高中化学 第2章 化学反应与能量 第2节 化学能与电能课件 新人教版必修2.ppt

成才之路 化学 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 必修 化学反应与能量 第二章 第二节化学能与电能 第二章 从前在伦敦上流社会 有一位贵族夫人格林太太 幼年时因蛀牙补过一颗不锈钢的假牙 不料后来 她又因为车祸掉了一颗牙 为了显示她的富有 她装了一颗黄金假牙 自此以后 她就经常出现头痛 失眠 心情烦躁等症状 更奇怪的是 众多的医学专家为她检查后 都找不到病因 这位夫人整日感到精神萎靡 找遍各大医院会诊也不见效果 格林太太的病因到底是什么呢 原来这种病态与车祸有关 车祸 假牙 病症 两颗假牙为活泼性不同的金属 与唾液中的电解质接触 会产生电流从而刺激神经使格林太太头痛 那么 为何会产生电流呢 学习目标1 了解化学能与电能的转化关系 2 初步了解化学电池的工作原理及应用 3 了解研制新型电池的重要性 4 会书写简单的电极反应式 新知预习1 电能 电能是现代社会中应用最广泛 使用最方便 污染 的一种 能源 又称电力 2 一次能源 直接从 取得的能源称为一次能源 二次能源 一次能源经过 得到的能源称为二次能源 3 原电池是指 能转变为 的装置 最小 二次 自然界 加工 转换 化学 电能 4 构成原电池的条件 1 必须有一个自发的 2 有两个电极 电极材料由 或由金属和其他导电的材料组成 3 两电极必须 适当的电解质溶液中 两电极之间用 连接或直接接触而形成闭合回路 5 在原电池中 还原性较强的物质作为 向外电路提供电子 发生 反应 氧化性较强的物质作为 从外电路 电子 发生 反应 氧化还原反应 两种活泼性不同的金属 浸在 导线 负极 氧化 正极 得到 还原 6 普通锌锰干电池电池组成为 做负极 位于中央的顶盖有铜帽的 做正极 石墨周围填充zncl2 nh4cl和淀粉糊作电解质 同时填有mno2黑色粉末作电极剂 负极电极反应 7 铅酸可充电电池 1 电池组成为 作负极 作正极 浓硫酸作电解质溶液 2 电极反应 放电 负极 正极 电池总反应为 锌片 碳棒 pb pbo2 pb pbo2 2h2so4 2pbso4 2h2o 8 氢氧燃料电池 1 氢氧燃料电池是以 为燃料 为氧化剂 铂作电极 2 电极反应 碱式氢氧燃料电池 以koh溶液为电解质 负极 正极 酸式氢氧燃料电池 以h2so4溶液为电解质 负极 正极 3 以上两种氢氧燃料电池总反应都是 氢气 氧气 自主探究1 怎样判断一个装置是否是原电池 提示 有电解质溶液 两个电极 一个相对较活泼 一个不活泼 可同为金属 也可一种是金属另一种是非金属 能自发地发生氧化还原反应 形成闭合回路 2 怎样判断一个原电池的正负极 怎样书写电极式 提示 两极更易失电子一极为负极 另一极便为正极 书写方法原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应 书写电极反应的方法归纳如下 1 写出总化学反应方程式 2 根据总化学反应方程式 按照电子得失情况 分成氧化反应和还原反应 3 氧化反应在负极发生 还原反应在正极发生 注意介质参与的反应 总的化学反应式是正负电极反应相加的结果 反过来也可以相减 得电极反应 电极反应也遵守质量守恒 电荷守恒及正 负极得失电子数相等的规律 教材点拨1 电能使用电器都需要电能 电能是现代社会中应用最广泛 使用最方便 污染最小的一种二次能源 又称电力 温馨提示 一次能源和二次能源 直接从自然界取得的能源称为一次能源 如流水 风力 原煤 石油 天然气等 一次能源经过加工 转换得到的能源称为二次能源 如电力 蒸汽等 化学能与电能的转化 温馨提示 火力发电存在的弊端 煤是不可再生资源 能量经多次转化 利用率降低 煤燃烧产生的有害物质污染环境 3 化学电池 原电池 1 定义 将化学能转化为电能的装置 2 实验装置 3 实验步骤 将锌片和铜片用导线连接 导线中间接入一个电流表 平行插入盛有稀硫酸的烧杯中 如上图所示 观察现象 4 实验现象 5 实验结论 由于锌和铜的活动性不同 锌容易失去电子 被氧化成zn2 进入溶液 电子由锌片通过导线流向铜片 溶液中的h 从铜片获得电子被还原成氢原子 氢原子再结合成氢分子从铜片上逸出 这一变化过程可以表示如下 锌片 zn 2e zn2 氧化反应 铜片 2h 2e h2 还原反应 总的反应 zn 2h zn2 h2 6 原电池工作原理 原电池在工作时负极失去电子 电子通过导线流向正极 溶液中氧化性物质得到电子 发生还原反应 这样 氧化反应和还原反应不断发生 负极不断地失去电子 失去的电子不断地通过导线流向正极 被氧化性物质得到 这样闭合回路中不断有电子产生 也就形成了电流 于是 化学能就转变为电能 反应类型 负极发生氧化反应 正极发生还原反应 电子的移动方向 从负极流出 经导线流向正极 离子的移动方向 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 温馨提示 1 铜锌原电池的工作原理 负极 zn 2e zn2 氧化反应 正极 2h 2e h2 还原反应 锌失去的电子通过外电路流向铜片 h 在铜片上得到电子 从而形成电流 记忆口诀 铜锌金属插硫酸 电流针动一线牵 负极氧化锌腐蚀 正极铜板氢还原 6 水果电池实验探究 实验用品 镁条 铜片 铁片 导线 金属夹 手电筒用发光二极管 果汁 橙汁 苹果汁 柠檬汁等 500ml烧杯 实验方案 a cu mg原电池 电解质溶液为橙汁 b cu fe原电池 电解质溶液为苹果汁 c fe mg原电池 电解质溶液为柠檬汁 实验操作 用导线分别将三种方案中的金属片连接到金属夹上 分别将各组金属片插入到盛有果汁的三个500ml的烧杯中 用发光二极管两端分别接触三种方案中金属活泼性不同的金属夹 实验现象 三种方案中二极管均发光 实验结论 原电池把化学能转变为电能 2015 四川省大竹县文星中学高一4月月考 在如图所示的8个装置中 属于原电池的是 a b c d 典例透析 解析 不存在两个电极 不是原电池 满足原电池的构成条件 是原电池 两个电极相同 不是原电池 满足原电池的构成条件 是原电池 酒精是非电解质 不是原电池 满足原电池的构成条件 是原电池 满足原电子池的构成条件 是原电池 未构成回路 不是原电池 答案 d 2015 湖北处武汉市部分重点中学高一下学期期中 如图所示是zn和cu形成的原电池 其实验兴趣小组做完实验后 在读书卡上的记录如下 则卡片上的描述合理的是 a b c d 答案 b 教材点拨1 原电池的判定 1 先分析有无外接电源 无外接电源的可能为原电池 2 依据原电池的形成条件 主要 四看 看电极 两极为导体 且存在活动性差异 燃料电池的电极一般为惰性电极 看溶液 两极插入电解质溶液中 看回路 形成闭合回路 看本质 有无氧化还原反应发生 原电池以及原电池正 负极的判断 2 原电池正负极的判断方法 1 根据组成原电池的两极材料判断一般是活动性较强的金属为负极 活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极 2 根据原电池两极发生的变化来判断原电池的负极总是失电子发生氧化反应 正极总是得电子发生还原反应 3 根据电流方向或电子流动方向判断电流是由正极流向负极 电子流动方向是由负极流向正极 4 根据原电池中电解质溶液内离子的定向移动方向判断在原电池的电解质溶液内 阳离子移向正极 阴离子移向负极 5 根据现象判断溶解的一极为负极 增重或有气泡放出的一极为正极 温馨提示 利用金属的活泼性判断原电池的正负极的注意事项一般是较活泼金属作负极 较不活泼金属作正极 但也要注意电解质溶液的性质 镁铝用导线连接插入稀硫酸中 镁作负极 铝作正极 若电解质是氢氧化钠 则镁作正极 铝作负极 铜铝用导线连接插入稀硫酸中 铝作负极 铜作正极 若插入浓硝酸中 铝作正极 铜作负极 温馨提示 在正极上 若是电解质溶液中的某种离子被还原 无论该离子是强电解质提供的 还是弱电解质提供的 一律写离子符号 而在原电池反应中 要遵循离子方程式的书写规则 只有易溶的强电解质用离子符号表示 5 原电池原理的应用 1 加快氧化还原反应速率原理 由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生 因而反应速率加快 实例 锌与稀硫酸反应制氢气时 可向溶液中滴加少量cuso4溶液 形成原电池 加快反应进行 2 比较金属活动性强弱原理 一般 在原电池中 活泼金属作负极 发生氧化反应 不活泼金属作正极 正极上发生还原反应 实例 如有两种金属a和b 用导线连接后插入到稀硫酸中 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a b 3 用于金属的防护原理 使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护 实例 要保护一个铁质的输水管道 可用导线将其与一块锌块相连 使锌作原电池的负极 4 设计原电池 首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应 氧化反应 还原剂 ne 氧化产物 还原反应 氧化剂 ne 还原产物 正极反应式 负极反应式 电池的总反应式 根据原电池的电极反应特点 结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液 a 电解质溶液的选择 电解质溶液一般要能够与负极发生反应或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应 如空气中的氧气 b 电极材料的选择 在原电池中 一般选择活泼性较强的金属作为负极 活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极 负极材料或还原性物质在负极上失去电子被氧化 氧化性物质在正极上得到电子被还原 实例 温馨提示 画原电池装置图的三点提醒 指明原电池的正负极材料及电解质溶液 烧杯中用虚线代表电解质溶液 液面用实线 用导线将两个电极连接以构成闭合电路 6 发展中的化学电源 特别提示 一次电池是只能放电不能充电 电量用完便不能再用的电池 在化学电源中一次电池最常见 其中使用最广泛的是干电池 如普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 银锌纽扣电池等 二次电池是可反复充电和放电的电池 目前最常见的二次电池是铅蓄电池 随着科学技术的发展 特别是信息技术的发展 为了适应移动通讯 便携式电脑和各种电子产品等的广泛使用 科研工作者不断研制出小型化 高比能量 工作寿命长 不需要特殊维护的二次电池 目前已经开发出镍镉电池 镍氢电池 银锌电池 锂电池和锂离子电池等新型二次电池 燃料电池是通过燃料气体和氧气分别在两个电极上发生电极反应 形成与燃烧时相同的总反应 将化学能转化为电能的电源 燃料电池具有能量利用效率高 可连续使用和污染小等优点 已成为一种发展前景十分广阔的化学电源 随着科技的不断进步 形形色色的性能优异的燃料电池不断被研制出来 那么如何判断或书写一个 新 燃料电池反应的电极反应式呢 2015 湖南省五市十校高一下学期期中联考 某原电池总反应为2fe3 fe 3fe2 不能实现该反应的原电池是 a 正极为cu 负极为fe 电解质溶液为fecl3b 正极为cu 负极为fe 电解质溶液为fe no 3c 正极为fe 负极为zn 电解质溶液为fe2 so4 3d 正极为ag 负极为fe 电解质溶液为fe2 so4 3 典例透析 解析 a 正极为cu 负极为fe 电解质溶液为fecl3 则负极发生fe失去电子生成亚铁离子的反应 正极是铁离子得到电子生成亚铁离子 正确 b 正极为c 负极为fe 电解质溶液为fe no 3 则负极发生fe失去电子生成亚铁离子的反应 正极是铁离子得到电子生成亚铁离子 正确 c 正极为fe 负极为zn 电解质溶液为fe2 so4 3 因为zn失去电子生成锌离子 发生的反应是zn 2fe3 2fe2 zn2 与所给反应不同 错误 d 正极为ag 负极为fe 电解质溶液为fe2 so4 3 则该电池的总反应是2fe3 fe 3fe2 正确 答案选c 答案 c 2015 江西省临用市一中高一下学期期中 1 下列装置能组成原电池的是 填序号 2 将ch4设计成燃料电池 装置如图所示 a b为多孔碳棒 填a或b 处电极入口通甲烷 其电极反应式为 当消耗甲烷的体积为11 2l 标准状况下 时 则导线中转移电子数为 消耗koh的物质的量为 2015 辽宁省沈阳市东北育才高一下学期第一次阶段考试 2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系 下列叙述错误的是 a a为电池的正极b 放电时 b极电极反应式 li e li c 放电时 a极锂的化合价发生变化d 放电时 溶液中li 从b向a迁移 解析 a li是活泼金属 作负极 b电极是负极 a电极是正极 说法正确 b 根据电池体系 li e li 说法正确 c 放电时 a极锰的化合价发生变化 错误 d 原电池中阳离子向正极移动 说法正确 因此选项c符合题意 答案 c 2015 山西沲浮山中学高一下学期期中 纽扣电池的电极材料为zn和ag2o 电解质溶液为koh 其电极反应为 zn 2oh 2e zno h2oag2o h2o 2e 2ag 2oh 电池的负极是 填电极材料 正极发生的是 反应 填反应类型 总反应式为 解析 负极失电子 故zn做负极 正极得电子 发生还原反应 总方程式即两极方程式相加 得到 zn ag2o zno 2ag 答案 zn还原反应zn ag2o zno 2ag 1 2015 四川省大竹县文星中学高一4月月考 下列关于原电池的叙述中 正确的是 a 电极只能由两种不同的金属构成b 负极发生的电极反应是还原反应c 工作时其正极不断产生电子并经外电路流向负极d 能将化学能转变为电能 解析 原电池中的电极也可以是金属和非金属 a错误 原电池中负极发生氧化反应 b错误 原电池工作时负极不断产生电子并经外电路流向正极 c错误 原电池是将化学能转变为电能的装置 d正确 答案 d 2 2015 陕西省西安市一中高一下学期期中 电池是人类生产和生活中的重要能量来源 各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献 下列有关电池的叙述正确的是 a 锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细b 氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能c 氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化d 太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅 解析 锌锰干电池工作过程中不会消耗碳棒 所以碳棒不会变细 a错 氢氧燃料电池是把化学能转化为电能 b错 太阳能电池的主要材料是硅 而不是二氧化硅 d错 故选c 答案 c 3 2015 浙江省杭州地区重点中学高一第二学期期中 下图是课外活动小组设计的用化学电源使led灯发光的装置 下列说法错误的是 a 铜片表面有气泡生成b 装置中存在 化学能 电能 光能 的转换c 如果将锌片换成铁片 电路中的电流方向不变d 如果将稀硫酸换成柠檬汁 导线中不会有电子流动 解析 a 锌 铜 稀硫酸形成原电池 h 在铜片上得电子生成h2 有气泡生成 正确 b 原电池把化学能转化为电能 led灯把电能转化为光能 正确 c 如果将锌片换成铁片 铁片仍为负极 电路中的电流方向不变 正确 d 柠檬汁也是电解质溶液 仍然形成原电池 导线中仍有电子流动 错误 答案 d 4 2015 陕西省西安市一中高一下学期期中 下列装置能形成原电池且灵敏电流计发生偏转的是 解析 原电池的构成条件1 活泼性不同的两电极 2 电解质溶液 3 形成闭合回路 导线连接或直接接触且电极插入电解质溶液 4 自发的氧化还原反应 故选a 答案 a 5 2015 浙江省杭州地区七校高一下学期期中 有a b c d四块金属片 进行如下实验 a b用导线相连后 同时插入稀h2so4中 a极为负极 c d用导线相连后 同时浸入稀h2so4中 电子由c 导线 d a c相连后 同时浸入稀h2so4 c极产生大量气泡 b d相连后 同时浸入稀h2so4中 d极发生氧化反应 则四种金属的活动性顺序为 a a b c db a c d bc c a b dd b d c a 解析 a b用导线相连后 同时插入稀h2so4中 a极为负极 则金属性是a强于b c d用导线相连后 同时浸入稀h2so4中 电子由c 导线 d 即c是负极 d是正极 则金属性c强于d a c相连后 同时浸入稀h2so4 c极产生大量气泡 说明c是正极 则a的金属性强于c b d相连后 同时浸入稀h2so4中 d极发生氧化反应 说明d是负极 则金属性d强于b 所以四种金属的活动性顺序为a c d b 答案选b 答案 b 一 青蛙与原电池1780年 意大利的医学家伽伐尼在偶然的情况下 以铜制的解剖刀碰触到置于铁盘内的青蛙腿 死蛙腿突然颤抖了几下 因而认为有微电流流过 他主张这是生物本身内在的自发电流 伽伐尼的研究成果立即受到了欧洲学术界的普遍赞扬 大家推崇说这是科技史上一件有意义的大发现 意大利物理学家伏打开始时相信伽伐尼的见解是正确的 但经过反复试验 研究后 终于证明 起电 与动物无关 蛙腿只是一种非常灵敏的 验电器 而两种不同的金属才是 起电 的关键 他把几十块银片和锌片交替重叠 每对金属之间插入浸渍