人教版必修二 化学能与电能.ppt

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1、能源能源 一次能源：直接从自然界取得的一次能源：直接从自然界取得的 能源。能源。二次能源：一次能源经过加工、转换得二次能源：一次能源经过加工、转换得到的能源。到的能源。一次能源一次能源：二次能源：二次能源：蒸汽电能水能风能石油天然气原煤电能（电力）：二次能源电能（电力）：二次能源20012001年我国发电总量构成图年我国发电总量构成图火力发电工作原理示意图火力发电工作原理示意图火电站从开始到结束能量是如何转化的？火电站从开始到结束能量是如何转化的？化石燃料化石燃料化学能化学能燃烧燃烧热能热能蒸汽蒸汽机械能机械能电能电能发电机发电机 化学能化学能 电能电能？直接直接H2SO4【实验实验 1】分别

2、把锌片和铜片插入到稀分别把锌片和铜片插入到稀H2SO4中中,观察现象。观察现象。【实验实验 2】将锌片和铜片用导线连接（导线中间接入一个电流表）将锌片和铜片用导线连接（导线中间接入一个电流表），平行插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。，平行插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。现象现象铜片铜片锌片锌片电流表电流表铜片表面铜片表面有大量气泡有大量气泡产生产生锌片不断溶解锌片不断溶解电流表指针发生偏转电流表指针发生偏转现象现象铜片铜片 铜片表面铜片表面没有气泡没有气泡产生产生锌片表面有气泡产生，锌片溶解锌片表面有气泡产生，锌片溶解Zn+2H+=Zn2+H2锌片锌片H2SO4AH2SO4电极电极材料材料现

3、象现象 电子电子得失得失原电池原电池的电极的电极反应反应类型类型总的离子反应方总的离子反应方程式程式(电池反应电池反应)失失得得Zn-2e-=Zn2+(不是不是“”表示表示)2H+2e-=H2 (不是不是“”表示表示)负极负极正极正极Zn+2H+=Zn2+H2产生产生气体气体Zn片片溶解溶解Zn片片Cu片片电极反应电极反应氧化氧化反应反应还原还原反应反应【实验结论实验结论】导线中有电子通过形成了电流导线中有电子通过形成了电流,化学能转化成了电化学能转化成了电能能.一、原电池一、原电池1.1.定义：把定义：把化学能化学能转化为转化为电能电能的装置。的装置。反应本质：氧化还原反应反应本质：氧化还原

4、反应理论依据理论依据:一般，能一般，能自发自发进行的进行的氧化还原氧化还原反应都可以设计成原电池反应都可以设计成原电池 外电路：外电路：电子电子由负极流向正极，由负极流向正极，电流电流由正极流向负极由正极流向负极 内电路：内电路：阴离子阴离子移向移向负极负极，阳离，阳离 子移向正极子移向正极e电流流向及离子流向：电流流向及离子流向：负极负极正极正极氧化氧化反应反应Zn-2e-=Zn2+铜锌原电池铜锌原电池电解质溶液电解质溶液失失e,e,沿导线传递，有电流产生沿导线传递，有电流产生还原还原反应反应2H+2e-=H2阴离子阴离子阳离子阳离子负极负极正极正极 2.原电池工作原理：原电池工作原理：Zn

5、Cu3.原电池的电极名称原电池的电极名称u负极负极：电子流出电子流出（电流流入）的一极（电流流入）的一极（较较活泼金属活泼金属），发生），发生氧化反应氧化反应；u正极正极：电子流入电子流入（电流流出）的一极（电流流出）的一极（较较不活泼的金属不活泼的金属或或非金属导体非金属导体），发生），发生还原还原反应反应。根据电极材料判断根据电极材料判断练习：判断下列原电池的正负极练习：判断下列原电池的正负极.ZnCu稀硫酸稀硫酸ZnFeA稀硫酸稀硫酸CZnFeCA稀硫酸稀硫酸A稀硫酸稀硫酸A负极负极:较活泼的金属较活泼的金属正极正极:较不活泼的金属较不活泼的金属或或非金属导体非金属导体-+-+-+-+原

6、电池正负电极的判断方法原电池正负电极的判断方法根据电子或电流流动方向判断（外电路）：根据电子或电流流动方向判断（外电路）：电子从负极流出电子从负极流出 沿导线沿导线 流入正极流入正极电流从正极流出电流从正极流出 沿导线沿导线 流入负极流入负极ee根据离子的定向移动方向（内电路）根据离子的定向移动方向（内电路）阳离子向正极移动阳离子向正极移动阴离子向负极移动阴离子向负极移动根据电极反应判断根据电极反应判断失电子的反应失电子的反应氧化反应氧化反应负极负极得电子的反应得电子的反应还原反应还原反应正极正极根据现象判断根据现象判断电极不断溶解：电极不断溶解：负极负极有气泡冒出、有固体析出：有气泡冒出、有

7、固体析出：正极正极根据离子方程式判断根据离子方程式判断Fe+2H+=Fe2+H2（负极）（负极）（在正极）（在正极）4.电极反应式与电池总反应式电极反应式与电池总反应式u负极（锌片）：负极（锌片）：Zn2e-=Zn2+（氧化反（氧化反应应）；）；u正极（正极（铜铜片）：片）：2H+2e-=H2 （还还原反原反应应）；）；u电电池池总总反反应应式：式：Zn+2H+=Zn2+H2如何书写电极反应方程式如何书写电极反应方程式负极（锌片）：负极（锌片）：Zn 2e-=Zn2+负极（锌片）：负极（锌片）：Zn 2e-=Zn2+正极（石墨）：正极（石墨）：2H+2e-=H2 正极（铜片）：正极（铜片）：C

8、u2+2e-=Cu 总反应总反应:Zn+2H+=Zn2+H2 总反应总反应:Zn+Cu2+=Zn2+Cu 电极反应方程式的书写方法电极反应方程式的书写方法负极：负极：较活泼金属（较活泼金属（A）电极反应：电极反应：A-ne-=An+(氧化反氧化反应应)正极：正极：较不活泼金属或非金属（较不活泼金属或非金属（B）电极反应：电极反应：Cm+me-=C(还还原反原反应应)要求书写时，正负极得失电子数相等。要求书写时，正负极得失电子数相等。正极正极电极反应式电极反应式+负极负极电极反应式电极反应式=电池总电池总反应式反应式已知其中两个可以求第三个已知其中两个可以求第三个CH2SO4（不可以）（不可以）

9、（不可以）（不可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）5.原电池的构成条件原电池的构成条件 u能能自发自发地发生氧化还原反应地发生氧化还原反应u有两种有两种活泼性不同活泼性不同的金属（或金属和的金属（或金属和非金属非金属导体导体，如碳棒）作电极，如碳棒）作电极u电极材料均插入电极材料均插入电解质溶液电解质溶液中中u必须形成必须形成闭合回路闭合回路1.1.下列装置中能组成原电池形成电流的是下列装置中能组成原电池形成电流的是()()CAZnCuH2SO4CuZnA酒精酒精A BA BZnH2SO4ACuH2SO4C DC DACuCuH2SO42.2.某金属能跟稀盐酸作用放出氢气，该金属与某金属

10、能跟稀盐酸作用放出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是锌组成原电池时，锌为负极，此金属是()()A.Mg B.Fe C.Al D.CuB3.3.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的电解质溶液的 pH()pH()A.A.不不 B.B.先变大后变小先变大后变小 C C逐渐变大逐渐变大 D.D.逐渐变小逐渐变小C4.4.一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是 Zn+CuZn+Cu2+2+=Zn=Zn2+2+Cu,+Cu,该反应的的原电池正确组合是该反应的的原电池正确组合是()CABCD正极正极ZnCuCuFe负极负极CuZnZnZ

11、n电解质溶液电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl5.5.把把a a、b b、c c、d d四块金属片浸入稀硫酸中，用导四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若线两两相连组成原电池。若a a、b b相连时，相连时，a a为负为负极；极；c c、d d相连时，电流由相连时，电流由d d到到c c；a a、c c相连时，相连时，c c极上产生大量气泡，极上产生大量气泡，b b、d d相连时，相连时，b b上有大量气上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为()()A Aa b c d Ba b c d Ba c d b a c

12、 d b C Cc a b d Dc a b d Db d c a b d c a B实践活动实践活动自制电池自制电池水果电池水果电池。如下图：。如下图：在原在原电电池中相池中相对对活活泼泼的金属一定作的金属一定作负负极极,相相对对不活不活泼泼的金属一定作正极的金属一定作正极吗吗?提示提示:不一定。判断不一定。判断电电极极时时,不能不能简单简单地依据金属的活地依据金属的活动动性性顺顺序来判断序来判断,要看反要看反应应的具体情况。例如的具体情况。例如:Al在在强强碱碱性溶液中比性溶液中比Mg更易失更易失电电子子,所以所以Mg、Al在在NaOH溶液溶液中形成原中形成原电电池后池后,Al作作负负极极

13、,Mg作正极作正极；Fe或或Al在在浓浓硝酸中硝酸中钝钝化化后后,比比Cu等金属更等金属更难难失失电电子子,所以所以Cu和和Fe或或Cu和和Al在在浓浓硝酸中形成原硝酸中形成原电电池后池后,Cu作作负负极极,Fe或或Al作正极。作正极。二、发展中的化学电源二、发展中的化学电源干电池碱性电池蓄电池锂离子电池燃料电池干电池碱性电池1 1、干电池、干电池（1 1）普通锌锰电池普通锌锰电池一次性电池一次性电池负极材料：负极材料：锌筒（锌筒（Zn）正极材料：正极材料：碳棒（碳棒（C）电解质：电解质：NH4Cl糊糊 负极：负极：正极：正极：Zn -2e-=Zn2+2NH4+2e-=2NH3+H2H2+2M

14、nO2=2MnO(OH)碱式氧化锰碱式氧化锰总反应：总反应：Zn+2MnO2+2NH4+=2MnO(OH)+2NH3+Zn2+.电池的构造电池的构造:.电极反应电极反应:.缺点缺点:普通锌锰干电池用久了锌外壳会变薄，最后内部电普通锌锰干电池用久了锌外壳会变薄，最后内部电解质会泄漏出来，使电器腐蚀解质会泄漏出来，使电器腐蚀（2 2）碱性锌锰电池碱性锌锰电池一次性电池一次性电池将普通锌锰干电池中的将普通锌锰干电池中的NH4Cl换成换成KOH负极：负极：正极：正极：Zn -2e-+2OH-=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-总反应：总反应：2MnO2+Zn+2H2

15、O=2MnO(OH)+Zn(OH)2.电极反应电极反应:.优点优点:延长了锌锰电池的使用寿命与性能延长了锌锰电池的使用寿命与性能蓄电池2 2、充电电池、充电电池(又称二次电池又称二次电池)充电电池充电电池(又称二次电池又称二次电池)Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O(-)(+)负极负极:Pb+SO42-2e-=PbSO4 Pb+PbO2+4H+2SO42-=2PbSO4+2H2O正极正极:PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O铅蓄电池铅蓄电池特点：特点：电池总反应式：电池总反应式：二次电池二次电池,可再次充电使用可再次充电使用充电充电放电放电 Pb+PbO2

16、+2H2SO4 2PbSO4+2H2O镍镉电池镍镉电池 特点：特点：使用寿命比铅蓄电池长，体积小，但使用寿命比铅蓄电池长，体积小，但会严重污染环境会严重污染环境 负极材料：负极材料：Cd正极材料：正极材料：NiO(OH)电解质：电解质：KOH负极：负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2正极：正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-氢氢氧氧燃燃料料电电池池3 3、燃料电池、燃料电池3、燃料电池燃料电池它是一种将燃料和氧化剂（如它是一种将燃料和氧化剂（如O2）反应所放出的化）反应所放出的化学能直接转化为电能的高效、环境友好的发电装置学能直接转化为电能的高效、环境友

17、好的发电装置燃料电池由燃料电池由3个主要部分组成：个主要部分组成：燃料电极燃料电极(负极负极)；电解液电解液；空气氧气电极空气氧气电极(正极正极)1）氢氧燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池工作时向负极供给燃料工作时向负极供给燃料(H2)，向正极供给氧化剂向正极供给氧化剂(空气空气/O2).H2在负极分解成在负极分解成H+和电和电子子e-。H+进入电解液中，而电进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。在子则沿外部电路移向正极。在正极上，正极上，O2得电子。得电子。电极材料一般为活性电极，电极材料一般为活性电极，具有很强的催化活性，如铂具有很强的催化活性，如铂电极，活性炭电极等电极，活

18、性炭电极等.电解液为碱性溶液（如电解液为碱性溶液（如KOH）2H2+4OH-4e-=4H2O O2+2H2O+4e-=4OH-负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：2H2 +O2=2H2O.电解液为酸性溶液（如电解液为酸性溶液（如H2SO4）负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O 2H2 +O2=2H2O2）氢氧燃料电池的特点氢氧燃料电池的特点氢氧燃料电池的特点氢氧燃料电池的特点能量转化效率高能量转化效率高 污染很小污染很小燃料适用范围广燃料适用范围广需要持续供应反应物需要持续供应反应物三、原电池原理的应用三、原电池原理的应用1.1.加快氧

19、化还原反应的速率加快氧化还原反应的速率:(1)(1)原理原理:原原电电池中池中,氧化反氧化反应应和和还还原反原反应应分分别别在两极在两极进进行行,使溶液中使溶液中离子运离子运动时动时相互的干相互的干扰扰减小减小,使反使反应应速率增大。速率增大。(2)(2)实实例例:实验实验室用室用Zn和稀硫酸反和稀硫酸反应应制取制取氢氢气气时时,可滴入几可滴入几滴滴CuSO4溶液溶液,形成原形成原电电池池,加快反加快反应应速率。速率。2.2.比较金属活泼性强弱比较金属活泼性强弱:(1)(1)原理原理:一般原一般原电电池中池中,活活泼泼金属作金属作负负极极,发发生氧化反生氧化反应应,不活不活泼泼金属作正极金属作

20、正极,发发生生还还原反原反应应。(2)(2)实实例例:有两种金属有两种金属A和和B,用用导线连导线连接后插入到稀硫接后插入到稀硫酸中酸中,观观察到察到A极溶解极溶解,B极上有气泡极上有气泡产产生。由原生。由原电电池池原理可知原理可知,金属活金属活动动性性AB。3.3.用于金属保护用于金属保护:(1)(1)原理原理:使使被保被保护护的金属作原的金属作原电电池的正极池的正极而得到而得到保保护护。(2)(2)实实例例:要保要保护护一个一个铁铁制的制的输输水管道水管道,可用可用导线导线将其与一将其与一块块锌块锌块相相连连,使使锌锌作原作原电电池的池的负负极极。4.4.设计原电池设计原电池:(1)(1)

21、首先将已知氧化首先将已知氧化还还原反原反应应拆分拆分为为两个半反两个半反应应。氧化反氧化反应应:还还原原剂剂 -ne-=氧化氧化产产物物;还还原反原反应应:氧化氧化剂剂+ne-=还还原原产产物物;正极反正极反应应式式 +负负极反极反应应式式 =电电池的池的总总反反应应式。式。(2)(2)根据原根据原电电池的池的电电极反极反应应特点特点,结结合两个半反合两个半反应应找出找出正正负负极材料及极材料及电电解解质质溶液。溶液。电电解解质质溶液的溶液的选择选择:电电解解质质溶液一般要溶液一般要能能够够与与负负极极发发生反生反应应或者或者电电解解质质溶液中溶液中溶解的其他物溶解的其他物质质能与能与负负极极发发生反生反应应(如空气中的氧气如空气中的氧气)。电电极材料的极材料的选择选择:在原在原电电池中池中,一般一般选择选择活活泼泼性性较较强强的金属作的金属作为负为负极极,活活泼泼性性较较弱的金属或能弱的金属或能导电导电的惰性材的惰性材料作正极料作正极。负负极材料或极材料或还还原性物原性物质质在在负负极上失去极上失去电电子子被氧化被氧化,氧化性物氧化性物质质在正极上得到在正极上得到电电子被子被还还原。原。