化学能转化为电能

关于化学能转化为电能第1页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三1.学生通过实验探究认识原电池的工作原理和原电池的构成条件，初步理解原电池的概念。2.学生通过对化学能转化为电能的学习，体验科学探究的过程。3.学生通过探究化学能转化为电能的奥秘，提高学习化学的兴趣和热情，体验科学探究的艰辛与喜悦，感受化学世界的奇妙与和谐。第2页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三专题2化学反应与能量变化第三单元化学能与电能的转化化学能转化为电能第3页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三一、化学能转化为电能的途径化学能燃烧热能蒸汽机械能发电机电能化石燃料1.间接转化2.直接转化化学能电能原电池反应第4页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三1780年，意大利解剖学教授伽伐尼(Galvani,L.)

青蛙抽搐实验。理论解释：动物电观点原电池的历史第5页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三

伏打对动物电观点的质疑

1800年建立伏打电池模型。

伏打电池是实用电池的开端。原电池的历史意大利帕维大学教授伏打

（Volta,A.1745-1827）第6页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三

离子方程式思考问题寻找答案你对问题3的想法稀H2SO4ZnCu锌表面有气泡产生，铜表面无明显现象1.反应中，哪种物质失电子，哪种物质得电子？2.Zn是通过什么途径将电子转移给溶液中H+的？3.什么方法可使Zn与H+分开，不让H+直接在Zn表面得电子？实验现象用导线将锌表面的电子引出来Zn+2H+=Zn2++H2↑1.原电池反应的探究：第7页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三

离子方程式思考问题寻找答案组内交流列出想法实验现象Cu起传导电子的作用。可用电流表测电流及方向。Zn+2H+=Zn2++H2↑稀H2SO4ZnCu大量气泡从铜片逸出，锌片部分溶解1.H+得到的电子是Cu失去的吗？2.在这个过程中Cu起什么作用？3.你怎样才能知道导线中有电子通过？1.原电池反应的探究：第8页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三

解释实验现象思考问题寻找答案组内交流列出想法实验现象化学能直接转化为电能1.电子从Zn到H+经历了哪些途径？2.你认为这个过程能量是如何转化的？锌表面无气泡，铜表面有气泡，电流表发生偏转。电子由Zn→导线→铜片→H+定向移动产生电流，故电流表的指针发生偏转AZnCu稀H2SO41.原电池反应的探究：第9页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三G稀硫酸ZnCu结论一：两种活泼性不同的金属(或另一种为非金属导体）构成电极结论三：形成闭合回路结论四：氧化还原反应能自发进行结论二：要有电解质溶液ZnZn稀硫酸GCuZn酒精G氢氧化钠CuCG2.形成原电池的条件：第10页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三二.化学能直接转化为电能1.原电池的概念将化学能转化为电能的装置2.形成原电池的条件：(1)有自发发生的氧化还原反应(2)有两个活泼性不同的电极(3)有电解质溶液(4)形成闭合电路3.原电池工作原理(实质)：氧化还原反应分开在两极进行，还原剂所失去的电子通过导线转移给氧化剂。阴阳离子在电解质溶液中定向移动。第11页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三负极正极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-第12页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三[练习1]:如下图所示的装置能够组成原电池且产生电流的是（）GGGG稀硫酸A稀硫酸B硫酸铜溶液C乙醇水溶液D铜银铜锌铜锌锌铜BC[练习2]:下列烧杯中盛的都是稀硫酸，其中在铜电极能产生气泡的是（）锌铜银铜银铜锌铜ABCDA第13页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三[练习4]:将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是（）A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生B.甲中铜片是正极，乙中铜片是负极C.两烧杯中溶液的pH均增大D.产生气泡的速度甲比乙慢[练习3]:某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是()A.MgB.FeC.AlD.CuBC第14页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三[思考]：你是如何判定装置的正、负极？

正极

负极电子流入的极不活泼电极发生还原反应电子流出的极较活泼电极发生氧化反应第15页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三[练习]:关于原电池的叙述中正确的是

(

)A．构成原电池的必须是两种不同的金属B．原电池是将化学能转变为电能的装置C．原电池工作时总是负极溶解，正极上有物质生成D．原电池的正极是还原剂，总是溶液中的阳离子在此被还原B第16页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三原电池反应的实质是自发的氧化还原反应。正极：2H++2e-====H2↑特点：还原反应，价降低，得到电子负极：Zn-2e-====Zn2+特点：氧化反应，价升高，失去电子总反应方程式：2H++Zn=Zn2++H2↑特点：得失电子守恒3.电极反应的特点和电极反应式书写：第17页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三三、原电池原理的应用

a、加快氧化还原反应的速率注意：除化学反应的外界影响因素外，原电池也加快反应速率。[思考]：根据前面所学的知识，我们知道Zn失去的电子给了Cu，好像Zn表面应该没有气泡的嘛。为什么在铜锌原电池实验中Zn表面也冒气泡呢？提示：实验用的Zn片不纯，有杂质；杂质与锌形成原电池反应。[思考]：实验室制氢气时，为什么选用粗锌与稀硫酸反应，而不是纯锌？第18页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三[练习]:将下列措施不能加快锌与稀硫酸反应的速度的是（）A.升高稀硫酸溶液的温度B.

用锌粉替代锌粒C.再加等体积相同浓度的稀硫酸D.用浓硫酸代替稀硫酸与锌反应E.在反应体系中加几片铜片CD第19页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三交流与讨论: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。形成了铁-碳原电池第20页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三例如铁的腐蚀1、化学腐蚀金属与化学物质直接接触，发生氧化还原反应而被氧化2、电化学腐蚀金属与电解质溶液接触，发生原电池反应而被氧化负极：正极：Fe—2e-==Fe2+O2+2H2O+4e-==4OH-b、金属的腐蚀

总反应方程式：2Fe+O2+2H2O==2Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3进一步氧化：脱水生成铁锈：2Fe(OH)3==Fe2O3

.xH2O+(3-x)H2O第21页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三钢铁的防腐蚀：（1）覆盖保护层；（2）改变金属内部结构；（3）钢铁表面镶嵌活泼金属，如锌；（4）钢铁连接电源负极。第22页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三[练习1]:把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b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()A．a>b>c>dB．a>c>d>bC．c>a>b>dD．b>d>c>aBc、比较金属的活动性强弱注意：原电池中，一般活泼性强的金属为负极，活泼性相对较弱的金属为正极。第23页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三[练习2]:下列事实不能说明Al的金属活泼性比Cu强的是(

)A．常温下将铝投入CuSO4溶液中B．常温下将铁钉浸入铝盐和铜盐的混合溶液中C．常温下将铝和铜用导线连接一起放入到稀盐酸溶液中D．常温下将铝和铜不用导线连接一起放入到稀盐酸溶液中E．常温下将铝和铜用导线连接一起放入到氢氧化钠溶液中E第24页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三[练习3]:Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四种金属，将Ａ和Ｂ用导线连接起来，浸入电解质溶液中，Ｂ不易腐蚀。将Ａ、Ｄ分别放入等浓度盐酸中，Ｄ比Ａ反应剧烈。将Ｃｕ浸入Ｂ的盐溶液中无明显变化，如果把Ｃｕ浸入Ｃ的盐溶液中，有金属Ｃ析出。其活动性由强到弱的顺序为：（）Ａ、ＤＣＡＢＢ、ＤＡＢＣＣ、ＤＢＡＣＤ、ＢＡＤＣB第25页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三d、设计原电池如利用Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2

的氧化还原反应设计原电池负极：正极：Cu—2e-=Cu2+2Fe3++2e-=2Fe2+氧化反应还原反应[练习1]:一个电池反应的离子方程式是Zn+Cu2+==Zn2++Cu,该反应的的原电池正确组合是（）CABCD正极ZnCuCuFe负极CuZnZnZn电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl第26页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三[小窍门]：怎样书写原电池的电极反应式和总反应式？书写步骤：（1）写出原电池总反应，根据电解质溶液改写原电池的电极反应；（电解质参与反应）（2）写出负极的电极反应式：活泼金属作负极时，本身被氧化：①若生成的阳离子不与电解质溶液反应，可直接写成产物为金属阳离子，如：Zn－2e－===Zn2＋。②若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，应写成“阳离子与电解质溶液反应的反应式”相叠加的形式。如：Mg—Al(KOH)原电池，负极反应式为：Al-3e-＋4OH-===AlO2

-

＋2H2O；（3）由燃料电池总反应减去负极的电极反应式得正极的电极反应式。第27页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三[练习1]:将氧化还原反应：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2￪，以石墨和Al为电极材料，设计成一个原电池；回答下列问题1、电解液：

。2、电极材料：正极

，负极

。3、电极反应式：负极:

；正极:

。

NaOH溶液石墨AlAl+4OH--3e-=AlO2-+2H2O2H++2e-=H2↑第28页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三[练习2]:科学工作者为心脏病人设计的心脏起搏器的电池是以Pt和Zn为电极材料，依靠人体内液体中含有一定浓度的溶解氧和Zn2+进行工作。总反应为：2Zn+O2+2H2O==2Zn(OH)2；回答下列问题（1）负极材料是______

电极反应式是____________________（2）正极材料是______

电极反应式是___________________Zn2Zn-4e-=2Zn2+PtO2+2H2O+4e-=4OH-第29页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三专题2化学反应与能量变化第三单元化学能与电能的转化化学电源第30页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三最早的电池我们可以追溯到两百年以前意大利物理学家伏打发明的伏打电池，它使人们第一次获得了比较稳定而持续的电流，具有划时代的意义。在伏打电池原理和研发精神的指引下，人们通过不断努力，开发了一代又一代的新型池，从人们普遍使用的干电池到新型的太阳能电池、锂聚合物电池和燃料电池等等，不仅在电池容量、体积、使用方便程度等方面有很大突破，更重要的是在这些新型电池的研发过程中，渗透着人们强烈的绿色环保意识，电池的开发、发展正以绿色环保作为重要的指导精神。你知道吗？！第31页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三普通锌锰电池碱性电池

镍镉电池小型高性能燃料电池锂离子电池镍氢电池

各种化学电源第32页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三一、化学电源的分类化学电源可分为两类：_________、__________。一次电池二次电池一次电池特点是用过之后不能复原；二次电池特点是充电后可重复多次使用。二、常见的化学电源1．干电池：属一次性电池，又因为其电解质是一种不能流动的糊状物，所以称干电池。随着科学技术的发展，干电池已经发展成为一个大的家族，到目前为止已经约有１００多种。常见的有普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、镁锰干电池、锌空气电池、锌氧化汞电池、锌氧化银电池、锂锰电池等。第33页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三a、一次性锌锰干电池普通锌锰电池南孚电池

电压1.5V，用途广泛第34页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三普通锌-锰干电池的电压1.5V，用途广泛，结构如图：锌筒石墨棒MnO2和CNH4Cl、ZnCl2

和

H2O等负极（锌筒）：Zn-2e-====Zn2+正极（石墨）：2MnO2+2NH4++2e-===2MnO(OH)+2NH3总反应：Zn+2MnO2+2NH4+===Zn2++2MnO(OH)+2NH3第35页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三碱性Zn-Mn干电池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。负极：Zn+2OH－－2e-=Zn(OH)2正极：2MnO2+2H2O+2e-

=2MnO(OH)

+2OH-总反应：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+

2MnO(OH)碱性锌锰电池第36页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三特点与应用：银锌纽扣电池的容量比普通的干电池大得多，电流大，放电电压平稳，工作电压是1.6伏。银锌电池体积小、重量轻，已广泛用于小型电子计算器、高级仪表、宇航、火箭、潜艇等方面。b、银锌纽扣电池第37页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三电极反应：负极（锌）：Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2正极（氧化银）：Ag2O+H2O+2e-==2Ag+2OH-总反应为：Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag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。盒内一端填充氧化银和石墨组成的活性材料，另一端填充锌汞合金组成的活性材料，电解质溶液为KOH溶液。银锌原电池第38页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三[练习]:磷酸铁锂电池是一种新型锂离子电池，其正极材料为LiFePO4，充放电时的变化如图所示，电池充、放电时的变化可简化为：LixC＋xFePO4xLiFePO4＋C下列有关说法不正确的是(

)A．该电池属于一次电池B．LiFePO4中铁为＋2价C．放电时化学能转化为电能D．放电时，Li＋向正极移动放电充电A第39页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三2．充电电池充电电池又称

。可充电电池是两极都参加反应的电池。这是一种发展较快的原电池，如铅蓄电池、锂电池、镍氢电池、爱迪生蓄电池等，它们的负极是

，正极一般是

。放电时，负极被

。正极材料的氧化物被

，充电时的电极反应与放电时相反。较活泼的金属金属氧化物二次电池氧化还原第40页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三a、铅蓄电池

1859年由普南特(Plante)发明,电压2.0V，一个半世纪以来，广泛应用于汽车、轮船、火车等交通工具的点火电源和照明。铅蓄电池充电后电压可达2.2伏；放电后电压下降，当电压降至l.25伏时不能再使用，必须充电。第41页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三铅蓄电池可放电亦可充电，它是用硬橡胶或透明塑料制成方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的

，负极板是海绵状的

，两极均浸入

溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。

PbO2金属铅硫酸电极反应：负极（Pb）:Pb-2e-+SO42

-==PbSO4正极（PbO2）:PbO2+4H++SO42

-+2e-==PbSO4+2H2O总反应为：Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O第42页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三当硫酸的浓度降低，溶液的密度达1.18g/cm3时应停止使用，需充电，充电时起电解池的作用。电极反应为：阳极：PbSO4+2H2O-2e-==PbO2+4H++SO42-阴极：PbSO4+2e-==

Pb+SO42-

充电总反应式：2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4铅蓄电池放电和充电总反应式：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O放电充电第43页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三b、镍氢电池第44页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三镍氢电池的工作电压1.2V，寿命长，性能好，比能量高。电极反应：负极:H2+2OH--2e-==2H2O正极:2NiO(OH)+2H2O+2e-==2Ni(OH)2+2OH-

总反应为：H2+2NiO(OH)===2Ni(OH)2

第45页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三1.电极材料及原料正极：金属氧化物负极：锂2.电解质溶液：有机溶剂3.优点使用寿命长，质量轻、电压高、工作效率高、体积小摩托罗拉6188/6288原装锂电池索尼数码相机锂电池c、锂电池锂电池是新一代可充电的绿色电池，已成为笔记本电脑、可移动电话、摄象机、照相机、手表、心脏起搏器等低功耗电器的主流电源。第46页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三

电池的不合理使用对环境的危害！

有关资料显示，一节一号电池烂在地里，能使１万方米的土壤永久失去利用价值；一粒纽扣电池可使600吨水无法饮用，相当于一个人一生的饮水量。第47页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三堆积如山的废旧电池，时刻威胁我们的环境废旧电池进电池回收站第48页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三3．燃料电池

燃料电池是继水力、火力、核能发电之后的第四类发电—化学能发电。燃料电池以具有催化性能的多孔金属作电极，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界输入氧化剂和还原剂，同时将电极反应产物不断排出电池。它是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”。

常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲醇燃料电池、铝—空气燃料电池、熔融盐燃料电池等第49页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三燃料电池工作原理燃料优点：效率高无污染装置可持续使用第50页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三第51页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三新型绿色环保燃料电池车第52页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三⑴氢氧燃料电池氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为铂电极，电解质溶液为40%的KOH溶液(稀H2SO4溶液)。碱式氢氧燃料电池：(KOH)电极反应：负极:H2+2OH--2e-==2H2O正极:O2+2H2O+4e-==4OH-总反应为：2H2+O2==2H2O酸式氢氧燃料电池：(稀H2SO4)电极反应：负极:H2-2e-=2H+正极:O2+4H++4e-=2H2O总反应为：2H2+O2==2H2O第53页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三⑵甲醇-空气燃料电池该电池用多孔铂管插入KOH溶液中作电极，在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应：负极:CH3OH

+8OH--6e-==CO32-+6H2O正极:O2+2H2O+4e-=4OH-总反应为：2CH3OH+3O2+4KOH==2K2CO3+6H2O第54页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三[小窍门]：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；（电解质参与反应）（2）写出正极的电极反应式；正极反应一般为①酸性介质：O2+4H++4e－=2H2O②碱性介质：O2+2H2O+4e－=4OH-（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。第55页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三⑶Al—空气—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。该电池以取之不尽的海水为电解质，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20～50倍。电极反应：负极:4Al-12e-==4Al3+正极:O2+2H2O+4e-==4OH-总反应为：4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3第56页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三[练习2]:燃料电池以氢为燃料，空气为氧化剂，铂作催化剂，导电离子是H＋。下列对该燃料电池的描述中不正确的是(

)A．电池工作时，可产生蓝色的火焰B．电池工作时，电子通过外电路由负极流向正极C．电池工作时，正极反应：4H＋＋O2＋4e－==2H2OD．氢氧燃料电池是环保电池[练习1]:下列说法正确的是(

)A．镍镉电池、锂电池和锌锰电池都是二次电池B．燃料电池是一种高效但会污染环境的新型电池C．化学电池的反应原理是氧化还原反应D．铅蓄电池放电时正极是Pb，负极是PbO2CA第57页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三⑷磷酸型燃料电池

电池中采用的是100%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、天然气等低廉燃料，是目前最成熟的燃料电池，它代表了燃料电池的主要发展方向。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11MW美日合作磷酸型燃料电池发电厂。磷酸燃料电池可用作公共汽车的动力，将来这种电池也会用于私人车辆。第58页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三甲烷为燃料磷酸型燃料电池：电极反应：负极:CH4+2H2O-8e-==CO2+8H+正极:O2+4H++4e-==2H2O总反应为：CH4+O2==CO2+2H2O甲醇为燃料磷酸型燃料电池：电极反应：负极:CH3OH

+H2O-6e-==CO2+6H+正极:O2+4H++4e-==2H2O总反应为：2CH3OH+3O2==2CO2+4H2O第59页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三⑸熔融碳酸盐燃料电池熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是由多孔陶瓷阴极、多孔陶瓷电解质隔膜、多孔金属阳极、金属极板构成的燃料电池。其电解质是熔融态碳酸盐。熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）是一种高温电池（600℃～700℃），具有效率高（高于40%）、噪音低、无污染、燃料多样化（氢气、煤气、天然气和生物燃料等）、余热利用价值高和电池构造材料价廉等诸多优点，是下一世纪的绿色电站。第60页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三氢气为燃料熔融碳酸盐燃料电池：电极反应：负极:H2+CO32--2e-==CO2

+H2O正极:O2+2CO2+4e-==2CO32-总反应为：2H2+O2==2H2OCO为燃料熔融碳酸盐燃料电池：电极反应：负极:CO+CO32--2e-==2CO2正极:O2+2CO2+4e-==2CO32-总反应为：2CO

+O2==2CO2第61页，讲稿共69页，2023年5月2日，星期三1