高一化学必修二原电池、化学电源

1、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,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。,火电站,一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源,2001年我国发电总量构成图,火力发电占据绝大部分,什么是火力发电？ 火电站的工作原理如何?,1、火力发电原理及过程,燃烧,蒸汽,发电机,一、化学能与电能的相互转化,火力发电的原理分析。,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,火力发电优点:,a.我国

2、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,化学能 电能,？,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。,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,

3、用导线将锌表面的电子引出来,Zn +2H+ = Zn 2+ +H2,.什么方法可使Zn与H+分开，不让H+直接在Zn表面得电子？,原电池实验视频,演示探究,Cu起传导电子的作用。 可用电流表测电流及方向。,Zn + 2H+ = Zn 2+ +H2,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？,演示探究,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。,实验现象：铜片上有气泡产生，锌片不断溶 解，电流表的

4、指针发生偏转。,实验结论：导线中有电流通过,二.化学能直接转化为电能,1.原电池的概念、前提,将化学能转化为电能的装置,概念:,2.前提:,能自发发生氧化还原反应,3.原电池的工作原理,能量转变,化学反应,将化学能直接转化为电能,氧化还原反应中电子转移 (负极失去电子经过导线定向的流入正极),原电池的正负极 负极：电子流出的一极（负极定义）；化合价升高的一极；发生氧化反应的一极；活泼性相对较强（有时候也要考虑到电解质溶液对两极的影响）金属的一极。 正极：电子流入的一极（正极定义）；化合价降低的一极；发生还原反应的一极；相对不活泼（有时候也要考虑到电解质溶液对两极的影响）的金属或其它导体的一极。

5、,Zn-2e-=Zn2+,2H+2e=H2,Zn+2H+=Zn2+H2,负极,正极,还原反应,氧化反应,失,得,Zn2e- Zn2+,2H+ + 2e-H2,负极,正极,Zn+2H+Zn2+H2,有气体产生,Zn片溶解,锌铜原电池原理,负极出电子，电子回正极,Zn2+,+,负极,正极,-,Zn,Cu,电流表,4.原电池化学反应本质： 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）。,自发的氧化还原反应,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,5.电荷流向电流流向：,负极,正极,C

6、,H2SO4,（不可以）,（不可以）,（可以）,（不可以）,例2,条件一：有活泼性不同的两种金属或非金属,实验探究,偏转,两极材料不同,有两种活泼性不同的金 属（或非金属）作电极,不偏转,实验探究,不偏转,溶液不同,电极材料均插入 电解质溶液中,偏转,实验探究,不偏转,电极材料不同,能自发地发生氧化还原反应,不偏转,容器不同,两极相连形成闭合回路,实验探究,（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,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）,6.原电池形成条件：, 两种活泼性不同的金属（或其中一种为能导电的非金属，如“碳棒”）

7、作电极。 其中较活泼金属为负极。较不活泼金属（或非金属）为正极（正极一般不参与电极反应，只起导电作用）。 电解质溶液 形成闭合电路 能自发地发生氧化还原反应,两极一液一连线,下列能形成原电池的有哪些？,*,*, ,7.如何书写电极反应方程式,负极（锌片）： Zn 2e - = Zn 2+,负极（锌片）： Zn 2e - = Zn 2+,正极（石墨）： 2H+2e - = H2 ,正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu,总反应: Zn + 2H+ = Zn 2+ + H2 ,总反应: Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu,电极反应方程式的书写方法,负极：较活泼金属（a） 电极反

8、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。,具体分类判断 1.第一类原电池： 两个活泼性不同的电极(金属与金属、金属与石墨碳棒、金属与难溶金属氧化物)； 电解质溶液，至少要能与一个电极发生有电子转移的氧化还原反应，一般是置换反应； 两电极插入电解质溶液中且用导线连接。,方法：先找出两极相对活泼性，相对活泼的金属作负极，负极失去电子发生氧化反应，形成阳离子进入溶液；较不活泼的金属作正极，溶液中原有的阳离子按氧化性强弱顺序在正极上得到电子还原反应，析出金属或氢气，正极材料不参与反应

9、。如：MgAlHCl溶液构成的原电池中，负极为Mg。 但MgAlNaOH溶液构成的原电池中，负极为Al（Mg与NaOH溶液不反应，Al是两性金属，可以与NaOH溶液反应）。再分析进入溶液的微粒能否在电解质环境中存在 （得失电子不能同时在同极上发生），不能存在时应考虑其与电解质之间的后续反应。,如：Mg、Al在碱性环境中构成的原电池 解析：在碱性环境中Al 比 Mg活泼，其反实质为Al与碱溶液的反应： 2Al+2OH-+6H2O=2AlO2-+3H2+4H2O 负极：2Al - 6e- + 8OH- = 2AlO2- + 4H2O 正极：6H2O + 6e- =3H2 + 6OH- 注意：Al-

10、3e-=Al3+，此时Al3+在碱性环境不能稳定存在，会与OH-（过量）结合转化为AlO2-,2.第二类原电池： 两个活动性不同的电极； 任何电解质溶液( 酸、碱、盐皆可)； 形成回路。 这类原电池的特点是电极与电解质溶液不发生置换反应，电解质溶液只起导电作用。正极一般是吸氧腐蚀的电极反应式：O22H2O4e- 4OH。微电池(即若干微小的原电池)为不正规的原电池。合金或不纯的金属在潮湿空气中就能形成微电池。电化学腐蚀即微电池腐蚀，依然是原电池原理。一般原电池和微电池的区别在于前者中两个电极不直接接触，故前者电流是在导线中流动，而后者电流是在金属体内部流过。微电池腐蚀分为析氢腐蚀(发生在酸性较

11、强的溶液里，正极上H+被还原)和吸氧腐蚀 (发生在中性、碱性或极弱酸性溶液里，正极上是氧气被还原：O22H2O4e- 4OH)。,3.燃料电池：燃料电池中都是燃料在负极失电子，O2 在正极得电子。书写此类电池的电极反应式时，应先写正极（O2 ）反应式，再利用总式正极反应式=负极 反应式 注意： 若电解质溶液呈酸性，在电极反应式中不能出现OH- 。 若电解质溶液呈碱性，在电极反应式中不能出现H+ 。 练习题见同步练习册P51第14题。,氢氧燃料电池 解析：H2、O2燃料电池中反应实质为 ：2H2+O2=2H2 O 、酸性环境中：H+能稳定存在，O2-会与H+结合成H2O，负极：2H2-4e-=4

12、H+ 正极：O2+4H+4e-=2H2O、碱性环境中：H+不能稳定存在会与OH-结合成 水，而O2-也不能稳定存在会与水结合形成OH- 负极：2H2-4e-+4OH-=4H2O 正极：O2+2H2O+4e-=4OH-、中性环境中：H+能稳定存在：O2-会与H2O结合成OH-：负极：2H2-4e-=4H+ 正极：O2+2H2O+4e-=4OH-,三、发展中的化学电源,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。,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

13、+ + 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,汽车用蓄电池,锂离子电池,锂离子电池：它是新一代可充电的绿色电池，现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机等低功耗电器的主流。,2.充电电池,（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

14、+ +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,镍铬电池,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）,3.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,高二化学氢氧燃料电池实验视频.mp4,氢氧燃料电池,燃料电池,氢氧燃料电池的电极反应式和总反应怎么写？,氢氧燃料电池（中性介质）正极：O2 + 2H2O