化学能转化为电能化学电源苏教必修公开课讲稿.ppt

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1、化学能转化为电能化学电源苏教必修公开课第一页，讲稿共四十页哦第二页，讲稿共四十页哦 1780 1780年，意大利生物学家伽伐尼为给年，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。当用金属妻子看病，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皮时，已死去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。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寻找答案吧！学习中去寻找答案吧！第三页，讲稿共四十页哦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

2、第四页，讲稿共四十页哦【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表面无明显的变化表面无明显的变化ZnZn表面冒气泡，表面冒气泡，CuCu表面无明显的变化表面无明显的变化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表面表面也有气泡，指针发生了也有气泡，指针发生了偏转偏转有电流产生，构成有电流产生，构成“原原电池电池”【问题问题】：为什么：为什么CuCu表表面也冒气泡呢？（面也冒气泡呢？（后面后面再解释再解释）第五页，讲稿共四十页

3、哦【深入探究深入探究】探究探究1 1：若将两块锌片用导线相连插入盛有稀硫酸：若将两块锌片用导线相连插入盛有稀硫酸的烧杯里，将观察到什么现象？的烧杯里，将观察到什么现象？【结论结论】：Zn Zn的表面冒气泡，但电流表的的表面冒气泡，但电流表的指针不偏转。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，电流表的表面冒气泡，电流表的指针有偏转。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

4、电池”。第六页，讲稿共四十页哦探究探究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（乙：若将原装置中的稀硫酸换成酒精（乙醇），又有何现象？醇），又有何现象？【现象现象】：Zn Zn、CuCu的表面无气泡，电流表的表面无气泡，电流表的指针无偏转。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”。第七页

5、，讲稿共四十页哦负极负极正极正极Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2还原剂还原剂(Zn)失去电子，失去电子，发生氧化反应发生氧化反应氧化剂氧化剂(H+)在铜极在铜极上得到电子，发生上得到电子，发生还原反应还原反应还原剂失去的电子还原剂失去的电子从锌极流出从锌极流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、电子流动方正负电极、电子流动方向、电极上的反应情况向、电极上的反应情况分析分析【思考思考】: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？【思考思考】:构成原电池的构成原电池的条件有哪些呢？条件有哪些呢？“

6、原电池原电池”装置及装置及 “原电池反应原电池反应”第八页，讲稿共四十页哦【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墨电极：一活泼金属电极与石墨电极(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

7、。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第九页，讲稿共四十页哦【交流与讨论交流与讨论】根据前面所学的知识，我们知道根据前面所学的知识，我们知道ZnZn失去的电子给了失去的电子给了CuCu，ZnZn表面应该没有气泡的。为什么实验中表面应该没有气泡的。为什么实验中ZnZn表面也冒气泡表面也冒气泡呢？呢？实验用的实验用的ZnZn不纯，表面看到黑色的不纯，表面看到黑色的物质是石墨。锌表面也形成了物质是石墨。锌表面也形成了“原电池原电池”。第十页，讲稿共四十页哦第十一页，讲稿共四十页哦第十二页，讲稿共四十页哦负负极

8、：极：氧氧化反应，价升高，失去电子化反应，价升高，失去电子 Zn-2e Zn-2e-=Zn=Zn2+2+（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：2H2H+Zn=Zn+Zn=Zn2+2+H+H2 2（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？第十三页，讲稿共四十

9、页哦4、原、原电电池的池的工作原理工作原理外外电电路路中中：通通常常较较活活泼泼金金属属材材料料作作_，_电电子子，电电子子经经外外电电路路流流向向较较不活不活泼泼金属或金属或导导体体(正极正极)，而使外，而使外电电路中路中产产生生电电流。流。内内电电路路中中：电电解解质质溶溶液液内内，阳阳离离子子向向_移移动动，阴阴离离子子向向_移移动动，使使电电流通流通过电过电解解质质溶液。溶液。负负极极失去失去正极正极负负极极第十四页，讲稿共四十页哦二、设计原电池二、设计原电池 从从理理论论上上说说，任任何何一一个个能能自自发发进进行行的的氧氧化化还还原原反反应应都都可可以以设设计计成成原原电电池池。例

10、例如如，可可利利用用氧氧化化还还原原反反应应Cu2FeCl3=2FeCl2CuCl2设设计计成成原原电电池池。试试画画出出示示意意图图，并并写写出出电电极极反反应应式式及及总总反反应应的的离离子子方程式。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+第十五页，讲稿共四十页哦【练一练练一练】：现有如下两个反应：现有如下两个反应：(A)NaOHHCl=NaClH2O(B)ZnH2SO4=ZnSO4H2

11、(1)根据两反应本质，判断能否设计成原电池？根据两反应本质，判断能否设计成原电池？(2)如果不能，说明其原因。如果不能，说明其原因。(1)(A)(1)(A)不能；不能；(B)(B)能。能。(A)(A)的反应为非氧化还原反应，的反应为非氧化还原反应，没有电子转移。没有电子转移。第十六页，讲稿共四十页哦三、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 如实验室用如实验室用ZnZn和稀和稀H H2 2SOSO4 4(或稀盐酸或稀盐酸)反应制反应制H H2 2，常，常用粗锌，它产生用粗锌，它产生H H2 2的速率快。原因是的速率快。原因是粗锌中的杂质和粗锌中的杂质

12、和锌、稀锌、稀H H2 2SOSO4 4形成原电池，加快了锌与稀硫酸反应，使形成原电池，加快了锌与稀硫酸反应，使产生产生H H2 2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，一般原电池中，一般活泼性强活泼性强的金属为负极，活泼性相的金属为负极，活泼性相对较弱的金属为正极对较弱的金属为正极。例如，有两种金属。例如，有两种金属A A和和B B，用导线连，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到接后插入到稀硫酸中，观察到A A极溶解，极溶解，B B极上有气泡产极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活泼性生，由原电池原理可知，金属活泼性ABAB。第十七页，讲稿共四十页

13、哦【巩巩固固练练习习】把把a a、b b、c c、d 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 a、b b相相连连时时，a a为为负负极极；c c、d d相相连连时时，c c溶溶解解；a a、c c相相连连时时，c c极极上上产产生生大大量量气气泡泡；b b、d d相相 连连 时时，b 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 顺顺 序序 是是 ()Aacdb BcabdCacbd Dcadb【解析解析】根据原电池原理比较金属的活动性强弱。根据原电池原理比较金属的活动性强

14、弱。较活泼的金属为负极，被氧化溶解；相对不活泼的金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，四块金属的活属为正极，冒气泡或析出金属。所以，四块金属的活动顺序是动顺序是 acdbacdb。A A第十八页，讲稿共四十页哦(1)(1)单质与水或酸反应难易：单质与水或酸反应难易：反反应应越越剧剧烈，烈，该该金属越活金属越活泼泼。(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：碱性越碱性越强强，金属越活，金属越活泼泼。(3)(3)金属间的置换反应：金属间的置换反应：若若A能从能从B的盐溶液中置换出的盐溶液中置换出B，则，则A的活泼性的活泼

15、性比比B的强。的强。(4)(4)简单阳离子氧化性强弱：简单阳离子氧化性强弱：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，电流流入或电子流出，电流流入或发生氧化反应等或发生氧化反应等)的金属比作正极的金属比作正极(或电子流入，电流流出或电子流入，电流流出或发生还原反应等或发生还原反应等)的金属电极活泼性强。的金属电极活泼性强。【规律方法规律方法】金属活泼性的判断依据：金属活泼性的判断依据：第十九页，讲稿共四十页哦【交流与讨论交流与讨论】在一块表面无锈的铁片上滴一大滴含酚酞的食盐水，放置在一块表面无锈

16、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周围逐渐呈现红色，并慢慢形成褐色一段时间后可以看到液滴周围逐渐呈现红色，并慢慢形成褐色的锈斑。试说明产生此现象的原因。的锈斑。试说明产生此现象的原因。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：第二十页，讲稿共四十页哦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

17、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第二十一页，讲稿共四十页哦1.1.如下如下图图所示的装置能所示的装置能够组够组成原成原电电池且池且产产生生电电流的是流的是（）G GG GG GG G稀硫酸稀硫酸A A稀硫酸稀硫酸B B硫酸硫酸铜铜溶液溶液C C乙醇水溶液乙醇水溶液D D铜铜银银铜铜锌锌铜铜锌锌锌锌铜铜BC第二十二页，讲稿共四十页哦2.2.下列下列烧烧杯中盛的都是稀硫酸，其中在杯中盛的都是稀硫酸，其中在铜电铜电极能极能产产生气生气泡的是（泡的是（）锌锌铜铜银银铜铜银银铜铜锌锌铜铜A B C DA B C DA A第二十三页，讲稿共

18、四十页哦专题专题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二课时第二课时第二十四页，讲稿共四十页哦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池的必须须是两种不同的金属是两种不同的金属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原原电电池工作池工作时总时总是是负负极溶解，正极上有物极溶解，正极上有物质质生成生成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 B第二十五页，讲稿共四十页哦2将将纯纯锌锌片片和

19、和纯纯铜铜片片按按图图示示方方式式插插入入同同浓浓度度的的稀稀硫硫酸中一段酸中一段时间时间，以下叙述正确的是，以下叙述正确的是()A两两烧烧杯中杯中铜铜片表面均无气泡片表面均无气泡产产生生B甲中甲中铜铜片是正极、乙中片是正极、乙中铜铜片是片是负负极极C两两烧烧杯中溶液的杯中溶液的pH均增大均增大D产产生气泡速率甲比乙慢生气泡速率甲比乙慢C C第二十六页，讲稿共四十页哦3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，当导导线线中有中有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化是化是 ()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

20、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 A第二十七页，讲稿共四十页哦4、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，在在 读读 书书 卡卡 片片 上上 记记 下下 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 D第二十八页，讲稿共四十页哦B第二十九页，讲稿共四十页哦S2+-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烧到将碳电极放在高温火焰上灼烧到红热，迅速浸

21、入冷水。红热，迅速浸入冷水。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第三十页，讲稿共四十页哦人人们们根根据据原原电电池池的的反反应应原原理理，发发明明并并制制造造了了多多种种多多样样的的化化学学电电源源。在在日日常常生生活活、高高科科技技领领域域、航航天天技

22、技术术中中化化学学电电源源是是不不可可缺缺少少的的。化化学学电电源源具具有能量有能量转转化率高、使用方便、用途广泛等化率高、使用方便、用途广泛等优优点。点。一、化学电源的分类一、化学电源的分类化学化学电电源可分源可分为为两两类类：_、_。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第三十一页，讲稿共四十页哦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、常见化学电源第三十二页，讲稿共四十页哦1 1、干电池、干电池负极（锌筒）负

23、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+第三十三

24、页，讲稿共四十页哦 银锌原电池是用不锈钢制成的小圆盒，形似纽扣，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。盒内一端填充故称纽扣电池。盒内一端填充氧化银和石墨氧化银和石墨组成的活性材组成的活性材料，另一端填充料，另一端填充锌汞合金锌汞合金组成的活性材料。电极反应如组成的活性材料。电极反应如下：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

25、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、银锌纽扣电池第三十四页，讲稿共四十页哦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:

26、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，使用方便、安全、可靠，可以循环使用电压稳定，使用方便、安全、可靠，可以循环使用广泛用于国防、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=第三十五页，讲稿共四十页哦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：锂使用寿命长，质量

27、轻、电压高、使用寿命长，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（有机溶剂（为什么必须无水？为什么必须无水？）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第三十六页，讲稿共四十页哦燃料电池：燃料电池：把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“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、铝常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、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：优点：效率高、无污染，装置可持续使用。效率高、无污染

28、，装置可持续使用。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、核能发电之后的第四类燃料电池是继水力、火力、核能发电之后的第四类发电发电化学能发电。化学能发电。第三十七页，讲稿共四十页哦（1 1）氢氧燃料电池）氢氧燃料电池 20 20世纪世纪6060年代应用于美国载人飞船，年代应用于美国载人飞船，也曾用于叉车、牵引车等。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-2

29、H2+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第三十八页，讲稿共四十页哦(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

30、：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-第三十九页，讲稿共四十页哦(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。除了以氢以磷酸为电解质，利用廉价的碳材料为骨架。除了以氢气为燃料外，还可使用甲醇、天然气、城市煤气等低廉燃料，气为燃料外，还可使用甲醇、天然气、城市煤气等低廉燃料，是目前最成熟的燃料电池。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，都使用磷酸型燃料电目前世界上大容量的燃料电池发电厂，都使用磷酸型燃料电池。如东京电能公司经营的池。如东京电能公司经营的11MW11MW美日合作磷酸型燃料电池发美日合作磷酸型燃料电池发电厂。电厂。第四十页，讲稿共四十页哦