化学能及电能

1、复习：氧化还原反应一.能源的分类一次能源：直接从自然界中取得的能源如：流水、风力、石油、天然气二次能源：一次能源经过加工、转换得到的能源如：电力、蒸汽等电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又成电力。新课标人教版化学必修新课标人教版化学必修 第二章第二章第二节第二节 化学能与电能化学能与电能知识目标：知识目标： 能力目标：能力目标： 通过实验和科学探究形成原电池概念，初步通过实验和科学探究形成原电池概念，初步了解原电池的组成，理解其工作原理。了解原电池的组成，理解其工作原理。 （1）分析火力发电的原理及利弊，建立）分析火力发电的原理及利弊，建立“将将化学能直接转化为电

2、能化学能直接转化为电能”的新思路，通过对氧化的新思路，通过对氧化还原反应的本质的分析，提出实现新思路的各种还原反应的本质的分析，提出实现新思路的各种推测和猜想等，培养创新思维能力。推测和猜想等，培养创新思维能力。教学目标教学目标 （2）通过实验和科学探究，对比、归纳，）通过实验和科学探究，对比、归纳，培养学生科学探究精神和分析、归纳的能力。培养学生科学探究精神和分析、归纳的能力。科学探究和实验中的良好态度和合作学习。科学探究和实验中的良好态度和合作学习。情感目标：情感目标： 重点：重点： 初步认识原电池概念、反应原理、构成及应用。初步认识原电池概念、反应原理、构成及应用。认识化学能转化为电能对

3、现代化的重大意义。认识化学能转化为电能对现代化的重大意义。 通过对原电池实验的探究，引导学生从电通过对原电池实验的探究，引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质。子转移角度理解化学能向电能转化的本质。难点：难点：教学重难点教学重难点 2008年 我国南方和西部广大地区总共有十三个省份，遭受了历史上空前的暴风雪袭击，有三千万人受灾，房屋倒塌无数，工农业生产和交通运输受到了严重影响。 南方广大地区冰雪成灾，道路封冻，电力中断，许多地方交通瘫痪 南方大雪南方大雪南方大雪南方大雪南方大雪南方大雪2001年我国发电总量构成年我国发电总量构成1990-2005年全国火力发电量占全国发电总量比重变化

4、年全国火力发电量占全国发电总量比重变化估计在估计在2050年火电仍居首位年火电仍居首位讨讨 论：论：分析分析4040图图2828，谈谈火力发电的工作谈谈火力发电的工作原理原理，并指出其利与弊；，并指出其利与弊； 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一、火力发电的原理分析。一、火力发电的原理分析。思思 考考 火力发电火力发电要经过一系列能量转换才能要经过一系列能量转换才能将化学能转换为电能，能否发明一种装置将化学能转换为电能，能否发明一种装置将化学能直接转化为电能呢？将化学能直接转化为电能呢？能电池火力发电的化学深层本质分析火力发电的化学深层本质分析燃烧燃烧

5、氧化还原反应氧化还原反应氧化剂与还原剂之间发生电子的转移氧化剂与还原剂之间发生电子的转移火力发电火力发电将化学能经一系列能量转化为电能将化学能经一系列能量转化为电能旧键断裂和新键形成、体系能量变化旧键断裂和新键形成、体系能量变化过程过程关键关键本质本质本质本质引起引起思考：思考：1.1.电子的定向移动形成电流，我们能否在电子的定向移动形成电流，我们能否在氧化剂与还原剂之间架设桥梁，将电子移氧化剂与还原剂之间架设桥梁，将电子移动过程中产生的电流利用起来？动过程中产生的电流利用起来？2.2.若要实现上述想法，你能否用铜片、锌片、若要实现上述想法，你能否用铜片、锌片、稀硫酸、电流表等设计一个看能否产

6、生电流的稀硫酸、电流表等设计一个看能否产生电流的装置，装置，画出其装置图画出其装置图，并通过实验验证。，并通过实验验证。实验装置实验装置A Cu Zn稀硫酸稀硫酸 一一. .探究实验探究实验实验一实验一 把一块锌把一块锌片和铜片片和铜片分别分别插入插入盛有稀硫酸的烧杯盛有稀硫酸的烧杯中中, ,观察实验观察实验, ,记录记录现象现象( (注意稀硫酸注意稀硫酸的量不要太多的量不要太多) ) 实验二实验二 把一块锌片把一块锌片和铜片和铜片同时同时插入盛有插入盛有稀硫酸的烧杯中稀硫酸的烧杯中, ,观观察实验察实验, ,记录现象记录现象( (注注意两块金属片不要相意两块金属片不要相接触接触) )实验三实

7、验三 用导线把实验二中的锌片和铜用导线把实验二中的锌片和铜片连接起来片连接起来, ,观察实验现象并记录观察实验现象并记录( (注意注意两块金属片不要相接触两块金属片不要相接触) )实验四实验四 如图所示在导线中间连接一个灵如图所示在导线中间连接一个灵敏电流计敏电流计, ,观察电流计的指针是否发生偏观察电流计的指针是否发生偏转转, ,如果是偏向哪边如果是偏向哪边? ?请记录现象请记录现象锌片表面有气泡锌片表面有气泡铜片表面无气泡铜片表面无气泡同上同上铜片表面有气泡铜片表面有气泡锌片上也有少量气泡锌片上也有少量气泡电流计指针偏转电流计指针偏转Zn+2HZn+2H+ +=Zn=Zn2+2+H+H2

8、2CuCu不与稀不与稀H H2 2SOSO4 4反应反应同上同上有电流形成有电流形成? ?思考与交流：思考与交流：既然铜片上产生了气体既然铜片上产生了气体(H(H2 2) )，哪么，哪么H H+ +得到的电得到的电子是铜失去的还是锌失去的？如何检验？请设子是铜失去的还是锌失去的？如何检验？请设计出你的实验方案。计出你的实验方案。方案方案1 1：称量实验前后铜片或锌片的质量。：称量实验前后铜片或锌片的质量。方案方案2 2：观察溶液的颜色，看有无：观察溶液的颜色，看有无CuCu2+2+生成生成二二. .原电池：将化学能转化为电能的装置。原电池：将化学能转化为电能的装置。讨论：根据物理学的知识，如何

9、确定讨论：根据物理学的知识，如何确定CuCu、ZnZn、稀硫酸组成原电池的正、负极？稀硫酸组成原电池的正、负极？填表：填表：Zn片片Cu片片Zn 2e-=Zn2+2H+ + 2e-=H2氧氧 化化反反 应应还还 原原反反 应应电电 极极负负 极极正正 极极电电 极极材材 料料电极反应电极反应反反 应应类类 型型电电 子子 流流动动 方方 向向Zn片片Cu片片负极负极正极正极Zn-2e-=Zn2+2H+ +2e-=H2还原剂还原剂(Zn)失去电失去电子，发生氧化反应子，发生氧化反应氧化剂氧化剂(H+)在铜在铜极上得到电子，极上得到电子，发生还原反应发生还原反应还原剂失去还原剂失去的电子从锌的电子

10、从锌极流出极流出流入铜极流入铜极.经外电路经外电路ZnZn2+2+H+SO42-电流方向电流方向小结小结实验探究形成原电池的条件实验探究形成原电池的条件形成条件一：形成条件一：活泼性不同的两个电极活泼性不同的两个电极负极：较活泼的金属负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等正极：较不活泼的金属、石墨等第一组实验第一组实验形成条件二：电极需插进形成条件二：电极需插进电解质电解质溶液中；溶液中；第二组实验第二组实验实验探究形成原电池的条件实验探究形成原电池的条件第三组实验第三组实验实验探究形成原电池的条件实验探究形成原电池的条件形成条件三：必须形成闭合回路形成条件三：必须形成闭合回路三、原电

11、池的形成条件三、原电池的形成条件4.4.前提条件自发的氧化还原反应前提条件自发的氧化还原反应) )四、判断原电池正、负极的方法四、判断原电池正、负极的方法1 1、由组成原电池的两极材料判断：、由组成原电池的两极材料判断：一般是活泼的金属为负极一般是活泼的金属为负极活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极2 2、根据电流方向或电子流动方向判断：、根据电流方向或电子流动方向判断：电子流出的一极是负极，电子流进的一极是正极电子流出的一极是负极，电子流进的一极是正极4 4、根据原电池两极发生的变化来判断：、根据原电池两极发生的变化来判断：发生氧化反应的是负极，发生还

12、原反应的是正极发生氧化反应的是负极，发生还原反应的是正极5 5、电极反应现象：、电极反应现象： 不断溶解，质量减少为负极；有气体产生不断溶解，质量减少为负极；有气体产生, ,或质量增加或或质量增加或不变为正极不变为正极3 3、根据内电路离子移动的方向判断：、根据内电路离子移动的方向判断：阳离子移向的一极为正极，阴离子移向的为负极阳离子移向的一极为正极，阴离子移向的为负极间接：间接：直接：直接：化学能化学能燃烧燃烧热能热能蒸汽蒸汽机械能机械能发动机发动机电能电能装置装置原电池原电池概概念念构构成成条条件件工工作作原原理理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

13、是( )( )AZnCuH2SO4CuZnA酒精酒精ZnH2SO4ACuH2SO4ACuCuH2SO4一一.化学能通过加热转化为电能化学能通过加热转化为电能化学能化学能燃烧燃烧热能热能蒸汽蒸汽机械能机械能发电机发电机电能电能化石燃料化石燃料发展中的化学电源发展中的化学电源关于电池你了解多少？关于电池你了解多少？你知道电池是如何分类的吗？你知道电池是如何分类的吗？形状各异的电池遵循的工作原理是否相形状各异的电池遵循的工作原理是否相同？同？1、干电池（锌锰电池）、干电池（锌锰电池）负极：Zn 2e- = Zn2+正极：2NH4+ +2MnO2 + 2e- = 2NH3 + Mn2O3 + H2O

14、总反应：总反应：Zn+2NH4+ +2MnO2 =Zn2+2NH3 +Mn2O3 + H2O 上图是锌锰干电池上图是锌锰干电池负极负极:Zn- 2e- =Zn2+正极正极(C):2NH4+ 2e- =2NH3+2H2 体积小、性能好的碱性锌锰电池应运体积小、性能好的碱性锌锰电池应运而生。这类电池的重要特征是电解液由原来而生。这类电池的重要特征是电解液由原来的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。流大幅度提高。铅蓄电池铅蓄电池总反应：总反应： Pb + PbO2

15、+ 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O 负极：负极：Pb + SO42- - 2e- = PbSO4正极：正极：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O2、充电电池、充电电池已知：PbSO4难溶于水铅蓄电池构铅蓄电池构造示意图造示意图汽车用的蓄电池汽车用的蓄电池锂电池锂电池 锂是密度最小的金属，用锂作为电锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。负极相比较，使用寿命大大延长。新型燃料电池新型燃料电池 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

16、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负极负极:2H24e- +4OH- =4H2O正极正极:O2+2H2O+4e- =4OH-总反应总反应:2H2+O2=2H2O电极电极:多孔镍多孔镍 电解质电解质:KOH3、燃料电池：、燃料电池：正极：正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-2H2 + O2 = 2H2O4e-负极：负极：2H2 4e- = 4H+ 氢氧燃料电池氢氧燃料电池总反应：总反应：2H2 + O2 = 2H2OH2O2碱性条件下碱性条件下 电解质溶液的酸

17、碱性对电极反应的影响负极：负极：2H2 4e- = 4H+正极：正极：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O酸性条件下负极：负极：2H2 + 4OH- 4e- = 4H2O正极：正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-总反应：总反应：2H2 + O2 = 2H2O总反应：总反应：2H2 + O2 = 2H2O 改变燃料改变燃料H2正极：正极：2O2 + 4H2O + 8e- = 8OH-负极：负极：CH4 + 10OH- 8e- = CO32- + 7H2OCH4 +2O2 = CO2 + 2H2OCH4 +2O2 + 2OH- = CO32- + 2H2OCH4O2总反应：总反

18、应：1. 原电池：把化学能转化为电能的装置原电池：把化学能转化为电能的装置2. 原电池原理原电池原理原电池原电池负极（较活泼金属）负极（较活泼金属）正极（较不活泼金属或非金属导体）正极（较不活泼金属或非金属导体）3. 构成原电池的条件构成原电池的条件课堂小结课堂小结高考链接高考链接1.(09上海卷上海卷)下列叙述不正确的是（下列叙述不正确的是（ ）A.铁表面镀锌，铁作阳极铁表面镀锌，铁作阳极B.船底镶嵌锌块，锌做负极，以防船体被腐蚀船底镶嵌锌块，锌做负极，以防船体被腐蚀C.钢铁吸氧腐蚀的正极反应：钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-D.工业上电解饱和食盐水的阳极反应：工业上

19、电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl2e-=Cl2A解析：解析： 本题主要考查原电池及电解池的本题主要考查原电池及电解池的有关知识。有关知识。A项中，铁表面镀锌，并项中，铁表面镀锌，并不构成原电池。镀层被损后，则构成不构成原电池。镀层被损后，则构成原电池，活泼的锌作负极、铁作正极，原电池，活泼的锌作负极、铁作正极，故故A错。错。B、C、D项都正确。项都正确。2.（09广东卷）出土的锡青铜（铜锡合金）文物常有广东卷）出土的锡青铜（铜锡合金）文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表面。下列说法正确的是（覆盖在其表面。下列说法正确的是（ ）A.锡青铜的熔点比纯铜高锡青铜的熔点比纯铜高B.在自然环境中，锡青

20、铜中的锡可对铜起保护作用在自然环境中，锡青铜中的锡可对铜起保护作用C.锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快D.生成生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程。化学反应过程。BC解析：解析： 合金的熔点比纯组分的金属熔点低，合金的熔点比纯组分的金属熔点低，故故A不正确。锡比铜活泼，锡可对铜起保不正确。锡比铜活泼，锡可对铜起保护作用。在潮湿的环境易发生电化学腐蚀，护作用。在潮湿的环境易发生电化学腐蚀，故潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快。即故潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快。即B、C正确。电化学腐蚀过程

21、也是一种化学正确。电化学腐蚀过程也是一种化学变化，故变化，故D不正确。不正确。 3.（09浙江卷）市场上经常见到的标记为浙江卷）市场上经常见到的标记为Li-ion的电池的电池成为成为“锂离子电池锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和碳的。它的负极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质为一种能传到传到Li+的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应式为：为：Li+2Li0.35NiO2 2Li0.85NiO2 ( )A.放电时，负极的电极反应式：放电时，负极的电极反应式：Li-e- = Li+B.充

22、电时，充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应既发生氧化反应又发生还原反应C.该电池不能用水溶液作为电解质该电池不能用水溶液作为电解质D.放电过程中放电过程中Li+向负极移动向负极移动D解析：解析： 本题考查电化学知识，依据电池反本题考查电化学知识，依据电池反应式，放电过程中，锂为负极，失去电应式，放电过程中，锂为负极，失去电子发生氧化反应，子发生氧化反应，Li+向正极移动，向正极移动，A项正确，项正确，D项错误；充电过程中，项错误；充电过程中，Li0.85NiO2转化为转化为Li和和Li0.35NiO2，元素，元素化合价发生升高及降低，故既发生氧化化合价发生升高及降低，故既发

23、生氧化反应又发生还原反应，反应又发生还原反应，B正确；正确；Li属活属活泼金属，能与水反应，该电池不能用水泼金属，能与水反应，该电池不能用水溶液作为电解质，溶液作为电解质，C正确。正确。 碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：为电解液，电池总反应式为： Zn(s)+2MnO2(s)+H2O( l )=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s) 下列说法下列说法错误错误的是（的是（ ） A. 电池工作时，锌失去电子电池工作时，锌失去电子 B. 电池正

24、极的电极反应式为：电池正极的电极反应式为： 2MnO2(s)+H2O(1)+2e- =Mn2O3(s)+2OH- (aq) C. 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D. 外电路中每通过外电路中每通过O.2mol电子，锌的质量理论上电子，锌的质量理论上 减小减小6.5g课堂练习课堂练习2.判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，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，并写请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式出电极反应式.()()()2H+2e-H2负极：负极：总反应总反应：正极：正极：Zn2e-Zn2

25、+Zn+2H+Zn2+H2()()负极负极：正极正极：总反应总反应：正极正极：负极负极：总反应总反应：Zn2e-Zn2+2H+2e-H2Zn+2H+Zn2+H2Fe2e-Fe2+Cu2+2e-CuFe+Cu2+Fe2+CuFe+CuSO4Cu+FeSO4 ()()负极负极：正极正极：总反应总反应：Zn2e-Zn2+Cu2+2e-CuZn+Cu2+Zn2+Cu或或 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu()()负极负极：正极正极：总反应总反应：Fe2e-Fe2+2H+2e-H2Fe+2H+ Fe2+H2或或 Fe+H2SO4FeSO4+H23.如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其如图所示，在

26、铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是（溶液，片刻后可观察到的现象是（ ） D A. 铁圈和银圈左右摇摆不定；铁圈和银圈左右摇摆不定；B. 保持平衡状态；保持平衡状态；C. 铁圈向下倾斜；铁圈向下倾斜；D. 银圈向下倾斜；银圈向下倾斜； 5.把把 a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若两两相连组成原电池。若a、b相连时，相连时，a为负极；为负极；c、d相连时，电流由相连时，电流由d到到c；a、c相连时，相连时

27、，c极上产生大量极上产生大量气泡，气泡，b、d相连时，相连时，b上有大量气泡产生，则四种金上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为：属的活动性顺序由强到弱的为：( ) Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a B6.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( )ZnCuH2SO4AZnCuCuSO4AZnCu酒精ZnH2SO4ACuH2SO4B2. （1）B （2）C （3）D （4）BACD3. B 4. C 5. D6. 一次性干电池中的氧化还原反应是不可逆的，放完一次性干电池中的氧化还原反应是不可逆的，放完 电之后就不能再使用，而蓄电池中的氧化还原反应电之后就不能再使用，而蓄电池中的氧化还原反应 是可以逆转的，放电时所进行的氧化还原