化学能与电能(刘）.ppt

第二节化学能与电能 第二章化学反应与能量 第一课时 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 1 火力发电原理及过程 一 化学能与电能的相互转化 火力发电优点 a 我国煤炭资源丰富 廉价方便 b 电能清洁安全 又快捷方便 火力发电缺点 a 排出大量的温室效应气体 b 有废气可能导致酸雨c 废料废水d 储量有限e 能量转换效率低f 过程繁杂 温馨引导 金属导电的原理是怎样的 什么样的化学反应才具备将化学能转化为电能的前提呢 请说明原因 1 当氧化剂和还原剂直接接触进行反应时 化学能要经过一系列能量转换才能转换为电能 火力发电 2 把氧化剂和还原剂分开 使氧化反应和还原反应在两个不同区域进行 3 需要在氧化剂和还原剂之间架设桥梁使电子从还原剂区域流向氧化剂区域 4 考虑氧化反应和还原反应发生的条件和环境 相关化学物质的选择正确 5 从电学角度考虑仪器选择和组装问题 直接 实验一 分别把锌片和铜片插入到稀H2SO4中 观察现象 锌片上有气泡 铜片上没有气泡 Zn 2H Zn2 H2 实验二 再用导线把锌片和铜片连接起来 观察铜片上有无气泡产生 在导线中间接入一个电流表 观察电流表的指针是否偏转 实验现象 铜片上有气泡产生 锌片不断溶解 电流表的指针发生偏转 实验结论 导线中有电流通过 根据所学的电学知识 你知道电子是怎样流动的吗 你如何判定装置的正 负极 负极 电子流出的极 失去电子 发生氧化反应 正极 电子流入的极 得到电子 发生还原反应 e e e 一 原电池 1 定义 把化学能转变为电能的装置 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 总反应 负极 正极 2H 2e H2 Zn 2e Zn2 Zn 2H Zn2 H2 Zn H2SO4 ZnSO4 H2 离子方程式 化学方程式 电极反应 正极 负极 氧化反应 还原反应 2 原电池工作原理 电子流向 负极正极 电流方向 正极负极 内电路离子流向 阴离子负极阳离子正极 构成原电池应有怎样的条件 探究活动 3 原电池化学反应本质 氧化还原反应较活泼的金属发生氧化反应 电子从较活泼的金属 负极 通过外电路流向较不活泼的金属 正极 构成原电池的条件 可以 可以 不可以 形成条件一 通常用活泼性不同的两种材料作电极 负极 较活泼的金属正极 较不活泼的金属或非金属 如石墨等 第一组实验 1 3 2 探究实验2 可以 不可以 形成条件二 两极之间填充电解质溶液 第二组实验 盐酸 4 5 第三组实验 形成条件三 必须形成闭合回路 不可以 6 形成条件四 必须存在自发的氧化还原反应 7 不可以 4 原电池的构成条件 两极 两种活泼性不同的金属 或一种金属和另一种非金属导体如石墨 构成电极 产生电势差 电解质溶液 作反应的介质 提供离子移动 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 电极用导线相联构成闭合回路 引出电流 活泼性强的电极与电解质溶液能自发地发生氧化还原反应 第二节化学能与电能 第二课时 复习 原电池的定义 原理 本质 构成条件 1 Zn Zn与稀硫酸进行实验 2 Zn 石墨与稀硫酸进行实验 3 Fe Zn与稀硫酸进行实验 4 Cu Zn与乙醇进行实验 5 Cu Zn与一个西红柿 或一个苹果 进行实验 6 Cu Zn与两个西红柿进行实验 7 Cu Zn与橙汁进行实验 以上组合可以组成原电池 2 3 5 7 练习 病例分析 你能为她开一个药方吗 例1 在用锌片 铜片和稀硫酸组成的原电池装置中 经过一段时间工作后 下列说法中正确的是 A 锌片是正极 铜片上有气泡产生B 电流方向是从锌片流向铜片C 溶液中硫酸的物质的量减小D 电解液的PH保持不变 C 新坐标 33页例1变式练习 锌片插入稀硫酸中 被腐蚀 化学腐蚀 锌片在锌 铜 稀硫酸 原电池中作为负极 也被腐蚀 电化学腐蚀 哪个更快 原电池的负极被腐蚀得更快 分析锌 铁 稀硫酸 原电池中的电极反应 你感受到作为正极 铁被保护了吗 原电池的正极金属被保护 5 原电池原理的应用 制作化学电源 加快反应速率 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 判断金属活动性的强弱 例2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 例3 一个原电池的总反应的离子方程式Zn Cu2 Zn2 Cu 该反应的原电池的组成正确的是 c 6 判断原电池正 负极的方法 由组成原电池的两极材料判断 活泼的金属 更容易与电解质反应的电极 为负极 活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极 Mg Al和NaOH溶液构成的原电池中Al为负极 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 电子是由负极流向正极 根据原电池两极发生的反应类型来判断 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 根据现象判断 溶解的一极是负极 有气泡放出或增重的一极是正极 第二节化学能与电能 第三课时 例4 根据反应 2Fe3 Fe 3Fe2 设计原电池 你有哪些可行方案 请写出简要方案和电极反应 Fe CuCAg FeCl3Fe NO3 3Fe2 SO4 3 学以致用 7 原电池的设计方法设计思路 1 负极能参与电解质溶液自发的氧化还原反应 2 把氧化还原反应分为氧化反应和还原反应两个半反应 由此确定电极反应 3 确定电极材料及其电解液 4 画出原电池装置示意图 练习 据反应2Ag Cu Cu2 2Ag 设计一个原电池 判断下列装置是否能构成原电池 并写出相应的电极反应及总反应 8 原电池电极反应的书写方法 尽量先写出总反应 电极反应用离子方程式表示 总反应是正 负极反应按得失电子相同相加的结果 反过来总反应减某电极反应 可得另一电极反应 1 书写原则 2 书写技巧 简单原电池的总反应为负极直接与电解质发生的氧化还原反应 燃料电池的总反应为燃料完全燃烧的反应 氧化反应在负极发生 还原反应在正极发生 还要注意电解质的影响 若为碱性电解质 则电极反应中不能出现H 若为酸性电解质 则电极反应中不能出现OH O2 在水溶液不存在 它要么与H 结合生成水 要么与水结合生成OH 3 电极反应也应遵守质量守恒 电荷守恒 电子得失守恒 例5 由Fe 稀H2SO4 石墨组成的原电池的电极反应为 负极 Fe 2e Fe2 正极 2H 2e H2 电池总反应为 Fe 2H Fe2 H2 例6 由Cu FeCl3 石墨组成的原电池的电极反应为 负极 Cu 2e Cu2 正极 2Fe3 2e 2Fe2 电池总反应为 2Fe3 Cu 2Fe2 Cu2 例7 由Al NaOH溶液 Mg组成的原电池的电极反应为 负极 2Al 6e 8OH 2AlO2 4H2O 正极 6H2O 6e 3H2 6OH 例8 氢气与氧气组成的燃料电池的电极反应为 若是酸性介质 负极 2H2 4e 4H 正极 O2 4e 4H 2H2O 若是碱性介质 负极 2H2 4e 4OH 4H2O 正极 O2 4e 2H2O 4OH 例9 由甲烷与氧气组成的燃料电池 KOH为电解质 的电极反应为 正极 2O2 8e 4H2O 8OH 负极 CH4 8e 10OH CO32 7H2O 小结 原电池部分我们学到了什么 1 定义2 原理3 原电池反应的本质4 构成条件5 原电池原理应用6 原电池的电极判断7 原电池的设计方法8 原电池的电极反应式书写 可用于电动汽车的铝 空气燃料电池 通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液 铝合金为负极 空气电极为正极 下列说法正确的是A 以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时 正极反应都为 O2 2H2O 4e 4OH B 以NaOH溶液为电解液时 负极反应为 Al 3OH 3e Al OH 3 C 以NaOH溶液为电解液时 电池在工作过程中电解液的pH保持不变D 电池工作时 电子通过外电路从正极流向负极 第二节化学能与电能 第四课时 二 发展中的化学电源 干电池 碱性电池 1 干电池结构及电极反应原理 1 干电池结构及电极反应原理 负极 Zn 2e Zn2 正极 2NH4 2e 2NH3 H2 Zn 2NH4 Zn2 2NH3 H2 电池总反应式 特点 a 一次性电池 不可逆b 用KOH代替NH4Cl能提高性能 延长寿命 正极 2MnO2 2e H2O Mn2O3 2OH 蓄电池 2 充电电池 又称二次电池 2 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 比铅蓄电池耐用 可密封反复使用 NiO2 S Cd S 2H2O L Ni OH 2 S Cd OH 2 S Ag2O S Cd S H2O L 2Ag S Cd OH 2 S 特点 比铅蓄电池耐用 可密封反复使用 但镉是致癌物 会严重污染环境 3 锂离子电池 特点 新一代可充电的绿色电池 氢氧燃料电池 4 燃料电池 酸性 1 氢氧燃料电池 新型电池中 电极的导电材料一般多孔的金属板 负极是通入还原剂的一方 正极是通入氧化剂的一方 氢氧燃料电池 电解质溶液为30 的氢氧化钾溶液 正极 O2 4e 2H2O 4OH 负极 2H2 4e 4OH 4H2O 总反应式 2H2 O2 2H2O 特点 高效 环境污染少 外加设备供给氧化剂 2 新型燃料电池 该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极 又在两极上分别通甲烷和氧气 电极反应 负极 CH4 10OH 8e CO32 7H2O正极 2O2 4H2O 8e 8OH 总反应 CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 5 环保问题 电池的回收利用 1 1969年美国 阿波罗11号 登月成功 飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池 其构造如图示 两个电极均由多孔性碳制成 通入的气体由孔隙逸出 并在电极表面放电 1 a是极 b是极电极反应式分别为 负 正 2 Zn MnO2干电池应用广泛 其电解质溶液是ZnCl2 NH4Cl混合溶液 1 该电池的负极材料是 电池工作时 电子流向 填 正极 或 负极 2 若ZnCl2 NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2 会加速某电极的腐蚀 其主要原因是 欲除去Cu2 最好选用下列试剂中的 填代号 a NaOHb Znc Fed NH3 H2O 3 下列有关电池的说法不正确的是A 手机上用的锂离子电池属于二次电池B 铜锌原电池工作时 电子沿外电路从铜电极流向锌电极C 甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D 锌锰干电池中 锌电极是负极 4 茫茫黑夜中 航标灯为航海员指明了方向 航标灯的电源必须长效 稳定 我国科技工作者研制出以铝合金 Pt Fe合金网为电极材料的海水电池 在这种电池中 铝合金是