高中化学 必修二 2-2-2.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章 化学反应与能量,人教,版化学,Thats one small step for man,，,one giant leap for mankind.(,对于一个人来说，这只是一小步；可对人类而言，这却是巨人的一跃。,)1969,年,7,月,20,日内尔,阿姆斯特朗第一次登上月球时如是说。美国,“,卧薪尝胆,”,十年，终于实现了,“,巨人的一跃,”,。可是，你知道吗？要把,1 kg,重的物体从地球送到月球，需要,500 kg,的推动力。动力从何而来？飞船内部用什么作电源？宇航员的饮用水从何而来？,随着阿波罗登月的成功，燃料电池的名声大振,从登月开始，航天飞机飞行都是采用这种既能发电又能供水的新型化学电源。,梳理导引,1,普通锌锰干电池,电池组成为：,_,做负极；位于中央的顶盖有铜帽的,_,做正极；石墨周围填充,ZnCl,2,、,NH,4,Cl,和淀粉糊作电解质，同时填有,MnO,2,黑色粉末作去极剂，负极电极反应,_,。,2,铅酸可充电电池,(1),电池组成为：,_,作负极；,_,作正极；浓硫酸作电解质溶液。,(2),电极反应,(,放电,),负极：,_,；正极：,_,；电池总反应为,_,。,3,氢氧燃料电池,(1),氢氧燃料电池是以,_,为燃料，,_,为氧化剂，铂作电极。,(2),电极反应,碱式氢氧燃料电池：以,KOH,溶液为电解质；,负极：,_,；,正极：,_,；,酸式氢氧燃料电池：以,H,2,SO,4,溶液为电解质；,负极：,_,；,正极：,_,。,(3),以上两种氢氧燃料电池总反应都是：,_,。,答案：,1.,锌片碳棒,ZnZn,2,2e,2,(1)Pb,PbO,2,(2)Pb,SO,PbSO,4,2e,PbO,2,4H,2e,PbSO,4,2H,2,O,Pb,PbO,2,2H,2,SO,4,=2PbSO,4,2H,2,O,3,(1),氢气氧气,(2),2H,2,4OH,4H,2,O,4e,O,2,2H,2,O,4e,=4OH,2H,2,4H,4e,O,2,4H,4e,2H,2,O,(3)2H,2,O,2,=2H,2,O,问题探究,1,你认为如何根据电极的特点把化学电池进行分类？,提示：,电极材料的特点决定了电极在电极反应中是否发生变化，从而可把化学电池进行分类。根据电极的特点可把化学电池分类为：,(1),活泼金属作负极，被腐蚀或消耗，发生氧化反应，如,CuZn,原电池。,(2),两极都参加反应的原电池，如蓄电池。,(3),两电极材料均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到电极上的物质发生反应，如燃料电池。,2,你如何理解原电池原理的实际应用？请举例说明。,提示：,原电池原理的实际应用可以理解为：,(1),加快氧化还原反应的速率,如实验室用,Zn,和稀,H,2,SO,4,反应制,H,2常用粗锌，它产生,H,2,的速率快。因为粗锌中的杂质锌、稀,H,2,SO,4,溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生,H,2,的速率加快。,(2),比较金属的活动性强弱,如把两种金属,Zn,和,Cu,用导线连接后，插入到稀,H,2,SO,4,溶液中，能观察到,Zn,极溶解，,Cu,极上有气泡产生，根据观察到的现象可以判断出,Zn,极是负极，,Cu,极是正极。由原电池原理，可知金属的活动性,ZnCu,，即原电池中，活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。,设计原电池,如利用反应,Cu,2,Zn=Zn,2,Cu,的氧化还原反应可以设计原电池，由反应式可知：,Zn,失去电子，作负极；,Cu,2,在正极上得到电子，作电解质溶液；正极为活泼性比,Zn,弱的金属或导电的非金属等。所设计的原电池的电极反应式为：,负极：,Zn,2e,=Zn,2,(,氧化反应,),正极：,Cu,2,2e,=Cu(,还原反应,),细品教材,1,干电池,最早使用的干电池是锌锰干电池。其组成和结构如下：负极是锌制筒形外壳、正极是位于中央顶盖有铜帽的石墨，在石墨周围填充,ZnCl,2,、,NH,4,Cl,和淀粉糊作电解质，还填有黑色,MnO,2,粉末作去极剂,(,吸收正极放出的,H,2,、防止产生极化现象,),。它是一种一次性电池。,“,干电池,”,电压一般为,1.5 V,，不能充电。,特点：,一次性电池，放完电后不能再使用，内部氧化还原反应不可逆。,用,KOH,代替,NH,4,Cl,能提高性能，延长寿命。,用途：录音机、闪光灯、手电筒、电动玩具、袖珍电视机以及电视、空调摇控器等。,说明：,我们日常所用的普通干电池，主要有酸性锌锰电池和碱性锌锰电池两类，它们都含有汞、锰、镉、铅、锌等。重金属对环境造成严重污染，威胁着人类的健康。为了防止污染和资源浪费，必须对废旧电池加以回收再利用。,2,充电电池,(1),充电电池的特点,充电电池又称蓄电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以使电能转化为化学能,(,一般通过充电器将交流电转变为直流电进行充电,),，使电池恢复到放电前的状态。这样可以实现电能与化学能的相互转化，放电时，化学能转变为电能；充电时，再由电能转变为化学能。,(2),几种常见的充电电池,铅蓄电池,最早使用的充电电池是铅蓄电池。其正极是,PbO,2,，负极是,Pb,，电解质溶液是,H,2,SO,4,。,由于铅蓄电池的电压稳定，使用方便、安全、可靠，又可以循环使用，因此目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池。另外，铅蓄电池还广泛用于国防、科研、生产、生活等领域。,负极,(,Pb,),：,Pb,SO,2e,=PbSO,4,正极,(PbO,2,),：,PbO,2,4H,SO,2e,=PbSO,4,2H,2,O,总反应式：,Pb,PbO,2,2H,2,SO,4,=2PbSO,4,2H,2,O,提示：,多次使用，放完电后可再充电使用。内部氧化还原在放电、充电,“,可逆,”,进行。,镍镉电池寿命较铅蓄电池长，但镉是致癌物，镍镉污染环境。,锂离子电池质量轻，污染少，被称为绿色电池。,用途：,铅蓄电池用于汽车的电瓶。,镍镉电池广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等。,锂离子电池用于笔记本电脑、移动电话、摄像机等。,3,燃料电池,燃料电池也是一种高效、对环境友好的电池。能量转化率理论上可高达,85%,90%,。现已达到,40%,60%,。可用,CH,4,、,H,2,等为原料。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是用外加设备源源不断地提供燃料和氧化剂，使反应能连续进行。,负极：,2H,2,4OH,4e,=4H,2,O,正极：,O,2,2H,2,O,4e,=4OH,总反应式：,2H,2,O,2,=2H,2,O,特点：,能量转化率高，理论上可高达,85%,90%,；,无污染；,燃料储存在外加设备。,用途：航天、航海。,A,锌为正极，碳为负极,B,锌为负极，碳为正极,C,工作时，电子由碳极经过电路流向锌极,D,长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器,【,解析,】,根据原电池的工作原理及正负极的判断方法分析。,由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池形成的条件，相对活泼,(,指金属性,),的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出选项,B,正确，,A,不正确。在外电路，电子从负极流向正极，故选项,C,不正确。长时间连续使用该原电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且,MnO,2,不断吸收,H,2,而生成,H,2,O,，糊状物也越来越稀，故其很可能流出腐蚀用电器，选项,D,正确。,【,答案,】,B,、,D,【,例,2,】,如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是,(,),A,a,电极是负极,B,b,电极的电极反应为,4OH,4e,=2H,2,O,O,2,C,氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源,D,氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储存在电池内的新型发电装置,【,解析,】,本题考查燃料电池的原理及优点。由原电池原理知，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，两极转移电子数相等，两电极反应式相加得总反应方程式。,氢氧燃料电池的总化学方程式为,2H,2,O,2,=2H,2,O,，因此,a,电极上发生的电极反应是,2H,2,4e,=4H,，,a,电极是负极；,b,电极上发生反应：,O,2,2H,2,O,4e,=4OH,，,b,电极是正极。氢氧燃料电池的能量效率较高，且产物是,H,2,O,，是一种具有应用前景的绿色能源。氢氧燃料电池通入,H,2,、,O,2,就能工作，无需将,H,2,、,O,2,储存在电池内部。,【,答案,】,B,【,解析,】,原电池正极是电子流入的一极，氧化剂在此处得电子被还原。而总反应中,MnO,2,所含,Mn,元素的化合价降低，说明,MnO,2,被还原，为氧化剂。,【,答案,】,C,一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷,(C,4,H,10,),气体；电解质是掺杂质氧化铱,(Y,2,O,3,),的氧化锆,(ZrO,2,),晶体，在熔融状态下传导,O,2,。下列对该燃料电池的说法中正确的是,(,),A,在熔融电解质中,O,2,由负极移向正极,B,电池的总反应式是：,2C,4,H,10,13O,2,8CO,2,10H,2,O,C,通入空气的一极是正极，电极反应式为：,O,2,4e,=2O,2,D,通入丁烷的一极是正极，电极反应式为：,C4,H,10,26e,13O,2,=4CO,2,5H,2,O,【,解析,】,燃料电池中的化学反应，燃料,(,还原剂,),在负极发生氧化反应，氧气,(,氧化剂,),在正极发生还原反应，则通入丁烷的一极是负极，通入空气的一极是正极。电池电解质中离子的流向遵循电荷的异性相吸规律，负极呈阳性，阴离子流向阳极，正极呈阴性，阳离子移向正极。,【,答案,】,B,、,C,【,点拨,】,通过该题展示新型燃料电池。通过解答该题，学习新型燃料电池的化学反应原理。,电子计算器中所用纽扣式电池为银锌电池，其电极分别为,Ag,2,O,和,Zn,，电解质溶液为,KOH,。电极反应为：,Zn,2OH,2e,=Zn(OH),2,(,负极,),、,Ag,2,O,H,2,O,2e,=2Ag,2OH,(,正极,),，总反应式为：,Ag,2,O,H,2,O,Zn=Zn(OH),2,2Ag,。下列叙述正确的是,(,),A,电流由锌经外电路流向氧化银,B,锌是阴极，氧化银是阳极,C,锌是负极，氧化银是正极,D,工作时，负极区溶液,pH,减小，正极区,pH,增大,【,解析,】,在反应过程中，,Zn,极发生氧化反应，故,Zn,极为负极，反应过程中,OH,被消耗使,Zn,极周围,OH,浓度减小，,pH,降低；,Ag,2,O,极发生还原反应，该极在反应过程中生成,OH,，使周围溶液中,OH,浓度升高，,pH,增大。电子流动方向为从,Zn,到,Ag,2,O,，电流方向恰好相反。,【,答案,】,C,、,D,细品教材,1,废旧电池的危害性,废旧电池的危害主要集中在其中所含的少量的重金属上，如铅、汞、镉等。这些有毒物质通过各种途径进入人体内，长期积蓄难以排除，损害神经系统、造血功能和骨骼，甚至可以致癌。铅：神经系统,(,神经衰弱、手足麻木,),、消化系统,(,消化不良、腹部绞痛,),、血液中毒和其他的病变。汞：精神状态改变是汞中毒的一大症状。脉搏加快，肌肉颤动，口腔和消化系统病变。镉、锰：主要危害神经系统。,2,废旧电池污染环境的途径,这些电池的组成物质在使用过程中，被封存在电池壳内部，并不会对环境造成影响。但经过长期机械磨损和腐蚀，使得内部的重金属和酸碱等泄露出来，进入土壤或水源，就会通过各种途径进入人的食物链。,3,其他水源植物,食品消化生物从环境中摄取的重金属可以经过食物链的生物放大作用，逐级在较高级的生物中成千上万地富集，然后经过食物进入人的身体，在某些器官中积蓄造成慢性中毒。,4,废旧电池危害的其他表现,目前世界上生活垃圾处理主要是卫生填埋、堆肥和焚烧三种方式，混入生活垃圾的废旧电池在这三个过程中的污染作用体现在：填埋：废旧电池的重金属通过渗滤作用污染水体和土壤。焚烧：废旧电池在高温下，腐蚀设备，某些重金属在焚烧炉中挥发在飞灰中，造成大气污染，焚烧炉底重金属堆积，给产生的灰渣造成污染。堆肥：废旧电池的重金属含量较高，造成堆肥的质量下降。,再利用：一般采用反射炉火冶金法，工艺虽然容易掌握，但是回收率只有,82%,，其余的铅以气体和粉尘的形态出现，同时冶炼过程中的二氧化硫会进入空气中，造成二次污染，直接危害操作工人的健康。,典例精析,【,例,3,】,化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。,(1),目前常用的镍,(Ni),镉,(,Cd,),电池，其电池总反应式可以表示为：,Cd,2NiO(OH),2H,2,O,2Ni(OH),2,Cd(OH),2,已知,Ni(OH),2,和,Cd(OH),2,均难溶于水，但能溶于酸，以下说法正确的是,(,),以上反应是可逆反应,以上反应不是可逆反应,充电时化学能转变为电能,放电时化学能转变为电能,A,B,C,D,(2),废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是因为,_,。,【,解析,】,(1),可逆反应是指相同条件下同时向正、逆两个方向进行的反应，原电池的充、放电不是在相同条件下进行的，所以不是可逆反应。,(2),物质以离子的形式存在，植物最容易吸收。从镍镉所对应的化合物的水溶性这一角度去分析，因在酸性土壤中,Ni(OH),2,和,Cd(OH),2,易溶解变成,Ni,2,和,Cd,2,，被植物吸收，造成污染。,【,答案,】,(1)B,(2)Ni(OH),2,和,Cd(OH),2,能溶于酸性溶液,废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是,(,),A,把锌皮取下洗净用于实验室制氢气,B,碳棒取出洗净用作电极,C,把铜帽取下洗净回收利用,D,电池内部填有,NH,4,Cl,等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥用,【,答案,】,D,资料备选,生病的自由女神,耸立于美国纽约港外的一个海岛上有,15,层楼高的自由女神，历来被认为是美利坚合众国的象征。然而，经过近百年的风风雨雨，它和人一样，已经生病了。她究竟患了何种疾病呢？最近，美、法两国组织了一个调查小组，对她进行全面体验。结果，大吃一惊，因为他们发现自由女神近百年来一直受着一种疾病的折磨，那就是：电化学腐蚀。自由女神的外壳材料是铜，而支撑整个雕像的内支架却是铁的，在它们之间仅有一层浸透油的毛毡隔开。,年岁久了，设计者预先没想到的事发生了：首先是那一层毛毡失去了隔离作用，而大西洋潮湿的夹带着盐分的空气有意向自由女神不断地进行攻击，无数的原电池便在自由女神的身上形成，这种原电池以铁为负极，铜为正极，夹带盐分的湿空气正好在两极之间起着电解质溶液的作用，结果加速了铁的腐蚀。自由女神的铁骨表面一层又一层地被锈蚀，蓬松的氧化铁使铁架的体积膨胀，铆固的支脚被折断，尽管神有万般灵验，现在也自身难保了。必须为她脱胎换骨，这还要求助于化学，来挽救她的厄运。,