化学反应与能量(必修二-第二章-第二节-化学能与电能)ppt课件.ppt

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1、第二节化学能与电能第二节化学能与电能电池的广泛应用电池的广泛应用一次能源和二次能源一次能源和二次能源1.一次能源：一次能源：2.二次能源：二次能源：如流水、风力、原煤、石油、天然气、天然铀矿等。如流水、风力、原煤、石油、天然气、天然铀矿等。如电力、蒸汽等。如电力、蒸汽等。直接从自然界中取得的能源。直接从自然界中取得的能源。一次能源经过加式、转换得到的能源。一次能源经过加式、转换得到的能源。2013年我国发电总量构成图年我国发电总量构成图2001年我国发电总量构成图年我国发电总量构成图从从2001年及年及2013年我国发电总构成图可得知：年我国发电总构成图可得知：一、化学能转化为电能一、化学能转

2、化为电能火电（火力发电）仍将居于首位。火电（火力发电）仍将居于首位。火电站工作原理示意图火电站工作原理示意图化学能化学能热能热能机械能机械能电能电能燃烧燃烧蒸汽蒸汽发电机发电机燃烧（氧化还原反应）是使燃烧（氧化还原反应）是使化学能转换为电能的关键。化学能转换为电能的关键。1.为什么说燃烧（氧化还原反应）是使化学能转换为为什么说燃烧（氧化还原反应）是使化学能转换为电能的关键？电能的关键？氧化还原反应的本质是氧化剂与还原剂之间发生氧化还原反应的本质是氧化剂与还原剂之间发生电子转移的过程，电子转移引起化学键的重新组合，电子转移的过程，电子转移引起化学键的重新组合，同时伴随着体系能量的变化。同时伴随着

3、体系能量的变化。2.如何使氧化还原反应释放的能量直接转变为电能？如何使氧化还原反应释放的能量直接转变为电能？思考与交流：思考与交流：要想产生电能，必须存在要想产生电能，必须存在如何才能产生电势差？如何才能产生电势差？电势差电势差要设计一个装置，使氧化反应和还原反应分别在两个不要设计一个装置，使氧化反应和还原反应分别在两个不同区域进行，并使其间的电子转移，在一定条件下形成电流。同区域进行，并使其间的电子转移，在一定条件下形成电流。 稀稀H2SO4ZnCu 将铜片和锌片分别插入稀硫酸溶液中，将铜片和锌片分别插入稀硫酸溶液中，观察现象并解释原因。观察现象并解释原因。探究一：探究一：现象：现象：Zn片

4、上有气泡且逐渐溶解；片上有气泡且逐渐溶解；Cu片无明显现象。片无明显现象。Zn + 2H+ = Zn2+ + H2化学方程式：化学方程式： 稀稀H2SO4ZnCu探究二：探究二：将铜片和锌片用导线连接插入稀硫酸溶液中将铜片和锌片用导线连接插入稀硫酸溶液中思考：思考：电子能否通过溶液进行导电？电子能否通过溶液进行导电？所有溶液都能导电么？所有溶液都能导电么？电解质溶液如何导电？电解质溶液如何导电？否否否，只有电解质溶液才能导电否，只有电解质溶液才能导电通过阴、阳离子的定向移动通过阴、阳离子的定向移动探究三：探究三： 将铜片和锌片用导线连接且中间将铜片和锌片用导线连接且中间连接电流表插入稀硫酸溶液

5、中连接电流表插入稀硫酸溶液中思考：思考：电流表会偏转么？说明什么？电流表会偏转么？说明什么？ 稀稀H2SO4ZnCuG电子如何流动？电子如何流动？电流的方向？电流的方向？会，说明电路存在电流会，说明电路存在电流电子从电子从Zn极流向极流向Cu极极电流的方向与电子流动方向相反电流的方向与电子流动方向相反二、原电池二、原电池1.定义：定义：2.实质：实质：将化学能变成电能的装置将化学能变成电能的装置化学能转变成电能化学能转变成电能3.电极构成：电极构成：（）（+）e-负极：负极：正极：正极：Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2Zn2+H+e-H2SO4（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原

6、反应）4.电子及电流方向：电子及电流方向：（）（+）e-IZn2+H+e-SO42-外电路：外电路：电子由负极流向正极电子由负极流向正极电流由正极流向负极电流由正极流向负极内电路：内电路：阳离子由负极移向正极阳离子由负极移向正极阴离子由正极移向负极阴离子由正极移向负极电流由负极流向正极电流由负极流向正极H2SO45.构成原电池的条件：构成原电池的条件：两种活泼性不同的金属两种活泼性不同的金属（或其中一种为能导电的非（或其中一种为能导电的非金属，如金属，如“碳棒碳棒”）作电极。）作电极。电解质溶液电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路自发的氧化还原反应自发的氧化还原反应下述装置能否构成原电池？下述装

7、置能否构成原电池？练习：练习：1(双选题双选题)根据根据Zn2H=Zn2H2的的反应原理设计一个原电池，当反应原理设计一个原电池，当Zn为负极时，正极可以为负极时，正极可以选用的材料是选用的材料是( )A镁镁B石墨石墨C铝铝D铅铅2有关原电池的下列说法中正确的是有关原电池的下列说法中正确的是() A在外电路中电子由正极流向负极在外电路中电子由正极流向负极 B原电池产生的电流是由于电子的定向移动原电池产生的电流是由于电子的定向移动 C原电池工作时，阳离子向正极方向移动原电池工作时，阳离子向正极方向移动 D原电池工作时，阴离子向正极方向移动原电池工作时，阴离子向正极方向移动BDC练习：练习：3以下

8、装置能形成原电池的是以下装置能形成原电池的是_。4判断下列化学反应方程式能否从理论上设计成原电池判断下列化学反应方程式能否从理论上设计成原电池CH42O2=CO22H2OHNO3NaOH=NaNO3H2O2H2O2=2H2O2FeCl3Fe=3FeCl2ZnAg2OH2O=Zn(OH)22AgPbPbO22H2SO4=2PbSO42H2OZnCuSO4=CuZnSO4CCO2=2CO三、正负极的判断方法三、正负极的判断方法1.根据电极材料判断根据电极材料判断一般来说一般来说，活动性较强的金属为负极，活动性较弱，活动性较强的金属为负极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极。的金属或能导电的非金

9、属为正极。Zn-2e-=Zn2+Cu2+2e-=Cu正极：正极：负极：负极：总反应：总反应：Zn+Cu2+=Cu+Zn2+正极：正极：负极：负极：2H+2e-=H2Mg-2e-=Mg2+总反应：总反应：Mg+2H+=Mg2+ H2例外：例外：正极：正极：负极：负极：总反应：总反应：Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O2H2O+2e-= 2OH-+ H22Al+2H2O+2OH-=2AlO2-+3H22.根据电流方向或电子流动方向来判断根据电流方向或电子流动方向来判断在外电路（导线）上，电流由正极流向负极，电子在外电路（导线）上，电流由正极流向负极，电子流动方向是由负极流向正极流动方向是

10、由负极流向正极例题：下列装置中，导线中的电子由左边一极流例题：下列装置中，导线中的电子由左边一极流向右边一极的是向右边一极的是( () )C 3.根据反应类型来判断根据反应类型来判断原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。得电子发生还原反应。例题：有例题：有A、B、C、D四种金属，当四种金属，当A、B组成原电池组成原电池时，电子流动方向时，电子流动方向AB；当；当A、D组成原电池时，组成原电池时，A发发生还原反应生还原反应；B与与C构成原电池时，电极反应式为构成原电池时，电极反应式为C2+2e-=C，B-2e-= B2，则，则

11、A、B、C、D金属性金属性由强到弱的顺序为由强到弱的顺序为()A AA AB BC CD BD BA AB BD DC CC CD DA AB BC DC DD DC CA AB BC 例题：在装有水的容器中，用棉线悬挂一个在水中例题：在装有水的容器中，用棉线悬挂一个在水中保持水平的金属棒，该棒由铁和铜焊接而成，棉线系保持水平的金属棒，该棒由铁和铜焊接而成，棉线系在在两种金属接缝处，如右图所示，再向水中加入少量两种金属接缝处，如右图所示，再向水中加入少量CuSOCuSO4 4溶液，经过一段时间后看到的现象是溶液，经过一段时间后看到的现象是( () )A铁端将附着铜增重下沉铁端将附着铜增重下沉B

12、铜端将附着铜增重下沉铜端将附着铜增重下沉C铁端粗细不变而上升铁端粗细不变而上升D铜端粗细不变而下沉铜端粗细不变而下沉B 4.根据现象判断根据现象判断溶解一极是负极，增重或有气泡放出一极是正极。溶解一极是负极，增重或有气泡放出一极是正极。1.将铁棒和锌棒用导线连接插入将铁棒和锌棒用导线连接插入CuSO4溶液中，当电池溶液中，当电池中有中有0.2 mol电子通过时，负极质量的变化是电子通过时，负极质量的变化是()A.增加增加6.5 g B.减少减少6.5 g C.减少减少5.6 g D.增加增加6.4 g2.四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可以组四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可以组成原电池。成原

13、电池。相连时，外电路电流从相连时，外电路电流从流向流向；相连时，相连时，为正极；为正极；相连时，相连时，上有气泡逸出；上有气泡逸出；相连时，相连时，的质量减少。据此判断这四种金属活动的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是性由大到小的顺序是()ABC DB B 练习练习四、原电池应用四、原电池应用1.金属性强弱比较方法：金属性强弱比较方法：根据金属活动顺序表，金属的位置越靠前，其金属性越强。根据金属活动顺序表，金属的位置越靠前，其金属性越强。金属阳离子的氧化能力越强，则对应金属单质的还原性越弱。金属阳离子的氧化能力越强，则对应金属单质的还原性越弱。同一周期越靠前，金属性越强，同一周

14、期越靠前，金属性越强， 同一主族越靠下，金属性越强。同一主族越靠下，金属性越强。金属与水（或酸）反应越容易，则金属性越强金属与水（或酸）反应越容易，则金属性越强金属与盐溶液的置换反应。金属与盐溶液的置换反应。最高价氧化物对应水合物的碱性越强，则对应金属单质的还原最高价氧化物对应水合物的碱性越强，则对应金属单质的还原性越强性越强一般来说，作负极的金属活动性强，一般来说，作负极的金属活动性强，作正极的金属活泼性弱。作正极的金属活泼性弱。2.改变化学反应速率改变化学反应速率例题：例题：等质量的两份锌粉等质量的两份锌粉a a、b b，分别加入两支相同的试，分别加入两支相同的试管中，然后加入等体积等物质

15、的量浓度且均过量的稀硫酸，管中，然后加入等体积等物质的量浓度且均过量的稀硫酸，同时向同时向a a中加入少量中加入少量CuSOCuSO4 4溶液，则产生氢气的体积溶液，则产生氢气的体积( (V V) )与时间与时间( (t t) )的关系用图象表示如下，其中正确的是的关系用图象表示如下，其中正确的是( () )D 3.保护金属设备保护金属设备如图：船体及水闸门都是如图：船体及水闸门都是钢铁材料，在海水中易被钢铁材料，在海水中易被腐蚀，如何处理？腐蚀，如何处理？处理方法：处理方法： 在船体外壳或水闸门焊在船体外壳或水闸门焊接上比铁活泼的金属（如接上比铁活泼的金属（如Zn等），则构成以等），则构成以

16、Zn、Fe为为电极的原电池，电极的原电池，Zn被消耗掉被消耗掉而得到保护。而得到保护。练习：下列各变化中属于原电池反应的是（）练习：下列各变化中属于原电池反应的是（）.在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层.镀锌铁表面划损时，仍然能阻止铁被氧化镀锌铁表面划损时，仍然能阻止铁被氧化.红热的铁丝与冷水接触，表面形成蓝黑色保护层红热的铁丝与冷水接触，表面形成蓝黑色保护层.锌与稀硫酸反应时，加入少量锌与稀硫酸反应时，加入少量CuSO4溶液可使反溶液可使反 应速率加快应速率加快BD4.原电池的设计原电池的设计以以Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4为例为例Zn-2e-=Z

17、n2+Cu2+2e-=Cu正极：正极：负极：负极：总反应：总反应：Zn+Cu2+=Cu+Zn2+原电池原电池原电池原电池（两个半电池）（两个半电池）练习：练习：Zn+H2SO4=ZnSO4 + H2根据下列方程式所表示的氧化还原反应设计根据下列方程式所表示的氧化还原反应设计一个原电池装置并画出简图：一个原电池装置并画出简图：或或或或Fe+2FeCl3=3FeCl2或或或或五、发展中的化学电源五、发展中的化学电源1.锌锰干电池锌锰干电池(1)普通锌锰电池普通锌锰电池负极材料：负极材料：正极材料：正极材料：锌锌 碳碳 电解质：电解质：NH4Cl负极反应：负极反应：正极反应：正极反应：Zn-2e-=

18、Zn2+2NH4+2e-=2NH3+H2总反应：总反应：Zn+2NH4+=Zn2+2NH3+H2(2)碱性锌锰电池碱性锌锰电池负极材料：负极材料：正极材料：正极材料：锌锌 MnO2 电解质：电解质：KOH负极反应：负极反应：正极反应：正极反应：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)22MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-总反应：总反应：Zn+2MnO2+2H2O= Zn(OH)2 +2MnOOH改进后碱性锌锰电池的优点：改进后碱性锌锰电池的优点：电量大，电流稳定电量大，电流稳定1下列有关电池的说法不正确的是下列有关电池的说法不正确的是()A手机上用的锂离子电池属于二次电池手机上用的

19、锂离子电池属于二次电池B铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C甲醇燃料电池可把化学能转化为电能甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D锌锰干电池中，锌电极是负极锌锰干电池中，锌电极是负极B 2对化学电源的叙述正确的是对化学电源的叙述正确的是()A化学电源比火力发电对化学能的利用率高化学电源比火力发电对化学能的利用率高B化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位的首位C化学电源均是安全、无污染的化学电源均是安全、无污染的D化学电源即为可充电电池化学电源即为可充电电池A 3.废电池的污染引

20、起人们的广泛重视，废电池中对环境形成废电池的污染引起人们的广泛重视，废电池中对环境形成污染的主要物质是污染的主要物质是()A锌锌B汞汞 C石墨石墨 D二氧化锰二氧化锰B (3)纽扣电池纽扣电池负极材料：负极材料：正极材料：正极材料：锌锌 Ag2O电解质：电解质：KOH负极反应：负极反应：正极反应：正极反应：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-总反应：总反应：Zn+Ag2O+2H2O= Zn(OH)2 +2Ag4.电子表和电子计算器的电源常用微型银锌原电池，其电子表和电子计算器的电源常用微型银锌原电池，其电极分别为电极分别为Ag2O和和Zn，电解质溶液

21、为一定浓度的，电解质溶液为一定浓度的KOH溶液，放电时锌极上的电极反应式为：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：氧化银电极上的反应式为： Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-，总的电池反应式为：总的电池反应式为： Ag2O+H2O+Zn=Zn(OH)2+2Ag。下列说法正确的是下列说法正确的是()A溶液中溶液中OH向正极移动，向正极移动，K、H向负极移动向负极移动B锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应C锌是负极，氧化银是正极锌是负极，氧化银是正极D随着电极反应的不断进行，电解质溶液的碱性减弱随着

22、电极反应的不断进行，电解质溶液的碱性减弱C 2.充电电池充电电池(二次电池二次电池)原电池原电池(放电过程放电过程)负极：负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极：正极：PbO2+2e-+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O总反应：总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O5.镍镉电池是一种可充电电池，其反应的化学方程式为：镍镉电池是一种可充电电池，其反应的化学方程式为：Cd2NiO(OH)2H2O Cd(OH)22Ni(OH)2由此可知，该电池的负极材料是由此可知，该电池的负极材料是()A.Cd B.NiO(OH) C.Cd(OH)2 D.Ni(OH)2负极：负极

23、：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2正极：正极：NiO(OH)+e-+H2O=Ni(OH)2+OH-A H2-H2SO4-O2燃料电池燃料电池3.燃料电池燃料电池负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：H2-2e-=2H+H2-KOH-O2燃料电池燃料电池负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：H2-2e-+2OH-=2H2OO2+4e-+4H+=2H2O2H2+O2= 2H2O2H2+O2= 2H2OO2+4e-+ 2H2O =4OH-CH4-H2SO4-O2燃料电池燃料电池负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：CH4-KOH-O2燃料电池燃料电池负极：负极：正极：正极：总反应：总反应

24、：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+O2+4e-+4H+=2H2OCH4+2O2= CO2+2H2OCH4+2O2+2OH-= CO32-+3H2OO2+4e-+ 2H2O =4OH-CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O3.燃料电池燃料电池CH3OH-H2SO4-O2燃料电池燃料电池负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：CH3OH-KOH-O2燃料电池燃料电池负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+O2+4e-+4H+=2H2O2CH3OH+3O2= 2CO2+4H2O2CH3OH+3O2+4OH-= 2CO32-+6H2OO2+4

25、e-+ 2H2O =4OH-CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O3.燃料电池燃料电池C2H6-H2SO4-O2燃料电池燃料电池负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：C2H6-KOH-O2燃料电池燃料电池负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：C2H6-14e-+4H2O=2CO2+14H+O2+4e-+4H+=2H2O2C2H6+7O2=4 CO2+6H2O2C2H6+7O2+8OH-= 4CO32-+10H2OO2+4e-+ 2H2O =4OH-C2H6-14e-+18OH-=2CO32-+12H2O3.燃料电池燃料电池C2H5OH-H2SO4-O2燃料电池燃料电池负极：负极

26、：正极：正极：总反应：总反应：C2H5OH-KOH-O2燃料电池燃料电池负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：C2H5OH-12e-+3H2O=2CO2+12H+O2+4e-+4H+=2H2OC2H5OH+3O2= 2CO2+4H2OC2H5OH+3O2+4OH-= 2CO32-+5H2OO2+4e-+ 2H2O =4OH-C2H5OH-12e-+16OH-=2CO32-+11H2O3.燃料电池燃料电池Al-海水海水-O2燃料电池燃料电池负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：Al-KOH-O2燃料电池燃料电池负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：Al-3e-=Al3+4Al+3O2+6H

27、2O= 4Al(OH)34Al+3O2+4OH-= 4AlO2-+2H2OO2+4e-+ 2H2O =4OH-Al-3e-+4OH-=AlO2-+ 2H2O3.燃料电池燃料电池O2+4e-+ 2H2O =4OH-6可用于电动汽车的铝可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以空气燃料电池，通常以NaCl溶液或溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是为正极。下列说法正确的是()A以以NaCl溶液或溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应溶液为电解液时，正极反应 都为：都为：O22H2O4e=4OHB以以NaOH溶液为电解液时，负极反应

28、为溶液为电解液时，负极反应为 Al3OH3e=Al(OH)3C以以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解溶液为电解液时，电池在工作过程中电解 液的液的pH保持不变保持不变D电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极A 【触摸高考触摸高考】2011、2015年广东高考试题年广东高考试题 一种可超快充电的新型铝电池，充放电时一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl4-和和Al2Cl7-两种离子在两种离子在Al电极上相互转化，其它离子不电极上相互转化，其它离子不参与电极反应，放电时负极参与电极反应，放电时负极Al的电极反应式是的电极反应式是:Al-3e-+7AlCl4-=4Al2Cl7-