人教版高中化学必修2 　化学能与电能 全国公开课一等奖

第二节化学能与电能第一页，共四十一页。

格林太太有两颗假牙，一颗是黄金的——这是她财富的标志；另一颗是不锈钢的——这是一次车祸留下的痕迹。令人百思不解的是自从那可怕的车祸后，格林太太就经常头疼、夜间失眠、心情烦躁。四处求医也没能治好,后来一位年轻化学家上门了解了一下情况很快的解决了问题。请你当回医生第二页，共四十一页。风能，水能，煤炭，石油，天然气直接从自然界取得的能源称为一次能源一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源

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，又称为电力。第三页，共四十一页。2001年我国发电总量构成图火力发电占据绝大部分第四页，共四十一页。估计在2050年火电仍居首位火电，又称为火力发电。那么，火究竟是如何转化为电？第五页，共四十一页。一、化学能与电能的相互转化1、火力发电的原理分析化学能热能机械能电能燃烧蒸汽发电机第六页，共四十一页。第七页，共四十一页。[实验]原电池原理探究步骤讨论与交流1.将Zn片插入稀H2SO4Zn片和Cu片上现象有何差别?2.将Cu片插入稀H2SO43.Zn片和Cu片用导线连接(中间接电流表)插入稀H2SO4(偏向?)电流表指针有何变化?说明了什么?第八页，共四十一页。[实验现象]：铜片上有气泡产生，锌片不断溶解，电流表的指针发生偏转。[实验结论]：导线中有电流通过第九页，共四十一页。1、定义：把化学能直接转换为电能的装置，叫做原电池。2、原电池的两极及工作原理电极电极材料反应类型电子流动方向负极金属性较强的氧化反应（失电子）电子流出（流向正极）的一极正极金属性较弱的（或碳棒）还原反应（得电子）电子流入（来自负极）的一极第十页，共四十一页。

Zn2+

+

负极

正极

-

Zn

Cu电流表SO42-H+H+e-IH2工作原理：第十一页，共四十一页。3、原电池的构成条件①两种活泼性不同的金属（或其中一种为能导电的非金属，如“碳棒”）作电极②电解质溶液（做原电池的内电路，并参与反应）③形成闭合回路④能自发地发生氧化还原反应（反应本质）练习：下列装置中能组成原电池形成电流的是()ZnCuH2SO4AZnCu酒精AZnCuCuSO4ZnH2SO4ACuH2SO4CDBAC第十二页，共四十一页。4、判断原电池正、负极的方法①由组成原电池的两极材料判断：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②根据电流方向或电子流动方向判断：外电路电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。③根据原电池两极发生的变化来判断：负极总是失电子发生氧化反应;正极总是得电子发生还原反应。第十三页，共四十一页。④根据电解质溶液中的离子流向判断阴离子移向的一极为负极；阳离子移向的一极为正极。⑤根据电极反应现象判断不断溶解，质量减少为负极；有气体产生或质量增加或不变为正极。第十四页，共四十一页。【练习】1、下列三个装置中，导线中的电子由左边一极流向右边一极的是（）B稀硫酸ZnFeAFeCA稀硫酸稀硫酸CZnAABC2、如图装置，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的哪一组（）ACABA、A是锌，B是铜，C为稀H2SO4

B、A是铜，B是锌，C为稀硫酸C、A是铁，B是银，C为AgNO3溶液D、A是Ag，B是铁，C为AgNO3溶液D+--+-+-+第十五页，共四十一页。5）电极反应AH2SO4-+负极：Zn–2e-=Zn2+(氧化反应)正极：2H++2e-

=H2↑(还原反应)6）总反应式(电池反应-两个电极反应之和)

Zn+2H+=Zn2++H2↑Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑负极：正极：Cu2++2e-=CuFe-2e-=Fe2+

总反应：Fe+Cu2+

=Fe2++CuFe+CuCl2=FeCl2+CuCuCl2CuFeA-+【练习】第十六页，共四十一页。电极材料现象电子得失原电池的电极反应类型总的离子反应方程式(电池反应)失得Zn-2e-=Zn2+(不是“→”表示)2H++2e-=H2↑(不是“→”表示)负极正极Zn+2H+=Zn2++H2↑产生气体Zn片溶解Zn片Cu片电极反应氧化反应还原反应【实验结论】导线中有电子通过形成了电流,化学能转变成了电能.【小结】第十七页，共四十一页。185、原电池的应用1）制作化学电源：锌锰电池锂电池氧化银电池2）加快反应速率：例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。ZnCuH2SO4溶液ZnH2SO4溶液Cu、Zn相连，金属之间的电阻远远小于锌与溶液接触部分。故电子顺导线到达Cu表面，H+从Cu表面得到电子变成H2逸出。

铜锌之间有电流出现，也就形成了一个电场铜锌之间就有电压，这个电压相当于加速器，加速了电子的得失。第十八页，共四十一页。193）判断金属活动性的强弱较活泼金属为负极，较不活泼金属(或非金属)为正极先判断原电池的正、负极，金属性：负极>正极2、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>aB【练习】1、X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y是电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为（）

A．X>Y>Z

B．X>Z>Y

C．Y>X>Z

D．Y>Z>XC第十九页，共四十一页。作业：（有难度）请根据反应:2Fe3++Fe=3Fe2+设计原电池，画出装置图、指出正负极、写出电极反应式。（简单）请根据反应:Fe

+CuSO4=FeSO4+Cu设计原电池，画出装置图、指出正负极、写出电极反应式。第二十页，共四十一页。①写出总反应方程式或总反应离子方程式Fe

+CuSO4=FeSO4+Cu②将总反应分为氧化反应和还原反应氧化反应：还原反应：Fe-2e-=Fe2+

Cu2++2e-

=Cu③氧化反应发生在负极上；还原反应发生在正极上负极：正极：Fe-2e-=Fe2+

Cu2++2e-

=Cu④验证：两电极反应相加所得式子是否与总反应相同⑤画出装置图CuSO4CuFeA-+负极正极电解质溶液FeCu、C、AgCuSO4（简单）请根据反应:Fe

+CuSO4=FeSO4+Cu设计原电池，画出装置图、指出正负极、写出电极反应式。第二十一页，共四十一页。22请根据反应:2Fe3++Fe=3Fe2+设计原电池，画出装置图、指出正负极、写出电极反应式。1、写电极反应式①写出总反应方程式或总反应离子方程式2Fe3++Fe=3Fe2+②将总反应分为氧化反应和还原反应氧化反应：Fe-2e-=Fe2+

还原反应：2Fe3++2e-

=2Fe2+

③氧化反应发生在负极上；还原反应发生在正极上负极正极④验证：两电极反应相加所得式子是否与总反应相同2、画装置图FeCl3CuFeA-+负极正极电解质溶液FeCuCAgFeCl3Fe(NO3)3Fe2(SO4)3第二十二页，共四十一页。化学能与电能第二课时发展中的化学电源第二十三页，共四十一页。24【知识回顾】一、化学能与电能的转换1、原电池1）定义：将化学能转变为电能的装置3）原电池的构成条件①两种活泼性不同的金属作电极

（或其中一种为能导电的非金属，如“碳棒”）较活泼金属为负极，较不活泼金属(或非金属)为正极②电解质溶液（做原电池的内电路，并参与反应）③形成闭合回路④能自发地发生氧化还原反应负极失电子、发生氧化反应；正极得电子、发生还原反应。电子从负极经外电路流向正极，从而产生电流，使化学能转变成电能。2）原电池反应原理第二十四页，共四十一页。4）判断原电池正、负极的方法①由组成原电池的两极材料判断：一般是活泼性较强的金属为负极；活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。②根据电流方向或电子流动方向判断：外电路电流由正极流向负极；

电子由负极流向正极。③根据原电池两极发生的变化来判断：负极总是失电子发生氧化反应；正极总是得电子发生还原反应。CuCl2CuFeA-+第二十五页，共四十一页。④根据电解质溶液中的离子流向判断阴离子移向的一极为负极；阳离子移向的一极为正极。⑤根据电极反应现象判断不断溶解，质量减少为负极；有气体产生或质量增加或不变为正极。第二十六页，共四十一页。5）电极反应AH2SO4-+负极：Zn–2e-=Zn2+(氧化反应)正极：2H++2e-

=H2↑(还原反应)6）总反应式(电池反应-两个电极反应之和)

Zn+2H+=Zn2++H2↑Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑负极：正极：Cu2++2e-=CuFe-2e-=Fe2+

总反应：Fe+Cu2+

=Fe2++CuFe+CuCl2=FeCl2+CuCuCl2CuFeA-+【练习】第二十七页，共四十一页。7）原电池原理的应用：①制作化学电源②加快反应速率：例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。③判断金属活动性的强弱④揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的腐蚀。钢铁中含有碳，可与Fe组成原电池，发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀练习：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>aB第二十八页，共四十一页。二、发展中的化学电源1、干电池–锌锰电池1）普通锌锰电池–一次性电池负极材料：锌筒（Zn）正极材料：碳棒（C）电解质：NH4Cl糊负极：正极：Zn-2e-=Zn2+2NH4++2e-=2NH3+H2H2+2MnO2=2MnO(OH)碱式氧化锰总反应：Zn+2MnO2+2NH4+=2MnO(OH)+2NH3+Zn2+

Ⅰ.电池的构造:Ⅱ.电极反应:Ⅲ.缺点: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，使电器腐蚀第二十九页，共四十一页。2）碱性锌锰电池–一次性电池将普通锌锰干电池中的NH4Cl换成KOH或NaOH负极：正极：Zn-2e-+2OH-

=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-总反应：2MnO2+Zn+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2

Ⅰ.电极反应:Ⅱ.优点:延长了锌锰电池的使用寿命与性能第三十页，共四十一页。2、充电电池–二次电池放电时，原电池工作，发生氧化还原反；充电时，氧化还原反应逆向进行。1）铅蓄电池Ⅰ.电池的构造:负极材料：正极材料：电解质：PbPbO2H2SO4溶液负极：正极：总反应：Ⅱ.电极反应:Pb+SO42--2e-=PbSO4

PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2OPb+PbO2+4H++2SO42-=2PbSO4+2H2O充电放电Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O第三十一页，共四十一页。Ⅲ.特点:铅蓄电池的工作电压平稳、使用温度及使用电流范围宽、能充放电数百个循环、贮存性能好、造价较低，因而应用广泛。但是比能量（单位重量所蓄电能）小，对环境腐蚀性强。第三十二页，共四十一页。2）镍镉电池负极材料：正极材料：电解质：CdNiO(OH)KOH负极：正极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)22NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-使用寿命比铅蓄电池长，体积小，但会严重污染环境第三十三页，共四十一页。3、燃料电池它是一种将燃料和氧化剂（如O2）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燃料电池由3个主要部分组成：燃料电极(负极)；电解液；空气／氧气电极(正极)1）氢氧燃料电池工作时向负极供给燃料(H2)，向正极供给氧化剂(空气/O2).H2在负极分解成H+和电子e-。H+进入电解液中，而电子则沿外部电路移向正极。在正极上，O2得电子。电极材料一般为活性电极，具有很强的催化活性，如铂电极，活性炭电极等第三十四页，共四十一页。Ⅰ.电解液为碱性溶液（如KOH）2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-负极：正极：总反应：2H2+O2=2H2OⅡ.电解液为酸性溶液（如H2SO4）负极：正极：总反应：2H2-4e-=4H+

O2+4H++4e-=2H2O2H2+O2=2H2O2）氢氧燃料电池的特点①能量转化效率高②污染很小③燃料适用范围广④需要持续供应反应物第三十五页，共四十一页。KOH溶液H2O2H2Oab1、写出甲烷燃料电池(电解质溶液为氢氧化钾溶液)的电极反应式及总方程式：【练习】负极：CH4+10OH--8e-

=CO32-+7H2O正极：2O2+8e-+4H2O=8OH-总反应:CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O2、1969年美国“阿波罗11号”登月成功。飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。1、a是

极，

b是

极2、电极反应式分别为：负正

正极：

O2+4e-

+2H2O=4OH-负极：

2H2-4e-+4OH-=4H2O第三十六页，共四十一页。374）揭示金属腐蚀的原因及防止金属的腐蚀。（个人觉得可以选修4再讲）钢铁中含有碳，C与Fe若接触电解质溶液，可组成原电池，发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀。①金属的腐蚀Ⅰ.定义:金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀。金属的锈蚀是最常见的腐蚀形态。Ⅱ.分类:化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。这类腐蚀不普遍。电化学腐蚀：不纯金属或合金跟电解质溶液接触时，因发生原电池反应所引起的腐蚀。金属的腐蚀主要是电化学腐蚀。②钢铁的腐蚀电化学腐蚀主要包括吸氧腐蚀和析氢腐蚀第三十七页，共四十一页。38Ⅰ.钢铁的析氢腐蚀FeC电解质溶液FeC电解质溶液钢铁在干燥的空气里长时间不易腐蚀，但潮湿的空气中却很快就会腐蚀。原来，在潮湿的空气里，钢铁的表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量的氢离子与氢氧根离子，还溶解了O2、CO2等气体，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。酸性较强弱酸性或中性负极(Fe)：Fe-2e-=Fe2+正极(C)：2H++2e-=H2↑Ⅱ.钢铁的吸氧腐蚀负极(Fe)：2Fe-4e-=2Fe2+正极(C)：2H2