化學(xué)必修二化學(xué)能與電能

化學(xué)反應(yīng)中的能量變化

第二節(jié)化學(xué)能與電能學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.掌握原電池的形成條件，理解原電池的工作原理；2.能夠正確地判斷原電池的兩極，能夠正確地書寫電極反應(yīng)及總反應(yīng);3.了解常見化學(xué)電源的種類及特點，能夠認(rèn)識和書寫幾種新型電池的電極及電極反應(yīng)。能源：流水風(fēng)力石油天然氣蒸汽電力原煤能源的分類：直接從自然界取得的能源。

一次能源經(jīng)過加工、轉(zhuǎn)換得到的能源。如：風(fēng)力、原煤、天然氣、石油、流水。如：電力，蒸汽。

一次能源：二次能源：

2001年我國發(fā)電總量構(gòu)成圖一、化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化：（一）火力發(fā)電：火電站工作原理示意圖化學(xué)能

燃燒熱能

蒸汽機(jī)械能發(fā)電機(jī)電能火力發(fā)電有什么優(yōu)點和缺點我國煤炭資源豐富，廉價方便存在優(yōu)點電能清潔安全快捷方便、節(jié)省時間存在缺點煤炭資源畢竟有限、非可再生排出大量溫室效應(yīng)氣體可能導(dǎo)致酸雨并且有廢氣能量轉(zhuǎn)化效率低有一定局限性問：如何把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能呢？思考與交流【實驗一】分別把鋅片和銅片插入到稀H2SO4中,觀察現(xiàn)象。鋅片：產(chǎn)生大量的氣泡銅片：無明顯現(xiàn)象【實驗二】再用導(dǎo)線把鋅片和銅片連接起來，觀察銅片上有無氣泡產(chǎn)生？現(xiàn)象銅片銅片上有氣泡產(chǎn)生鋅片鋅片逐漸溶解，不產(chǎn)生氣泡電流表電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)（二）原電池1.概念：將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置AZnCuSO42－H+H+正極負(fù)極e－I2.原電池的電極反應(yīng)：鋅片：銅片：Zn-2e-=

Zn2+2H++2e-=H2↑電池反應(yīng)：

Zn+2H+=Zn2++H2↑氧化反應(yīng)還原反應(yīng)（總反應(yīng)）(負(fù)極)(正極)銅鋅原電池的工作原理：鋅失去的電子通過外電路流向銅片，H＋在銅片上得到電子，從而形成電流。12Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2還原劑(Zn)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)氧化劑(H+)在銅極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)還原劑失去的電子從鋅極流出流入銅極.經(jīng)外電路Zn2+H+SO42-電流方向原電池工作原理原電池工作原理：實現(xiàn)了由化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)化。B跟蹤練習(xí)

4.原電池本質(zhì)氧化還原反應(yīng)①反應(yīng)類型。負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。②電子的移動方向。從負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線流向正極。③離子的移動方向。陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動。（可以）（可以）（不可以）第一組實驗探究形成原電池的條件：第二組實驗（可以）（不可以）第三組實驗（可以）（不可以）原電池的形成條件

(4)

形成閉合回路。（兩電極用導(dǎo)線連接，或接觸。）（1）能自發(fā)地發(fā)生的氧化還原反應(yīng)：①電極和電解質(zhì)溶液②兩電極上分別有還原劑和氧化劑（燃料電池）（2）電解質(zhì)溶液：參與電極反應(yīng)或構(gòu)成內(nèi)電路（3）兩導(dǎo)體作電極：

①活動性不同的金屬（或一種金屬和一種非金屬導(dǎo)體石墨），與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的活潑金屬為負(fù)極。

②兩不活潑的導(dǎo)體－石墨或Pt等。（燃料電池電極）酒精CuH2SO4溶液ZnAgH2SO4溶液ZnCuZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCu鹽橋ZnSO4溶液CuSO4溶液FeCu

下列裝置是否能構(gòu)成原電池？∨∨1.判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，請說明理由；若是，請指出正負(fù)極名稱，并寫出電極反應(yīng)式.(∨)2H++2e-＝H2↑負(fù)極：總反應(yīng)：正極：Zn－2e-＝Zn2+Zn+2H+＝Zn2++H2↑練習(xí)：(∨)正極：負(fù)極：總反應(yīng)：Fe－2e-＝Fe2+2Ag++2e-＝2AgFe+2Ag+=Fe2++2Ag3.判斷下面裝置是否可以組成原電池，如果可以請寫出電極反應(yīng)和總反應(yīng)。

如圖Ⅰ所示的裝置，在盛有水的燒杯中，鐵圈和銀圈的連接處吊著一根絕緣的細(xì)絲，使之平衡。小心地往燒杯中央滴入CuSO4溶液。

片刻后可觀察到的現(xiàn)象是________。

A．鐵圈和銀圈左右搖擺不定

B．保持平衡狀態(tài)不變

C．鐵圈向下傾斜

D．銀圈向下傾斜

D原電池的正負(fù)極的判斷方法

微觀判斷（根據(jù)電子流動方向）電子流出的極電子流入的極——負(fù)極——正極

較活潑的電極材料較不活潑的電極材料

質(zhì)量增加的電極工作后質(zhì)量減少的電極——負(fù)極——正極——正極——負(fù)極工作后，有氣泡冒出的電極為正極發(fā)生氧化反應(yīng)的極發(fā)生還原反應(yīng)的極宏觀判斷：①根據(jù)電極材料②根據(jù)原電池電極發(fā)生的反應(yīng)③根據(jù)電極增重還是減重④根據(jù)電極有氣泡冒出：——負(fù)極——正極方法四【小結(jié)】二.原電池的構(gòu)成：一.原電池：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置1.可自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)2.兩個電極3.內(nèi)部有離子導(dǎo)電體（通常是電解質(zhì)溶液）4.形成閉合電路三.原電池的工作原理：四.原電池正負(fù)極的判斷方法：練習(xí)1：Zn片,Ag片,AgNO3溶液為組裝材料，設(shè)計原電池。設(shè)計原電池：

利用下述反應(yīng)：2FeCl3+Fe=3FeCl2設(shè)計一個原電池裝置。①畫出裝置圖；②標(biāo)明電極材料和電解質(zhì)溶液；③寫出電極反應(yīng)式。負(fù)極（Fe):2Fe-2e-=Fe2+正極（C):2Fe3++2e-=2Fe2+練習(xí)2:（先寫出離子反應(yīng)）練習(xí)有A、B、C、D四種金屬分別浸入稀H2SO4中，A、B產(chǎn)生氣泡緩慢而C、D產(chǎn)生氣泡較激烈；把A、B兩種金屬用導(dǎo)線連接后浸入稀H2SO4中，氣泡從A金屬表面析出，把C、D兩種金屬用導(dǎo)線連接后浸入稀H2SO4中組成原電池，電流由C→D，根據(jù)實驗現(xiàn)象，可知A、B、C、D四種金屬的活動性順序。D＞C＞B＞A二、發(fā)展中的化學(xué)電源：干電池堿性電池蓄電池鋰電池1、干電池干電池是一種伏打電池,利用某種吸收劑(如木屑或明膠)使內(nèi)含物成為不會外溢的糊狀。常用作手電筒照明、收音機(jī)等的電源。酸性鋅錳干電池是最早進(jìn)入市場的實用電池（1）普通鋅錳干電池優(yōu)點：制作簡單、價格便宜。缺點：放電時間短，電壓下降快。二、發(fā)展中的化學(xué)電源1.干電池石墨NH4Cl鋅錳干電池結(jié)構(gòu)一次電池：放電之后不能充電的電池（內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)是不可逆的）（2）堿性干電池堿性電池是個人音響、照相機(jī)等地首選電源。堿性電池

電解液:酸性NH4Cl→堿性KOH（離子導(dǎo)電性更好）負(fù)極：鋅片→鋅粉（反應(yīng)面積成倍增長，使放電電流大幅度提高）優(yōu)點：比能量和儲存時間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電二、發(fā)展中的化學(xué)電源1.干電池（1）一次性電池：（2）普通鋅錳電池：Zn-2e-=Zn2+（3）堿性鋅錳電池：[課本P39]、[設(shè)計P43]NH4Cl負(fù)極？正極？電解質(zhì)：缺點：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2KOH負(fù)極？正極？電解質(zhì)：優(yōu)點:使用壽命短，易泄漏使用壽命長，不易泄漏（4）應(yīng)用：卡式錄音機(jī)、閃光燈、電動玩具、袖珍電視機(jī)等放電之后不能充電內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)是不可逆的2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O2MnO2+2H2O+2e-=2MnO（OH）+2OH－ZnCZnC鋅錳電池電極反應(yīng)：負(fù)極：正極：Zn–2e-==Zn2+2NH4++2e-==2NH3+H2總反應(yīng)：Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2

鋅-錳干電池在使用過程中，鋅會逐漸溶解，鋅外殼變薄，最后內(nèi)部的糊狀電解質(zhì)泄露出來，對電器腐蝕。

為了防止泄露，在外殼套上金屬筒或塑料筒，制成防漏電池。P42【思考與交流】為什么鋅錳干電池放置過久會失效？

為了延長電池壽命和提高其性能，人們將電池內(nèi)的電解質(zhì)

換成濕的

，制成了

電池。NH4ClKOH堿性鋅錳負(fù)極：Zn+2OH-–2e-==Zn(OH)22、充電電池2、充電電池：氧化還原反應(yīng)在充電時可以逆向進(jìn)行。1、充電電池又稱二次電池，能夠重復(fù)使用至一定的周期。手機(jī)專用電池攝像機(jī)專用電池筆記本電腦專用電池化學(xué)能放電充電電能用途：目前汽車上使用的電瓶大多仍是鉛蓄電池，它還廣泛用于國防、生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域。鉛蓄電池：最早使用的充電電池。（1）鉛蓄電池特點：鉛蓄電池的電壓穩(wěn)定，使用方便安全可靠，可再次充電使用。2、充電電池二次電池：氧化還原反應(yīng)在充電時可以逆向進(jìn)行。鉛蓄電池負(fù)極？正極？總反應(yīng)：放電：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能充電：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電電解質(zhì)？優(yōu)缺點：應(yīng)用：可充電，比干電池使用壽命長；但體積大，有污染汽車上使用的電瓶等鉛蓄電池：放電時:正極材料是

負(fù)極材料是

，電解質(zhì)是

。PbO2PbH2SO4負(fù)極：正極：總反應(yīng)：Pb+SO42-—2e-＝PbSO4PbO2+4H++SO42-+2e-＝PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電②鎳鎘充電電池：負(fù)極：正極：電解質(zhì)：優(yōu)缺點：應(yīng)用：CdNiO(OH)KOH具有殘留性記憶，可重復(fù)使用500次以上，體積小；但鎘有致癌作用,如不回收，會產(chǎn)生嚴(yán)重污染廣泛用于收錄機(jī)、無線對講機(jī)、電子閃光燈、電動剃須刀等鎳鎘電池鎘有致癌作用，有被鎳氫電池取代的趨勢。鋰離子電池鋰離子電池是新一代可充電的綠色電池。特點：高能電池，電壓高，質(zhì)量輕，貯存時間長等。用途：現(xiàn)已成為筆記本電腦、移動電話、攝像機(jī)、手表、心臟起搏器等低功耗電器的主流。筆記本電腦專用電池

鋰電池（有機(jī)溶劑電解液）負(fù)極：2Li-2e—=2Li+正極：I2+2e—=2I—總反應(yīng)：2Li+I2=2LiI

跟相同質(zhì)量的其它金屬作負(fù)極相比，使用壽命延長，高能、質(zhì)輕、電壓高、工作效率高、儲存壽命長。發(fā)展中的電池3、燃料電池——高效、環(huán)境友好的化學(xué)電池它的電極材料一般為活性電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極，活性炭電極等。(例如：H2和O2的燃料電池，CH4和O2的燃料電池)燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。小型高性能燃料電池

氫氧燃料電池工作原理：總反應(yīng)：2H2

+

O2

=2H2O通入的氣體在電極表面放電，電池只是作為一個反應(yīng)器。與其它電池區(qū)別：反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)。用途：氫氧燃料電池目前已應(yīng)用于航天、軍事通訊、電視中繼站等領(lǐng)域

介質(zhì)電池反應(yīng)：

2H2+Ｏ２=2H2O

酸性（H2SO4）負(fù)極正極中性負(fù)極

正極堿性（KOH）（記這個）負(fù)極正極2H2-4e-=4H+

O2

+4e-

+2H2O=4OH-2H2-4e-=4H+

O2

+4e-

+4H+

=4H2O2H2-4e-

+4OH-=4H2OO2+4e-+2H2O=4OH-*氫