高中化学 2.2 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2 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 zn zn2 2e pb pbo2 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 氢气 氧气 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 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 化学能与电能的转化 思维导图 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 教材点拨 其中 燃烧 氧化还原反应 是使化学能转换为电能的关键 氧化还原反应的本质是氧化剂与还原剂之间发生电子转移的过程 电子转移引起化学键的重新组合 同时伴随着体系能量的变化 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 5 原电池是指产生的电流大 可以对外做功的装置 若产生的电流极其微弱 不能对外做功 这样的原电池无法被利用 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 2014 经典习题选萃 1 储存 在物质内部的化学能可通过原电池转化为电能 如图所示是某同学设计的几种装置 其中能构成原电池的是 典例透析 2 对于 所构成的装置 某同学与其所在的学习小组交流后提出了以下几种预测 其中正确的是 a 两烧杯中铜片表面均无气泡产生b 中铜片是负极 中铜片是正极c 两烧杯中溶液的ph均增大d 产生气泡的速率 比 慢 解析 本题考查原电池的构成条件及工作原理 具体情况分析如下 1 2 答案 1 a 2 c 1 2014 临沂一中高一期中 下图是锌片和铜片在稀硫酸中所组成的原电池装置 c d为两个电极 下列有关的判断不正确的是 变式训练 原电池以及原电池正 负极的判断 思维导图 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 教材点拨 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 负极材料本身不反应时 常见书写方法为 h2 o2 h2so4 燃料电池 负极反应式为 h2 2e 2h h2 o2 koh 燃料电池 负极反应式为 h2 2e 2oh 2h2o 2 正极反应式的书写首先根据化合价变化或氧化性强弱判断哪种微粒得电子 其次确定该微粒得电子后变成哪种形式 如h2 o2 h2so4 原电池 正极反应式为 o2 4e 4h 2h2oh2 o2 koh 原电池 正极反应式为 o2 4e 2h2o 4oh 4 原电池反应式的书写两电极反应式 得失电子数相等时 将两电极反应式相加即得原电池反应式 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 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 2014 高考北京卷 下列电池工作时 o2在正极放出的是 典例透析 解析 本题考查电池的工作原理 意在考查考生的理解能力和处理实际问题的能力 锌锰电池中 锌在负极放电 mno2在正极放电 a项错误 氢燃料电池中 氢气在负极放电 氧气在正极放电 b项正确 铅蓄电池中 pb在负极放电 pbo2在正极放电 c项错误 镍镉电池中 镉 cd 在负极放电 niooh在正极放电 d项错误 答案 b 2014 高考福建卷 某原电池装置如图所示 电池总反应为2ag cl2 2agcl 下列说法正确的是 a 正极反应为agcl e ag cl b 放电时 交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 c 若用nacl溶液代替盐酸 则电池总反应随之改变d 当电路中转移0 01mole 时 交换膜左侧溶液中约减少0 02mol离子 解析 本题考查原电池原理 意在考查考生对电化学知识的理解和掌握情况 在原电池中负极发生氧化反应 正极发生还原反应 故由总反应式可知 负极反应为 2ag 2e 2cl 2agcl 正极反应为 cl2 2e 2cl a项错误 由于电解质溶液中含有大量cl 故放电时 ag 在交换膜左侧即与cl 反应生成agcl沉淀 b项错误 用nacl溶液代替盐酸 电池总反应不变 c项错误 电路中转移0 01mole 时 交换膜左侧溶液有0 01molcl 参与反应生成agcl沉淀 还有0 01molh 通过阳离子交换膜进入右侧溶液 故d项正确 答案 d 2014 经典习题选萃 请利用氧化还原反应cu 2fecl3 2fecl2 cucl2 设计一个原电池 解析 该氧化还原反应可拆分为如下两个半反应 氧化反应 负极反应 cu 2e cu2 还原反应 正极反应 2fe3 2e 2fe2 综合原电池的构成条件可确定 负极材料为铜 正极材料可用石墨 电解质溶液为fecl3溶液 答案 该原电池可设计成如右图所示装置 点拨 设计原电池的理论基础是自发进行的氧化还原反应 非氧化还原反应如h oh h2o不能设计成原电池 即不是任何一个反应都可以设计成原电池的 2 2014 石家庄市第二实验中学高一期中 已知空气 锌电池的电极反应为锌片 zn 2oh 2e zno h2o 碳棒 o2 2h2o 4e 4oh 据此判断 锌片是 a 正极 被还原b 正极 被氧化c 负极 被还原d 负极 被氧化答案 d点拨 原电池中zn化合价升高被氧化 zn为负极 d正确 变式训练 3 2014 安阳一中高一下学期二次考试 某原电池的总反应的离子方程式是 zn cu2 zn2 cu 此反应的原电池的正确组成是 答案 c点拨 根据总反应的离子方程式得 zn化合价升高被氧化 zn为负极 cu为正极 含cu2 的溶液为电解质溶液 c项正确 4 2014 石家庄市第二实验中学高一期中 氢氧燃料电池 是一种高效无污染的清洁电池 它分碱性 用koh做电解质 和酸性 用硫酸做电解质 氢氧燃料电池 下图是氢氧燃料电池 1 该电池的负极是 正极是 填通入的气体 2 如果是碱性燃料电池则负极反应方程式是 3 如果是酸性燃料电池则负极反应方程式是 4 无论是酸性燃料电池还是碱性燃料电池正极上电极反应均相同 则正极上的反应方程式是 1 2014 石家庄市第二实验中学高一期末 下列关于右图所示原电池装置的叙述中 正确的是 a 铜片是负极b 铜片质量逐渐减少c 电流从锌片经导线流向铜片d 氢离子在铜片表面被还原答案 d 3 2014 襄 宜四市高一期中 如图 在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极x y 外电路中电子流向如图所示 下列关于该装置的说法正确的是 a 外电路电流方向为 x 外电路 yb 若两极分别为铁棒和碳棒 则x为碳棒 y为铁棒c x极上发生的是还原反应 y极上发生的是氧化反应d 若两极都是金属 则它们的活动顺序为x y 答案 d点拨 电流方向与电子流向相反 所以电流方向为y 外电路 x a项不正确 流出电子的x极为负极 应为铁棒 b项不正确 负极上铁棒失电子被氧化 正极上h 得电子被还原 c项不正确 若两极都是金属 较活泼的金属做负极 d项正确 4 2014 嘉祥一中5月质检 氢氧燃料电池是一种高效 环境友好的发电装置 它是以铂作电极 koh溶液作电解液 总反应为 2h2 o2 2h2o 正极反应为 o2 2h2o 4e 4oh 下列叙述不正确的是 a h2通入负极区b o2通入正极区c 负极发生氧化反应d 正极发生氧化反应答案 d点拨 h2失电子化合价升高被氧化做负极 o2得电子化合价降低被还原做正极 所以d项不正确 5 2014 余姚中学高一质检 1 如图所示的原电池装置 cu电极反应式为 当导线上通过3 01 1022个电子时 锌片质量减少 g 保留小数点后三位 2 氢氧燃料电池的总反应方程式为2h2 o2 2h2o 其中氢气在 填 正 或 负 极发生 反应 填 氧化 或 还原 电路中每转移0 2mol电子 标准状况下消耗h2的体积是 l 答案 1 2h 2e h2 1 625 2 负氧化2 24 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