化学能与电能的相互转化.ppt

第二章 化学反应与能量,化学能与电能的转化,演示探究,铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。,演示探究,铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。,铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。,演示探究,铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。,铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。,铜片上有无色气体产生，锌片无明显现象。,H+在铜片上得到电子被还原成氢气。,铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。,铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。,铜片上有无色气体产生，锌片无明显现象。,铜片上有无色气体产生，锌片无明显现象，电流计发生偏转。,H+在铜片上得到电子被还原成氢气。,H+在铜片上得到电子被还原成氢气，说明有电子从锌片流入到铜片.,原电池,问题探究 1、你能找到原电池的正负极吗? 这一原电池在工作时的电流流动 方向是怎样的？,定义:把化学能转变为电能的装置。,电子由锌片经导线流向铜片，电流由铜片流出，从锌片流入。,、 锌片： Zn2eZn2+（氧化反应） 铜片： 2H+2eH2（还原反应）,问题探究 2、你知道原电池的工作原理吗？ 能不能写出在二个电极上的离子反 应方程式？,原电池的工作原理：氧化还原反应,氧化反应,Zn2e- Zn2+,2H+ + 2e-H2,负极,正极,Zn+2H+Zn2+H2,锌铜原电池原理,还原反应,外电路：电子由负极正极， 电流由正极负极。 内电路：阴离子移向负极， 阳离子移向正极；,电子流向、电流流向：,负极,正极,小结,铜锌原电池原理动画,1、原电池： （1）定义：将化学能转变为电能的装置。,（2）反应本质：氧化还原反应,一、化学能转化为电能,（3）原电池正负电极的判断方法,负极： 正极：,电子流出，发生失电子的氧化反应,电子流入，发生得电子的还原反应,根据电极材料判断,负极: 较活泼的金属 正极: 较不活泼的金属或非金属导体,根据电子或电流流动方向判断（外电路）：,根据离子的定向移动方向（内电路）,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,根据电极反应判断,失电子的反应氧化反应负极 得电子的反应还原反应正极,根据现象判断,电极不断溶解：负极,有气泡冒出、有固体析出：正极,实验探究形成原电池的条件,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,形成条件二：电极需插进电解质溶液中,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,实验探究形成原电池的条件,实验探究形成原电池的条件,形成条件四：必须存在自发的氧化还原反应,2、原电池的构成条件,1）两种活泼性不同的金属(或导电非金属) 作电极。,3）两极相连形成闭合回路。,2）电极材料均插到电解质溶液。,两极一液成回路,4）自发的氧化还原反应,练习,判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式.,(),(),(),2H+2e-H2,负极：,总反应：,正极：,Zn2e-Zn2+,Zn+2H+Zn2+H2,(),(),负极：,正极：,总反应：,正极：,负极：,总反应：,Zn2e-Zn2+,2H+2e-H2,Zn+2H+Zn2+H2,Fe2e-Fe2+,Cu2+2e-Cu,Fe+Cu2+Fe2+Cu,Fe+CuSO4Cu+FeSO4,(),(),负极：,正极：,总反应：,Zn2e-Zn2+,Cu2+2e-Cu,Zn+Cu2+Zn2+Cu,或 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu,(),(),负极：,正极：,总反应：,Fe2e-Fe2+,2H+2e-H2,Fe+2H+ Fe2+H2,或 Fe+H2SO4FeSO4+H2,钢铁的防腐蚀：,2.,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,3。,试将下列两个氧化还原反应分别设计成两个原电池,.,Zn + 2AgNO3=Zn(NO3)2+2Ag,.,2Fe3+Fe=3Fe2+,( D ),( ZnAgNO3C ),( FeFe2(SO4)3C ),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；,4、市场上出售的“热敷袋”其中主要成分是铁屑，碳粉和少量的NaCl，水等热敷袋在启用前用塑料袋使之与空气隔绝，启用时打开塑料袋轻轻揉搓，就会放出热量， 使用完后，会发现袋内有许多铁屑生成，请回答这些问题： （1）热敷袋放出的热量来源于（ ）放出的热量； （2）碳粉的作用是 （3）加入NaCl的作用是 （4）写出有关的电极反应式和化学方程式,铁屑被氧化,负极：Fe-2e-Fe2+ 正极：2H2O+O2+4e-4OH- Fe2+2OH-Fe（OH）2 4Fe（OH）2+2H2O+O24Fe（OH）3,C、Fe和NaCl溶液组成原电池，C作正极，使铁氧化速率加快,NaCl溶于水形成电解质溶液，增强导电性,思考,什么类型的化学反应可设计成原电池？,理论上讲，常温下可自发进行的氧化 还原反应都能设计成原电池。,知识回顾：,一、原电池：,（1）定义：,将化学能转变为电能的装置。,（2）反应本质：,氧化还原反应,（3）工作原理：,电子由负极正极 电流由正极负极。,阴离子移向负极，（负向负） 阳离子移向正极；（正向正）,（4）电极反应：,负极：发生失电子的氧化反应（负极材料）,正极：发生得电子的还原反应（溶液离子）,外电路：,内电路：,（5）电子转移：,得电子数=失电子数=转移电子数,（6）原电池的构成条件：,两种活泼性不同的金属(或导电非金属) 作电极。,两极一液相连形成闭合回路。,电解质溶液。,自发的氧化还原反应,（7）原电池正负电极的判断方法：,根据电极材料（强为负）,根据电极反应（氧化反应为负）,根据内或外电路,根据实验现象：,电极溶解：负极,有气泡冒出、有固体析出：正极,二、 原电池原理的应用：,1、判断金属活动性,2、促进某些氧化还原反应的进行，加快反应速率,3、寻找钢铁防腐蚀的方法,4、原电池的设计 ,思考：什么类型的化学反应可设计成原电池？,理论上讲，常温下可自发进行的氧化 还原反应都能设计成原电池。,原电池的设计,（1） 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: .,钢铁的吸氧腐蚀:,原理：在潮湿空气中钢铁表面形成无数微小的原电池。 负极：Fe2e=Fe2+ 正极：2H2O+O2+4e=4OH Fe2+ +2OH =Fe（OH）2 4Fe（OH）2 +2H2O+O2 = 4Fe（OH）3 2Fe（OH）3=Fe2O3+3H2O,阅读教材41页 资料卡 分析钢铁电化学腐蚀的原因，探讨防止钢铁的方法及原理。,三、 钢铁的腐蚀：,钢铁的防腐蚀：,四、化学电源的分类,类 型,一次电池 二次电池 燃料电池,只能使用一次，不能充电复原继续使用的化学电池,酸（或碱）性锌-锰干电池、银-锌纽扣电池、锂电池,放电后能充电复原继续使用的化学电池,铅蓄电池、镍-镉蓄电池、银-锌蓄电池,将燃料燃烧的化学能直接转变成电能的电池,氢氧燃料电池、铝-空气燃料电池、熔融盐燃料电池,含 义,示 例,干电池,上图是锌锰干电池,干电池,负极：Zn 2e- = Zn2+,（负极）,（正极）,2NH4+ 2e- = 2NH3+H2,总反应：Zn +2NH4+= Zn2+ 2NH3+H2,2MnO2+H2=2MnO(OH) ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2,正极：,干电池,负极：Zn 2e- = Zn2+,（负极）,（正极）,正极：2NH4+ 2e- = 2NH3+H2,总反应：Zn +2NH4+= Zn2+ 2NH3+H2,2MnO2+H2=2MnO(OH) ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2,2、蓄电池,（1）铅蓄电池,正极材料上涂有棕褐色的PbO2，负极材料是海绵状的金属铅，两极浸在H2SO4溶液中。写出电极反应式。,铅蓄电池,铅 蓄 电 池,总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,Pb+PbO2+4H+2SO42-=2PbSO4+2H2O,负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4,正极：PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O,其他蓄电池：镍-镉蓄电池、银-锌蓄电池等,优点：可反复使用 缺点：污染大,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。,银锌电池,1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 1975-1983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。 1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。 1998-1992, 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。,镉镍电池,负极材料：Cd ，正极材料：涂有NiO2 ，电解质：KOH溶液。反应式如下：,写出电极反应式。,氢氧燃料电池,氢氧燃料电池,航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻便、不污染环境等优点。用Pt做电极，KOH溶液做电解液，因其反应与氢氧燃烧相似，故称为氢氧燃烧电池。请写出各电极的电极反应。,若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应,新型燃料电池,燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池,燃料电池,把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”,氢氧燃料电池,常见的燃料电池还有甲烷燃料电池、铝-空气燃料电池、熔融盐燃料电池等,优点：效率高、无污染，装置可持续使用,多孔性金属电极，具有催化性能,锂电池,锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。,锂电池,干电池,叠层电池,纽扣电池,各类电池,减 少 污 染 节 约 资 源,小 结,由化学方程式书写电极反应式： 找出氧化反应和还原反应的物质，确定正负极反应的物质； 利用电荷守恒分别写出电极反应式； 验证：两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。,迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已 投入使用的高性能、无污染电池。金属氢化物镍电池与镉镍电池有相同的工作电压(12伏)，但由于采用了稀土合金或TiNi合金储氢材料作为 负极活性物质，取代了致癌物质镉，使其 成为一种绿色环保电池。 锂离子蓄电池系由碳作负极，嵌锂的金属氧