化学能与电能1.ppt

第二节 化学能与电能 第一课时 直接从自然界取得的能源称为一次能源 水力发电站 火力发电站 一次能源经加工 转换得到的能源称为二次能源 蒸汽 电能 二次能源 二次能源 一 化学能转化为电能 电能是现代社会中应用最广泛 使用最方便 直接污染最小的一种二次能源 又称为电力 火力发电中能量是如何转化的呢 科学视野 燃烧 发电机 化学能 热能 机械能 电能 将Zn片插入H2SO4溶液中有什么现象 为什么 将Cu片插入H2SO4溶液中有什么现象 为什么 演示讨论 若将Zn片 Cu片用一导线连接再浸在H2SO4溶液中 有什么现象 为什么 将Zn片 Cu片平行插入H2SO4溶液中 有什么现象 为什么 H 在铜表面得到的电子是否为铜本身失去的 为什么 电子从哪来 导线间接一电流计有何现象产生 为什么 1 电流计指针为什么会发生偏转 3 锌片的质量有无变化 溶液中C H 如何变化 4 请分别写出锌片和铜片上变化的离子方程式 再写出总反应的离子方程式 2 从能量变化的角度分析这是一种什么装置 问题探究 Zn 2e Zn2 氧化反应 2H 2e H2 还原反应 负极 正极 总反应 Zn 2H Zn2 H2 5 电子流动的方向如何 电子由锌片经导线流向铜片 6 电流流动的方向如何 电流由铜片经导线流向锌片 7 硫酸溶液中的阴 阳离子应该怎样运动 为什么 H 向Cu片定向移动 SO42 向Zn片定向移动 保证电解质溶液中 电荷守恒 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 电流由负极 正极 电子流向 电流流向 负极 正极 小结 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 原电池电极名称及确定方法 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 一般 活泼金属 一般 较不活泼金属或非金属导电材料 活泼金属 发生氧化反应 向外线路提供电子 原电池的负极 不活泼金属 或石墨 发生还原反应 接受外线路提供的电子 原电池的正极 原电池电极名称的确定方法 根据电极材料的性质确定 根据电极反应的本身确定 失电子的反应 氧化反应 负极得电子的反应 还原反应 正极 练习 银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源 它的反应可表示为 Ag2O Zn H2O 2Ag 2Zn OH 2请判断此电池中 负极上发生反应的物质是 A AgB Zn OH 2C Ag2OD Zn D 根据电子或电流流动方向 外电路 根据离子的定向移动 内电路 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 根据离子方程式判断 负极 在正极 负极 较活泼的金属正极 较不活泼的金属或非金属导体 交流与思考 请根据下列原电池正负构造特点 总结出如何判断原电池的正负极 稀硫酸 2 原电池的构成条件 1 自发的氧化还原反应 2 两种活泼性不同的金属 或导电非金属 作电极 4 两极相连形成闭合回路 3 电极材料均插到电解质溶液中 导线相连或直接接触 两极一液成回路 A B C D E 练习1 下列哪些装置能构成原电池 F 3 原电池工作原理 使氧化还原反应中的还原剂和氧化剂之间通过外电路间接地进行电子转移 在负极 物质失去电子发生氧化反应 电子通过导体经外电路由负极传导至正极 在正极 物质得到电子发生还原反应 电解质溶液中 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 原电池工作原理图示 外电路 内电路 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 ZnZn 2e Zn2 CuCu2 2e CuZn Cu2 Zn2 Cu FeFe 2e Fe2 Ag2H 2e H2 Fe 2H Fe2 H2 4 原电池原理的应用 加快反应速率 形成原电池反应 反应速率加快 例如 实验室制H2时 由于锌太纯 反应一般较慢 可加入少量CuSO4以加快反应速率 揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的腐蚀 钢铁中含有碳 可与Fe组成原电池 发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀 防止钢铁腐蚀 在钢铁的表面焊接比Fe更活泼的金属 如Zn 组成原电池后 使Fe成为原电池的正极而得到保护 钢铁的析氢腐蚀 负极 Fe 2e Fe2 正极 2H 2e H2 钢铁的吸氧腐蚀 负极 2Fe 4e 2Fe2 正极 2H2O O2 4e 4OH 例 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 C 因为X置换出Z 所以金属性 负极的金属较活泼 所以 判断金属活动性的强弱 一般说来 活泼金属作负极 较不活泼的金属作正极 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 Fe 2e Fe2 Cu2 2e Cu 制作化学电源 练习 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 b上有大量气泡产生 则四种金属的活动性顺序由强到弱的为 A a b c dB a c d bC c a b dD b d c a B 练习 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 D 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 练习 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 B 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 56g22 4Lm Fe 3 36L m Fe 8 4g 电子数 8 4g 56g mol 2mol 6 02 1023 mol 1 806 1023 小结 化学能与电能 间接 直接 装置 原电池 1 构成原电池的条件是什么 3 原电池的工作原理是什么 什么是原电池 4 2 将化学能转变为电能的装置 原电池的正负极和电子流向如何判断 1 设计一个原电池 使其总反应方程式为Cu 2Ag Cu2 2Ag 画出简单装置图 写出电极反应式 2 自己动手制作一个水果原电池 拿到学校来展示给大家 作业 化学能与电能 第二课时 复习回忆 1 简述原电池的工作原理 氧化还原反应中 还原剂和氧化剂之间通过外电路间接地进行电子转移 在负极 物质失去电子发生氧化反应 电子通过导体经外电路由负极传导至正极 在正极 物质得到电子发生还原反应 电解质溶液中 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 2 简述构成原电池必要条件 1 两个电极 2 电解质溶液 3 形成闭合回路 两极一液成回路 1 化学电池有三大类型 一次性电池二次电池燃料电池 2 特点 一次电池 不可充电 如干电池 又称为锌锰电池 是最早使用的化学电池 二次电池 可循环利用 放电过程是将能转化为能 充电过程是将能转化为能 燃料电池 可不断充入氧化剂 还原剂连续使用 最理想的燃料是 1 产物为水 无污染 2 与其它能源比 反应相同质量 放出能量多 3 来源广 化学电 电化学 H2 二 发展中的化学电源 二 常见的化学电池 1 干电池 一次性电池 电极 Zn为负极 碳棒为正极 电解液 NH4Cl ZnCl2和淀粉糊 另有黑色的MnO2粉末 吸收正极产生的H2 防止产生极化现象 电极方程式 负极 Zn Zn 2e Zn2 正极 C 2MnO2 2NH4 2e Mn2O3 2NH3 H2O 1 锌锰干电池 2 碱性锌锰干电池 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 2 铅蓄电池 二次电池 铅蓄电池 电极 Pb为负极 PbO2为正极 电解液 30 的H2SO4溶液电极反应式 放电时 为原电池负极 Pb Pb SO42 2e PbSO4正极 PbO2 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O总电池反应 PbO2 Pb 2H2SO4 2PbSO4 2H2O充电时 为电解池阴极 Pb PbSO4 2e Pb SO42 阳极 PbO2 PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H SO42 总电解反应 2PbSO4 2H2O PbO2 Pb 2H2SO4 通电 Pb PbO2 2H2SO42PbSO4 2H2O 3 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 3 锂电池 用于心脏起搏器电源的锂电池 不但体积小巧 电压稳定 工作效率高 使用时间长达10年之久 4 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 氢氧燃料电池工作原理 氢氧燃料电池电极 Pt制作的惰性电极反应原理 a 电解质溶液 KOH溶液负极 正极 总反应 b 电解质溶液 HCl 盐酸 负极 正极 总反应 2H2 4OH 4e 4H2O O2 2H2O 4e 4OH 2H2 O2 2H2O 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O 2H2 O2 2H2O 甲烷燃料电池电极为金属铂 在两极分别通入甲烷和氧气 电解质为KOH电极反应 负极 正极 总反应式 电解质为稀硫酸电极反应 负极 正极 总反应式 CH4 8e 2H2O CO2 8H O2 4H 4e 2H2OCH4 2O2 CO2 2H2O CH4 10OH 8e CO32 7H2OO2 2H2O 4e 4OH CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 补充内容 原电池两个电极 电子流出的一极 氧化反应 金属 石墨或其它导体 还原性较强物质 较活泼的金属 H前 H2 CH4 CO CH3OH等 电子流入的一极 还原反应 金属 石墨或其它导体 氧化性较强物质 H Cu2 Fe3 Ag O2 Cl2等 书写电极反应注意的问题 1 电极反应是一种离子反应 遵循书写离子方程式的一切规则 如 拆 平 两电极反应式中得失电子数目一般相等 2 负极失电子所得氧化产物 正极得电子所得还原产物 与溶液的酸碱性有关 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 3 溶液中不存在O2 在酸性溶液中它H 与结合成H2O 在碱性或中性溶液中它与H2O结合成OH 4 两极反应相加得到总反应 总反应减去负极反应得到正极反应 总反应减去正极反应得到负极反应 5 对于可逆电池反应 要弄清楚充电和放电的方向 放电过程体现原电池原理 充电过程体现电解池原理 金属的电化学腐蚀 了解 一 金属腐蚀 1 概念 金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程 2 金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变成阳离子而损耗 3 金属腐蚀的分类 化学腐蚀和电化学腐蚀 绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀 电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀 化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多 金属跟接触到的物质直接发生化学反应 不纯金属跟接触的电解质溶液发生原电池反应 无电流 无原电池 构成无数微小原电池 有弱电流 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀 金属原子失去电子变成阳离子而损耗 钢铁的电化学腐蚀 钢铁表面吸附的水膜酸性较強时 Fe 2e Fe2 2H 2e H2 Fe 2H Fe2 H2 钢铁表面吸附的水膜酸性较弱或呈中性时 Fe 2e Fe2 O2 2H2O 4e 4OH Fe2 2OH Fe OH 2 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 4Fe OH 3 Fe2O3 xH2O 铁锈 3 x H2O 吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍得多 金属的防护 方法 1 改变金属的内部组织结构 如制不锈钢 2 在金属表面覆盖保护层 1 在表面刷一层油漆 2 在表面涂上机油 3 在表面镀一层其他耐腐蚀金属 4 在表面烧制搪瓷 5 使金属表面形成致密的氧化膜 3 电化学保护法 1 牺牲阳极的阴极保护法 原电池原理接一个更活泼的金属 2 外加电流的阴极保护法 电解池原理 判断金属腐蚀快慢的规律不纯的金属或合金 在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀 活泼金属因被腐蚀而损耗 金属腐蚀的快慢与下列二种因素有关 1 与构成微电池的材料有关 两极材料的活动性差别越大 电动势越大 氧化还原反应的速度越快 活泼金属被腐蚀的速度就越快 2 与金属所接触的电解质强弱有关 活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀 在强电解质溶液中的腐蚀快于