化学能与电能的转化PPT课件.ppt

1 一 原电池的结构及工作原理 1 原电池是 的装置 原电池反应的本质是 将化学能转化为电能 氧化还原反应 2 工作原理 以Cu Zn原电池为例 1 当电解质溶液为CuSO4溶液时 负极是 极 正极是 极 负极反应为 其电极反应为 2 电子的移动方向为 电流的移动方向为 Zn Zn 2e Zn2 Cu Cu2 2e Cu 负极 正极 正极 负极 3 离子的移动方向为 阳离子移向 阴离子移向 正极 负极 2 二 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 可以 不可以 形成条件二 电极需插进电解质溶液中 形成条件三 有自发的氧化还原反应 不可以 形成条件四 必须形成闭合回路 3 比较这两种装置 比较有盐桥装置的优点 盐桥的作用 使Cl 向锌盐方向移动 K 向铜盐方向移动 使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电中性 从而使电子不断从Zn极流向Cu极 装置1中还原剂Zn与氧化剂Cu2 直接接触 易造成能量损耗 装置2能避免能量损耗 4 1 X Y两种金属用导线连接置于稀H2SO4中 发现X极溶解 Y极上有气泡产生 则X Y的活动性谁强 X的金属性强 三 原电池原理的应用 比较金属活动性强弱 2 下列装置中四块相同的Zn片 放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是 比较金属腐蚀的快慢 5 三 原电池原理的应用 1 比较金属活动性强弱 2 比较金属腐蚀的快慢 下列制氢气的反应速率最快的是 C 粗锌和1mol L盐酸 A 纯锌和1mol L硫酸 B 纯锌和18mol L硫酸 D 粗锌和1mol L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液 D 3 金属的防护 加快氧化还原反应的快慢 6 还原剂 Zn 失去电子 发生氧化反应 氧化剂 H 在铜极上得到电子 发生还原反应 还原剂失去的电子从锌极流出 流入铜极 经外电路 Zn2 H 电流方向 二 原电池的工作原理 SO42 7 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 考点1 电极的判断 8 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 结合参考资料151页 9 考点2 电极方程式的书写 1 一原则 遵循原子守恒 电荷守恒 2 三步骤 步骤一 写出总反应式 标出电子转移的方向和数目 步骤二 找出正负极 并分析溶液的酸碱性 步骤三 写电极反应式 负极 还原剂 ne 氧化产物 正极 氧化剂 ne 还原产物 以Cu Zn 稀硫酸原电池为例 10 考点2 电极方程式的书写 3 三技巧 技巧一 电极反应如较难书写 可先写出较易的电极反应 再用总反应减去较易电极反应即得较难的电极反应 如151问题思考2 技巧二 溶液酸碱性不同 O H元素的写法不同 水溶液中无O2 酸性溶液中不出现OH 碱性溶液中不出现H 技巧三 要注意电极产物与电解质是否反应 以氢氧燃料电池 稀硫酸或氢氧化钠为介质 为例 练习 1 写出甲烷氧气燃料电池 稀硫酸或氢氧化钠为介质 的电极反应式和总反应2 写出以Al Mg和氢氧化钠溶液组成原电池的电极反应和总反应 11 已知氧化还原反应 Fe 2FeCl3 3FeCl2 利用这一反应设计一个原电池 画出示意图 标出电极材料 电解质溶液 写出电极反应式 正极 负极 总反应 Fe 2e Fe2 2Fe3 2e 2Fe2 2Fe3 Fe 3Fe2 FeCl2 FeCl3 三 原电池的设计 12 设计原电池的思路 1 还原剂和氧化产物为负极的半电池2 氧化剂和还原产物为正极的半电池3 根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液外电路用导线连通 可以接用电器 内电路是将电极浸入电解质溶液中 并通过盐桥沟通内电路4 画出装置示意图 三 原电池的设计 13 练习 1 利用Fe Cu2 Fe2 Cu设计一个原电池 画出示意图 写出电极反应 负极 Fe 2e Fe2 正极 Cu2 2e Cu Cu Fe CuSO4 FeSO4 14 2 一个电池反应的离子方程式是Zn Cu2 Zn2 Cu 该反应的的原电池正确组合是 C 15 3 Cu Fe作两极 浓硝酸作电解质溶液的原电池中 Cu作 极 Fe作 极电极反应式是 负极 正极 总反应式是 负 正 Cu 2e Cu2 2NO3 4H 2e 2NO2 2H2O Cu 4HNO3 浓 Cu NO3 2 2NO2 2H2O 以Al Mg和氢氧化钠溶液组成原电池 电极反应为 负极 Al e OH AlO2 H2O 正极 H2O e OH 2 根据金属材料的相对活泼性判断电极的正负时 还应考虑电解质的酸碱性和特性 16 电池 17 干电池 纽扣电池 铅蓄电池 笔记本电池主板 手机电池 燃料电池 四 常见的化学电源 18 活性物质消耗到一定程度就不能再用了 也叫干电池 放电后可以再充电使活性物质获得再生 又称充电电池或蓄电池 连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的电池 碱性锌锰电池 普通锌锰干电池 锌银纽扣电池 铅蓄电池 锂离子电池 银锌蓄电池 氢氧燃料 甲烷燃料电池电池 甲醇燃料电池等 19 1 银锌钮扣电池 钮扣电池 不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒 盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料 负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料 电解质溶液为浓KOH溶液 电池内Zn的氧化产物为Zn OH 2 负极 Zn 2OH 2e Zn OH 2 正极 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 总反应式 Zn Ag2O H2O Zn OH 2 2Ag 20 2 干电池 碱性锌锰电池 2Zn 2MnO2 2H2O Zn OH 2 2MnOOH 负极 锌筒 Zn 2e 2OH Zn OH 2 正极 石墨 2H20 2MnO2 2e 2MnOOH 2OH 21 3 二次电池 铅蓄电池 1 正负极材料和电解液 正极 PbO2 负极 Pb 2 工作机制 电解质 H2SO4溶液 铅蓄电池为典型的可充电电池 其电极反应分为放电和充电两个过程 放电过程总反应 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O Pb SO42 2e PbSO4 正极 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O 负极 放电过程为原电池 22 充电过程 电解 PbSO4 2e Pb SO42 阴极 接电源负极 阳极 接电源正极 PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H SO42 充电过程总反应 2PbSO4 2H2O Pb PbO2 2H2SO4 铅蓄电池的充放电过程 如何判断铅蓄电池是否需要充电 根据硫酸密度的大小进行判断 3 优缺点简析 缺点 比能量低 笨重 废弃电池污染环境 优点 可重复使用 电压稳定 使用方便 安全可靠 价格低廉 23 3 锂电池也叫锂离子电池 锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料 使用非水电解质溶液的电池 最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生 由于锂金属的化学特性非常活泼 使得锂金属的加工 保存 使用 对环境要求非常高 所以 锂电池长期没有得到应用 随着二十世纪微电子技术的发展 小型化的设备日益增多 对电源提出了很高的要求 锂电池随之进入了大规模的实用阶段 24 燃料电池是利用氢气 天然气 甲醇等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池 目前燃料电池的能量转化率近80 约为火力发电的2倍 这是因为火力发电中放出的废热太多 燃料电池没有噪声及硫 氮氧化物等废气污染 燃料电池发明于19世纪30年代末 经反复试验 改进 到20世纪60年代才开始进入实用阶段 4 燃料电池 25 O2 H2 H2O 26 27 2020 2 4 28 原电池电极反应式的书写注意事项 1 电极反应是一种离子反应 遵循书写离子反应的所有规则 如 拆 平 4 要注意电极反应产物是否与电解质溶液发生反应 2 将两极反应的电子得失数配平后 相加得到总反应 总反应减去一极反应即得到另一极反应 3 负极失电子所得氧化产物和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 5 溶液中不存在O2 在酸性溶液中它与H 结合成H2O 在碱性或中性溶液中它与水结合成OH 29 电池的污染和回收 1 电池中含有大量的重金属 酸 碱等物质 2 一粒小小的钮扣电池可污染600立方米水 相当于一个人一生的饮水量一节一号电池烂在地里 能使一平方米的土地失去利用价值 并造成永久性公害 3 电池的回收 30 减少污染节约资源 31 电解池的工作原理及应用 32 阴极 复习回顾 1 通电前溶液中有哪些离子 阳离子 Cu2 H 阴离子 Cl OH Cu2 H 向阴极区移动 Cl OH 向阳极区移动 阴极和阳极如何确定 与电源正极相连的为阳极 与负极相连的为阴极 电解CuCl2 2 通电后两个电极上有何实验现象 阳极 产生刺激性气味气体 并能使湿润的KI 淀粉试纸变蓝 Cl2 阴极 碳棒上有一层红色的铜析出 通电后这些离子如何移动 3 写出电极反应式和总反应式 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 Cu2 2e 2Cu 总反应式 4 CuCl2溶液的浓度如何变化 如何恢复成原溶液 浓度降低 加入CuCl2固体 阳极 33 34 一 电解池的工作原理 1 电解 使电流通过电解质溶液而在阴阳两极发生氧化还原的过程 2 电解池 借助氧化还原反应 把电能转化为化学能的装置 3 电子的流向 电子从外加电源的负极流出 流到电解池的阴极 再从阳极流回电源正极 35 5 离子放电顺序 2 阳极 若为惰性电极 则阴离子放电 放电顺序为 S2 I Br Cl OH 含氧酸根离子 F 若为活性电极 则电极本身失去电子而放电 因为活性电极的还原性大于一切的阴离子 3 阴极 Ag Fe3 Cu2 H 1 阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电 4 离子定向移动的方向 阳离子运动到 阴极 阴离子运动到 阳极 阴极 电子 发生 反应 离子 越强 反应越容易 电子 发生 反应 离子 越强 反应越容易 失 氧化 还原性 得 还原 氧化性 36 电解熔融氯化钠 见课本P18原理图 通电前 Na Cl 在 运动 通电后 Na 向 极 与电源 相连 移动 Cl 向 极 与电源 相连 移动 电子从电源负极流向 极 电极反应为 发生 反应 电子从电解池阳极流向 极 电极反应为 发生 反应 总反应为 阴 无规则自由 负极 阳 正极 电解池阴 2NaCl2Na Cl2 氧化 还原 电源正 2Na 2e 2Na 2Cl 2e Cl2 电解池形成的条件 a 有与直流电源相连的两极b 电解质溶液或熔融的电解质c 形成闭合回路 37 2H 2e H2 还原反应 2Cl 2e Cl2 氧化反应 有气泡滴加酚酞溶液红色 1 电解饱和食盐水 通电 2NaCl 2H2O 2NaOH Cl2 H2 二 电解原理的应用 38 想一想 在电解饱和食盐水的实验中 电解产物之间可能发生哪些化学反应 生成NaClO 使NaOH不纯 H2和Cl2混合遇火发生爆炸 1 生产设备名称 阳离子交换膜电解槽阳离子交换膜 只允许阳离子通过 把电解槽隔成阴极室和阳极室 2 离子交换膜的作用 a 防止Cl2和H2混合而引起爆炸b 避免Cl2与NaOH反应生成NaClO影响NaOH的产量 39 3 生产流程 40 电解池的工作原理及应用 41 一 原电池与电解池的比较 整理与归纳 负极 氧化反应 正极 还原反应 阳极 氧化反应 阴极 还原反应 电极反应 形成条件 能量转换 电子流向 化学能转化为电能 电能转化为化学能 阳极流出 阴极流入 装置举例 两个电极 电解质 闭合回路 能自发进行氧化还原反应 电源 两个电极 电解质 离子的迁移方向 阴离子向阳极迁移阳离子向阴极迁移 阴离子向负极迁移阳离子向正极迁移 42 1 明确电极反应实质 阳极失去电子 发生氧化反应 阴极得到电子 发生还原反应 2 注意阳极材料是否为活性电极 3 分析电解质中的离子4 应用放电顺序 5 用电荷守恒 质量守恒配平反应式 二 电极反应书写方法 若为活性电极 金属材料本身失电子 变为阳离子 如为惰性 Pt C 电极 则为电解质中阴离子失电子发生氧化反应 S2 I Br Cl OH 含氧酸根离子 F Ag Hg2 Cu2 H 酸 Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 H 水 Al3 Mg2 Na Ca2 K 43 完成下列溶液的电极反应 以石墨为电极电解 硫酸溶液 NaOH溶液 Na2SO4溶液 盐酸 CuBr2溶液 KCl溶液 CuSO4溶液 电解水型 电解电解质型 放氧生酸型 44 阴极 Cu2 2e Cu阳极 Cu 2e Cu2 三 电解原理的应用 铜的电解精炼 思考 阳极溶解铜的质量等于阴极析出铜的质量吗 45 原理 应用电解原理在某些金属或非金属材料表面镀上一层其他金属或合金的过程 三 电解原理的应用 电镀 阴极 待镀件阳极 镀层金属 电镀液 含镀层金属离子的溶液 目的 使金属增强抗腐蚀的能力 增加美观和表面硬度 阳极 Cu 2e Cu2 阴极 Cu2 2e Cu 电极反应 46 1 电解熔融状态的氯化钠 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2Na 2e 2Na 总反应式 2 冶炼铝 阳极 阴极 总反应式 6O2 12e 3O2 4Al3 12e 4Al 注意 反应过程中使用冰晶石 Na3AlF6 作为熔剂 使Al2O3在较低的温度下熔化 思考 1 为什么不电解熔融的AlCl3 2 工业上制金属镁是电解氧化镁还是电解熔融的氯化镁 三 电解原理的应用 金属