2020年高中化学专题2化学反应与能量转化第三单元化学能与电能的转化第1课时化学能转化为电能化学电源课件苏教版必修2.ppt

第三单元化学能与电能的转化第三单元化学能与电能的转化第第1课时化学能转化为电能化学电源课时化学能转化为电能化学电源一、原电池及其工作原理一、原电池及其工作原理1实验探究实验探究知知 识识 梳梳 理理锌片逐渐溶解，锌片逐渐溶解，表面有气泡；铜表面有气泡；铜片表面无气泡片表面无气泡 锌锌与稀硫酸与稀硫酸发发生置生置换换反反应应产产生生H2，而，而铜则铜则不能不能 锌片逐渐溶解，铜锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡片表面有气泡 锌与稀硫酸反应，但氢锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生气在铜片上产生 锌片逐渐溶解，铜片锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，电流计表面有气泡，电流计指针发生偏转指针发生偏转 锌与稀硫酸反应，但氢锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生，导线气在铜片上产生，导线中有电流中有电流 2.原电池原电池(1)概概念念：将将_转转化化成成_的的装装置置称称为为原原电电池池，在在原电池中发生的化学反应是原电池中发生的化学反应是_反应。反应。(2)工作原理：工作原理：(以以ZnH2SO4Cu原电池为例原电池为例)化学能化学能 电能电能 氧化还原氧化还原 电电极材料极材料锌锌铜铜电电极名称极名称_电电极反极反应应Zn2e=Zn2 2H2e=H2 反反应类应类型型_反反应应_反反应应外外电电路路电电子流向子流向由由_片沿片沿导线导线流向流向_片片内内电电路离子移向路离子移向溶液中溶液中_向正极移向正极移动动，在，在_片上被片上被还还原原为为_原原电电池池总总反反应应Zn2H=Zn2H2负极负极 正极正极 氧化氧化 还原还原 锌锌 铜铜 H 铜铜 H2 3.按要求完成下列实验，并填表按要求完成下列实验，并填表两锌片逐渐溶解且表面两锌片逐渐溶解且表面都有气泡，电流计指针都有气泡，电流计指针不偏转不偏转 锌与稀硫酸反应，但锌与稀硫酸反应，但导线中无电流导线中无电流 无现象无现象 乙醇是非电解质，与乙醇是非电解质，与Zn、Cu都不反应都不反应 结合以上实验，分析原电池的构成条件是什么？结合以上实验，分析原电池的构成条件是什么？答答案案理理论论上上，自自发发的的氧氧化化还还原原反反应应均均可可构构成成原原电电池池。具具体体条条件是：件是：(1)具具有有活活动动性性不不同同的的两两个个电电极极(金金属属与与金金属属或或金金属属与与能能导导电电的的非金属非金属)；(2)两电极均插入电解质溶液中；两电极均插入电解质溶液中；(3)两极用导线相连，形成闭合回路。两极用导线相连，形成闭合回路。【自主思考自主思考】1是否所有的化学反应理论上都可以设计成原电池？是否所有的化学反应理论上都可以设计成原电池？提提示示不不是是。原原电电池池是是利利用用氧氧化化还还原原反反应应原原理理，将将还还原原反反应应与与氧氧化化反反应应分分别别在在两两极极发发生生，使使电电子子在在导导线线中中定定向向移移动动，形成电流。形成电流。2根根据据课课本本中中的的活活动动与与探探究究回回答答：H得得到到的的电电子子是是Cu失失去去的的吗吗？在在这这个个过过程程中中Cu起起什什么么作作用用？你你怎怎样样知知道道导导线线中中有有电子通过？电子通过？提提示示不不是是；Cu做做导导体体，起起传传导导电电子子的的作作用用；电电流流表表的的指指针发生了偏转。针发生了偏转。3若将铜锌原电池中的若将铜锌原电池中的Cu电极换成石墨，可以吗？为什么？电极换成石墨，可以吗？为什么？提提示示可可以以，因因为为Cu在在该该原原电电池池中中起起到到的的是是传传递递电电子子的的作作用用，其其本本身身并并未未参参与与电电极极反反应应。所所以以，把把Cu电电极极换换成成能能导导电的材料就可以。当然，该材料的活泼性不能比负极活泼。电的材料就可以。当然，该材料的活泼性不能比负极活泼。二、钢铁的电化学腐蚀二、钢铁的电化学腐蚀液滴周围逐渐呈现红色，并慢慢形成红色的锈斑液滴周围逐渐呈现红色，并慢慢形成红色的锈斑 钢铁钢铁的的电电化学化学腐腐蚀蚀原理原理形成条件形成条件钢铁钢铁表面形成的表面形成的电电解解质质溶液中溶有溶液中溶有_，通常溶液呈通常溶液呈_或或_性性电电极材料极材料负负极是极是_，正极是，正极是_电电极反极反应应负负极反极反应应式：式：_，正极，正极反反应应式：式：_总总反反应应式式 _溶液中的溶液中的反反应应_电电化学腐化学腐蚀蚀概念概念不不纯纯金金属属或或合合金金与与电电解解质质溶溶液液接接触触，发发生生_反反应应，比比较较活活泼泼的的金金属属_被氧化，被氧化，这这种腐种腐蚀蚀叫做叫做_O2 中性中性 弱碱弱碱 Fe C 2Fe4e=2Fe2 2H2OO24e=4OH 2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2 4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(3x)H2O 原原电电池池 失去失去电电子子 电电化学腐化学腐蚀蚀【自主思考自主思考】4钢钢铁铁在在干干燥燥的的空空气气中中长长时时间间不不易易生生锈锈，但但在在潮潮湿湿的的空空气气里里很很快快就就会会生生锈锈，纯纯的的铁铁片片在在潮潮湿湿的的空空气气里里也也不不容容易易生生锈锈，这是什么原因呢？这是什么原因呢？提提示示钢钢铁铁腐腐蚀蚀实实质质上上是是发发生生了了原原电电池池反反应应，潮潮湿湿的的空空气气具具备备了了构构成成原原电电池池的的条条件件，而而干干燥燥的的空空气气中中不不具具备备与与电电解解质质溶溶液液接接触触的的条条件件；纯纯的的铁铁片片不不能能构构成成原原电电池池的的两两电电极极，所以不容易生锈。所以不容易生锈。三、化学电源三、化学电源1分类分类(1)一次电池：不能充电，用过之后不能复原。一次电池：不能充电，用过之后不能复原。(2)二次电池：可充电，可多次重复使用。二次电池：可充电，可多次重复使用。2常见的化学电源常见的化学电源电电池名称池名称电电池池组组成成电电池反池反应应锌锰锌锰干干电电池池锌锌筒筒为为_极，石墨极，石墨棒棒为为_极，极，MnO2和和NH4Cl作作_Zn2NH4Cl2MnO2=Zn(NH3)2Cl22MnO(OH)负负正正电解质电解质 锌锌 氧化银氧化银 氢氧化钾氢氧化钾 Pb PbO2 硫酸硫酸 贮氢贮氢合金合金 泡沫氧化泡沫氧化镍镍KOH 氢氢气气 氧气氧气 KOH 2H2O2=2H2O 甲醇甲醇 空气空气 KOH【自主思考自主思考】5铅铅蓄蓄电电池池的的电电池池反反应应式式为为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。请写出负极、正极的电极反应式。请写出负极、正极的电极反应式。6燃料电池两电极反应有何特点？燃料电池两电极反应有何特点？提提示示两两个个电电极极均均为为惰惰性性电电极极，本本身身不不参参与与反反应应。燃燃料料电电池池常常用用的的燃燃料料有有H2、CH4、C2H4、CH3OH等等可可燃燃性性物物质质，在在反反应应中中燃燃料料一一般般表表现现为为失失去去电电子子，在在电电源源负负极极通通入入。常常用用的的氧氧化化剂剂是是氧氧气气，在在反反应应中中表表现现为为得得到到电电子子，在在电电源源正正极通入。极通入。1判断判断(1)原电池是一种电能转化为化学能的装置。原电池是一种电能转化为化学能的装置。()(2)负极失去电子发生氧化反应。负极失去电子发生氧化反应。()(3)正极是电子流出极。正极是电子流出极。()(4)用用导导线线连连接接的的铜铜片片和和锌锌片片插插入入稀稀H2SO4中中，铜铜片片上上有有大大量气泡产生。量气泡产生。()(5)在在铜铜锌锌稀稀硫硫酸酸原原电电池池中中，电电子子由由锌锌通通过过导导线线流流向向铜铜，再由铜通过电解质溶液到达锌。再由铜通过电解质溶液到达锌。()(6)原电池中阳离子向正极移动。原电池中阳离子向正极移动。()答案答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)效效 果果 自自 测测2.下列说法正确的是下列说法正确的是()A.原电池是把电能转变成化学能的装置原电池是把电能转变成化学能的装置B.原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应C.原电池两极板一定分别发生氧化反应和还原反应原电池两极板一定分别发生氧化反应和还原反应D.原电池内部的阳离子向正极移动原电池内部的阳离子向正极移动解解析析原原电电池池中中的的电电子子移移动动方方向向是是：负负极极外外电电路路正正极极，可可见见B选选项项错错；阳阳离离子子向向正正极极移移动动，得得电电子子，发发生生还还原原反反应应，D项项正正确确；在在原原电电池池中中两两个个电电极极板板不不一一定定发发生生氧氧化化还还原原反反应应，也也可可能能是是通通入入两两个个电电极极的的其其他他物物质质发发生生氧氧化化还还原原反反应应，如如氢氢氧氧燃燃料电池，料电池，C项错。项错。答案答案D 【合作交流合作交流】1将将反反应应：ZnCu2=CuZn2，设设计计成成原原电电池池写写出出正正、负极反应式。负极反应式。提提示示正正极极：Cu22e=Cu，负负极极：Zn2e=Zn2。探究一、原电池工作原理探究一、原电池工作原理2某某种种燃燃料料电电池池的的工工作作原原理理示示意意图图如如下所示，下所示，a、b均为惰性电极。均为惰性电极。(1)使使 用用 时时，空空 气气 从从 _(填填“A”或或“B”)口通入。口通入。(2)假假 设设 使使 用用 的的“燃燃 料料”是是 甲甲 醇醇(CH3OH)，a极极 的的 电电 极极 反反 应应 式式 为为_。【点拨提升点拨提升】1原电池正、负极的判断方法原电池正、负极的判断方法关键提醒判断原电池要关键提醒判断原电池要“四看四看”一看本质：反应是自发进行的氧化还原反应。一看本质：反应是自发进行的氧化还原反应。二二看看电电极极：具具有有两两个个活活泼泼性性不不同同的的电电极极(燃燃料料电电池池的的电电极极一一般般是惰性电极是惰性电极)。三看溶液：电解质溶液三看溶液：电解质溶液(一般负极材料与电解质溶液反应一般负极材料与电解质溶液反应)。四看回路：电极、电解质溶液构成闭合回路。四看回路：电极、电解质溶液构成闭合回路。2原电池的工作原理原电池的工作原理(以铜锌原电池为例以铜锌原电池为例)【典典题题例例证证1】某某实实验验兴兴趣趣小小组组用用如如图图所所示示装装置置做做完完实实验验后后，在读书卡片上记下了如下在读书卡片上记下了如下6条记录，其中合理的是条记录，其中合理的是()A.B.C.D.解解析析在在铜铜锌锌原原电电池池中中，锌锌为为负负极极，失失去去电电子子，发发生生氧氧化化反反应应，电电极极反反应应式式为为Zn2e=Zn2，Cu为为正正极极，得得到到电电子子，发发生生还还原原反反应应，电电极极反反应应式式为为2H2e=H2，所所以以H向向正正极移极移动动，电电子子由由锌锌流流出出，经经过过导导线线流流向向铜铜，每每流流过过1 mol电电子子，生生成成0.5 mol H2，正确答案为，正确答案为。答案答案B方方法法拓拓展展：判判断断电电极极时时，有有时时不不能能只只看看金金属属的的活活泼泼性性强强弱弱，还还要要看看电电解解质质溶溶液液的的性性质质，如如：Al在在强强碱碱性性溶溶液液中中比比Mg更更易易失失电电子子，Al作作负负极极，Mg作作正正极极；Fe、Al在在浓浓HNO3中中钝钝化化后后，比比Cu等金属更难失电子，等金属更难失电子，Cu等金属作负极，等金属作负极，Fe、Al作正极。作正极。【学学以以致致用用1】一一个个原原电电池池反反应应的的离离子子方方程程式式是是ZnCu2=Zn2Cu，该原电池的合理组成是，该原电池的合理组成是()解解析析由由总总反反应应式式知知，Zn被被氧氧化化，作作原原电电池池的的负负极极，符符合合条条件件的的有有B、C、D，正正极极反反应应为为Cu22e=Cu，B选选项项中是中是2H2e=H2，D选项不含选项不含Cu2，故应选，故应选C。答案答案C正极正极负负极极电电解解质质溶液溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DCuZnZnCl2【合作交流合作交流】3实实验验室室用用稀稀H2SO4与与Zn反反应应制制H2时时，用用纯纯锌锌快快还还是是粗粗锌锌快快？提示提示粗锌。粗锌。4钢铁制品在潮湿空气中易生锈的原理是什么？钢铁制品在潮湿空气中易生锈的原理是什么？提示提示发生了原电池反应。发生了原电池反应。探究二、原电池原理的应用探究二、原电池原理的应用【点拨提升点拨提升】1加快氧化还原反应的速率加快氧化还原反应的速率自发进行的氧化还原反应，形成原电池时反应速率增大。自发进行的氧化还原反应，形成原电池时反应速率增大。例例如如，Zn与与稀稀H2SO4反反应应时时，滴滴加加少少量量CuSO4溶溶液液，则则Zn和和置置换换出出的的Cu在在稀稀H2SO4中中构构成成原原电电池池，加加快快Zn与与稀稀硫硫酸酸反应的速率。反应的速率。2比较金属的活动性强弱比较金属的活动性强弱两两种种金金属属分分别别作作原原电电池池的的两两极极时时，一一般般作作负负极极的的金金属属比比作作正极的金属活泼。正极的金属活泼。例例如如，有有两两种种金金属属a、b，用用导导线线连连接接插插入入到到稀稀H2SO4中中，观观察察到到a极极溶溶解解，b极极上上有有气气泡泡产产生生，则则a为为负负极极，b为为正正极极，金属活动性金属活动性ab。3用于金属腐蚀保护用于金属腐蚀保护使金属制品作原电池的正极而得到保护。使金属制品作原电池的正极而得到保护。例例如如，将将铁铁质质输输水水管管道道与与锌锌块块相相连连，锌锌作作原原电电池池的的负负极极失失电子，保护铁不被腐蚀。电子，保护铁不被腐蚀。4设计电池设计电池理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。如如：把把Fe2Fe3=3Fe2设设计计成成原原电电池池，可可用用Fe作作负负极极，铜铜(或石墨或石墨)作正极，作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。溶液作电解质溶液。【典题例证典题例证2】有有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：四块金属片，进行如下实验：A、B用用导导线线相相连连后后，同同时时浸浸入入稀稀H2SO4溶溶液液中中，A极极为为负负极极；C、D用用导导线线相相连连后后，同同时时浸浸入入稀稀H2SO4溶溶液液中中，电电流流由由D流流向向C；A、C相相连连后后，同同时时浸浸入入稀稀H2SO4溶溶液液中中，C极极产产生生大大量量气气泡泡；B、D相相连连后后，同同时时浸浸入入稀稀H2SO4溶液中，溶液中，D极发生氧化反应。极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是据此，判断四种金属的活动性顺序是()AABCDBACDBCCABDDBDCA解解析析金金属属与与稀稀H2SO4溶溶液液组组成成原原电电池池，活活泼泼金金属属为为负负极极，失失去去电电子子发发生生氧氧化化反反应应，较较不不活活泼泼的的金金属属为为正正极极，H在在正正极极表表面面得得到到电电子子生生成成H2，电电子子运运动动方方向向由由负负极极正正极极，电电流流方方向向则则由由正正极极负负极极。在在题题述述原原电电池池中中，AB原原电电池池，A为为负负极极；CD原原电电池池，C为为负负极极；AC原原电电池池，A为为负负极极；BD原原电电池，池，D为负极。综上可知，金属活动性：为负极。综上可知，金属活动性：ACDB。答案答案B【学学以以致致用用2】以以前前所所用用锌锌锰锰干干电电池池的的电电极极分分别别为为锌锌筒筒和和石石墨墨棒棒，以以糊糊状状NH4Cl作作电电解解质质，电电池池反反应应为为Zn2NH4Cl2MnO2=Zn(NH3)2Cl22MnO(OH)。下列有关锌锰干电池的叙述中，正确的是下列有关锌锰干电池的叙述中，正确的是()A.干电池中锌筒为正极，石墨棒为负极干电池中锌筒为正极，石墨棒为负极B.干电池长时间连续工作后，糊状物可能流出，腐蚀用电器干电池长时间连续工作后，糊状物可能流出，腐蚀用电器C.干电池工作时，电流方向是由锌筒经外电路流向石墨棒干电池工作时，电流方向是由锌筒经外电路流向石墨棒D.干电池可实现化学能向电能和电能向化学能的相互转化干电池可实现化学能向电能和电能向化学能的相互转化 解解析析锌锌锰锰干干电电池池中中，较较活活泼泼的的金金属属锌锌筒筒为为负负极极，石石墨墨棒棒为为正正极极，A错错误误；长长时时间间使使用用后后，锌锌筒筒上上出出现现空空洞洞，糊糊状状电电解解质质流流出出，容容易易腐腐蚀蚀用用电电器器，B正正确确；原原电电池池中中电电子子流流动动方方向向由由负负极极经经外外电电路路流流向向正正极极，而而电电流流方方向向相相反反，C错错误误；干干电电池池中中只只有化学能转化为电能，有化学能转化为电能，D错误。错误。答案答案B