高中化学必修第二章第二节化学能与电能

关于高中化学必修第二章第二节化学能与电能水电站直接从自然界取得的能源称为一次能源第2页,共58页，2024年2月25日，星期天

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，又称为电力。第3页,共58页，2024年2月25日，星期天火电站一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源第4页,共58页，2024年2月25日，星期天

化学能热能机械能电能燃烧蒸汽发电机一、化学能与电能的相互转化第5页,共58页，2024年2月25日，星期天2、火力发电的化学深层本质分析燃烧氧化还原反应氧化剂与还原剂之间发生电子的转移火力发电将化学能经一系列能量转化为电能旧键断裂和新键形成、体系能量变化过程关键本质本质引起第6页,共58页，2024年2月25日，星期天发电站将化学能转化为电能火力发电有哪些缺点?讨论第7页,共58页，2024年2月25日，星期天存在缺点排出大量温室气体可能导致酸雨能量转化效率低煤炭是非可再生资源第8页,共58页，2024年2月25日，星期天

化学能电能

？第9页,共58页，2024年2月25日，星期天化学能电能？（看书P35页第二、三段，回答问题）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。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氧化剂区域流向还原剂区域。4、考虑氧化反应和还原反应发生的条件和环境，化学物质的选择。5、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。第10页,共58页，2024年2月25日，星期天现象铜片锌片电流表Zn片表面没有气泡产生，锌片溶解Cu片有气泡产生电流表指针偏转结论：有电流产生

[实验2-4]实验探究请将实验现象记录在课本P38表中：第11页,共58页，2024年2月25日，星期天

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，电流由负极流向正极e－电荷流向电流流向：负极正极学与问P41第12页,共58页，2024年2月25日，星期天一、原电池1、定义:把化学能转变为电能的装置.原电池原理AZnCuSO42－H+H+第13页,共58页，2024年2月25日，星期天[实验]原电池原理探究步骤讨论与交流1.将Zn片插入稀H2SO4Zn片和Cu片上现象有何差别?2.将Cu片插入稀H2SO43.Zn片和Cu片接触插入稀H2SO4(不接电流表)Cu片上有何现象?推测原因.4.Zn片和Cu片用导线连接(中间接电流表)插入稀H2SO4(偏向?)电流表指针有何变化?说明了什么?5.尝试用干电池判断实验中的正负极说明你判断的方法?第14页,共58页，2024年2月25日，星期天

离子方程式思考问题寻找答案你对问题２的想法稀H2SO4ZnCu锌表面有气泡产生，铜表面无明显现象1.反应中，哪种物质失电子，哪种物质得电子?演示探究实验现象用导线将锌表面的电子引出来Zn+2H+=Zn2++H2↑２.什么方法可使Zn与H+分开，不让H+直接在Zn表面得电子？第15页,共58页，2024年2月25日，星期天

离子方程式思考问题寻找答案组内交流列出想法

演示探究实验现象Cu起传导电子的作用。可用电流表测电流及方向。Zn+2H+=Zn2++H2↑稀H2SO4ZnCu大量气泡从铜片逸出，锌片部分溶解1.H+得到的电子是Cu失去的吗？2.在这个过程中Cu起什么作用？3.你怎样才能知道导线中有电子通过？第16页,共58页，2024年2月25日，星期天

解释实验现象思考问题寻找答案组内交流列出想法演示探究实验现象化学能直接转化为电能1.电子从Zn到H+经历了哪些途径？2.你认为这个过程能量是如何转化的？锌表面无气泡，铜表面有气泡，电流表发生偏转。电子由Zn导线铜片H+定向移动产生电流，故电流表的指针发生偏转AZnCu稀H2SO4第17页,共58页，2024年2月25日，星期天（氧化反应）（还原反应）Zn片：Zn－2e-=Zn2+Cu片：2H++2e-=H2

↑（铜片在这里起传导电子的作用）电极反应式：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑电极反应总式：Zn+2H+==Zn2++H2↑

2e-2.Zn－Cu－H2SO4原电池的工作原理：第18页,共58页，2024年2月25日，星期天“负极出电子，电子回正极”3、原电池化学反应本质：氧化还原反应负极：还原性相对较强的材料正极：还原性相对较弱的材料活泼金属→发生氧化反应→向外线路提供电子→原电池的负极；不活泼金属（或石墨）→发生还原反应→接受外线路提供的电子→原电池的正极。

第19页,共58页，2024年2月25日，星期天CH2SO4（不可以）（可以）条件一：有活泼性不同的两种金属或非金属第20页,共58页，2024年2月25日，星期天（可以）（不可以）形成条件二：电极需插进电解质溶液中；实验探究形成原电池的条件第21页,共58页，2024年2月25日，星期天实验探究形成原电池的条件形成条件三：必须形成闭合回路（不可以）第22页,共58页，2024年2月25日，星期天AZnCuH2SO4ACCuH2SO4原电池右图装置电流表指针偏转区别结论不偏转电极材料不同电池总反应应该是能自发地发生的氧化还原反应第23页,共58页，2024年2月25日，星期天构成原电池的条件★有两种活动性不同的金属（或非金属单质）作电极★电极材料均插入电解质溶液中★两极相连形成闭合电路★能自发发生的氧化还原反应第24页,共58页，2024年2月25日，星期天练习⒈判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由.①②③(×)(×)(√)④(√)⑤(×)第25页,共58页，2024年2月25日，星期天4、原电池电极名称的确定方法①根据电极材料的性质确定。通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、化合物是正极。②根据电极反应特点确定。失电子的反应→氧化反应→负极得电子的反应→还原反应→正极例：银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它的反应可表示为：Ag2O+Zn+H2O＝2Ag+2Zn(OH)2请判断此电池中，负极上发生反应的物质是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD第26页,共58页，2024年2月25日，星期天③根据电子或电流流动方向（外电路）：电子从负极流出沿导线流入正极电流从正极流出沿导线流入负极ee④、根据离子的定向移动（内电路）阳离子向正极移动阴离子向负极移动第27页,共58页，2024年2月25日，星期天⑤根据离子方程式判断Fe+2H+=Fe2++H2（负极）（在正极）第28页,共58页，2024年2月25日，星期天5.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第29页,共58页，2024年2月25日，星期天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)第30页,共58页，2024年2月25日，星期天H2SO4(aq)CuSO4(aq)ZnCu负极():.正极():.总反应式:.负极():.正极():.总反应式:.例：请在图上标出电子的流动方向和电流方向,并判断正负极，写出电极反应式和总反应式.AgFeZnZn－2e-=Zn2+

CuCu2++2e-=Cu

Zn+Cu2+

=Zn2++

CuFeFe－2e-=Fe2+

Ag2H++2e-=H2↑

Fe+2H+=Fe2++H2↑

Ie-e-I第31页,共58页，2024年2月25日，星期天练习2．下列装置哪些可以形成原电池?形成原电池的写出电极反应式,并指出电子流动方向。第32页,共58页，2024年2月25日，星期天

请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：Fe+Cu2+=Cu+Fe2+设计成一个原电池。1、电解液：

。2、电极材料：正极

，负极

。3、电极反应式：负极:.正极:.1、电解液：硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等可溶性铜盐溶液2、电极材料：负极：铁，正极：铜、石墨或比铁不活泼的其他金属

拓展：

Fe－2e-=Fe2+Cu2++2e-=Cu

第33页,共58页，2024年2月25日，星期天小结

由化学方程式书写电极反应式：①找出发生氧化反应和还原反应的物质，确定正负极反应的物质；②利用电荷守恒分别写出电极反应式；③验证：两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。

第34页,共58页，2024年2月25日，星期天思考题请根据反应2Fe3++Fe

=3Fe2+设计原电池，你有哪些可行方案?Fe-CuFeCl3Fe-CFe(NO3)3Fe-AgFe(SO4)3第35页,共58页，2024年2月25日，星期天化学能与电能的相互转化电能化学能原电池电解池第36页,共58页，2024年2月25日，星期天锌片插入稀硫酸中，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？原电池的金属正极被保护。第37页,共58页，2024年2月25日，星期天原电池原理的应用

①制作化学电源②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。③判断金属活动性的强弱④揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的腐蚀。

钢铁中含有碳，可与Fe组成原电池，发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀第38页,共58页，2024年2月25日，星期天

防止钢铁腐蚀：在钢铁的表面焊接比Fe更活泼的金属（如Zn），组成原电池后，使Fe成为原电池的正极而得到保护。钢铁的析氢腐蚀：负极：Fe–2e-=Fe2+

正极：2H++2e-=H2↑钢铁的吸氧腐蚀：负极：2Fe–4e-=2Fe2+

正极：2H2O+O2+4e-=4OH-第39页,共58页，2024年2月25日，星期天练习3、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>aB第40页,共58页，2024年2月25日，星期天二、发展中的化学电源干电池碱性电池蓄电池锂离子电池燃料电池第41页,共58页，2024年2月25日，星期天负极：Zn–2e-=Zn2+正极：2NH4++2e-=2NH3+H2总反应：Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H22MnO2+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=[Zn(NH3)4]Cl2其他干电池：碱性锌-锰干电池、银-锌纽扣电池等优点：携带方便缺点：电量小，污染大干电池（负极）（正极）锌筒石墨棒MnO2和C普通锌-锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2

和

H2O等1、干电池结构及电极反应原理第42页,共58页，2024年2月25日，星期天总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2OPb+PbO2+4H++2SO42-=2PbSO4+2H2O负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O其他蓄电池：镍-镉蓄电池、银-锌蓄电池等优点：可反复使用

缺点：污染大2、铅蓄电池第43页,共58页，2024年2月25日，星期天3、银锌电池正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。反应式为：2Ag+Zn(OH)2

Zn+Ag2O+H2O

充电放电1970-1975,开发了先进的银锌、镍镉电池技术。1975-1983,为美国海军生产潜水艇用银锌电池。1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。1998-1992,为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。第44页,共58页，2024年2月25日，星期天4、镉镍电池NiO2+Cd+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2

放电充电负极材料：Cd，正极材料：涂有NiO2

，电解质：KOH溶液。反应式如下：第45页,共58页，2024年2月25日，星期天5、锂电池

锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。第46页,共58页，2024年2月25日，星期天6、新型燃料电池

燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池第47页,共58页，2024年2月25日，星期天第48页,共58页，2024年2月25日，星期天氢氧燃料电池：负极：2H2＋4OH—－4e—

＝4H2O（氧化反应）正极：O2＋H2O＋4e—＝4OH—（还原反应）总反应：2H2＋O2＝2H2O第49页,共58页，2024年2月25日，星期天其他电池空气电池第50页,共58页，2024年2月25日，