第二节化学能与电能课件

1、化学能与电能,一次能源 二次能源,认识,一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源,如 电力,直接从自然界取得的能源称为一次能源,如 流水,蒸汽,电能,水能,风能,天然气,原煤,下列哪些属于二次能源（ ）,石油,广西最大的水电站龙滩水电站,位于河池市天鹅县,电能,应用最广泛、 使用最方便、 污染最小、,又称为电力,2001年我国发电总量构成图,以火电为主,目前我国电力主要是来自水电还是火电？,火电厂发电过程,化学能,热能,燃烧,蒸汽,机械能,发电机,电能,化学能,热能,燃烧,蒸汽,机械能,发电机,电能,化学能间接转化为电能,火电厂发电过程,化学能,热能,燃烧,蒸汽,机械能,发电机,电能,能不能

2、直接转化,？,火电厂发电过程,实验1.,没有现象,因为Cu与稀硫酸不反应,Cu片,Zn表面冒气泡，Zn溶解,Zn片,Zn+2H+ = Zn2+H2,（发生氧化还原反应）,实验2.,实验3.,Cu片没有现象,Cu表面冒气泡,实验4.,Zn表面冒气泡，Zn溶解,Zn溶解,反应本质：Zn+2H+ = Zn2+H2,实验5.,Zn片溶解,Cu片有气泡产生,电流表指针偏转,那电流如何形成的？,在实验4的基础上接入电流表,指针偏转，说明电路中有电流通过，说明发生了电子定向移动。,Zn2+,Zn,Cu,电流表,H+,e-,分析本质,锌片：,铜片：,e-,e-,总反应： Zn + 2H+ = Zn2+H2,Z

3、n-2e-=Zn2+,氧化反应,2H+2e-=H2,还原反应,（氧化还原反应）,e-,一、原电池,1.定义：,将化学能直接转变成电能的装置， 称为原电池,电源,2.正负极：,负极：,电子流入（或电流流出）的一极,正极：,电子流出（或电流流进）的一极,3.电极反应：,负极,正极,Zn-2e-=Zn2+,2H+2e-=H2,氧化反应,还原反应,Zn+2H+=Zn2+H2（两个电极反应之和）,小结：,负极,失去电子的一极,氧化反应,活性强,正极,得到电子的一极,还原反应,活性弱,还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应,氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应,还原剂失去的电子从锌极流出,流入铜极.

4、,经外电路,Zn2+,H+,SO42-,电流方向,4、原电池的工作原理,H2SO4 (aq),CuSO4 (aq),负极( ): . 正极( ): . 总反应式: .,负极( ): . 正极( ): . 总反应式: .,课堂练习：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.,Ag,Fe,Fe,Ag,Fe2e - = Fe 2+,2H+2e - = H2,Fe+2H+ = Fe 2+ +H2,Zn,Cu,Zn2e - = Zn2+,Cu2+ +2e - = Cu,Zn+Cu2+ = Zn2 + Cu,由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 PH( ) A

5、.不 B先变大后变小 C逐渐变大 D.逐渐变小,C,回忆思考：通过以上实验想想原电池是由哪几部分组成的，构成原电池的条件又有哪些,组成：两电极、导线、电解质溶液以及容器,构成条件猜想：,电极有关-,导线有关-,电解质溶液有关-,不可,实验探究:形成原电池的条件,结论：,有两种活动性不同的金属作电极,实验探究:形成原电池的条件,有两种活泼性不同的金属 （或一种是非金属导体）作电极,其中:,较活泼的金属作负极 较不活泼的金属、石墨等作正极,可以,结论：,实验探究:形成原电池的条件,结论：,整个装置构成闭合电路,不可,实验探究:形成原电池的条件,结论：,电极材料均浸入的是电解质溶液,不可,实验探究:

6、形成原电池的条件,结论：,一个自发进行的氧化还原反应,u,不可,5.原电池的形成条件：,两极一液一连线, 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”）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）；,特殊AI-Mg-NaOH是Al作负极,Fe-Cu-HNO3（浓）是Cu作负极, 电解质溶液, 形成闭合回路, 能自发地发生氧化还原反应,酒精、蔗糖、四氯化碳不行,把化学能转化为电能的装置。,自发的氧化还原反应分两处进行,闭合电路,电极相连,接触电解质溶液,负极： 氧化反应,正极： 还原反应,判断原电池正、负极的方法,1、由组成

7、原电池的两极材料判断：,一般是活泼的金属为负极 活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极,2、根据电流方向或电子流动方向判断：,电子流出的一极是负极，电子流进的一极是正极,4、根据原电池两极发生的变化来判断：,发生氧化反应的是负极，发生还原反应的是正极,【归纳小结】,5、电极反应现象：,不断溶解，质量减少为负极；有气体产生,或质量增加或不变为正极,3、根据内电路离子移动的方向判断：,阳离子移向的一极为正极，阴离子移向的为负极,化 学 能 转变为 电 能,间接：,直接：,装置,原电池,概 念,构成条件,工作原理,小结,6、原电池原理的应用,比较金属的活动性强弱,讨论1：有A、B、C、D四块金属片，

8、进行如下实验： A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，A为负极； C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，电流方向为D导线C； A、C相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，C极产生大量气泡； B、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，D极发生氧化反应。 据此，判断四种金属的活动性顺序是( ) AABCDBACDB CCABDDBDCA,B,讨论2：A、B两种金属和CuSO4溶液 组成原电池后，B极上附一层红色的铜。 则两种金属的活动性强弱的顺序是 。,AB,负极： Zn 2e- = Zn2+,如果A为锌片，B为铜片，写出该原电池的电极 反应式： _。,正极： Cu2+ + 2e- = Cu,总反

9、应： Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu,加快氧化还原反应速率 如：实验室用Zn和稀硫酸反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。,已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。, 设计原电池,设计思路： 1、要有能自发发生的氧化还原反应； 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。,讨论：某原电池的总反应方程式为2Fe3+Fe3Fe2+， 能实现该反应的原电池是（ ） A、正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为

10、FeCl3溶液 B、正极为石墨，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液 C、正极为Fe，负极为Zn，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液 D、正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液,A B,（-）Zn | H2SO4 | Cu（+）,7、原电池的表示方法,D,讨论：在盛水烧杯中，铁圈和银圈紧连处吊一根绝缘细丝， 使之平衡（见下图）。沿细丝小心向 杯中滴入CuSO4溶液，片刻后可观察 到的现象是（ ） A、铁圈上析出大量铜 B、保持平衡状态不变 C、铁圈向下倾斜 D、银圈向下倾斜,C,2、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

11、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,Fe 2e - = Fe 2+ Cu2+ +2e - = Cu,3.一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,8、电极反应方程式的书写方法,1、写出总反应方程式 2、把总反应根据电子得失情况，分成氧化反应、还原反应 3、氧化反应在负极发生，还原反应在正极发生，反应物和生成物对号入座，注意酸碱介质和水等参与反应,练

12、习：写出下列原电池的电极反应 1、Fe-Ag-AgNO3 2、Fe-Cu-AgNO3 3、Mg-Al-HCl 4、Mg-Al-NaOH（判断正负极） 5、Mg-Al-浓HNO3（判断正负极） 6、Al-Cu-浓H2SO4（判断正负极）,通常在轮船的尾部和在船壳的水线以下 部分，装有一定数量的锌块，请解释原 因。,学以致用,思考题,原因：轮船的船身一般是用铁做的，装上锌块后，铁跟锌形成原电池，此时锌作为负极发生氧化反应溶掉，而铁作为正极被保护起来不受腐蚀。,病 例 分 析,病 例 分 析,病 例 分 析,你能为她开一个药方吗？,Zn Cu,Fe C(石墨),Zn Cu,Zn Zn,Fe Cu,S

13、i C(石墨),稀H2SO4 CuSO4 溶液 稀H2SO4 稀H2SO4 A B C D,Zn Cu,稀H2SO4 酒精 稀H2SO4 E F G H,原电池的判断,1.,A,B,C,D,练习：下列哪些装置不能构成原电池（ ）,Zn,Fe,硝酸银溶液,Ag,Cu,酒精,能构成原电池的装置，指出负极,小结本节内容,3.判断原电池的负极和正极方法,2.电子流向和电流方向,4.构成原电池有4个条件,1.原电池是将化学能转化为电能的装置。,5.一般来说，负极质量减小，正极质量不变或增加。,(1)相对活泼性强的金属为负极，另一个为正极,(3)电子由负极流向正极。,(2)发生氧化反应的为负极，发生还原反

14、应的为正极。,(4)电流由正极流向负极。,(5)阴离子移向的电极为负极，阳离子移向的电极为正极。,2.现有A、B、C、D四种金属片， 把A、 B用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中，A上有气泡产生； 把C、D用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中，D发生还原反应； 把A、C用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中，电子流动方向为 A导线C。 根据上述情况，回答下列问题：,B,课本练习,C,D,BACD,(1)在中，金属片_发生氧化反应； (2)在中，金属片_作负极； (3)如果把B、D用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液，则金属片上_有气泡产生； (4)上述四种金属的活动性顺序是_。,第45页,1.(2012全国大纲

15、) 四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池， 相连时，外电路电流从流向； 相连时，为正极； 相连时，有气泡逸出； 相连时， 的质量减少， 据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是（ ）,试一试 高考题,A. B. C. D.,B,二、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,干电池,负极：Zn-2e-=Zn2+ 正极：2NH4+2e-=2NH3+ H2 产生的H2和MnO2作用： H2+ 2MnO2 = Mn2O3 + H2O,干电池,负极：Zn 2e- = Z

16、n2+,（负极）,（正极）,2NH4+ 2e- = 2NH3+H2,总反应：Zn +2NH4+= Zn2+ 2NH3+H2,2MnO2+H2=Mn2O3+H2O ZnCl2+2NH3=Zn(NH3)Cl2,正极：,Zn+2NH4+ +2MnO2 = =Zn(NH3)22+ +Mn2O3 + H2O,2.充电电池 又称二次电池，能够重复使用至一定的周期。 铅蓄电池：最早使用的充电电池。 镍镉充电电池：它是一种体积少，具有残留性记忆的 充电电池，可重复使用500次以上。,铅蓄电池,PbO2,放电时电极反应式：,Pb,H2SO4溶液,总电池反应:PbO2Pb2H2SO42PbSO42H2O,负极(P

17、b): Pb2e-SO42-PbSO4,正极(PbO2)：PbO22e-4HSO42PbSO42H2O,2.充电电池(二次性电池),(1)铅蓄电池,负极材料是： _ 正极材料是： _ 电解质是 _,铅蓄电池充电和放电的总化学方程式：,思考：若转移2 mol e-,消耗多少H2SO4？ 负极板质量呢？,氢氧燃料电池,3.燃料电池,3.燃料电池,（1）氢氧燃料电池,（重点介绍三个）,（电解质溶液为KOH溶液）,（2）氢氧燃料电池,（电解质溶液为H2SO4溶液）,（3）CH4燃料电池,（电解质溶液为KOH溶液）,3.燃料电池,电池总反应：,2H2O22H2O,2H24e-+4OH4H2O,O24e-

18、2H2O 4OH,负极：,正极：,H2,KOH溶液,（1）氢氧燃料电池,（电解质溶液为KOH溶液）,二、发展中的化学电源,3.燃料电池,电池总反应：,2H2O22H2O,2H24e-4H+,O2 4e-4H+2H2O,负极：,正极：,（2）氢氧燃料电池,（电解质溶液为H2SO4溶液）,二、发展中的化学电源,3.燃料电池,电池总反应：,CH42O22OHCO323H2O,CH48e-10OHCO327H2O,负极：,正极：,2O28e- 4H2O 8OH,（3）CH4燃料电池,（电解质溶液为KOH溶液）,讨论：有人用铂作电极，稀硫酸作电解质溶液，又从两电极分别通CH4和O2，形成燃料电池，该电池

19、中通入甲烷的 铂为 极，发生的电极反应是 ， 正极的电极反应式是 ， 反应的总化学方程式是 。,负,甲烷燃料电池：,CH4 - 8e- + 2H2O 8H+ + CO2,CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O,2O2 + 8e- + 8H+ 4H2O,熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气体为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式： 负极反应式：2CO+2CO32- -4e-4CO2 正极反应式：_ 总电池反应式：_,练习与巩固,2CO+O22CO2,O2+2CO2+4e

20、-2CO32-,（1）负极发生氧化反应，正极发生还原反应 （负氧正还）。 （2）要注意溶液的酸碱性，适当的在电极方程式两边 添加H+、OH、H2O，以遵循电荷守恒和质量守恒。 （3）要注意电极反应产物是否与电解质溶液发生反应。,原电池电极反应式的书写注意事项,化学电源的分类,类 型,一次电池 二次电池 燃料电池,只能使用一次，不能充电复原继续使用的化学电池,酸（或碱）性锌-锰干电池、银-锌纽扣电池、锂电池,放电后能充电复原继续使用的化学电池,铅蓄电池、镍-镉蓄电池、银-锌蓄电池,将燃料燃烧的化学能直接转变成电能的电池,氢氧燃料电池、铝-空气燃料电池、熔融盐燃料电池,含 义,示 例,讨论1：（1

21、0安徽）某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+，其基本结构见下图，电池总反应可表示为： 2H2+O2 = 2H2O，下列有关说法正确的是（ ） A. 电子通过外电路从b极流向a极 B. b极上的电极反应式为：O2+2H2O+4e- = 4OH- C. 每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2 D. H+由a极通过固体酸电解质传递到b极,D,讨论2：1991年我国首创以铝空气海水电池作为能源的新型 海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而 产生电流，只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光， 则电源负极材料为： ，正极材料为： 。 正、负极反应以及总反应方

22、程式分别为： 、 , _.,Al,石墨或活泼性比铝弱 的金属材料。,4Al12e-4Al3+,3O26H2O12e-12OH-,4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3,以海水电池为能源 的国产航标灯,讨论3：电子表中电子计算器的电源常用微型银锌原电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，放电时锌极上的电极反应式为：Zn+2OH-2e- = Zn(OH)2；氧化银电极上的反应式为：Ag2O+H2O+2e- = 2Ag+2OH-，总反应式为：Ag2O+H2O+Zn = Zn(OH)2+2Ag。下列说法正确的是（ ） A. 锌是负极，氧化银是正极 B. 锌的质量减小6.5 g，外

23、电路中通过0.4 mol电子 C. 溶液中OH-向正极移动，K+ 、H+向负极移动 D. 随着电极反应的不断进行，电解质溶液中n(OH-)减小,A,减 少 污 染 节 约 资 源,有关资料显示，一节一号电池烂在地里，能使万方米的土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电池可使600吨水无法饮用，相当于一个人一生的饮水量。,例,11969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。 a是 极， b是 极,负,正,2.下列关于充电电池的叙述，不正确的是( ) A.充电电池的化学反应原理是氧化还原

24、反应 B.充电电池可以无限制地反复放电、充电 C.充电是使放电时的氧化还原反应逆向进行 D.较长时间不使用电器时，最好从电器中取出电池，并妥善存放,3.下列各组材料中，不能组成原电池的是（ ）,4.氢氧燃料电池已用于航天飞机。以30%KOH溶液为电解质溶液的这种电池在使用时的电极反应如下： 2H2+4OH4e-4H2O O2 4e2H2O 4OH 据此作出判断，下列说法中错误的是( ) A. H2在负极发生氧化反应 B.供电时的总反应为：2H2O22H2O C.产物为无污染的水，属于环境友好电池 D.燃料电池的能量转化率可达100%,5.如图所示,两电极一为碳棒,一为铁片,若电流表的指针发生偏转,且a极上有大量