化學能轉(zhuǎn)化為電能

1、專題專題2化學反應與能量轉(zhuǎn)化化學反應與能量轉(zhuǎn)化第三單元第三單元 化學能與電能的轉(zhuǎn)化化學能與電能的轉(zhuǎn)化化學能轉(zhuǎn)化為電能化學能轉(zhuǎn)化為電能鋰電池鋰電池干電池干電池紐扣電池紐扣電池各類電池各類電池鉛探索電池原理探索電池原理實驗實驗1 1實驗實驗2 2實驗實驗3 3實驗實驗4 4實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論CuCu片上有較多氣泡，片上有較多氣泡，ZnZn片溶解。片溶解。電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)導線中有電流通過導線中有電流通過ZnZn片上有氣泡片上有氣泡, ,且溶解；且溶解；CuCu片上無現(xiàn)象片上無現(xiàn)象鋅與稀硫酸反應鋅與稀硫酸反應生成氫氣生成氫氣銅與稀硫酸不反應銅與稀硫酸不反應電池為什么會產(chǎn)生電流

2、？電池為什么會產(chǎn)生電流？ZnZn片上有氣泡片上有氣泡, ,且溶解；且溶解；CuCu片上無現(xiàn)象片上無現(xiàn)象鋅與稀硫酸反應鋅與稀硫酸反應生成氫氣生成氫氣銅與稀硫酸不反應銅與稀硫酸不反應銅片上產(chǎn)生氫氣。銅片上產(chǎn)生氫氣。提出問題提出問題電源工作特點電源工作特點 電路中有電路中有電流電流通過通過 電子的定向移動電子的定向移動產(chǎn)生電流產(chǎn)生電流 氧化還原反應氧化還原反應中伴隨電子得失中伴隨電子得失化學電池工作的機理必為氧化還原反應化學電池工作的機理必為氧化還原反應 氧化還原反應中氧化還原反應中電子定向轉(zhuǎn)移電子定向轉(zhuǎn)移電池為什么會產(chǎn)生電流？電池為什么會產(chǎn)生電流？CuH H2 2SOSO4 4ZnH2探索電池原理

3、探索電池原理電池為什么會產(chǎn)生電流？電池為什么會產(chǎn)生電流？實驗實驗2 2實驗實驗3 3實驗實驗現(xiàn)象現(xiàn)象ZnZn片上有氣泡片上有氣泡, ,且溶解且溶解電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)CuCu片上有氣泡，片上有氣泡，ZnZn片溶解片溶解原原 理理 分分 析析Zn + 2HZn + 2H =Zn=Zn2 2 + H+ H2 22e2e- -Zn2+H+e-SO42-SO42-H+e-Zn2+e-e-Zn -2e= ZnZn -2e= Zn2+ 2+ 2H2H+ + + 2e=H+ 2e=H2 2（氧化）（氧化）（還原）（還原）氧化、還原氧化、還原同時同地同時同地發(fā)生發(fā)生Zn -2e= ZnZn -

4、2e= Zn2+ 2+ 2H2H+ + + 2e=H+ 2e=H2 2（氧化）（氧化）（還原）（還原）氧化、還原氧化、還原同時同時不不同地同地發(fā)生發(fā)生Zn + 2HZn + 2H =Zn=Zn2 2 + H+ H2 2ZnH H2 2SOSO4 4H2結(jié)論：結(jié)論：e-可直接得失，亦可通過外電路得失?？芍苯拥檬?，亦可通過外電路得失。探索原電池的形成條件探索原電池的形成條件ZnC_+H2SO4溶液溶液Zn塑料塑料H2SO4溶液溶液換電極換電極形成條件：形成條件：形成閉合電路形成閉合電路 換電極換電極ZnZnH2SO4溶液溶液ZnCu或或FeH2SO4溶液溶液兩個活潑性不同的電極兩個活潑性不同的電極

5、ZnCu或或Fe酒精酒精具有電解質(zhì)溶液具有電解質(zhì)溶液CuZnH2SO4H2SO4ABcDE思考：下列裝置能產(chǎn)生電流的是（思考：下列裝置能產(chǎn)生電流的是（ ） H2SO4Zn塑料塑料H2SO4ZnPtFZnCuH2SO4nZnZ4OS2HCuZn酒酒精精HClZnCu煤油煤油ZnCuZnSO4ZnCuGHI2、原電池的構(gòu)成條件1）兩種活潑性不同的金）兩種活潑性不同的金屬屬(或?qū)щ姺墙饘倩驅(qū)щ姺墙饘? 作作電極電極。3）兩極相連形）兩極相連形成成閉合回路閉合回路。2）電極材料均插到）電極材料均插到電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液。 （負極在電解質(zhì)溶液中能夠輸出電子，即有一個（負極在電解質(zhì)溶液中能夠輸出電子，即有

6、一個自自發(fā)的氧化還原反應）發(fā)的氧化還原反應）一、原電池一、原電池(1) 定義定義: 化學能化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置(2) 實質(zhì)實質(zhì):同時同時不不同地同地（兩極兩極）的氧化還原反應。的氧化還原反應。兩極名稱兩極名稱及反應式：及反應式：正極：正極：負極：負極：2H2H+ + +2e = H+2e = H2 2（還原）（還原）Zn -2e = ZnZn -2e = Zn2+ 2+ （氧化）（氧化）總反應：總反應：Zn Zn + 2H+ 2H+ + = = ZnZn2+2+ + H + H2 2得出結(jié)論得出結(jié)論較活潑金屬較活潑金屬（失去電子（失去電子發(fā)生氧化反應）發(fā)生氧化反應）負極：負極

7、：正極：正極：(3)電極的判斷：電極的判斷：不活潑金屬不活潑金屬（得到電子（得到電子發(fā)生還原反應）發(fā)生還原反應）（或其它非金屬導體）（或其它非金屬導體）(4) 電子的流向電子的流向:從從負極負極經(jīng)過經(jīng)過外電路導線外電路導線流向流向正極正極e-CuZne-I I_+SO42-H+(5) 溶液中離子的流向溶液中離子的流向:陰離子陰離子負極，負極，陽離子陽離子正極；正極；Zn2+ZnCu稀硫酸稀硫酸ZnFeA稀硫酸稀硫酸CZnFeCA稀硫酸稀硫酸A稀硫酸稀硫酸A-+-+-+-+ZnCuCuSO4Fe CuH2SO4寫出下列裝置的電極反應式和總的離子方程式；寫出下列裝置的電極反應式和總的離子方程式；并

8、指出正、負極及反應的現(xiàn)象。并指出正、負極及反應的現(xiàn)象。知識應用知識應用設計設計總離子方程式為：總離子方程式為：Fe + Cu2+ = Fe2+ + Cu的原電池的原電池CuSO4石墨石墨Fe知識應用知識應用創(chuàng)新與實際應用創(chuàng)新與實際應用有有鋅片、銅片、橘子、導線若干、電流表鋅片、銅片、橘子、導線若干、電流表，請你，請你推斷用上述物品是否能組成原電池，為什么？推斷用上述物品是否能組成原電池，為什么？4.原電池原理的應用原電池原理的應用加快反應速率：加快反應速率：（形成原電池反應，反應速率加快形成原電池反應，反應速率加快） 例如，實驗室制例如，實驗室制H2時，由于鋅太純，反應一時，由于鋅太純，反應一

9、般較慢，可加入少量般較慢，可加入少量CuSO4以加快反應速率。以加快反應速率。揭示鋼鐵腐蝕的原因及防止鋼鐵的腐蝕。揭示鋼鐵腐蝕的原因及防止鋼鐵的腐蝕。 鋼鐵中含有碳，可與鋼鐵中含有碳，可與Fe組成原電池，發(fā)生原電組成原電池，發(fā)生原電池反應而使鋼鐵遭到腐蝕池反應而使鋼鐵遭到腐蝕 例例 X、Y、Z都是金屬，把都是金屬，把X浸入浸入Z的硝酸鹽溶的硝酸鹽溶液中，液中，X的表面有的表面有Z析出，析出，X與與Y組成原電池時，組成原電池時，Y是電池的負極。是電池的負極。X、Y、Z三種金屬的活動性三種金屬的活動性順序為順序為( )C因為因為X置換出置換出Z,所以金屬性所以金屬性負極的金屬較活潑負極的金屬較活潑

10、,所以所以判斷金屬活動性的強弱判斷金屬活動性的強弱一般說來一般說來: 活潑金屬作負極活潑金屬作負極,較不活潑的金屬作正極較不活潑的金屬作正極 請結(jié)合組成原電池的條件，將氧化還原反應：請結(jié)合組成原電池的條件，將氧化還原反應：Fe + CuFe + Cu2+2+ = Cu + Fe = Cu + Fe2+2+設計成一個原電池。設計成一個原電池。1、電解液：、電解液： 。2、電極材、電極材料：料： 正極正極 ，負極，負極 。3、電極反應式電極反應式 ：負極負極: .正極正極: . 1 1、電解液：、電解液： 硫酸銅、氯化銅、硝硫酸銅、氯化銅、硝酸銅等可溶性銅鹽溶液酸銅等可溶性銅鹽溶液 2 2、電極材

11、料：、電極材料： 負極：鐵，負極：鐵， 正極：銅、石墨或比正極：銅、石墨或比鐵不活潑的其他金屬鐵不活潑的其他金屬 Fe 2e - = Fe 2+ Cu2+ +2e - = Cu 制作化學電源制作化學電源 練習練習 把把A,BA,B兩種不同的未知活潑性的金屬用導兩種不同的未知活潑性的金屬用導線連接后同時插入稀硫酸中線連接后同時插入稀硫酸中, ,結(jié)果發(fā)現(xiàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)A A金屬上金屬上有氣體產(chǎn)生有氣體產(chǎn)生, ,則下列說法正確的是則下列說法正確的是( )( )A. AA. A為正極為正極,A,A較活潑較活潑B. BB. B為負極為負極,B,B較活潑較活潑C. AC. A上發(fā)生的是氧化反應上發(fā)生的是氧化反應

12、D. AD. A的質(zhì)量減小的質(zhì)量減小B實踐活動實踐活動自制電池自制電池水果電池。如下圖：水果電池。如下圖：鋼鐵生銹銅器生銹銅器表面生成銅綠 中國航天工業(yè)總公司第三十一研究所近日公中國航天工業(yè)總公司第三十一研究所近日公布了一組數(shù)據(jù)：布了一組數(shù)據(jù)： 全球每全球每一分鐘一分鐘就有就有1 1噸鋼噸鋼腐蝕成鐵銹腐蝕成鐵銹. . 全球每年鋼鐵腐蝕的經(jīng)濟損失約全球每年鋼鐵腐蝕的經(jīng)濟損失約1000010000億美億美元元，占各國國民生產(chǎn)總值，占各國國民生產(chǎn)總值GNPGNP的的2%2%4%4%，在，在美國，每年因鋼鐵腐蝕造成的損失就占國內(nèi)美國，每年因鋼鐵腐蝕造成的損失就占國內(nèi)生產(chǎn)總值的生產(chǎn)總值的3%3%，大約三

13、分之一的化學設備因，大約三分之一的化學設備因局部腐蝕而停工。我國鋼鐵腐蝕經(jīng)濟損失高局部腐蝕而停工。我國鋼鐵腐蝕經(jīng)濟損失高達達28002800億人民幣億人民幣，約占國民生產(chǎn)總值，約占國民生產(chǎn)總值GNPGNP的的4%4%，每年約有，每年約有30%30%的鋼鐵因腐蝕而報廢。腐的鋼鐵因腐蝕而報廢。腐蝕給人類造成的損失是驚人的。蝕給人類造成的損失是驚人的。一、金屬的腐蝕一、金屬的腐蝕1 1、什么是金屬腐蝕？、什么是金屬腐蝕？ 指金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進行化學反應而腐蝕損耗的過程。2 2、金屬腐蝕的本質(zhì)是什么、金屬腐蝕的本質(zhì)是什么? ? 是金屬本身失去電子變成陽離子的過程（發(fā)生氧化反應）。M

14、- ne- = Mn+3 3、金屬腐蝕的類型有哪些？、金屬腐蝕的類型有哪些？ 金屬跟接觸到的物質(zhì)（如SO2、Cl2、O2等）直接發(fā)生化學反應而引起的腐蝕。 不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸時，構(gòu)成原電池而引起的腐蝕，比較活潑的金屬失去電子被氧化。(次要)(主要)根據(jù)與金屬接觸的介質(zhì)不同升溫可加快升溫可加快金屬腐蝕金屬腐蝕 家用燃氣灶的中心部位很容易生銹 食品罐頭放在南極80多年了，卻很少生銹海邊的鐵制品比較容易生銹。海邊的鐵制品比較容易生銹。 為什么鋼鐵在干燥的空氣中不易生銹，而在潮濕的空氣中卻易生銹呢？鋼鐵鋼鐵潮濕空氣潮濕空氣水膜水膜COCO2 2、 SOSO2 2、H H2 2S S電解質(zhì)溶

15、液（電解質(zhì)溶液（H H+ +) )鐵鐵C C 原電池電解質(zhì)溶液形成：H+OH-H2O+CO2H+HCO3-H2O鋼鐵在這過程發(fā)生了鋼鐵在這過程發(fā)生了電化學腐蝕電化學腐蝕。 根據(jù)電解質(zhì)溶液的酸堿性的不同電化學腐蝕可分為兩種。實驗鋼鐵表面形成的微小原電池示意鋼鐵表面形成的微小原電池示意圖圖鋼鐵的鋼鐵的析氫腐蝕析氫腐蝕示意示意圖圖鋼鐵的鋼鐵的吸氧腐蝕吸氧腐蝕示意示意圖圖思考：你能寫出它們的電極反應式？思考：你能寫出它們的電極反應式？請大家根據(jù)原電池原理，寫出電極反應式請大家根據(jù)原電池原理，寫出電極反應式及及電池反應電池反應方程式。方程式。負極：負極： Fe - 2e- = Fe2+正極：正極： O2

16、 + 2H2O + 4e-= 4OH-電池反應：電池反應： 2Fe+ O2+2H2O =2Fe(OH)2分析：分析：中性中性或或酸性很弱酸性很弱或或堿性堿性條件下，易發(fā)生條件下，易發(fā)生吸氧腐蝕吸氧腐蝕。4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O =4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n) H2O 進一步反應：進一步反應：正極：正極： 2H+ 2e- =H2 負極：負極： Fe - 2e- = Fe2+電池反應：電池反應： Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 分析：當鋼鐵處于分析：當鋼鐵處于酸性酸性氣氛中時，易發(fā)生氣氛中時，易發(fā)生析氫腐蝕析氫腐蝕；析氫腐蝕析氫腐蝕和和

17、吸氧腐蝕吸氧腐蝕都都屬于屬于電化學腐蝕電化學腐蝕。鋼鐵腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕條件電極反應負極Fe(-)正極C(+)總反應聯(lián)系水膜呈強酸性水膜呈中性或弱酸性Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+O2+2H2O+4e-=4OH-2H+2e=H22H+Fe=Fe2+H22Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2Fe2O3 nH2O4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3金屬的腐蝕以電化腐蝕為主，電化腐蝕又以吸氧腐蝕為主(pH5.6時)若pH5.6時則為析氫腐蝕。類型類型化學腐蝕化學腐蝕電化學腐蝕電化學腐蝕發(fā)生的發(fā)生的條件條件電流電流本質(zhì)本質(zhì)相互相互關(guān)系關(guān)系金屬與接觸物直接反應不純金屬

18、或合金與電解質(zhì)溶液形成原電池無電流產(chǎn)生有電流產(chǎn)生金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕 兩者往往同時發(fā)生，但電化腐蝕更普遍?；瘜W腐蝕與電化學腐蝕比較1.1.埋在地下的輸油鑄鐵管道，在下列各種埋在地下的輸油鑄鐵管道，在下列各種 情況下被腐蝕速率最慢的是情況下被腐蝕速率最慢的是 ( )( ) A A在潮濕疏松的土壤中；在潮濕疏松的土壤中； B B在含鐵元素較多的酸性土壤中；在含鐵元素較多的酸性土壤中； C C在干燥致密不透氣的土壤中；在干燥致密不透氣的土壤中； D D在含碳較多的潮濕透氣的中性土壤在含碳較多的潮濕透氣的中性土壤C C2.2.下列現(xiàn)象與電化學腐蝕無關(guān)的是（下列現(xiàn)象與電化學腐蝕無關(guān)的是（ ） A

19、A黃銅制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠黃銅制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠 B B生鐵比軟鐵芯（幾乎是純鐵）容易生鐵比軟鐵芯（幾乎是純鐵）容易 生銹生銹 C C鐵制器件附有銅制配件，在接觸處鐵制器件附有銅制配件，在接觸處 易生鐵銹易生鐵銹 D D銀質(zhì)獎章久置表面變暗銀質(zhì)獎章久置表面變暗D D二、金屬的防護二、金屬的防護(1)(1)制成合金（不銹鋼）制成合金（不銹鋼） 改善金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)改善金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)( (內(nèi)因內(nèi)因) )(2)(2)在金屬表面覆蓋保護層在金屬表面覆蓋保護層 電鍍、油漆、鈍化等電鍍、油漆、鈍化等(3)(3)電化學保護法電化學保護法 犧牲陽極的陰極保護法、犧牲陽極的陰極保護法、 外加直流電源的陰極保護法外加直流電源的陰極保護法犧牲陽極保護法：犧牲陽極保護法： 形成原電池反應時，讓被保護金屬做正形成原電池反應時，讓被保護金屬做正極，不反應，起到保護作用；而活潑金屬反極，不反應，起到保護作用；而活潑金屬反應受到腐蝕應受到腐蝕。外加電流的陰極保護法：外加電流的陰極保護法： 將被保護的鋼鐵設備（如鋼閘門）做陰極，將被保護的鋼鐵設備（如鋼閘門）做陰極，用惰性電極做輔助陽極，在外加直流電作用下，用惰性電極做輔助陽極，在外加直流電作用下，電子被迫流向被保護的鋼鐵設備，使鋼