人教版必修二 化学能与电能.ppt

能源 一次能源 直接从自然界取得的能源 二次能源 一次能源经过加工 转换得到的能源 一次能源 二次能源 蒸汽 电能 电能 电力 二次能源 2001年我国发电总量构成图 火力发电工作原理示意图 火电站从开始到结束能量是如何转化的 化石燃料 化学能 燃烧 热能 蒸汽 机械能 电能 发电机 存在缺点 化学能电能 直接 H2SO4 实验1 分别把锌片和铜片插入到稀H2SO4中 观察现象 实验2 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 观察现象 铜片表面有大量气泡产生 锌片不断溶解 电流表指针发生偏转 铜片表面没有气泡产生 锌片表面有气泡产生 锌片溶解 Zn 2H Zn2 H2 锌片 失 得 Zn 2e Zn2 不是 表示 2H 2e H2 不是 表示 负极 正极 Zn 2H Zn2 H2 产生气体 Zn片溶解 Zn片 Cu片 电极反应 氧化反应 还原反应 实验结论 导线中有电子通过形成了电流 化学能转化成了电能 一 原电池 1 定义 把化学能转化为电能的装置 反应本质 氧化还原反应 理论依据 一般 能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池 外电路 电子由负极流向正极 电流由正极流向负极内电路 阴离子移向负极 阳离子移向正极 电流流向及离子流向 负极 正极 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 2 原电池工作原理 Zn Cu 3 原电池的电极名称 负极 电子流出 电流流入 的一极 较活泼金属 发生氧化反应 正极 电子流入 电流流出 的一极 较不活泼的金属或非金属导体 发生还原反应 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 原电池正负电极的判断方法 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 根据离子方程式判断 负极 在正极 4 电极反应式与电池总反应式 负极 锌片 Zn 2e Zn2 氧化反应 正极 铜片 2H 2e H2 还原反应 电池总反应式 Zn 2H Zn2 H2 如何书写电极反应方程式 负极 锌片 Zn 2e Zn2 负极 锌片 Zn 2e Zn2 正极 石墨 2H 2e H2 正极 铜片 Cu2 2e Cu 总反应 Zn 2H Zn2 H2 总反应 Zn Cu2 Zn2 Cu 电极反应方程式的书写方法 负极 较活泼金属 A 电极反应 A ne An 氧化反应 正极 较不活泼金属或非金属 B 电极反应 Cm me C 还原反应 要求书写时 正负极得失电子数相等 正极电极反应式 负极电极反应式 电池总反应式已知其中两个可以求第三个 C H2SO4 不可以 不可以 可以 不可以 5 原电池的构成条件 能自发地发生氧化还原反应有两种活泼性不同的金属 或金属和非金属导体 如碳棒 作电极电极材料均插入电解质溶液中必须形成闭合回路 1 下列装置中能组成原电池形成电流的是 习题一 C 原电池的判断 2 某金属能跟稀盐酸作用放出氢气 该金属与锌组成原电池时 锌为负极 此金属是 A MgB FeC AlD Cu 原电池的工作原理 B 3 由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时 电解质溶液的pH A 不B 先变大后变小C逐渐变大D 逐渐变小 C 习题二 习题三 4 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 原电池构成条件 习题四 5 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 利用原电池电极判断金属性强弱 实践活动自制电池 水果电池 如下图 在原电池中相对活泼的金属一定作负极 相对不活泼的金属一定作正极吗 提示 不一定 判断电极时 不能简单地依据金属的活动性顺序来判断 要看反应的具体情况 例如 Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子 所以Mg Al在NaOH溶液中形成原电池后 Al作负极 Mg作正极 Fe或Al在浓硝酸中钝化后 比Cu等金属更难失电子 所以Cu和Fe或Cu和Al在浓硝酸中形成原电池后 Cu作负极 Fe或Al作正极 二 发展中的化学电源 干电池 碱性电池 1 干电池 1 普通锌锰电池 一次性电池 负极材料 锌筒 Zn 正极材料 碳棒 C 电解质 NH4Cl糊 负极 正极 Zn 2e Zn2 2NH4 2e 2NH3 H2 H2 2MnO2 2MnO OH 碱式氧化锰 总反应 Zn 2MnO2 2NH4 2MnO OH 2NH3 Zn2 电池的构造 电极反应 缺点 普通锌锰干电池用久了锌外壳会变薄 最后内部电解质会泄漏出来 使电器腐蚀 2 碱性锌锰电池 一次性电池 将普通锌锰干电池中的NH4Cl换成KOH 负极 正极 Zn 2e 2OH Zn OH 2 2MnO2 2H2O 2e 2MnO OH 2OH 总反应 2MnO2 Zn 2H2O 2MnO OH Zn OH 2 电极反应 优点 延长了锌锰电池的使用寿命与性能 蓄电池 2 充电电池 又称二次电池 充电电池 又称二次电池 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 负极 Pb SO42 2e PbSO4 Pb PbO2 4H 2SO42 2PbSO4 2H2O 正极 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O 铅蓄电池 特点 电池总反应式 二次电池 可再次充电使用 镍镉电池 特点 使用寿命比铅蓄电池长 体积小 但会严重污染环境 负极材料 Cd 正极材料 NiO OH 电解质 KOH 负极 Cd 2e 2OH Cd OH 2 正极 2NiO OH 2e 2H2O 2Ni OH 2 2OH 氢氧燃料电池 3 燃料电池 3 燃料电池 它是一种将燃料和氧化剂 如O2 反应所放出的化学能直接转化为电能的高效 环境友好的发电装置 燃料电池由3个主要部分组成 燃料电极 负极 电解液 空气 氧气电极 正极 1 氢氧燃料电池 工作时向负极供给燃料 H2 向正极供给氧化剂 空气 O2 H2在负极分解成H 和电子e H 进入电解液中 而电子则沿外部电路移向正极 在正极上 O2得电子 电极材料一般为活性电极 具有很强的催化活性 如铂电极 活性炭电极等 电解液为碱性溶液 如KOH 2H2 4OH 4e 4H2O O2 2H2O 4e 4OH 负极 正极 总反应 2H2 O2 2H2O 电解液为酸性溶液 如H2SO4 负极 正极 总反应 2H2 4e 4H O2 4H 4e 2H2O 2H2 O2 2H2O 2 氢氧燃料电池的特点 能量转化效率高 污染很小 燃料适用范围广 需要持续供应反应物 三 原电池原理的应用1 加快氧化还原反应的速率 1 原理 原电池中 氧化反应和还原反应分别在两极进行 使溶液中离子运动时相互的干扰减小 使反应速率增大 2 实例 实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时 可滴入几滴CuSO4溶液 形成原电池 加快反应速率 2 比较金属活泼性强弱 1 原理 一般原电池中 活泼金属作负极 发生氧化反应 不活泼金属作正极 发生还原反应 2 实例 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 用于金属保护 1 原理 使被保护的金属作原电池的正极而得到保护 2 实例 要保护一个铁制的输水管道 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 1 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 2 根据原电池的