人教版高中化學(xué)必修2 　化學(xué)能與電能 全國公開課一等獎(jiǎng)

第二節(jié)化學(xué)能與電能第一頁，共四十一頁。

格林太太有兩顆假牙，一顆是黃金的——這是她財(cái)富的標(biāo)志；另一顆是不銹鋼的——這是一次車禍留下的痕跡。令人百思不解的是自從那可怕的車禍后，格林太太就經(jīng)常頭疼、夜間失眠、心情煩躁。四處求醫(yī)也沒能治好,后來一位年輕化學(xué)家上門了解了一下情況很快的解決了問題。請(qǐng)你當(dāng)回醫(yī)生第二頁，共四十一頁。風(fēng)能，水能，煤炭，石油，天然氣直接從自然界取得的能源稱為一次能源一次能源經(jīng)加工、轉(zhuǎn)換得到的能源稱為二次能源

電能是現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用最廣泛、使用最方便、污染最小的一種二次能源，又稱為電力。第三頁，共四十一頁。2001年我國發(fā)電總量構(gòu)成圖火力發(fā)電占據(jù)絕大部分第四頁，共四十一頁。估計(jì)在2050年火電仍居首位火電，又稱為火力發(fā)電。那么，火究竟是如何轉(zhuǎn)化為電？第五頁，共四十一頁。一、化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化1、火力發(fā)電的原理分析化學(xué)能熱能機(jī)械能電能燃燒蒸汽發(fā)電機(jī)第六頁，共四十一頁。第七頁，共四十一頁。[實(shí)驗(yàn)]原電池原理探究步驟討論與交流1.將Zn片插入稀H2SO4Zn片和Cu片上現(xiàn)象有何差別?2.將Cu片插入稀H2SO43.Zn片和Cu片用導(dǎo)線連接(中間接電流表)插入稀H2SO4(偏向?)電流表指針有何變化?說明了什么?第八頁，共四十一頁。[實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象]：銅片上有氣泡產(chǎn)生，鋅片不斷溶解，電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。[實(shí)驗(yàn)結(jié)論]：導(dǎo)線中有電流通過第九頁，共四十一頁。1、定義：把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置，叫做原電池。2、原電池的兩極及工作原理電極電極材料反應(yīng)類型電子流動(dòng)方向負(fù)極金屬性較強(qiáng)的氧化反應(yīng)（失電子）電子流出（流向正極）的一極正極金屬性較弱的（或碳棒）還原反應(yīng)（得電子）電子流入（來自負(fù)極）的一極第十頁，共四十一頁。

Zn2+

+

負(fù)極

正極

-

Zn

Cu電流表SO42-H+H+e-IH2工作原理：第十一頁，共四十一頁。3、原電池的構(gòu)成條件①兩種活潑性不同的金屬（或其中一種為能導(dǎo)電的非金屬，如“碳棒”）作電極②電解質(zhì)溶液（做原電池的內(nèi)電路，并參與反應(yīng)）③形成閉合回路④能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)（反應(yīng)本質(zhì)）練習(xí)：下列裝置中能組成原電池形成電流的是()ZnCuH2SO4AZnCu酒精AZnCuCuSO4ZnH2SO4ACuH2SO4CDBAC第十二頁，共四十一頁。4、判斷原電池正、負(fù)極的方法①由組成原電池的兩極材料判斷：一般是活潑的金屬為負(fù)極；活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極②根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷：外電路電流由正極流向負(fù)極；電子由負(fù)極流向正極。③根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷：負(fù)極總是失電子發(fā)生氧化反應(yīng);正極總是得電子發(fā)生還原反應(yīng)。第十三頁，共四十一頁。④根據(jù)電解質(zhì)溶液中的離子流向判斷陰離子移向的一極為負(fù)極；陽離子移向的一極為正極。⑤根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷不斷溶解，質(zhì)量減少為負(fù)極；有氣體產(chǎn)生或質(zhì)量增加或不變?yōu)檎龢O。第十四頁，共四十一頁。【練習(xí)】1、下列三個(gè)裝置中，導(dǎo)線中的電子由左邊一極流向右邊一極的是（）B稀硫酸ZnFeAFeCA稀硫酸稀硫酸CZnAABC2、如圖裝置，電流表G發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)A極逐漸變粗，B極逐漸變細(xì)，C為電解質(zhì)溶液，則A、B、C應(yīng)是下列各組中的哪一組（）ACABA、A是鋅，B是銅，C為稀H2SO4

B、A是銅，B是鋅，C為稀硫酸C、A是鐵，B是銀，C為AgNO3溶液D、A是Ag，B是鐵，C為AgNO3溶液D+--+-+-+第十五頁，共四十一頁。5）電極反應(yīng)AH2SO4-+負(fù)極：Zn–2e-=Zn2+(氧化反應(yīng))正極：2H++2e-

=H2↑(還原反應(yīng))6）總反應(yīng)式(電池反應(yīng)-兩個(gè)電極反應(yīng)之和)

Zn+2H+=Zn2++H2↑Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑負(fù)極：正極：Cu2++2e-=CuFe-2e-=Fe2+

總反應(yīng)：Fe+Cu2+

=Fe2++CuFe+CuCl2=FeCl2+CuCuCl2CuFeA-+【練習(xí)】第十六頁，共四十一頁。電極材料現(xiàn)象電子得失原電池的電極反應(yīng)類型總的離子反應(yīng)方程式(電池反應(yīng))失得Zn-2e-=Zn2+(不是“→”表示)2H++2e-=H2↑(不是“→”表示)負(fù)極正極Zn+2H+=Zn2++H2↑產(chǎn)生氣體Zn片溶解Zn片Cu片電極反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】導(dǎo)線中有電子通過形成了電流,化學(xué)能轉(zhuǎn)變成了電能.【小結(jié)】第十七頁，共四十一頁。185、原電池的應(yīng)用1）制作化學(xué)電源：鋅錳電池鋰電池氧化銀電池2）加快反應(yīng)速率：例如，實(shí)驗(yàn)室制H2時(shí)，由于鋅太純，反應(yīng)一般較慢，可加入少量CuSO4以加快反應(yīng)速率。ZnCuH2SO4溶液ZnH2SO4溶液Cu、Zn相連，金屬之間的電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋅與溶液接觸部分。故電子順導(dǎo)線到達(dá)Cu表面，H+從Cu表面得到電子變成H2逸出。

銅鋅之間有電流出現(xiàn)，也就形成了一個(gè)電場(chǎng)銅鋅之間就有電壓，這個(gè)電壓相當(dāng)于加速器，加速了電子的得失。第十八頁，共四十一頁。193）判斷金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱較活潑金屬為負(fù)極，較不活潑金屬(或非金屬)為正極先判斷原電池的正、負(fù)極，金屬性：負(fù)極>正極2、把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池.若a、b相連時(shí),a為負(fù)極；c、d相連時(shí),電流由d到c；a、c相連時(shí),c極上產(chǎn)生大量氣泡；b、d相連時(shí),b上有大量氣泡產(chǎn)生,則四種金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱的為（）

A．a(chǎn)>b>c>dB．a(chǎn)>c>d>bC．c>a>b.>dD．b>d>c>aB【練習(xí)】1、X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硝酸鹽溶液中，X的表面有Z析出，X與Y組成原電池時(shí)，Y是電池的負(fù)極。X、Y、Z三種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)椋ǎ?/p>

A．X>Y>Z

B．X>Z>Y

C．Y>X>Z

D．Y>Z>XC第十九頁，共四十一頁。作業(yè)：（有難度）請(qǐng)根據(jù)反應(yīng):2Fe3++Fe=3Fe2+設(shè)計(jì)原電池，畫出裝置圖、指出正負(fù)極、寫出電極反應(yīng)式。（簡(jiǎn)單）請(qǐng)根據(jù)反應(yīng):Fe

+CuSO4=FeSO4+Cu設(shè)計(jì)原電池，畫出裝置圖、指出正負(fù)極、寫出電極反應(yīng)式。第二十頁，共四十一頁。①寫出總反應(yīng)方程式或總反應(yīng)離子方程式Fe

+CuSO4=FeSO4+Cu②將總反應(yīng)分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)氧化反應(yīng)：還原反應(yīng)：Fe-2e-=Fe2+

Cu2++2e-

=Cu③氧化反應(yīng)發(fā)生在負(fù)極上；還原反應(yīng)發(fā)生在正極上負(fù)極：正極：Fe-2e-=Fe2+

Cu2++2e-

=Cu④驗(yàn)證：兩電極反應(yīng)相加所得式子是否與總反應(yīng)相同⑤畫出裝置圖CuSO4CuFeA-+負(fù)極正極電解質(zhì)溶液FeCu、C、AgCuSO4（簡(jiǎn)單）請(qǐng)根據(jù)反應(yīng):Fe

+CuSO4=FeSO4+Cu設(shè)計(jì)原電池，畫出裝置圖、指出正負(fù)極、寫出電極反應(yīng)式。第二十一頁，共四十一頁。22請(qǐng)根據(jù)反應(yīng):2Fe3++Fe=3Fe2+設(shè)計(jì)原電池，畫出裝置圖、指出正負(fù)極、寫出電極反應(yīng)式。1、寫電極反應(yīng)式①寫出總反應(yīng)方程式或總反應(yīng)離子方程式2Fe3++Fe=3Fe2+②將總反應(yīng)分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)氧化反應(yīng)：Fe-2e-=Fe2+

還原反應(yīng)：2Fe3++2e-

=2Fe2+

③氧化反應(yīng)發(fā)生在負(fù)極上；還原反應(yīng)發(fā)生在正極上負(fù)極正極④驗(yàn)證：兩電極反應(yīng)相加所得式子是否與總反應(yīng)相同2、畫裝置圖FeCl3CuFeA-+負(fù)極正極電解質(zhì)溶液FeCuCAgFeCl3Fe(NO3)3Fe2(SO4)3第二十二頁，共四十一頁?；瘜W(xué)能與電能第二課時(shí)發(fā)展中的化學(xué)電源第二十三頁，共四十一頁。24【知識(shí)回顧】一、化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)換1、原電池1）定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置3）原電池的構(gòu)成條件①兩種活潑性不同的金屬作電極

（或其中一種為能導(dǎo)電的非金屬，如“碳棒”）較活潑金屬為負(fù)極，較不活潑金屬(或非金屬)為正極②電解質(zhì)溶液（做原電池的內(nèi)電路，并參與反應(yīng)）③形成閉合回路④能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)負(fù)極失電子、發(fā)生氧化反應(yīng)；正極得電子、發(fā)生還原反應(yīng)。電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，從而產(chǎn)生電流，使化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能。2）原電池反應(yīng)原理第二十四頁，共四十一頁。4）判斷原電池正、負(fù)極的方法①由組成原電池的兩極材料判斷：一般是活潑性較強(qiáng)的金屬為負(fù)極；活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。②根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷：外電路電流由正極流向負(fù)極；

電子由負(fù)極流向正極。③根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷：負(fù)極總是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；正極總是得電子發(fā)生還原反應(yīng)。CuCl2CuFeA-+第二十五頁，共四十一頁。④根據(jù)電解質(zhì)溶液中的離子流向判斷陰離子移向的一極為負(fù)極；陽離子移向的一極為正極。⑤根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷不斷溶解，質(zhì)量減少為負(fù)極；有氣體產(chǎn)生或質(zhì)量增加或不變?yōu)檎龢O。第二十六頁，共四十一頁。5）電極反應(yīng)AH2SO4-+負(fù)極：Zn–2e-=Zn2+(氧化反應(yīng))正極：2H++2e-

=H2↑(還原反應(yīng))6）總反應(yīng)式(電池反應(yīng)-兩個(gè)電極反應(yīng)之和)

Zn+2H+=Zn2++H2↑Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑負(fù)極：正極：Cu2++2e-=CuFe-2e-=Fe2+

總反應(yīng)：Fe+Cu2+

=Fe2++CuFe+CuCl2=FeCl2+CuCuCl2CuFeA-+【練習(xí)】第二十七頁，共四十一頁。7）原電池原理的應(yīng)用：①制作化學(xué)電源②加快反應(yīng)速率：例如，實(shí)驗(yàn)室制H2時(shí)，由于鋅太純，反應(yīng)一般較慢，可加入少量CuSO4以加快反應(yīng)速率。③判斷金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱④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Fe組成原電池，發(fā)生原電池反應(yīng)而使鋼鐵遭到腐蝕練習(xí)：把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池.若a、b相連時(shí),a為負(fù)極;c、d相連時(shí),電流由d到c;a、c相連時(shí),c極上產(chǎn)生大量氣泡,b、d相連時(shí),b上有大量氣泡產(chǎn)生,則四種金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱的為（）

A．a(chǎn)>b>c>dB．a(chǎn)>c>d>bC．c>a>b.>dD．b>d>c>aB第二十八頁，共四十一頁。二、發(fā)展中的化學(xué)電源1、干電池–鋅錳電池1）普通鋅錳電池–一次性電池負(fù)極材料：鋅筒（Zn）正極材料：碳棒（C）電解質(zhì)：NH4Cl糊負(fù)極：正極：Zn-2e-=Zn2+2NH4++2e-=2NH3+H2H2+2MnO2=2MnO(OH)堿式氧化錳總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2NH4+=2MnO(OH)+2NH3+Zn2+

Ⅰ.電池的構(gòu)造:Ⅱ.電極反應(yīng):Ⅲ.缺點(diǎn):普通鋅錳干電池用久了鋅外殼會(huì)變薄，最后內(nèi)部電解質(zhì)會(huì)泄漏出來，使電器腐蝕第二十九頁，共四十一頁。2）堿性鋅錳電池–一次性電池將普通鋅錳干電池中的NH4Cl換成KOH或NaOH負(fù)極：正極：Zn-2e-+2OH-

=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnO(OH)+2OH-總反應(yīng)：2MnO2+Zn+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2

Ⅰ.電極反應(yīng):Ⅱ.優(yōu)點(diǎn):延長了鋅錳電池的使用壽命與性能第三十頁，共四十一頁。2、充電電池–二次電池放電時(shí)，原電池工作，發(fā)生氧化還原反；充電時(shí)，氧化還原反應(yīng)逆向進(jìn)行。1）鉛蓄電池Ⅰ.電池的構(gòu)造:負(fù)極材料：正極材料：電解質(zhì)：PbPbO2H2SO4溶液負(fù)極：正極：總反應(yīng)：Ⅱ.電極反應(yīng):Pb+SO42--2e-=PbSO4

PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2OPb+PbO2+4H++2SO42-=2PbSO4+2H2O充電放電Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O第三十一頁，共四十一頁。Ⅲ.特點(diǎn):鉛蓄電池的工作電壓平穩(wěn)、使用溫度及使用電流范圍寬、能充放電數(shù)百個(gè)循環(huán)、貯存性能好、造價(jià)較低，因而應(yīng)用廣泛。但是比能量（單位重量所蓄電能）小，對(duì)環(huán)境腐蝕性強(qiáng)。第三十二頁，共四十一頁。2）鎳鎘電池負(fù)極材料：正極材料：電解質(zhì)：CdNiO(OH)KOH負(fù)極：正極：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)22NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-使用壽命比鉛蓄電池長，體積小，但會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境第三十三頁，共四十一頁。3、燃料電池它是一種將燃料和氧化劑（如O2）反應(yīng)所放出的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置燃料電池由3個(gè)主要部分組成：燃料電極(負(fù)極)；電解液；空氣／氧氣電極(正極)1）氫氧燃料電池工作時(shí)向負(fù)極供給燃料(H2)，向正極供給氧化劑(空氣/O2).H2在負(fù)極分解成H+和電子e-。H+進(jìn)入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。在正極上，O2得電子。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，活性炭電極等第三十四頁，共四十一頁。Ⅰ.電解液為堿性溶液（如KOH）2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-負(fù)極：正極：總反應(yīng)：2H2+O2=2H2OⅡ.電解液為酸性溶液（如H2SO4）負(fù)極：正極：總反應(yīng)：2H2-4e-=4H+

O2+4H++4e-=2H2O2H2+O2=2H2O2）氫氧燃料電池的特點(diǎn)①能量轉(zhuǎn)化效率高②污染很小③燃料適用范圍廣④需要持續(xù)供應(yīng)反應(yīng)物第三十五頁，共四十一頁。KOH溶液H2O2H2Oab1、寫出甲烷燃料電池(電解質(zhì)溶液為氫氧化鉀溶液)的電極反應(yīng)式及總方程式：【練習(xí)】負(fù)極：CH4+10OH--8e-

=CO32-+7H2O正極：2O2+8e-+4H2O=8OH-總反應(yīng):CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O2、1969年美國“阿波羅11號(hào)”登月成功。飛船上使用的氫氧燃料電池是一種新型的化學(xué)電池，其構(gòu)造如圖示：兩個(gè)電極均由多孔性碳制成，通入的氣體由孔隙逸出，并在電極表面放電。1、a是

極，

b是

極2、電極反應(yīng)式分別為：負(fù)正

正極：

O2+4e-

+2H2O=4OH-負(fù)極：

2H2-4e-+4OH-=4H2O第三十六頁，共四十一頁。374）揭示金屬腐蝕的原因及防止金屬的腐蝕。（個(gè)人覺得可以選修4再講）鋼鐵中含有碳，C與Fe若接觸電解質(zhì)溶液，可組成原電池，發(fā)生原電池反應(yīng)而使鋼鐵遭到腐蝕。①金屬的腐蝕Ⅰ.定義:金屬材料受周圍介質(zhì)的作用而損壞，稱為金屬腐蝕。金屬的銹蝕是最常見的腐蝕形態(tài)。Ⅱ.分類:化學(xué)腐蝕：金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起的腐蝕。這類腐蝕不普遍。電化學(xué)腐蝕：不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，因發(fā)生原電池反應(yīng)所引起的腐蝕。金屬的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕。②鋼鐵的腐蝕電化學(xué)腐蝕主要包括吸氧腐蝕和析氫腐蝕第三十七頁，共四十一頁。38Ⅰ.鋼鐵的析氫腐蝕FeC電解質(zhì)溶液FeC電解質(zhì)溶液鋼鐵在干燥的空氣里長時(shí)間不易腐蝕，但潮濕的空氣中卻很快就會(huì)腐蝕。原來，在潮濕的空氣里，鋼鐵的表面吸附了一層薄薄的水膜，這層水膜里含有少量的氫離子與氫氧根離子，還溶解了O2、CO2等氣體，結(jié)果在鋼鐵表面形成了一層電解質(zhì)溶液，它跟鋼鐵里的鐵和少量的碳恰好形成無數(shù)微小的原電池。酸性較強(qiáng)弱酸性或中性負(fù)極(Fe)：Fe-2e-=Fe2+正極(C)：2H++2e-=H2↑Ⅱ.鋼鐵的吸氧腐蝕負(fù)極(Fe)：2Fe-4e-=2Fe2+正極(C)：2H2