化学 化学能与电能的转化苏教必修PPT课件

1、第一课时第一课时 化学能转化为电能化学能转化为电能第1页/共77页化学能化学能 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（分析火力发电的利与弊）（分析火力发电的利与弊）第2页/共77页第3页/共77页第4页/共77页第5页/共77页, 将Zn片插入H2SO4溶液中有什么现象？为什么？, 将Cu片插入H2SO4溶液中有什么现象？为什么？演示探究第6页/共77页，若将Zn片,Cu片用一导线连接再浸在H2SO4溶液中，有什么现象？为什么？，将一Zn片,Cu片平行插入H2SO4溶液中，有什么现象？为什么？第7页/共77页，导线间接一电流计有何现象产生？为什么？，用一干电池连接电流计

2、验证电子流向，确定Zn片, Cu片的正负极是怎样的？第8页/共77页实验现象实验结论实验 1实验2实验3实验4铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。铜片上没有明显现象，锌片上有无色气体产生。铜片上有无色气体产生，锌片无明显现象。铜片上有无色气体产生，锌片无明显现象，电流计发生偏转。H+在铜片上得到电子被还原成氢气。H+在铜片上得到电子被还原成氢气，说明有电子从锌片流入到铜片.铜片与稀硫酸不反应，2H+Zn=Zn2+H2铜片与稀硫酸不反应，2H+Zn=Zn2+H2第9页/共77页原电池原电池 问题探究问题探究 1 1、你能找到原电池的正负极吗、你能找到原电池的正负极吗? ?这一原电池在工作时

3、的电流流动这一原电池在工作时的电流流动方向是怎样的？方向是怎样的？定义定义: :把把化学能化学能转变为转变为电能电能的装置。的装置。 电子由锌片经导线流向铜片，电流由铜电子由锌片经导线流向铜片，电流由铜片流出，从锌片流入。片流出，从锌片流入。第10页/共77页、锌片：锌片： ZnZn2e2eZnZn2+2+（氧化反应）（氧化反应）铜片：铜片： 2H2H+ +2e+2eH H2 2（还原反应）（还原反应） 问题探究问题探究 2 2、你知道原电池的工作原理吗？、你知道原电池的工作原理吗？能不能写出在二个电极上的离子反能不能写出在二个电极上的离子反应方程式？应方程式？原电池的工作原理：原电池的工作原

4、理：氧化还原反应氧化还原反应第11页/共77页电极电极材料材料电极反应电极反应反应类型反应类型原电池的原电池的电极电极ZnZn片片CuCu片片电池总电池总反应反应氧化反应ZnZn2e2e- - ZnZn2+2+2H2H+ + + 2e+ 2e- -H H2 2负极负极正极正极Zn+2HZn+2H+ +ZnZn2+2+H+H2 2锌铜原电池原理还原反应第12页/共77页负极正极Zn-2e-=Zn2+2H+ +2e-=H2还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应还原剂失去的电子从锌极流出流入铜极.经外电路Zn2+H+SO42-电流方向电流方向第13页/共77

5、页意大利物理学家亚历山德罗.伏打(Alessandro Volta)伏打电池第14页/共77页1.原电池：将化学能转化成电能的化学能转化为电能原电池的原理： 氧化还原反应总反应：2H+2e-=H2Zn2e-=Zn2+Zn+2H+=Zn2+H2Zn+H2SO4=ZnSO4+H2(离子方程式）（化学方程式）正极：负极：（氧化反应）（还原反应）2.电极反应第15页/共77页实验探究形成原电池的条件形成条件一：活泼性不同的两个电极负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等第16页/共77页形成条件二：电极需插进电解质溶液中实验探究形成原电池的条件第17页/共77页形成条件三：必须形成闭合回路实验探

6、究形成原电池的条件第18页/共77页实验探究形成原电池的条件形成条件四：必须存在自发的氧化还原反应第19页/共77页3.构成原电池的条件(1)有活泼性不同的两个电极(2)两电极都接触电解质溶液（3）正极、负极、电解质溶液构成闭合回路( 4 )在电极表面上能发生自发进行的氧化还原反应。第20页/共77页电解质溶液失e，沿导线传递，有电流产生阳离子负极正极 阳离子原电池工作原理：第21页/共77页第22页/共77页第23页/共77页有下列材料：Zn片、片、Cu片、导线、水果片、导线、水果 、电流计，请设计一个装置使电流计指针发生电流计，请设计一个装置使电流计指针发生偏转。偏转。第24页/共77页第

7、25页/共77页本节要点:1，原电池概念。2，构成原电池的条件。3，原电池的正负极和电子流向判断。4，原电池的工作原理。小 结第26页/共77页例题：例题： 把把A A、B B、C C、D4D4块金属片浸入稀硫酸中，用块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成导线两两相连组成原电池原电池。若若A A、B B相连时，相连时，A A为负极；为负极；C C、D D相连时，相连时，D D上产生大量气泡；上产生大量气泡；A A、C C相连时，电流由相连时，电流由C C经导线流向经导线流向A A；B B、D D相连时，电子由相连时，电子由D D经导线流向经导线流向B B，则此则此4 4种金属的活动性由强到弱

8、的顺序为（种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ） A AB BC CD D A AC CD DB B C CA AB BD D B BA AC CD D A AB BC CD DA AC CD DB B第27页/共77页试试一一试试1、 判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式.()()()2H+2e-H2负极：总反应：正极：Zn2e-Zn2+Zn+2H+Zn2+H2第28页/共77页()()负极：正极：总反应：正极：负极：总反应：Zn2e- Zn2+2H+2e- H2Zn+2H+Zn2+H2Fe2e - Fe2+Cu2+2e- CuFe+Cu2

9、+Fe2+Cu第29页/共77页 、四种金属，将和用导线连接起来，浸入电解质溶液中，不易腐蚀。将、分别放入等浓度盐酸中，比反应剧烈。将浸入的盐溶液中无明显变化，如果把浸入的盐溶液中，有金属析出。其活动顺序为：（ ） 、 、 、 、B第30页/共77页3 3、一个原电池的总反应的离子方程式是、一个原电池的总反应的离子方程式是Zn + CuZn + Cu2+2+ = = ZnZn2+2+ + Cu + Cu，该反应的原电池的组成正确的是（，该反应的原电池的组成正确的是（ ）A AB BC CD D正极正极ZnZnAgAgCuCuCuCu负极负极CuCuCuCuZnZnZnZn电解质溶液电解质溶液

10、CuClCuCl2 2H H2 2SOSO4 4CuSOCuSO4 4FeClFeCl2 2C第31页/共77页第32页/共77页二、二、 原电池原理的应用：原电池原理的应用：1 1、研制分析化学电源；2 2、促进某些氧化还原反应的进行，加快反应速率 3 3、寻找钢铁防腐蚀的方法4、原电池的设计 第33页/共77页钢铁的吸氧腐蚀钢铁的吸氧腐蚀原理：在潮湿空气中钢铁表面形成无数微小的原电池。负极：Fe2e=Fe2+正极：2H20+O2+4e=4OHFe2+ +2OH =Fe（OH）24Fe（OH）2 +2H20+O2 = 4Fe（OH）32Fe（OH）3=Fe2O3+3H2OFeCGNaCl第3

11、4页/共77页钢铁的防腐蚀：钢铁的防腐蚀：（1 1）覆盖保护层；）覆盖保护层；（2 2）改变金属内部结构；）改变金属内部结构；（3 3）钢铁表面镶嵌活泼金属，如锌；）钢铁表面镶嵌活泼金属，如锌；（4 4）钢铁连接电源负极。）钢铁连接电源负极。第35页/共77页4.化学电源（1）一次电池（如干电池）一次电池（如干电池）: :用过后不能复原用过后不能复原（2）二次电池（如蓄电池）二次电池（如蓄电池）: :充电后能继续使用充电后能继续使用（3）燃料电池）燃料电池（4）海水电池）海水电池 第36页/共77页负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+正极（石墨）：2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2N

12、H3+H2O总反应：Zn+ 2MnO2+2NH4+=Zn2+ Mn2O3+2NH3+H2O干电池 Zn- Mn普通干电池（1）一次电池第37页/共77页锌锰碱性电池是一种新型的干电池。正极材料为MnO2 ,负极材料为Zn，还原产物为MnOOH,电解质是KOH溶液，总： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnOOH请写出电极反应式并分析其工作原理。负极：Zn + 2OH2e- = Zn(OH)2正极：2MnO2 + 2H2O + 2 e- = 2MnO（OH） + 2OH 总反应： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnO（OH）碱性Zn-

13、 Mn干电池第38页/共77页 银锌电池钮扣电池 该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液。发生反应后生成Ag和ZnO,其电极反应式为：负极：Zn+2OH-2e- = ZnO+H2O 正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-银锌纽扣电池总反应式为：Zn+ Ag2O= ZnO+2Ag（2）二次电池第39页/共77页铅蓄电池铅蓄电池（1）电极材料及原料（2）电解质溶液（3）电极反应式：正极：PbO2 负极：PbH2SO4溶液负极（Pb）: Pb- 2e-+ SO4 2 - =PbSO4Pb+PbO2+2H2SO4 =2PbSO4 +2H

14、2O正极（PbO2）: PbO2+4H+SO42 -+ 2e-= PbSO4 +2H2O总反应：第40页/共77页负极：Pb+SO42- =PbSO4+2e-正极：PbO2+SO42-+4H+2e - =PbSO4+ 2H2O 电池总反应：Pb+ PbO2+2SO42- +4H+ =2PbSO4+2H2O阴极： PbSO4 +2e- Pb+SO42- 阳极： PbSO4+ 2H2O PbO2+SO42-+4H+2e- 电池总反应：2PbSO4+2H2O Pb+ PbO2+2SO42- +4H+ 铅蓄电池的放电过程原电池铅蓄电池的充电过程电解池放电充电2 PbSO4 + 2H2OPbO2 + P

15、b + 2H2SO4铅蓄电池的充放电过程第41页/共77页 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”优点：效率高、无污染，装置可持续使用效率高、无污染，装置可持续使用 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池界输入，同时将电极反应产物不断排出电池 （3）新型燃料电池）新型燃料电池第42页/共77页燃料电池负极：2H2+4OH-4e-=4H2O 正极：O2+2H2O+4e-=4OH-

16、总反应：O2+2H2=2H2O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。如图电池反应第43页/共77页（4）海水电池）海水电池1991年，我国首创以铝-空气-海水为能源的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。这种海水电池的能量比“干电池”高2050倍。电极反应式为：负极：正极：电池总反应：4Al - 12e-= 4Al 3+3O2+ 6H2O +12e-= 12 OH -4Al+3O2+ 6H2O = 4Al (OH)3

17、第44页/共77页怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？书写步骤：（1）写出燃烧反应，根据电解液改写燃料电池总反应；（2）写出正极的电极反应式(一般较简单);（3）由燃料电池总反应减去正极的电极反应式得负极的电极反应式。正极反应一般为酸性介质 碱性介质O2+4H+4e=2H2OO2+2H2O+4e=4OH-第45页/共77页 CH4、O2、NaOH组成的燃料电池1.燃烧总化学反应： CH4+2O2CO2+2H2O2.燃料电池总反应：3.正极：4.负极：CH4+2OH-+2O2 = CO3 2 -+3H2O2O2+4H2O+8e= 8OH-CH4+10OH-8e= CO32-+7H2O第46页

18、/共77页甲醇甲醇燃料电池是由甲醇和氧气及燃料电池是由甲醇和氧气及强碱强碱电解质溶电解质溶液构成的新型手机电池，电量可达现用镍氢或液构成的新型手机电池，电量可达现用镍氢或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。据此回答：据此回答： (1)甲醇是甲醇是 极极,电极反应式是电极反应式是: ;(2)电池反应的离子方程式电池反应的离子方程式: 2CH3OH+16OH-12e=2CO32-+12H2O2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O. 负负第47页/共77页第48页/共77页 在生产和生活中我们不但要利用化学反应，使化学能转化为电能，而且

19、要利用化学反应使电能转化为化学能。电能转化为化学能一般通过电解的方法来完成。我们已学过的化学课程里涉及利用电解反应来制取新物质的例子吗？ 实实 例例被电解物质被电解物质 电电 解解 产产 物物 化化 学学 方方 程程 式式电解水水H2、O22H2O=2H2 +O2 电解食盐水 H2O、NaClNaOH 、H2 、 Cl22NaCl +2H2O= 2NaOH +H2 + Cl2 电解融熔 氯化钠NaClNa、 Cl22NaCl = 2NaCl+ Cl2 电解融熔 氧化铝Al2O3Al 、 O22Al2O3=2Al +3 O2 第49页/共77页 在U形管中加入饱和氯化铜溶液，用石墨棒作电极，接通

20、电源，电解数分钟后，观察现象。（1）接电源负极的石墨棒上有 ， 电极反应为。（2）接电源正极的石墨棒上有 ， 电极反应为。 （3）电解反应的化学方程式。 （4）在上述电解反应中，被氧化的物质是， 被还原的物质是。（5）比较电解饱和氯化钠溶液与电解饱和氯化铜溶液，有什么不同？为什么？有铜析出Cu2+ + 2e- = Cu有Cl2放出2Cl- - 2e- = Cl2CuCl2 = Cu + Cl2 CuCl2CuCl2因参与电解的微粒不同。第50页/共77页三.电解原理及电解池3.电极名称和电极反应与电源负极相连的电极叫阴极，阴极上发生还原反应。与电源正极相连的电极叫阳极，阳极上发生氧化反应。 构

21、成电解池有什么条件？电解池有什么条件？构成条件: （1）与外加电源相连的两个电极 （2）有电解质溶液 （3）形成闭合回路1.电解:使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起 氧化还原反应的过程.2.电解池:借助于电流引起氧化还原反应的装置， 即把 电能转化为化学能的装置叫电解池或电解槽第51页/共77页阴极:与电源负极相连，电子流入，发生还原反应阳极:与电源正极相连，电子流出，发生氧化反应4. 电极的判断eeCC阴极阳极电解质溶液5. 电子、离子的流向电子从阳极通过电源流向阴极阳离子在电解质溶液中移向阴极阴离子在电解质溶液中移向阳极第52页/共77页比较原电池、电解池的异同点。比较原电池、电解池的

22、异同点。原电池原电池电解池电解池定义定义化学能转变成电能的装置。化学能转变成电能的装置。自发的自发的氧化还原反应氧化还原反应将电能转变成化学能的装将电能转变成化学能的装置。置。非自发的非自发的氧化还原反氧化还原反应应形成形成条件条件活动性不同两电极活动性不同两电极电解质溶液电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路两电极接直流电源两电极接直流电源电极插入电解质溶液电极插入电解质溶液形成闭合回路形成闭合回路电极电极名称名称负极：较活泼金属；负极：较活泼金属；正极：较不活泼金属正极：较不活泼金属(或或能导电的非金属等能导电的非金属等)阳极：电源正极相连阳极：电源正极相连阴极：电源负极相连阴极：电源负极相连

23、电极电极反应反应负极：氧化反应负极：氧化反应正极：还原反应正极：还原反应阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应原电池、电解池的比较第53页/共77页稀硫酸 稀硫酸 稀硫酸 硫酸 A B C D A B C D 例题1：下列装置中属于原电池的是 （ ） 属于电解池的是 （ ） BC D 怎样区分原电池、电解池？原电池、电解池的区分关键看原电池、电解池的区分关键看是否有外接电源是否有外接电源；第54页/共77页练习 分析下图，哪个是原电池，哪个是电解池。第55页/共77页 多池组合判断： 无外电源：一池为原电池，其余为电解池； 有外电源：全部为电解池或电镀池、精炼池。 第56页/

24、共77页6.电极产物的判断及电极反应的书写 阳极:先看电极后看溶液 (1) 活泼金属电极:金属电极失电子（除金和铂) (2) 惰性电极:溶液中阴离子失去电子, 失电子能力为: S2- I - Br - Cl - OH - 含氧酸根F- 阴极: 溶液中阳离子得电子,得电子能力为: Ag+ Fe3+ Cu2+ H+ （酸） Pb2+ Sn2+ Fe2+ Zn2+ H+ （水） Al3+ Mg2+ 第57页/共77页阴极阴极： _电子，发生_反应，离子_越强，反应越容易。常见阳离子放电顺序：Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+阳极阳极：_电子，发生_反应，离子_越强，反应

25、越容易。当阳极为惰性电极(石墨、铂、金)时,常见阴离子放电顺序：S2- I- Br- Cl- OH- 含氧酸根含氧酸根 F得还原氧化性失氧化还原性离子放电规律第58页/共77页分析电解反应的一般思路分析电解反应的一般思路溶液中存在的离子两极上的电极反应离子的移动方向及放电顺序判断电解池的阴、阳极第59页/共77页电解电解Na2SO4溶液的分析溶液的分析阴极阴极阳极阳极氧氧气气氢氢气气阳极: 4OH- 4e- = 2H2O+O2 实例电极反应 浓度PH值复原Na2SO4 阴极: 4H + 4e- = 2H2 变大变大不不变变 加加H2O2H2O = 2H2 +O2 通电第60页/共77页如电解H

26、2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液时其电极反应式为：阳极 ： 4OH4e2H2O +O2阴极： 4H+ +4e2H2 总反应：2H2O O2 +2H2 电解 电解后溶液中溶质的质量分数增大，若要恢复原来的浓度，只需加入一定量的水即可。用惰性电极电解电解质溶液规律(1)电解水型：第61页/共77页电解电解CuCl2溶液的分析溶液的分析阴极阳极氯气铜实例电极反应 浓度PH值复原CuCl2 CuCl2 Cu+Cl2 电解阳极：2Cl-2 e- =Cl2阴极：Cu2+ 2e-=2Cu减小减小增增大大 加加CuCl2第62页/共77页如电解盐酸、CuCl2溶液等 电解后溶液中溶质的质量分数

27、减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量的溶质(通入一定量的HCl气体)阳极： 2Cl 2eCl2阴极： 2H+ +2e H2 总反应：2HCl Cl2 + H2 电解电解盐酸(2)电解本身：第63页/共77页电解电解CuSO4溶液的分析溶液的分析阴极阳极氧气铜实例电极反应 浓度PH值复原CuSO4 2CuSO4+ 2H2O 2Cu +O2 + 2H2SO4电解阴极：Cu2+ 2e-=Cu减小减小 加加CuO阳极: 4OH- 4e- = 2H2O+O2 减减小小第64页/共77页如电解CuSO4溶液、AgNO3溶液等。阳极 ： 4OH4e2H2O +O2阴极： 2Cu2+ +4e2Cu总反

28、应： 2CuSO4 +2H2O 2Cu+O2 +2H2SO4 电解 电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需加入一定量金属氧化物。电解CuSO4溶液(3)放氧生酸型：第65页/共77页电解电解NaCl溶液的分析溶液的分析阴极阳极氢气氯气实例电极反应 浓度PH值复原NaCl 阳极: 2Cl- 2e- = Cl 2阴极: 2H + 2e- = H2 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 + Cl2 电解减小减小增增大大 加加HCl第66页/共77页如电解NaCl、KCl、MgCl2溶液等。 电解后原溶液中溶质的质量分数减小，若要恢复原来的组成和浓度，需通入一定量的HCl气体

29、。阳极 (C)： 2Cl 2eCl2阴极 (C)： 2H+ +2e H2 总反应：2NaCl+2H2O2NaOH+ Cl2 + H2 电解(4)放氢生碱型：第67页/共77页1.在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是A.原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应B.原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应C.原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应D.原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应高考题例析B C第68页/共77页 2. 关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是A电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠B若在阳极附近的溶液中滴入KI试液，溶液呈棕色C若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色D电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性B第69页/共77页3.右图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关的判断正确的是A.a为负极、b为正极 B.a为阳极、b为阴极C.电解过程中，d电极质量增加 D.电解过程中，氯离子浓度不变C第70页/共77页（2）活泼金属的冶炼钠的制取镁的制取铝的制取总反应式 : 2NaCl 2Na+Cl2通电总反应式 : MgCl2 Mg+