高一化学必修二第二章第二节化学能与电能.ppt

2018年4月11日水电站水电站直接从自然界取得的能源称为一次能源直接从自然界取得的能源称为一次能源 电能是现代社会电能是现代社会中应用最广泛、使用中应用最广泛、使用最方便、污染最小的最方便、污染最小的一种二次能源，又称一种二次能源，又称为电力。为电力。火电站火电站一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源20012001年我国发电总量构成图年我国发电总量构成图火力发电占据绝大部分火力发电占据绝大部分什么是火力发电？什么是火力发电？火电站的工作原理如何火电站的工作原理如何?1,火力发电原理及过程火力发电原理及过程燃烧燃烧蒸汽蒸汽发电机发电机化学能化学能 热能热能 机械能机械能 电能电能一、化学能与电能的相互转化一、化学能与电能的相互转化 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火力发电的原理分析。火力发电的原理分析。2、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a.我国煤炭资源丰富我国煤炭资源丰富,廉价方便廉价方便.b.电能清洁安全电能清洁安全,又快捷方便又快捷方便.a.排出大量的温室效应气体排出大量的温室效应气体.b.有废气可能导致酸雨有废气可能导致酸雨c.废料废水废料废水d.储量有限储量有限e.能量转换效率低能量转换效率低 化学能化学能 电能电能？化学能电能化学能电能？（看书（看书P35页第二、三段，回答问题）页第二、三段，回答问题）1、当氧化剂和还原剂直接接触进行反应时，化学、当氧化剂和还原剂直接接触进行反应时，化学能要经过一系列能量转换才能转换为电能。能要经过一系列能量转换才能转换为电能。2、把氧化剂和还原剂分开，使氧化反应和还原反、把氧化剂和还原剂分开，使氧化反应和还原反应在两个不同区域进行。应在两个不同区域进行。3、需要在氧化剂和还原剂之间架设桥梁使电子从、需要在氧化剂和还原剂之间架设桥梁使电子从氧化剂区域流向还原剂区域。氧化剂区域流向还原剂区域。4、考虑氧化反应和还原反应发生的条件和环境，、考虑氧化反应和还原反应发生的条件和环境，化学物质的选择。化学物质的选择。5、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。离子方程式离子方程式思考问题思考问题寻找答案寻找答案你对问题你对问题的想法的想法稀稀稀稀HH2 2SOSO4 4ZnCu锌表面有气泡锌表面有气泡产生，铜表面产生，铜表面无明显现象无明显现象1.1.反应中，哪种物质失电子，哪种物质得电子反应中，哪种物质失电子，哪种物质得电子演示探究演示探究实验现象实验现象用导线将锌表面的电子引出来用导线将锌表面的电子引出来Zn+2H+=Zn 2+H2.什么方法可使什么方法可使Zn与与H+分开，不让分开，不让H+直接在直接在Zn表面得电子？表面得电子？离子方程式离子方程式思考问题思考问题寻找答案寻找答案组内交流组内交流 列出想法列出想法 演示探究实验现象实验现象CuCu起传导电子的作用。起传导电子的作用。可用电流表测电流及方向。可用电流表测电流及方向。Zn+2H+=Zn 2+H2稀稀稀稀H H2 2SOSO4 4ZnCu大量气泡从铜大量气泡从铜片逸出，锌片片逸出，锌片部分溶解部分溶解1.H1.H+得到的电子是得到的电子是CuCu失去的吗？失去的吗？2.2.在这个过程中在这个过程中CuCu起什么作用？起什么作用？3.3.你怎样才能知道导线中有电子通过？你怎样才能知道导线中有电子通过？解释实验现象解释实验现象思考问题思考问题寻找答案寻找答案组内交流组内交流 列出想法列出想法演示探究实验现象实验现象化学能直接转化为电能化学能直接转化为电能1.1.电子从电子从ZnZn到到H H+经历了哪些途径？经历了哪些途径？2.2.你认为这个过程能量是如何转化的？你认为这个过程能量是如何转化的？锌表面无气泡，锌表面无气泡，铜表面有气泡，铜表面有气泡，电流表发生偏转。电流表发生偏转。电子由电子由Zn 导线导线 铜片铜片 H+定向移动定向移动产生电流，故电流表的指针发生偏转产生电流，故电流表的指针发生偏转A AZnCu稀稀稀稀H H2 2SOSO4 4 实验现象实验现象：铜片上有气泡产生，锌片不断溶：铜片上有气泡产生，锌片不断溶解，电流表的指针发生偏转。解，电流表的指针发生偏转。实验结论实验结论：导线中有电流通过：导线中有电流通过二二.化学能直接转化为电能化学能直接转化为电能1.1.原电池的概念、前提原电池的概念、前提 将化学能转化为电能的装置将化学能转化为电能的装置 概念概念:2.前前提提:能自发发生氧化还原反应能自发发生氧化还原反应3.3.原电池的工作原理原电池的工作原理能量转变能量转变 化学反应化学反应将化学能直接转化为将化学能直接转化为电能电能氧化还原反应中电子氧化还原反应中电子转移转移 (负极失去电子负极失去电子经过导线定向的流入经过导线定向的流入正极正极)原电池原电池电极材料电极材料电极反应式电极反应式发生的反应发生的反应原电池的电极原电池的电极Zn片片Cu片片总的离子反应方程式总的离子反应方程式Zn-2eZn-2e-=Zn=Zn2+2+2H2H+2e+2e-=H=H2 2Zn+2HZn+2H+=Zn=Zn2+2+H+H2 2负极负极正极正极还原反应还原反应氧化反应氧化反应电极电极材料材料现象现象电子电子得失得失电极反应电极反应原电池原电池的电极的电极ZnZn片片CuCu片片总的离子反应方程式总的离子反应方程式失失得得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有气有气体产体产生生ZnZn片片溶解溶解锌铜原电池原理锌铜原电池原理负极出电子，电子回正极负极出电子，电子回正极 Zn2+负极负极 正极正极-Zn Cu电流表电流表SO42-H+H+e-IH24.原电池化学反应本质：原电池化学反应本质：较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）通过外电路流向较不活泼的泼的金属（负极）通过外电路流向较不活泼的金属（正极）金属（正极）氧化还原反应氧化还原反应 外电路：电子由负极流向正极，外电路：电子由负极流向正极，电流由正极流向负极电流由正极流向负极内电路：阴离子移向负极，阳离内电路：阴离子移向负极，阳离 子移向正极，电流由负子移向正极，电流由负 极流向正极极流向正极e5.电电荷流向电流流向：荷流向电流流向：负极负极正极正极 6.原电池形成条件：原电池形成条件：两种活泼性不同的金属（或其中一种两种活泼性不同的金属（或其中一种为能导电的非金属，如为能导电的非金属，如“碳棒碳棒”）作电极。）作电极。其中较活泼金属为负极。较不活泼金其中较活泼金属为负极。较不活泼金属（或非金属）为正极（正极一般不参与属（或非金属）为正极（正极一般不参与电极反应，只起导电作用）。电极反应，只起导电作用）。电解质溶液电解质溶液 形成闭合电路形成闭合电路 能自发地发生氧化还原反应能自发地发生氧化还原反应两极一液一连线两极一液一连线试着说说原电池的构成有什么条件？试着说说原电池的构成有什么条件？A AZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4A AZnZnC CH H2 2SOSO4 4A AZnZnCuCu酒精酒精ZnZnH H2 2SOSO4 4A ACuCuH H2 2SOSO4 4*A AZnZnZnZnH H2 2SOSO4 4A AZnZnCuCuHClHCl A AC CCuCuHClHCl实验探究实验探究A AZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4A AZnZnC CH H2 2SOSO4 4A AZnZnZnZnH H2 2SOSO4 4原电池原电池电流表指针电流表指针是否偏转是否偏转区别区别结论结论偏转偏转两极材料不同两极材料不同有两种活泼性不同的金有两种活泼性不同的金属（或非金属）作电极属（或非金属）作电极不偏转不偏转实验探究实验探究A AZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4A AZnZnCuCu酒精酒精A AZnZnCuCuHClHCl原电池原电池电流表指针电流表指针是否偏转是否偏转区别区别结论结论不偏转不偏转溶液不同溶液不同电极材料均插入电极材料均插入电解质溶液中电解质溶液中偏转偏转A AZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4实验探究实验探究A AC CCuCuH H2 2SOSO4 4原电池原电池电流表指针电流表指针是否偏转是否偏转区别区别结论结论不偏转不偏转电极材料不同电极材料不同能自发地发生氧化还原反应能自发地发生氧化还原反应电流表指针电流表指针原电池原电池组组偏转偏转区别区别结论结论不偏转不偏转容器不同容器不同两极相连形成闭合回路两极相连形成闭合回路实验探究实验探究A AZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4ZnZnH H2 2SOSO4 4A ACuCuH H2 2SOSO4 4CH2SO4（不可以）（不可以）（不可以）（不可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）例例2条件一：有活泼性不同的两种金属或非条件一：有活泼性不同的两种金属或非金属金属（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成条件二：电极需插进电解质溶液中；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实验探究形成原电池的条件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（不可以）（不可以）7.如何书写电极反应方程式如何书写电极反应方程式负极（锌片）：负极（锌片）：Zn 2e -=Zn 2+负极（锌片）：负极（锌片）：Zn 2e-=Zn 2+正极（石墨）：正极（石墨）：2H+2e -=H2 正极（铜片）：正极（铜片）：Cu2+2e -=Cu 总反应总反应:Zn+2H+=Zn 2+H2 总反应总反应:Zn+Cu2+=Zn 2+Cu 电极反应方程式的书写方法电极反应方程式的书写方法负极：负极：较活泼金属（较活泼金属（a）电极反应：电极反应：a-ne-=an+(氧化反应氧化反应)正极：正极：较不活泼金属或非金属（较不活泼金属或非金属（b）电极反应：电极反应：Cm+me-=C(还原反应还原反应)要求书写时，正负极得失电子数相等。要求书写时，正负极得失电子数相等。正极电极反应式+负极电极反应式=总反应方程式已知其中两个可以求第三个金属阳离子放电顺序：金属阳离子放电顺序：K+Ca2+Na+Mg2+Al3+(水中氢水中氢)H+Zn2+Fe2+Sn2+Pb2+(酸酸中氢中氢)H+Cu2+Fe3+Hg2+Ag+特例l镁铝原电池硫酸作电解质的电极反应式是什镁铝原电池硫酸作电解质的电极反应式是什么？还有氢氧化钠作电解质又怎么写？么？还有氢氧化钠作电解质又怎么写？l硫酸做电解质：硫酸做电解质：负极：负极：Mg-2e-=Mg2+正极：正极：2H+2e-=H2总反应：总反应：Mg+2H+=Mg2+H2lNaOH做电解质：做电解质：负极：负极：2Al-6e-+8OH-=2AlO2-+4H2O正极：正极：6H2O+6e-=3H2+6OH-l总反应：总反应：l2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2 Zn-Al原电池，谁做负极？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8.原原电池电极名称的确定方法电池电极名称的确定方法（1）、根据电极材料的性质确定。）、根据电极材料的性质确定。通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、化合物是正极。化合物是正极。（2）、根据电极反应的本身确定。）、根据电极反应的本身确定。失电子的反应失电子的反应氧化反应氧化反应负极负极得电子的反应得电子的反应还原反应还原反应正极正极练习：银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它练习：银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它的反应可表示为：的反应可表示为：Ag2O+Zn+H2O 2Ag+2Zn(OH)2请判断此电池中，负极上发生反应的物质是（请判断此电池中，负极上发生反应的物质是（）A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD（3）、根据电子或电流流动方向（外电路）、根据电子或电流流动方向（外电路）：电子从负极流出 沿导线 流入正极电流从正极流出 沿导线 流入负极ee（4）、）、根据离子的定向移动（内电路）根据离子的定向移动（内电路）阳离子向正极移动阳离子向正极移动阴离子向负极移动阴离子向负极移动（5）、）、根据离子方程式判断根据离子方程式判断Fe+2H+=Fe2+H2（负极）（在正极）（6）、负极往往会溶解，正极往往会）、负极往往会溶解，正极往往会产生气泡或者增重产生气泡或者增重Fe+Cu2+=Fe2+Cu 9.原电池原理的应用：原电池原理的应用：制作化学电源：各种电池制作化学电源：各种电池加快反应速率：加快反应速率：例如例如:实验室制实验室制H2时，由于锌太纯，反应一时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。以加快反应速率。判断金属活动性的强弱判断金属活动性的强弱揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的腐蚀。揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的腐蚀。因为钢铁中含有碳，可与因为钢铁中含有碳，可与Fe组成原电池，组成原电池，发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀。发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀。钢铁的电化学腐蚀方程式：吸氧，析氢析氢腐蚀析氢腐蚀:条件条件:水膜酸性较强水膜酸性较强负极负极:Fe-2e-=Fe2+正极正极:2H+2e-=H2析氧腐蚀析氧腐蚀:条件条件:水膜酸性较弱或呈中性水膜酸性较弱或呈中性负极负极:Fe-2e-=Fe2+正极正极:2H2O+O2+4e-=4OH-Fe2+2OH-=Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O 10.原电池设计思路：原电池设计思路：释放能量的氧化还原反应（放热反应）释放能量的氧化还原反应（放热反应）通常须两活性不同的电极通常须两活性不同的电极 电解质溶液电解质溶液 还原剂在负极失电子，发生氧化反还原剂在负极失电子，发生氧化反 应；氧应；氧 化剂在正极得电子化剂在正极得电子,发生还原反应发生还原反应化学能与电能的相互转化化学能与电能的相互转化电能电能化学能化学能原电池原电池电解电解例：请根据反应例：请根据反应:2Fe3+Fe =3 Fe 2+设计原电池，你有哪些可行方案设计原电池，你有哪些可行方案?Fe-Cu FeCl3Fe-C Fe(NO3)3Fe-Ag Fe2(SO4)3根据反应设计原电池，你有哪些可行方案根据反应设计原电池，你有哪些可行方案?（2Fe3+Fe =3 Fe 2+）负极负极正极正极电解质溶液电解质溶液FeCuCAgFeCl3Fe(NO3)3 Fe2(SO4)3锌片插入稀硫酸中，被腐锌片插入稀硫酸中，被腐蚀。（化学腐蚀）蚀。（化学腐蚀）锌片在锌锌片在锌,铜（稀硫酸）原铜（稀硫酸）原电池中作为负极，也被腐电池中作为负极，也被腐蚀。（电化学腐蚀）蚀。（电化学腐蚀）哪个更快？哪个更快？原电池的负极原电池的负极被腐蚀得更快。被腐蚀得更快。分析锌分析锌,铁（稀硫酸）原铁（稀硫酸）原电池中的电极反应。电池中的电极反应。你感受到作为正极，铁你感受到作为正极，铁被保护了吗？被保护了吗？原电池的金属原电池的金属正极被保护。正极被保护。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是()()CAZnCuH2SO4CuZnA酒精酒精A BA BZnH2SO4ACuH2SO4C DC DACuCuH2SO42.2.某金属能跟稀盐酸作用放出氢气，该金属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，此金属是与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是()A.Mg B.Fe C.Al D.CuA.Mg B.Fe C.Al D.CuB3.3.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的电解质溶液的 PH()PH()A.A.不不 B B先变大后变小先变大后变小 C C逐渐变大逐渐变大 D.D.逐渐变小逐渐变小C5.5.5.5.一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是一个电池反应的离子方程式是 Zn+CuZn+CuZn+CuZn+Cu2+2+2+2+=Zn=Zn=Zn=Zn2+2+2+2+Cu,+Cu,+Cu,+Cu,该反应的的原电池正确组合是该反应的的原电池正确组合是该反应的的原电池正确组合是该反应的的原电池正确组合是()CABCD正极正极ZnCuCuFe负极负极CuZnZnZn电解质溶液电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl4.4.把把a a、b b、c c、d d四块金属片浸入稀硫酸中，用导四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若线两两相连组成原电池。若a a、b b相连时，相连时，a a为负为负极；极；c c、d d相连时，电流由相连时，电流由d d到到c c；a a、c c相连时，相连时，c c极上产生大量气泡，极上产生大量气泡，b b、d d相连时，相连时，b b上有大量气上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为()()A Aa b c d Ba b c d Ba c d b a c d b C Cc a b d Dc a b d Db d c a b d c a B l 可是令她百思不解的是自从车祸后可是令她百思不解的是自从车祸后,她常常感到她常常感到头晕、头痛、夜间失眠、心情烦躁头晕、头痛、夜间失眠、心情烦躁医生绞尽了医生绞尽了脑汁，格林太太的病情仍未见好转脑汁，格林太太的病情仍未见好转 一位年轻的化学家来看望格林太太时，为格林太一位年轻的化学家来看望格林太太时，为格林太太揭开了病因！太揭开了病因！请你当医生请你当医生病病 例例 分分 析析 你能为她开一个药方吗？你能为她开一个药方吗？三、发展中的化学电源三、发展中的化学电源干电池碱性电池蓄电池锂离子电池燃料电池锂电池锂电池 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。干电池碱性电池1、干电池结构及电极反应原理干电池结构及电极反应原理（1）干电池结构及电极反应原理）干电池结构及电极反应原理负极：负极：Zn 2e-=Zn2+正极：正极：2NH4+2e-=2NH3+H2Zn +2NH4+=Zn2+2NH3+H2电池总反应式：电池总反应式：特点：特点：a：一次性电池，不可逆：一次性电池，不可逆b：用：用KOH代替代替NH4Cl能提高能提高 性能，延长寿命性能，延长寿命汽车用蓄电池汽车用蓄电池锂离子电池锂离子电池锂离子电池：它是新一代可锂离子电池：它是新一代可充电的绿色电池，现已成为充电的绿色电池，现已成为笔记本电脑、移动电话、摄笔记本电脑、移动电话、摄像机等低功耗电器的主流。像机等低功耗电器的主流。2.充电电池充电电池（2）充电电池）充电电池(又称二次电池又称二次电池)Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O(-)(+)负极负极:Pb+SO42-2e-=PbSO4 Pb+PbO2+4H+2SO42-=2PbSO4+2H2O正极正极:PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O铅蓄电池铅蓄电池特点：特点：电池总反应式：电池总反应式：二次电池二次电池,可再次充电使用可再次充电使用镍铬电池镍铬电池 特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。NiO2（S）+Cd（S）+2H2O（L）=Ni（OH）2（S）+Cd（OH）2（S）Ag2O（S）+Cd（S）+H2O（L）=2Ag（S）+Cd（OH）2（S）3.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高二化学氢氧燃料电高二化学氢氧燃料电池实验视频池实验视频.mp4氢氢氧氧燃燃料料电电池池燃料电池燃料电池氢氧燃料电池的电极反应式和总反应怎么写？氢氧燃料电池的电极反应式和总反应怎么写？氢氧燃料电池氢氧燃料电池（中性介质）（中性介质）正极：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-负极：负极：2H2-4e-=4H+总反应式：总反应式：2H2+O2=2H2O氢氧燃料电池氢氧燃料电池（酸性介质）（酸性介质）正极：正极：O2+4H+4e-=2H2O负极：负极：2H2-4e-=4H+总反应式：总反应式：2H2+O2=2H2O氢氧燃料电池氢氧燃料电池（碱性介质）（碱性介质）正极：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-负极：负极：2H2-4e-+4OH-=4H2O总反应式：总反应式：2H2+O2=2H2O 例例2,写出甲烷燃料电池（电解质溶液为氢氧写出甲烷燃料电池（电解质溶液为氢氧化钾溶液）的电极反应式及总方程式：化钾溶液）的电极反应式及总方程式：正极：正极：2O2O2 2+8e+8e-+4H+4H2 2O=8OHO=8OH-负极负极 CHCH4 4+10OH+10OH-8-8e-=CO=CO3 32-2-+7H+7H2 2O O总反应：总反应：CHCH4 4+2O+2O2 2+2OH+2OH-=CO=CO3 32-2-+3H+3H2 2O O 反应后溶液的反应后溶液的pH如何变化？如何变化？酸性介质：酸性介质：正极：正极：O2+4H+4e-=2H2O负极：负极：CH4+2H2O-8e-=CO2+8H+总反应：总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O 甲醇燃料电池在碱性条件下和酸性条件下各电极的反应甲醇燃料电池在碱性条件下和酸性条件下各电极的反应酸性条件下酸性条件下负极负极：CH3OH-e-H2O=CO2正极正极：O2+4e-+4H+=2H2O.总反应：总反应：CH3OH O2CO2H2O碱性条件下碱性条件下正极：正极：O2+4e-+H2O=负极：负极：CH3OH-e-=CO32-H2O总反应：总反应：2CH3O242CO32-6H2O其他电池其他电池空气电池空气电池