1-化学能转化为电能-化学电源课件优秀PPT.ppt

1.1.学生通过试验探究相识原电池的工作原理和原电池学生通过试验探究相识原电池的工作原理和原电池的构成条件，初步理解原电池的概念。的构成条件，初步理解原电池的概念。2 2.学生通过对化学能转化为电能的学习，体验科学探学生通过对化学能转化为电能的学习，体验科学探究的过程究的过程。3.3.学生通过探究化学能转化为电能的奇异，提高学习学生通过探究化学能转化为电能的奇异，提高学习化学的爱好和热忱，体验科学探究的艰辛与喜悦，感化学的爱好和热忱，体验科学探究的艰辛与喜悦，感受化学世界的奇异与和谐。受化学世界的奇异与和谐。1780 1780年，意大利生物学家伽伐尼年，意大利生物学家伽伐尼为给妻子看病，遵医嘱买了不少青蛙。为给妻子看病，遵医嘱买了不少青蛙。当用金属解剖刀触动靠近铜盘的青蛙腿当用金属解剖刀触动靠近铜盘的青蛙腿皮时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。皮时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。让我们带着这两个疑问到下面的让我们带着这两个疑问到下面的学习中去找寻答案吧！学习中去找寻答案吧！P P4040专题专题22-3 2-3 化学能与电能的转化化学能与电能的转化化学反应与能量转化化学反应与能量转化第一课时第一课时【活动与探究活动与探究】实验现象实验现象结论结论 实验实验1 1 实验实验2 2 实验实验3 3 实验实验4 4ZnZn表面冒气泡，表面冒气泡，CuCu表面无明显的变更表面无明显的变更ZnZn表面冒气泡，表面冒气泡，CuCu表面无明显的变更表面无明显的变更ZnZn表面冒气泡，表面冒气泡，CuCu表面也有气泡表面也有气泡ZnZn表面冒气泡，表面冒气泡，CuCu表表面也有气泡，指针发面也有气泡，指针发生了偏转生了偏转有电流产生，构成有电流产生，构成“原电池原电池”【问题】：为什么【问题】：为什么CuCu表面也冒气泡呢？表面也冒气泡呢？（后面再说明）（后面再说明）【深化探究】【深化探究】探究探究1 1：若将两块锌片用导线相连插入盛有：若将两块锌片用导线相连插入盛有稀硫酸的烧杯里，将视察到什么现象？稀硫酸的烧杯里，将视察到什么现象？【结论结论】：Zn Zn的表面冒气泡，但电流的表面冒气泡，但电流表的指针不偏转。表的指针不偏转。【现象现象】：无电流产生。不能构成无电流产生。不能构成“原电池原电池”。探究探究2 2：若将原装置中的铜片换成石：若将原装置中的铜片换成石墨棒，现象又将如何呢？墨棒，现象又将如何呢？【现象现象】：ZnZn、C C的表面冒气泡，电流的表面冒气泡，电流表的指针有偏转。表的指针有偏转。【结论结论】：有电流产生。有电流产生。构成构成“原电池原电池”。探究探究3 3：若将原装置中的锌片换成：若将原装置中的锌片换成石墨棒，又有何现象？石墨棒，又有何现象？【现象现象】：CuCu、C C的表面无气泡，电流表的指针无偏转。的表面无气泡，电流表的指针无偏转。【结论结论】：无电流产生。不能构成无电流产生。不能构成“原电池原电池”。探究探究4 4：若将原装置中的稀硫酸换成酒精：若将原装置中的稀硫酸换成酒精（乙醇），又有何现象？（乙醇），又有何现象？【现象现象】：Zn Zn、CuCu的表面无气泡，电流的表面无气泡，电流表的指针无偏转。表的指针无偏转。【结论结论】：无电流产生。不能构成无电流产生。不能构成“原电池原电池”。负极负极正极正极Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2还原剂还原剂(Zn)失去电失去电子，发生氧化反应子，发生氧化反应氧化剂氧化剂(H+)在铜在铜极上得到电子，极上得到电子，发生还原反应发生还原反应还原剂失去的还原剂失去的电子从锌极流电子从锌极流出出流入铜极流入铜极.经外电路经外电路Zn2+H+SO42-电流方向电流方向 装置中电流方向、装置中电流方向、正负电极、电子流淌正负电极、电子流淌方向、电极上的反应方向、电极上的反应状况分析状况分析【思索】【思索】:化学能是如何转变成电能的呢？化学能是如何转变成电能的呢？【思索】【思索】:构成原电池构成原电池的条件有哪些呢？的条件有哪些呢？“原电池原电池”装置及装置及 “原电池反应原电池反应”【归纳整理归纳整理】2.2.形成原电池的条件：形成原电池的条件：(1)(1)有自发发生的氧化还原反应，并且是放热的。有自发发生的氧化还原反应，并且是放热的。(2)(2)有有两个两个活泼性不同的活泼性不同的电极电极：一活泼金属电极与石：一活泼金属电极与石墨电极墨电极(惰性电极惰性电极)、二种活泼性不同的金属、等等。、二种活泼性不同的金属、等等。(3)(3)有电解质溶液（有电解质溶液（或融液或融液）(4)(4)形成闭合电路形成闭合电路 1.1.定义：定义：将化学能转变为电能的装置称为原电池。将化学能转变为电能的装置称为原电池。2-3-1 2-3-1 化学能转化为电能化学能转化为电能【新课内容新课内容】P P4040一、原电池：一、原电池：P P4141【沟通与探【沟通与探讨讨】依据前面所学的学问，我们知道依据前面所学的学问，我们知道ZnZn失去的电子失去的电子给了给了CuCu，ZnZn表面应当没有气泡的。为什么试验中表面应当没有气泡的。为什么试验中ZnZn表面也冒气泡呢？表面也冒气泡呢？试验用的试验用的ZnZn不纯，表面看到黑色不纯，表面看到黑色的物质是石墨。锌表面也形成了的物质是石墨。锌表面也形成了“原原电池电池”。负极：氧化反应，价上升，失去电子负极：氧化反应，价上升，失去电子 Zn-2e-=Zn2+Zn-2e-=Zn2+（离子方程式）（离子方程式）（得失电子守恒）（得失电子守恒）总的方程式：总的方程式：2H+Zn=Zn2+H2 2H+Zn=Zn2+H2（化学方程式或离子方程式）（化学方程式或离子方程式）正正极：极：还还原反应，价降低，得到电子原反应，价降低，得到电子2H2H+2e+2e-=H=H2 2（离子方程式离子方程式）3 3、电极反应的规律和电极反应式书写：、电极反应的规律和电极反应式书写：(重难点重难点）正极正极负极负极【想一想想一想】：三个方程式间有什么关系？三个方程式间有什么关系？4、原、原电池的池的工作原理工作原理外外电路路中中：通通常常较活活泼金金属属材材料料作作_，_电子子，电子子经外外电路路流流向向较不不活活泼金属或金属或导体体(正极正极)，而使外，而使外电路中路中产生生电流。流。内内电路路中中：电解解质溶溶液液内内，阳阳离离子子向向_移移动，阴阴离离子子向向_移移动，使使电流流通通过电解解质溶液。溶液。负极极失去失去正极正极负极极二、设计原电池二、设计原电池 从从理理论上上说，任任何何一一个个能能自自发进行行的的氧氧化化还原原反反应都都可可以以设计成成原原电池池。例例如如，可可利利用用氧氧化化还原原反反应Cu2FeCl3=2FeCl2CuCl2设计成成原原电池池。试画画出出示示意意图，并并写写出出电极极反反应式式及及总反反应的离子方程式。的离子方程式。负极负极(Cu)(Cu)：CuCu2e2e=Cu=Cu2 2(氧化反应氧化反应)正极正极(C)(C)：2Fe2Fe3 32e2e=2Fe=2Fe2 2(还原反应还原反应)CuCu2Fe2Fe3+3+=2Fe=2Fe2+2+CuCu2+2+【练一练】：现有如下两个反应：【练一练】：现有如下两个反应：(A)NaOHHCl=NaClH2O(B)ZnH2SO4=ZnSO4H2(1)依依据据两两反反应应本本质质，推推断断能能否否设设计计成成原原电电池？池？(2)假如不能，说明其缘由。假如不能，说明其缘由。(1)(A)(1)(A)不能；不能；(B)(B)能。能。(A)(A)的反应为非氧化还原反的反应为非氧化还原反应，没有电子转移。应，没有电子转移。三、原电池原理的应用三、原电池原理的应用1 1加快氧化还原反应速率加快氧化还原反应速率 照试验室用照试验室用ZnZn和稀和稀H2SO4(H2SO4(或稀盐酸或稀盐酸)反应制反应制H2H2，常用粗锌，它产生，常用粗锌，它产生H2H2的速率快。缘由是粗锌的速率快。缘由是粗锌中的杂质和锌、稀中的杂质和锌、稀H2SO4H2SO4形成原电池，加快了锌形成原电池，加快了锌与稀硫酸反应，使产生与稀硫酸反应，使产生H2H2的速率加快。的速率加快。2 2比较金属的活泼性强弱比较金属的活泼性强弱 原电池中，一般活泼性强的金属为负极，活原电池中，一般活泼性强的金属为负极，活泼性相对较弱的金属为正极。例如，有两种金属泼性相对较弱的金属为正极。例如，有两种金属A A和和B B，用导线连接后插入到稀硫酸中，视察到，用导线连接后插入到稀硫酸中，视察到A A极极溶解，溶解，B B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活泼性属活泼性ABAB。【巩巩固固练练习习】把把a、b、c、d四四块块金金属属板板浸浸入入稀稀硫硫酸酸中中，用用导导线线两两两两相相连连，可可以以形形成成原原电电池池。若若a、b相相连连时时，a为为负负极极；c、d相相连连时时，c溶溶解解；a、c相相连连时时，c极极上上产产生生大大量量气气泡泡；b、d相相连连时时，b极极 上上 有有 大大 量量 气气 泡泡。四四 块块 金金 属属 的的 活活 动动 性性 依依 次次 是是 ()Aacdb BcabdCacbd Dcadb【解析】依据原电池原理比较金属的活动性强【解析】依据原电池原理比较金属的活动性强弱。较活泼的金属为负极，被氧化溶解；相对不弱。较活泼的金属为负极，被氧化溶解；相对不活泼的金属为正极，冒气泡或析出金属。所以，活泼的金属为正极，冒气泡或析出金属。所以，四块金属的活动依次是四块金属的活动依次是 acdb acdb。A A(1)(1)单质与水或酸反应难易：单质与水或酸反应难易：反应越猛烈，该金属越活泼。反应越猛烈，该金属越活泼。(2)(2)最高价氧化物的水化物的碱性强弱：最高价氧化物的水化物的碱性强弱：碱性越强，金属越活泼。碱性越强，金属越活泼。(3)(3)金属间的置换反应：金属间的置换反应：若若A A能从能从B B的盐溶液中置换出的盐溶液中置换出B B，则，则A A的活泼性比的活泼性比B B的强。的强。(4)(4)简洁阳离子氧化性强弱：简洁阳离子氧化性强弱：氧化性越强，该金属的活泼性越弱。氧化性越强，该金属的活泼性越弱。(5)(5)两金属构成原电池时，作负极两金属构成原电池时，作负极(或电子流出，电或电子流出，电流流入或发生氧化反应等流流入或发生氧化反应等)的金属比作正极的金属比作正极(或电子或电子流入，电流流出或发生还原反应等流入，电流流出或发生还原反应等)的金属电极活泼的金属电极活泼性强。性强。【规律方法】金属活泼性的推断依据：【规律方法】金属活泼性的推断依据：【沟通与探讨】【沟通与探讨】在一块表面无锈的铁片上滴一大滴含酚酞的食盐水，在一块表面无锈的铁片上滴一大滴含酚酞的食盐水，放置一段时间后可以看到液滴四周渐渐呈现红色，并渐放置一段时间后可以看到液滴四周渐渐呈现红色，并渐渐形成褐色的锈斑。试说明产生此现象的缘由。渐形成褐色的锈斑。试说明产生此现象的缘由。形成了铁形成了铁-碳原电池碳原电池3 3、金属的腐蚀：、金属的腐蚀：原电池的原理原电池的原理设计原电池设计原电池形成原电池的条件形成原电池的条件有自发的氧化还原反应有自发的氧化还原反应形成完整闭合回路形成完整闭合回路有两个活泼性不同的电极有两个活泼性不同的电极 原电池知识的应用原电池知识的应用电解质溶液电解质溶液 比较金属的活动性比较金属的活动性金属腐蚀金属腐蚀 定义定义 工作原理工作原理 电极反应式电极反应式 总反应式总反应式 加快氧化还原反应加快氧化还原反应1.1.如下如下图所示的装置能所示的装置能够组成原成原电池且池且产生生电流的是流的是（）G GG GG GG G稀硫酸稀硫酸A A稀硫酸稀硫酸B B硫酸硫酸铜溶液溶液C C乙醇水溶液乙醇水溶液D D铜银铜锌铜锌锌铜BCBC2.2.下列下列烧杯中盛的都是稀硫酸，其中在杯中盛的都是稀硫酸，其中在铜电极能极能产生气生气泡的是（泡的是（）锌铜银铜银铜锌铜A B C DA B C DA A专题专题22-3 2-3 化学能与电能的转化化学能与电能的转化化学反应与能量转化化学反应与能量转化其次课时其次课时1关于原关于原电电池的叙述中正确的是池的叙述中正确的是()A构成原构成原电电池的必需是两种不同的金属池的必需是两种不同的金属B原原电电池是将化学能池是将化学能转变为电转变为电能的装置能的装置C原原电电池池工工作作时时总总是是负负极极溶溶解解，正正极极上上有有物物质质生成生成D原原电电池池的的正正极极是是还还原原剂剂，总总是是溶溶液液中中的的阳阳离离子在此被子在此被还还原原【复习与巩固复习与巩固】B B2将将纯锌片片和和纯铜片片按按图示示方方式式插插入入同同浓度度的的稀硫酸中一段稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是，以下叙述正确的是()A两两烧杯中杯中铜片表面均无气泡片表面均无气泡产生生B甲中甲中铜片是正极、乙中片是正极、乙中铜片是片是负极极C两两烧杯中溶液的杯中溶液的pH均增大均增大D产生气泡速率甲比乙慢生气泡速率甲比乙慢C C3对铜对铜锌锌稀硫酸稀硫酸组组成的原成的原电电池装置中，当池装置中，当导线导线中有中有1 mol电电子通子通过时过时，理，理论论上的两极上的两极变变更更是是 ()锌锌片溶解了片溶解了32.5 g锌锌片增重片增重32.5g 铜铜片上析出片上析出1 g H2铜铜片上析出片上析出1 mol H2A和和 B和和C和和 D和和A A4、某某试试验验爱爱好好小小组组用用如如图图所所示示装装置置做做完完试试验验后后，在在读读书书卡卡片片上上登登记记了了如如下下6条条记记录录，其其中中正正确确的的是是 ()BA AB BC C D DBS2+-发光二极管发光二极管S1多多孔孔碳碳棒棒NaNa2 2SOSO4 4溶液溶液1、多孔碳棒的制备：、多孔碳棒的制备：将碳电极放在高温火焰上灼将碳电极放在高温火焰上灼烧到红热，快速浸入冷水。烧到红热，快速浸入冷水。2 2、接通、接通S S1 1后的反应后的反应 （电解水）（电解水）接正极：接正极：4OH-4e-=O2+2H2O接负极：接负极：4H+4e-=2H23 3、断开、断开S S1 1接通接通S S2 2后的反应后的反应 （构成原电池）（构成原电池）2H2-4e-=4H+为负极为负极O2+4e-+2H2O=4OH-为正极为正极【活动与探究活动与探究】：燃料电池：燃料电池P P4242人人们依依据据原原电池池的的反反应原原理理，独独创并并制制造造了了多多种种多多样的的化化学学电源源。在在日日常常生生活活、高高科科技技领域域、航航天天技技术中中化化学学电源源是是不不行行缺缺少少的的。化化学学电源源具具有能量有能量转化率高、运用便利、用途广泛等化率高、运用便利、用途广泛等优点。点。一、化学一、化学电源的分源的分类化学化学电源可分源可分为两两类：_、_。一次电池一次电池二次电池二次电池2-3-2 2-3-2 化学电源化学电源【新课内容新课内容】P P4242普通锌锰电池普通锌锰电池碱性电池碱性电池 镍镍镉镉电电池池小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池 锂离子电池锂离子电池 镍氢电池镍氢电池 二、常见化学电源二、常见化学电源1 1、干电池、干电池负极（锌筒）负极（锌筒）Zn-2eZn-2e-=Zn=Zn2+2+正极（石墨）正极（石墨）2MnO2MnO2 2+2NH+2NH4 4+2e+2e-=2MnO(OH)+2NH=2MnO(OH)+2NH3 3总反应：总反应：Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2NH+2NH4 4+=Zn=Zn2+2+2MnO(OH)+2NH+2MnO(OH)+2NH3 3或或 Zn+2MnOZn+2MnO2 2+2NH+2NH4 4Cl=Zn(NHCl=Zn(NH3 3)2 2ClCl2 2+2MnO(OH)+2MnO(OH)Zn-2e-+2NHZn-2e-+2NH3 3=Zn(NH=Zn(NH3 3)2 22+2+银锌原电池是用不锈钢制成的小圆盒，形似银锌原电池是用不锈钢制成的小圆盒，形似纽扣，故称纽扣电池。盒内一端填充纽扣，故称纽扣电池。盒内一端填充氧化银和石氧化银和石墨墨组成的活性材料，另一端填充组成的活性材料，另一端填充锌汞合金锌汞合金组成的组成的活性材料。电极反应如下：活性材料。电极反应如下：锌：锌：Zn+2OHZn+2OH-2e-2e-=ZnO+H=ZnO+H2 2O O 氧化银：氧化银：AgAg2 2O+HO+H2 2O+2eO+2e-=2Ag+2OH=2Ag+2OH-锌是锌是 极，发生极，发生 反应；反应；氧化银是氧化银是 极，发生极，发生 反应。反应。总反应为：总反应为：。负负氧化氧化正正还原还原Zn+AgZn+Ag2 2O=ZnO+2AgO=ZnO+2Ag2 2、银锌纽扣电池、银锌纽扣电池3 3、铅蓄电池、铅蓄电池电极材料及原料：电极材料及原料：电解质溶液：电解质溶液：电极反应式：电极反应式：正极：正极：PbOPbO2 2 负极：负极：PbPbH H2 2SOSO4 4溶液溶液负极（负极（PbPb）:Pb-2e:Pb-2e-+SO+SO4 42-2-=PbSO=PbSO4 4Pb+PbOPb+PbO2 2+2H+2H2 2SOSO4 4 2PbSO2PbSO4 4+2H+2H2 2O O正极（正极（PbOPbO2 2）:PbO:PbO2 2+4H+4H+SO+SO4 42 2 -+2e+2e-=PbSO=PbSO4 4+2H+2H2 2O O总反应：总反应：优点：优点：应用领域：应用领域：电压稳定，运用便利、平安、牢靠，可以循环运用电压稳定，运用便利、平安、牢靠，可以循环运用广泛用于国防、科研、交通、生产和生活广泛用于国防、科研、交通、生产和生活充电充电放电放电=电极材料及原料电极材料及原料电解质溶液电解质溶液优点优点应用领域应用领域4 4、锂电池、锂电池摩托罗拉摩托罗拉6188/62886188/6288原装锂原装锂电池电池正极：金属氧化物正极：金属氧化物 负极：锂负极：锂运用寿命长，质量轻、电压高、运用寿命长，质量轻、电压高、工作效率高、体积小工作效率高、体积小有机溶剂（为什么必需无水？）有机溶剂（为什么必需无水？）电脑、照相机、手表、心脏起搏器电脑、照相机、手表、心脏起搏器索尼数码相机索尼数码相机锂电池锂电池燃料电池：燃料电池：把能源中燃料燃烧反应的化学能干脆转化为电把能源中燃料燃烧反应的化学能干脆转化为电能的能的“能量转换器能量转换器”。常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、铝铝空气燃料电池、熔融盐燃料电池等。空气燃料电池、熔融盐燃料电池等。优点：效率高、无污染，装置可持续运用。优点：效率高、无污染，装置可持续运用。燃料电池中多孔性金属电极，具有催化性能。燃料电池中多孔性金属电极，具有催化性能。5 5、新型燃料电池、新型燃料电池 燃料电池是继水力、火力、核能发电之后的燃料电池是继水力、火力、核能发电之后的第四类发电第四类发电化学能发电。化学能发电。（1 1）氢氧燃料电池）氢氧燃料电池 20 20世纪世纪6060年头应用于美国载人年头应用于美国载人飞船，也曾用于叉车、牵引车等。飞船，也曾用于叉车、牵引车等。负极：负极：2H2H2 2+4OH+4OH-4e-4e-=4H=4H2 2O O正极：正极：O O2 2+2H+2H2 2O+4eO+4e-=4OH=4OH-2H2+O2=2H2O4e-燃料电池的反应方程式燃料电池的反应方程式：H H2 2若电解质溶液为若电解质溶液为KOHKOH溶液时溶液时【练一练练一练】若电解质溶液为若电解质溶液为H H2 2SOSO4 4溶液时溶液时负极：负极：2H2H2 2-4e-4e-=4H=4H+正极：正极：O O2 2+4H+4H+4e+4e-=2H=2H2 2O O(2)(2)甲烷燃料电池甲烷燃料电池极板为惰性电极极板为惰性电极KOH溶液为电解质溶液溶液为电解质溶液主要反应：主要反应：负极：负极：CH4+10OH-8e-=7H2O+CO32-正极：正极：2O2+4H2O+8e-=8OH-总反应：总反应：CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O(3)(3)甲醇空气燃料电池甲醇空气燃料电池2CH3OH+3O2+4 OH-=2CO32-+6H2O负极：负极：2CH3OH+16OH-12e-=12H2O+2CO32-正极：正极：3O2+6H2O+12e-=12OH-(4)(4)磷酸型燃料电池磷酸型燃料电池 以磷酸为电解质，利用廉价的碳材料为骨架。除了以磷酸为电解质，利用廉价的碳材料为骨架。除了以氢气为燃料外，还可运用甲醇、自然气、城市煤气等以氢气为燃料外，还可运用甲醇、自然气、城市煤气等低廉燃料，是目前最成熟的燃料电池。低廉燃料，是目前最成熟的燃料电池。目前世界上大容量的燃料电池发电厂，都运用磷酸目前世界上大容量的燃料电池发电厂，都运用磷酸型燃料电池。如东京电能公司经营的型燃料电池。如东京电能公司经营的11MW11MW美日合作磷酸美日合作磷酸型燃料电池发电厂。型燃料电池发电厂。(5)(5)海水电池海水电池 1991 1991年，我国首创以铝年，我国首创以铝-空气空气-海水为能源的新型电池，海水为能源的新型电池，用作航海标记灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠用作航海标记灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。这种海水电池的能量比这种海水电池的能量比“干电池干电池”高高20205050倍。倍。电极反应式为：电极反应式为：负极：负极：正极：正极：电池总反应：电池总反应：4Al-12e4Al-12e-=4Al=4Al3+3+3O3O2 2+6H+6H2 2O+12eO+12e-=12OH=12OH-4Al+3O4Al+3O2 2+6H+6H2 2O=4Al(OH)O=4Al(OH)3 3 燃料电池燃料电池 一次电池、二次电池一次电池、二次电池 常见电池常见电池 燃料电池燃料电池化学电源化学电源磷酸型燃料电池磷酸型燃料电池海水电池海水电池 氢氧燃料电池氢氧燃料电池 甲烷、甲醇等燃料电池甲烷、甲醇等燃料电池