人教版必修二第二章第二节化学能与电能

1、一次能源：直接从自然界取得的能源。,二次能源： 一次能源经过加工、转换得到的能源。,蒸汽,电能,能源,电能（电力）：二次能源,2001年我国发电总量构成图,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？,化石燃料,化学能,燃烧,热能,蒸汽,机械能,电能,发电机,火力发电的化学深层本质分析,燃烧,氧化还原反应,氧化剂与还原剂之间发生电子的转移,火力发电,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,过程,关键,本质,本质,引起,存 在 的 主 要 优 缺 点,排出大量温室气体 排出废气（SO2），可能导致酸雨,产生废渣、废液,能量转化效率低,缺点：煤炭是有限的不

2、可再生资源,优点：廉价、方便、资源丰富,化学能 电能,？,直接,水果电池,Zn,那么究竟如何才能形成一个电池？,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,用导线将锌失去的电子引出来,Zn +H2SO4 = ZnSO4 +H2,.有什么方法可以不让H+直接在Zn表面得电子？,分析,Cu仅仅起传导电子的作用。,大量气泡从铜片逸出，锌片部分溶解,1.H+得到的电子是从哪里来的？ 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？,可用电流表测电流。,分析,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

3、转化的？,锌表面无气泡， 铜表面有气泡， 电流表发生偏转。,一、原电池,1 定义：把化学能转变为电能的装置.,（氧化反应）,（还原反应）,Zn片： Zn 2e- = Zn2+,Cu片：2H+2e- = H2 ,电极反应式：,总化学方程式Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,总反应式：,2.ZnCuH2SO4原电池的工作原理分析：,3、 原电池的两极,负极：电子流出（电流流入）的一极（较活泼金属），发生氧化反应； 正极：电子流入（电流流出）的一极（较不活泼的金属或非金属导体），发生还原反应。,4、原电池的本质：,负极电极反应（Zn片）： Zn 2e- = Zn2+,正极电极反应（Cu片）：2H+2

4、e- = H2 ,把自发的氧化还原反应分开在两电极上进行，产生电流。,发生氧化反应,发生还原反应,外电路：电子由负极流向正极， 电流由正极流向负极 内电路：阴离子移向负极，阳离 子移向正极,原电池中电流流向及离子移动方向：,负极,正极,氧化反应,Zn-2e-=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液,失e-,沿导线传递，有电流产生,还原反应,2H+2e-=H2,阴离子,阳离子,负极,正极,5 原电池工作原理小结：,原电池的形成条件探究, ,分析,不偏转,电极材料能否自发失电子,能自发地发生氧化还原反应,分析,偏转,两极材料活泼性不同,有两种活泼性不同的金属（或非金属导体）作电极,不偏转,分析,不偏转,

5、溶液导电性不同,电极材料均插入电解质溶液中,偏转,不偏转,两极在同一容器与不同容器中,必须形成闭合回路,分析,构成原电池的条件,注意:没有氧化还原反应,就不可能有原电池,换句话说常温下能自发进行的氧化还原反应,理论上都可以设计成原电池,有两种活动性不同的金属,有电解质溶液；,构成闭合电路；,能自发进行的氧化还原反应,即：两极一液一连环，负极氧化正极还,或一种金属与一种非金属导体(如石墨),酸、碱、盐溶液一般要能和某极发生氧化还原反应,判断正负极找出反应原理.写出总反应方程式。 利用氧化还原反应知识，找出氧化剂、还原剂和电子转移数。 负极：a-ne- =an+ (氧化反应) 正极：Cm+ + m

6、e- = C(还原反应) 验证：两电极反应式相加所得式子与原化学方程式相同，则书写正确。,电极反应方程式书写方法：,即：正极反应式+负极反应式=总反应式,注意：书写时，正负极得失电子总数相等。,1.下列装置中能组成原电池形成电流的是( ),C,课堂练习,2、如图所示，在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入CuSO4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； B. 保持平衡状态； C. 铁圈向下倾斜； D. 银圈向下倾斜；,3.某金属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( ) A.Mg B.

7、Fe C.Al D.Cu,B,4.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 PH( ) A.不 B先变大后变小 C逐渐变大 D.逐渐变小,C,你知道了吗？,Al作_极, Cu作_极 电极反应式是： 负极 _ 正极 _ 总反应式_,练习1：Al和Cu作电极所构成的原电池,电解质溶液为稀硫酸,负,正,2Al-6e-=2Al3+,6H+6e-=3H2,2Al+6H+=2Al3+3H2 ,H2SO4 (aq),CuSO4 (aq),负极( ): . 正极( ): . 总反应式: .,负极( ): . 正极( ): . 总反应式: .,练习2：请在图上标出电子的流动方向和电流方向, 并判断正负极，

8、写出电极反应式和总反应式.,Ag,Fe,Zn Zn2e - = Zn2+ Cu Cu2+ +2e - = Cu Zn+Cu2+ = Zn2 + Cu,Fe Fe2e - = Fe 2+ Ag 2H+2e - = H2 Fe+2H+ = Fe 2+ +H2,4.一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( ),C,5、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（ ）,A、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

9、是Ag，B是铁，C为AgNO3溶液,D,练一练,6、锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为Li + MnO2=LiMnO2,下列说法正确的是（ ） A、Li是正极，电极反应为 Lie- = Li+ B、Li是负极，电极反应为 Lie- = Li+ C、Li是负极，电极反应为 MnO2 + e- = MnO2 D、Li是负极，电极反应为 Li2e- = Li2+,B,3、保护金属设备,例如船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀，所以经常在船体外壳焊接比铁活泼的锌。,4、设计原电池,1、X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X

10、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（ ） ,练习,C,因为X置换出Z,所以金属性,负极的金属较活泼,所以,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： ( ) Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a,B,二、发展中的化学电源,干电池,碱性电池,（1）干电池结构及电极反应原理,（1）普通锌锰干电池,负极：Zn - 2e-

11、= Zn2+,正极：2NH4+ + 2e- =2NH3+H2,Zn + 2NH4+ = Zn2+2NH3+H2,电池总反应式：,特点：,a：一次性电池，不可逆 b：用KOH代替NH4Cl能提高 性能，延长寿命,2MnO2+H2=2MnO(OH) ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2,碱性电池是个人音响、照相机等地首选电源。,碱性电池,电解液: 中性NH4Cl碱性KOH（离子导电性更好） 负极：锌片锌粉（反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高）,优点：比能量和储存时间有所提高，适用于 大电流和连续放电,(2)碱性锌-锰干电池,（3）纽扣电池,负极： Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+

12、H2O,正极： Ag2O+ H2O +2e- =2Ag+ 2OH-,总反应： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2Ag,电极反应：,用途：电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等 所需电流是微安或毫安级的。,2、充电电池,1、充电电池：氧化还原反应在充电时可以逆向进行。,2、充电电池又称二次电池，能够重复使用至一定的周期。,手机专用电池,摄像机专用电池,笔记本电脑专用电池,用途：目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池，它还广泛用于国防、生产、生活等领域。,铅蓄电池：最早使用的充电电池。,（1）铅蓄电池,铅蓄电池工作原理,负极（Pb）：Pb - 2e- + SO42- =PbSO4,正极（PbO

13、2）：PbO2+4H+ +SO42- +2e- =PbSO4 +2H2O,原电池反应：PbO2 + 2H2SO4 + Pb = 2PbSO4 + 2H2O,（2） 镍镉电池,特点：体积小，便于携带。可重复使用500 次以上。寿命比铅蓄电池长。,镉有致癌作用，有被镍氢电池取代的趋势。,H2+NiO(OH)2 Ni(OH)2+H2O 。,放电,充电,镍 镉 电 池,电极反应（KOH为电解液）,用途：广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、 电动剃须刀等。,2NiO(OH) + 2H2O + Cd 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2,放电,充电,（3）锂电池,以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中

14、性能最好、 最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池，这种 电池以片状金属及为负极，电解活性MnO2作正极，高 氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂 作为电解质溶液 ：,负极：Li e Li+,正极：MnO2 e Li+ LiMnO2,总反应： Li MnO2 LiMnO2,锂离子电池,锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。 特点：高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。 用途：现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机、手表、心脏起搏器等低功耗电器的主流。,笔记本电脑专用电池,3、燃料电池高效、环境友好的化学电池,它的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

15、。 (例如：H2和O2的燃料电池，CH4和O2的燃料电池),燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。,小型高性能燃料电池,氢氧燃料电池,正负极材料 正极：通氧气（氧化剂） 负极：通氢气（燃料） 电解质：H2SO4溶液/NaOH溶液/Na2SO4溶液 电极：使用铂电极或者多孔性碳,H2O,（1）酸性氢氧燃料电池,电解质：H2SO4溶液 使用铂电极,电极反应 负极：2H2 - 4e- 4H+ 正极：O2 + 4H+ + 4e- 2H2O 总反应：2H2 + O22H2O,电极反应 负极：2H2 + 4OH- - 4e- 4H2O 正极：O2 + 2H2O + 4e- 4

16、OH- 总反应：2H2 + O22H2O,（2）碱性氢氧燃料电池,通入的气体在电极表面放电，电池只是作为一个反应器。 与其它电池区别：反应物不是储存在电池内。,O2 O2- ,酸性环境： O2- 2H+ H2O,碱性环境： O2- H2O2OH-,注：,用途：氢氧燃料电池目前已应用于航天、军事通讯、 电视中继站等领域,例1：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：,正极： 2O2 + 8e- + 4H2O = 8OH-,负极： CH4 + 10 OH- -8e = CO32- + 7H2O,总反应：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O,反

17、应后溶液的pH如何变化？,PH值降低,例2：1969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、外电路电子流向：,负,正,ab,例三：1991年，我国首创以铝空气海水为能源的 新型电池，称之为海洋电池。它是一种无污染、长效、 稳定可靠的电源。它靠海水中的溶解氧与铝反应产生 电能的。为获得海水中只含有0.5%的溶解氧，科学家 把正极制成仿鱼鳃的网状结构，以增大表面积，吸收 海水中的微量溶解氧。这些氧在海水电解液作用下与 铝反应，源源不断地产生电能。 总

18、反应式：4Al3O2十6H2O4Al(OH)3,负极反应式： 正极反应式：,4Al12e4Al3,3O26H2O十12e12OH,特点：海洋电池本身不含电解质溶液和正极活性物质， 不放入海洋时，铝极就不会在空气中被氧化，可以长期储存。,化学电池,干电池（一次电池）,充电电池（二次电池）,燃料电池,碱性锌锰电池,铅蓄电池（Pb-PbO2-H2SO4）,氢氧燃料电池 （酸性、中碱性）,锂离子电池,镍镉蓄电池,普通锌锰干电池,锌银纽扣电池,小结：化学电池的分类,甲烷燃料电池,再见！,4.（2011福建高考11）研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是 A水既是氧化剂又是溶剂 B放电时正极上有氢气生成 C放电时OH向正极移动 D总反应为：2Li2H2O= 2LiOHH2,习题课,1、在外界提供相同电量的条件，Cu2+或Ag+分别按Cu2+2e-Cu或Ag+e-Ag在电极上放电，其析出铜的质量为1.92g，则析出银的质量为( ) A1.62g B.6.48g C.3.24g D.12.96g,B,C,BD,C,C,6、研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用