人教版必修二第二章第二節(jié)化學(xué)能與電能

1、一次能源：直接從自然界取得的能源。,二次能源： 一次能源經(jīng)過加工、轉(zhuǎn)換得到的能源。,蒸汽,電能,能源,電能（電力）：二次能源,2001年我國發(fā)電總量構(gòu)成圖,火力發(fā)電工作原理示意圖,火電站從開始到結(jié)束能量是如何轉(zhuǎn)化的？,化石燃料,化學(xué)能,燃燒,熱能,蒸汽,機械能,電能,發(fā)電機,火力發(fā)電的化學(xué)深層本質(zhì)分析,燃燒,氧化還原反應(yīng),氧化劑與還原劑之間發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移,火力發(fā)電,將化學(xué)能經(jīng)一系列能量轉(zhuǎn)化為電能,舊鍵斷裂和新鍵形成、體系能量變化,過程,關(guān)鍵,本質(zhì),本質(zhì),引起,存 在 的 主 要 優(yōu) 缺 點,排出大量溫室氣體 排出廢氣（SO2），可能導(dǎo)致酸雨,產(chǎn)生廢渣、廢液,能量轉(zhuǎn)化效率低,缺點：煤炭是有限的不

2、可再生資源,優(yōu)點：廉價、方便、資源豐富,化學(xué)能 電能,？,直接,水果電池,Zn,那么究竟如何才能形成一個電池？,鋅表面有氣泡產(chǎn)生，銅表面無明顯現(xiàn)象,1.反應(yīng)中，哪種物質(zhì)失電子，哪種物質(zhì)得電子,用導(dǎo)線將鋅失去的電子引出來,Zn +H2SO4 = ZnSO4 +H2,.有什么方法可以不讓H+直接在Zn表面得電子？,分析,Cu僅僅起傳導(dǎo)電子的作用。,大量氣泡從銅片逸出，鋅片部分溶解,1.H+得到的電子是從哪里來的？ 2.在這個過程中Cu起什么作用？,3.你怎樣才能知道導(dǎo)線中有電子通過？,可用電流表測電流。,分析,化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,1.電子從Zn到H+經(jīng)歷了哪些途徑？ 2.你認為這個過程能量是如何

3、轉(zhuǎn)化的？,鋅表面無氣泡， 銅表面有氣泡， 電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn)。,一、原電池,1 定義：把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置.,（氧化反應(yīng)）,（還原反應(yīng)）,Zn片： Zn 2e- = Zn2+,Cu片：2H+2e- = H2 ,電極反應(yīng)式：,總化學(xué)方程式Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,總反應(yīng)式：,2.ZnCuH2SO4原電池的工作原理分析：,3、 原電池的兩極,負極：電子流出（電流流入）的一極（較活潑金屬），發(fā)生氧化反應(yīng)； 正極：電子流入（電流流出）的一極（較不活潑的金屬或非金屬導(dǎo)體），發(fā)生還原反應(yīng)。,4、原電池的本質(zhì)：,負極電極反應(yīng)（Zn片）： Zn 2e- = Zn2+,正極電極反應(yīng)（Cu片）：2H+2

4、e- = H2 ,把自發(fā)的氧化還原反應(yīng)分開在兩電極上進行，產(chǎn)生電流。,發(fā)生氧化反應(yīng),發(fā)生還原反應(yīng),外電路：電子由負極流向正極， 電流由正極流向負極 內(nèi)電路：陰離子移向負極，陽離 子移向正極,原電池中電流流向及離子移動方向：,負極,正極,氧化反應(yīng),Zn-2e-=Zn2+,銅鋅原電池,電解質(zhì)溶液,失e-,沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生,還原反應(yīng),2H+2e-=H2,陰離子,陽離子,負極,正極,5 原電池工作原理小結(jié)：,原電池的形成條件探究, ,分析,不偏轉(zhuǎn),電極材料能否自發(fā)失電子,能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng),分析,偏轉(zhuǎn),兩極材料活潑性不同,有兩種活潑性不同的金屬（或非金屬導(dǎo)體）作電極,不偏轉(zhuǎn),分析,不偏轉(zhuǎn),

5、溶液導(dǎo)電性不同,電極材料均插入電解質(zhì)溶液中,偏轉(zhuǎn),不偏轉(zhuǎn),兩極在同一容器與不同容器中,必須形成閉合回路,分析,構(gòu)成原電池的條件,注意:沒有氧化還原反應(yīng),就不可能有原電池,換句話說常溫下能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng),理論上都可以設(shè)計成原電池,有兩種活動性不同的金屬,有電解質(zhì)溶液；,構(gòu)成閉合電路；,能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng),即：兩極一液一連環(huán)，負極氧化正極還,或一種金屬與一種非金屬導(dǎo)體(如石墨),酸、堿、鹽溶液一般要能和某極發(fā)生氧化還原反應(yīng),判斷正負極找出反應(yīng)原理.寫出總反應(yīng)方程式。 利用氧化還原反應(yīng)知識，找出氧化劑、還原劑和電子轉(zhuǎn)移數(shù)。 負極：a-ne- =an+ (氧化反應(yīng)) 正極：Cm+ + m

6、e- = C(還原反應(yīng)) 驗證：兩電極反應(yīng)式相加所得式子與原化學(xué)方程式相同，則書寫正確。,電極反應(yīng)方程式書寫方法：,即：正極反應(yīng)式+負極反應(yīng)式=總反應(yīng)式,注意：書寫時，正負極得失電子總數(shù)相等。,1.下列裝置中能組成原電池形成電流的是( ),C,課堂練習(xí),2、如圖所示，在鐵圈和銀圈的焊接處，用一根棉線將其懸在盛水的燒杯中，使之平衡；小心的向燒杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可觀察到的現(xiàn)象是,( D ),A. 鐵圈和銀圈左右搖擺不定； B. 保持平衡狀態(tài)； C. 鐵圈向下傾斜； D. 銀圈向下傾斜；,3.某金屬能跟稀鹽酸作用放出氫氣，該金屬與鋅組成原電池時，鋅為負極，此金屬是( ) A.Mg B.

7、Fe C.Al D.Cu,B,4.由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時，電解質(zhì)溶液的 PH( ) A.不 B先變大后變小 C逐漸變大 D.逐漸變小,C,你知道了嗎？,Al作_極, Cu作_極 電極反應(yīng)式是： 負極 _ 正極 _ 總反應(yīng)式_,練習(xí)1：Al和Cu作電極所構(gòu)成的原電池,電解質(zhì)溶液為稀硫酸,負,正,2Al-6e-=2Al3+,6H+6e-=3H2,2Al+6H+=2Al3+3H2 ,H2SO4 (aq),CuSO4 (aq),負極( ): . 正極( ): . 總反應(yīng)式: .,負極( ): . 正極( ): . 總反應(yīng)式: .,練習(xí)2：請在圖上標出電子的流動方向和電流方向, 并判斷正負極，

8、寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式.,Ag,Fe,Zn Zn2e - = Zn2+ Cu Cu2+ +2e - = Cu Zn+Cu2+ = Zn2 + Cu,Fe Fe2e - = Fe 2+ Ag 2H+2e - = H2 Fe+2H+ = Fe 2+ +H2,4.一個電池反應(yīng)的離子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu, 該反應(yīng)的的原電池正確組合是( ),C,5、如圖裝置，電流表G發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時A極逐漸變粗，B極逐漸變細，C為電解質(zhì)溶液，則A、B、C應(yīng)是下列各組中的哪一組（ ）,A、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

9、是Ag，B是鐵，C為AgNO3溶液,D,練一練,6、鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰電池，某種鋰電池的總反應(yīng)為Li + MnO2=LiMnO2,下列說法正確的是（ ） A、Li是正極，電極反應(yīng)為 Lie- = Li+ B、Li是負極，電極反應(yīng)為 Lie- = Li+ C、Li是負極，電極反應(yīng)為 MnO2 + e- = MnO2 D、Li是負極，電極反應(yīng)為 Li2e- = Li2+,B,3、保護金屬設(shè)備,例如船體是鋼鐵材料，在海水中易被腐蝕，所以經(jīng)常在船體外殼焊接比鐵活潑的鋅。,4、設(shè)計原電池,1、X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硝酸鹽溶液中，X

10、的表面有Z析出，X與Y組成原電池時，Y是電池的負極。X、Y、Z三種金屬的活動性順序為（ ） ,練習(xí),C,因為X置換出Z,所以金屬性,負極的金屬較活潑,所以,2、把a、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，a為 負極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時， c極上產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時，b上有大量氣 泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動性順序由強到弱的為： ( ) Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a,B,二、發(fā)展中的化學(xué)電源,干電池,堿性電池,（1）干電池結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)原理,（1）普通鋅錳干電池,負極：Zn - 2e-

11、= Zn2+,正極：2NH4+ + 2e- =2NH3+H2,Zn + 2NH4+ = Zn2+2NH3+H2,電池總反應(yīng)式：,特點：,a：一次性電池，不可逆 b：用KOH代替NH4Cl能提高 性能，延長壽命,2MnO2+H2=2MnO(OH) ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2,堿性電池是個人音響、照相機等地首選電源。,堿性電池,電解液: 中性NH4Cl堿性KOH（離子導(dǎo)電性更好） 負極：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,(2)堿性鋅-錳干電池,（3）紐扣電池,負極： Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+

12、H2O,正極： Ag2O+ H2O +2e- =2Ag+ 2OH-,總反應(yīng)： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2Ag,電極反應(yīng)：,用途：電子手表、液晶顯示的計算器或一個小型的助聽器等 所需電流是微安或毫安級的。,2、充電電池,1、充電電池：氧化還原反應(yīng)在充電時可以逆向進行。,2、充電電池又稱二次電池，能夠重復(fù)使用至一定的周期。,手機專用電池,攝像機專用電池,筆記本電腦專用電池,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,鉛蓄電池工作原理,負極（Pb）：Pb - 2e- + SO42- =PbSO4,正極（PbO

13、2）：PbO2+4H+ +SO42- +2e- =PbSO4 +2H2O,原電池反應(yīng)：PbO2 + 2H2SO4 + Pb = 2PbSO4 + 2H2O,（2） 鎳鎘電池,特點：體積小，便于攜帶。可重復(fù)使用500 次以上。壽命比鉛蓄電池長。,鎘有致癌作用，有被鎳氫電池取代的趨勢。,H2+NiO(OH)2 Ni(OH)2+H2O 。,放電,充電,鎳 鎘 電 池,電極反應(yīng)（KOH為電解液）,用途：廣泛用于收錄機、無線對講機、電子閃光燈、 電動剃須刀等。,2NiO(OH) + 2H2O + Cd 2Ni(OH)2+ Cd(OH)2,放電,充電,（3）鋰電池,以鋰為負極的非水電解質(zhì)電池有幾十種，其中

14、性能最好、 最有發(fā)展前途的是鋰一二氧化錳非水電解質(zhì)電池，這種 電池以片狀金屬及為負極，電解活性MnO2作正極，高 氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有機溶劑 作為電解質(zhì)溶液 ：,負極：Li e Li+,正極：MnO2 e Li+ LiMnO2,總反應(yīng)： Li MnO2 LiMnO2,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、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,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，具有很強的催化活性，如鉑電極， 活性炭電極等

15、。 (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,正負極材料 正極：通氧氣（氧化劑） 負極：通氫氣（燃料） 電解質(zhì)：H2SO4溶液/NaOH溶液/Na2SO4溶液 電極：使用鉑電極或者多孔性碳,H2O,（1）酸性氫氧燃料電池,電解質(zhì)：H2SO4溶液 使用鉑電極,電極反應(yīng) 負極：2H2 - 4e- 4H+ 正極：O2 + 4H+ + 4e- 2H2O 總反應(yīng)：2H2 + O22H2O,電極反應(yīng) 負極：2H2 + 4OH- - 4e- 4H2O 正極：O2 + 2H2O + 4e- 4

16、OH- 總反應(yīng)：2H2 + O22H2O,（2）堿性氫氧燃料電池,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)。,O2 O2- ,酸性環(huán)境： O2- 2H+ H2O,堿性環(huán)境： O2- H2O2OH-,注：,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,例1：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：,正極： 2O2 + 8e- + 4H2O = 8OH-,負極： CH4 + 10 OH- -8e = CO32- + 7H2O,總反應(yīng)：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O,反

17、應(yīng)后溶液的pH如何變化？,PH值降低,例2：1969年美國“阿波羅11號”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、外電路電子流向：,負,正,ab,例三：1991年，我國首創(chuàng)以鋁空氣海水為能源的 新型電池，稱之為海洋電池。它是一種無污染、長效、 穩(wěn)定可靠的電源。它靠海水中的溶解氧與鋁反應(yīng)產(chǎn)生 電能的。為獲得海水中只含有0.5%的溶解氧，科學(xué)家 把正極制成仿魚鰓的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以增大表面積，吸收 海水中的微量溶解氧。這些氧在海水電解液作用下與 鋁反應(yīng)，源源不斷地產(chǎn)生電能。 總

18、反應(yīng)式：4Al3O2十6H2O4Al(OH)3,負極反應(yīng)式： 正極反應(yīng)式：,4Al12e4Al3,3O26H2O十12e12OH,特點：海洋電池本身不含電解質(zhì)溶液和正極活性物質(zhì)， 不放入海洋時，鋁極就不會在空氣中被氧化，可以長期儲存。,化學(xué)電池,干電池（一次電池）,充電電池（二次電池）,燃料電池,堿性鋅錳電池,鉛蓄電池（Pb-PbO2-H2SO4）,氫氧燃料電池 （酸性、中堿性）,鋰離子電池,鎳鎘蓄電池,普通鋅錳干電池,鋅銀紐扣電池,小結(jié)：化學(xué)電池的分類,甲烷燃料電池,再見！,4.（2011福建高考11）研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質(zhì)，使用時加入水即可放電。關(guān)于該電池的下列說法不正確的是 A水既是氧化劑又是溶劑 B放電時正極上有氫氣生成 C放電時OH向正極移動 D總反應(yīng)為：2Li2H2O= 2LiOHH2,習(xí)題課,1、在外界提供相同電量的條件，Cu2+或Ag+分別按Cu2+2e-Cu或Ag+e-Ag在電極上放電，其析出銅的質(zhì)量為1.92g，則析出銀的質(zhì)量為( ) A1.62g B.6.48g C.3.24g D.12.96g,B,C,BD,C,C,6、研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質(zhì)，使用