =H2 ,Zn - 2e- =Zn2+,Zn+2H+=Zn2+H2 ,离子方程式,化学方程式,正极（铜片）：,负极（锌片）：,（还原反应）,（2）电极反应式、总反应式当得失电子相等时，两电极反应式相加 即得 总反应式（离子方程式）,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,氧化反应,Zn-2e=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液,失e，沿导线传递，有电流产生,还原反应,2H+2e- =H2 ,阴离子,阳离子,负极,正极,阳离子,外电路,内电路,交流与思考根据原电池正负构造特点，总结出原电池外电路中电子的流动方向、电流流动方向，内电路离子流动方向。,Cu,Zn,原电池,外电路 电子：负极正极 电流：正极负极,失电子 氧化反应,得电子 还原反应,内电路 阴离子负极 阳离子正极,（3）电子、电流、离子的流动方向,(电流方向与电子流动方向相反),沿导线,沿导线,练习下列关于原电池的叙述正确的是( ) A. 构成原电池的正极和负极必须是两种活泼的金属 B. 原电池中做正极的金属也可失电子 C、原电池中电子流出的一极是负极，该极被氧化 D、原电池放电时，电流的方向是从负极到正极,3,探究形成原电池的条件,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,形成条件一： 活泼性不同的两个电极,负极：较活泼的金属 正极：较不活泼的金属、石墨等,第一组实验,（可以）,（不可以）,形成条件二：电极需插进电解质溶液中,第二组实验,探究形成原电池的条件,第三组实验,探究形成原电池的条件,形成条件三：必须形成闭合回路,（不可以）,（二）构成原电池的条件: 前提：自发进行的氧化还原反应 1、有两种活动性不同的金属做电极(或一种是非金属导体如石墨棒),2、两极材料均插入电解质溶液中。,3、两极相连（或接触）形成闭合回路。,负极: 氧化反应、较活泼的金属 正极: 还原反应、较不活泼的金属或非金属导体,Zn,Zn,Cu,A,B,C,D,E,F,练习1 下列哪些装置能构成原电池？,G,练习1：下列装置哪些可以形成原电池?,Zn Cu,Fe C(石墨),Zn Cu,Zn Zn,Fe 陶瓷,Fe Cu,Si C(石墨),稀H2SO4 CuSO4 溶液 稀H2SO4 稀H2SO4 A B C D,Zn Cu,稀H2SO4 CuSO4溶液 酒精 稀H2SO4 E F G H,Mg、Al、NaOH溶液原电池中,将Al片和Cu片用导线连接,一组插入浓硝酸中 （ 一组插入稀NaOH溶液中,（ Mg、Al、H2SO4溶液原电池中,Al作负极）,Cu作负极,Al作负极,Mg作负极）,例外：,Mg、Al、NaOH溶液原电池中，谁是负极？,将Al片和Cu片用导线连接,一组插入浓硝酸中形成原电池，谁是负极 ？,练习请判断下列原电池的正负极情况和电流方向,写出电极反应方程式和总反应方程式.,+ -, A 负极(Zn): Zn 2e- = Zn2+ 正极(Fe): Cu2+ + 2e- = Cu 总反应: Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu, B 负极(Zn): Zn 2e- = Zn2+ 正极(C): 2Ag+ + 2e- = 2Ag 总反应: Zn + 2Ag+ = Zn2+ + 2Ag, C 负极(Fe): Fe 2e- = Fe2+ 正极(C): 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+ 总反应: Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+,如图装置，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的哪一组（ ）,A、A是锌，B是铜，C为稀H2SO4 B、A是铜，B是锌，C为稀硫酸 C、A是铁，B是银，C为AgNO3溶液 D、A是Ag，B是铁，C为AgNO3溶液,4,一个原电池的总反应的离子方程式是Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu，该反应的原电池的组成正确的是（ ）,3,H2SO4 (aq),CuSO4 (aq),负极( ): . 正极( ): . 总反应式: .,负极( ): . 正极( ): . 总反应式: .,练习2：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.,Ag,Fe,Zn Zn2e - = Zn2+ Cu Cu2+ +2e - = Cu Zn+Cu2+ = Zn2 + Cu,Fe Fe2e - = Fe 2+ Ag 2H+2e - = H2 Fe+2H+ = Fe 2+ +H2,练习2如右图,Zn和Cu之间设有隔膜，隔膜有微孔，离子可自由通过。,该装置属于原电池吗?,Zn,氧化,Cu,Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu,负,正,正,负,正,Cu2+,练习3如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是,4,A. 铁圈和银圈左右摇摆不定； B. 保持平衡状态； C. 铁圈向下倾斜； D. 银圈向下倾斜；,把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，d的质量减少，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为 Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a,2,2、判断金属活动性的强弱,1、形成原电池能加快化学反应速率,（三）原电池原理的应用：,粗Zn与硫酸制H2时，反应更快 Zn与硫酸制H2时，加CuSO4反应更快,金属活泼性：负极正极,例1 X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y是电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为( ) ,3,因为X置换出Z,所以金属性,负极的金属较活泼,所以,练习7把A,B两种不同的未知活泼性的金属用导线连接后同时插入稀硫酸中,结果发现A金属上有气体产生,则下列说法正确的是( ) A. A为正极,A较活泼 B. B为负极,B较活泼 C. A上发生的是氧化反应 D. A的质量减小,2,从理论上讲，能自发进行的氧化还原反应都可设计为原电池。,哪些反应能设计成原电池?,3、 设计原电池,动脑动手 有下列材料：Zn片（2片）、Cu片（2片）、导线、水果 （西红柿、苹果等）、电流计，请设计一个装置使电流计指针发生偏转，并画出设计草图。,请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+设计成一个原电池。,1、电解液： 。 2、电极材料： 正极 ，负极 。 3、电极反应式 ： 负极: . 正极: .,1、电解液： 硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等可溶性铜盐溶液 2、电极材料： 负极：铁， 正极：铜、石墨或比铁不活泼的其他金属,拓 展：,Fe 2e - = Fe 2+ Cu2+ +2e - = Cu,思 考 题,请根据反应 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+ 设计原电池，你有哪些可行方案?,Fe-Cu FeCl3,Fe-C Fe(NO3)3,Fe-Ag Fe(SO4)3,练习 由碳棒、铁片和200mL稀H2SO4组成的原电池中，当在碳棒上共放出3.36L（标准状况）气体时，求消耗 铁多少克？有多少个电子通过了电线？,解:负极反应: Fe 2e- = Fe2+ 正极反应： 2H+ + 2e- = H2 总反应： Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 ,56g 22.4L m(Fe) 3.36L,m(Fe)= 8.4g,电子数= 8.4g56g/mol2mol6.021023/mol = 1.8061023,（四）有关计算,氧化反应,Zn-2e-=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液,失e-,沿导线传递，有电流产生,还原反应,2H+2e-= H2,阴离子,阳离子,总反应：,负极,正极,Zn+2H+=Zn2+H2,小结：,讨论4是否金属越活泼，一定作负极？越不活泼，一定作正极？,不一定,将Al片和Cu片用导线连接,一组插入浓硝酸中,一组插入稀NaOH溶液中,分别形成原电池: (1)在这两组原电池中,负极分别是 . (2)写出插入浓硝酸中形成原电池的电极反应式:,Cu片、 Al片,负极： Cu -2e- = Cu 2+