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1、第三单元 化学能与电能的转化,第一课时 化学能转化为电能,2、若将Zn片,Cu片用一导线连接再浸在H2SO4溶液中,有什么现象?为什么?铜片是否参加反应?,1、将一Zn片,Cu片平行插入H2SO4溶液中,有什么现象?在此反应中有无能量的转化?若有,是 能转化为 能,演示探究,3、导线间接一电流计有何现象产生?这说明导线中有 通过。在此过程中, 能转化为 能。,4、用一干电池连接电流计验证电子流向,确定Zn片, Cu片的正负极是怎样的?,要将化学能直接转化为电能,必须 将氧化反应和还原反应在不同区域 进行,同时架设桥梁,是电子从还 原剂区域转移到氧化剂区域,从而 形成电流。,原电池,实验探究 原
2、电池的构成条件有哪些?,1、定义:把化学能转变为电能的装置。,实验探究形成原电池的条件,形成条件一:活泼性不同的两个电极,负极:较活泼的金属 正极:较不活泼的金属、石墨等,形成条件二:电极需插进电解质溶液中,实验探究形成原电池的条件,形成条件三:必须形成闭合回路,实验探究形成原电池的条件,实验探究形成原电池的条件,形成条件四:必须存在自发的氧化还原反应,2.构成原电池的条件,(1)有活泼性不同的两个电极,(2)两电极都接触电解质溶液,(3)正极、负极、电解质溶液构成闭合回路,( 4 )在电极表面上能发生自发进行的氧化还原反应。,问题探究 你知道原电池的工作原理吗? 能不能写出在两个电极上的离子
3、反 应方程式?,电解质溶液,失e,沿导线传递,有电流产生,阳离子,负极,正极,阳离子,3、原电池工作原理: 将氧化还原反应中还原剂失去的电子经过导线传递给氧化剂,从而使氧化还原反应分别在两个电极上进行。,氧化反应,Zn2e- Zn2+,2H+ + 2e-H2,负极,正极,Zn+2H+Zn2+H2,锌铜原电池原理,还原反应,还原剂(Zn)失去电子,发生氧化反应,氧化剂(H+)在铜极上得到电子,发生还原反应,还原剂失去的电子从锌极流出,流入铜极.,经外电路,Zn2+,H+,SO42-,电流方向,问题探究 你能找到该原电池的正负极吗? 这一原电池在工作时的电流流动方向 是怎样的? 如何判断原电池的正
4、负极?,电子由锌片经导线流向铜片,电流由铜片流出,从锌片流入。,e、从反应现象来判断: 逐渐溶解,质量减少的一极是负极, 有气泡或质量增加 的一极是正极 f、从离子的移动方向来判断: 一般 离子向负极移动, 离子向正极移动。,5、原电池的正负极的判断方法 a、从材料上来判断:一般来说, 活泼金属 作为负极, 不活泼金属或,导电 非金属 作为正极 b、从电子流向来判断:电子流出 的一极为负极,电子 流入 的一极为正极 c、从电流的方向来判断:电流 流入 的一极为负极,电流 流出 的一极为正极 d、从反应类型来判断:发生 氧化 反应的一极是负极,发生 还原 反应的一极是正极,6、原电池中电极反应式
5、的书写步骤,写出原电池总反应(写成离子方程式),分析其中电子转移; 找出在正极和负极上的反应物及生成物; 根据原子守恒,把反应物和生成物中没有推断出的物质拼凑出来; 由电荷守恒、得失电子守恒配平写出半反应。,课堂练习,写出下列原电池的电极反应式和总反应化学方程式。 负极 正极 电解质溶液 (1) 铁 铜 稀硫酸 (2) 铜 银 硝酸银溶液 (3) 铁 石墨 氯化钠溶液,问题探究 将铜棒和铝棒用导线连接后 插入浓硝酸中,是否构成了原电池?,若构成了原电池,负极材料是什么? 电极反应式?,动脑动手,有下列材料:Zn片、Cu片、导线、水果 、 电流计,请设计一个装置使电流计指针发生 偏转。,例题:,
6、把A、B、C、D4块金属片浸入稀硫酸中,用导线两两相连组成原电池。 若A、B相连时,A为负极; C、D相连时,D上产生大量气泡; A、C相连时,电流由C经导线流向A; B、D相连时,电子由D经导线流向B, 则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为( ) ABCD ACDB CABD BACD,AB,CD,AC,DB,(),(),(),2H+2e-H2,负极:,总反应:,正极:,Zn2e-Zn2+,Zn+2H+Zn2+H2,(),(),负极:,正极:,总反应:,正极:,负极:,总反应:,Zn2e- Zn2+,2H+2e- H2,Zn+2H+Zn2+H2,Fe2e - Fe2+,Cu2+2e- Cu,
7、Fe+Cu2+Fe2+Cu,、四种金属,将和用导线连接起来,浸入电解质溶液中,不易腐蚀。将、分别放入等浓度盐酸中,比反应剧烈。将浸入的盐溶液中无明显变化,如果把浸入的盐溶液中,有金属析出。其活动顺序为:( ) 、 、 、 、,B,3、一个原电池的总反应的离子方程式是Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu,该反应的原电池的组成正确的是( ),C,二、原电池原理的应用,二、 原电池原理的应用:,1、比较金属的活动性强弱: 原电池中,一般活动性较强的金属为 极,活动性较弱的金属为 极。 【练习】把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中,用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时,a为负极;c、d相连
8、时,外电路的电流由d到c;a、c相连时,c极上产生大量气泡;b、d相连时,d极逐渐溶解,则四种金属的活动性由强到弱的顺序为( )A、abcd B、acdb C、cadb D、bdca,二、 原电池原理的应用:,2、加快氧化还原反应速率 如实验室中制氢气,常用粗锌。因为粗锌中的杂质、锌、稀硫酸形成原电池,加快了锌的腐蚀,使产生氢气的速率加快。 【练习】实验室中欲制氢气,最好的方法是( ) A.纯锌与稀硫酸反应 B.纯锌与浓硫酸反应 C.纯锌与稀盐酸反应 D.粗锌(含铅、铜杂质)与稀硫酸反应,3、 原电池的设计:首先找出氧化剂、还原剂,一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)、氧化剂(电解质溶液中
9、的阳离子)在正极上被还原。,(1) Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+ 设计成一个原电池。,1、电解液: 。 2、电极材料:正极 ,负极 。 3、电极反应式 : 负极: . 正极: .,二、 原电池原理的应用:,3. 原电池的设计,(2) 将氧化还原反应:Cu+2FeCl3= 2FeCl2 +CuCl2 设计成一个原电池。,1、电解液: 。 2、电极材料: 正极 ,负极 。 3、电极反应式 : 负极: . 正极: .,3. 原电池的设计,(3) 将氧化还原反应:2Al+6HCl=2AlCl3+3H2 设计成一个原电池。,1、电解液: 。 2、电极材料: 正极 ,负极 。 3、电极反应式
10、 : 负极: . 正极: .,3. 原电池的设计,(4) 将氧化还原反应:Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2 设计成一个原电池。,1、电解液: 。 2、电极材料: 正极 ,负极 。 3、电极反应式 : 负极: . 正极: .,二、 原电池原理的应用:,4、判断金属腐蚀的快慢 (1)原电池腐蚀化学腐蚀有防护的腐蚀 (2)对同一金属来说,金属腐蚀的快慢:离子浓度大的电解质溶液离子浓度小的电解质溶液非电解质溶液 (3)活动性不同的两金属作电极时,活动性差别越大,腐蚀越快,钢铁的吸氧腐蚀,原理:在潮湿空气中钢铁表面形成无数微小的原电池。 负极:Fe2e=Fe2+ 正极:2H20+O2+
11、4e=4OH Fe2+ +2OH =Fe(OH)2 4Fe(OH)2 +2H20+O2 = 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O,钢铁的防腐蚀:,发展中的化学电源,(1)一次电池(如干电池):用过后不能复原 (2)二次电池(如蓄电池):充电后能继续使用 (3)燃料电池 (4)海水电池,负极(锌筒):Zn-2e-=Zn2+ 正极(石墨):2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O 总反应:Zn+ 2MnO2+2NH4+=Zn2+ Mn2O3+2NH3+H2O,干电池 Zn- Mn普通干电池,(1)一次电池,锌锰碱性电池是一种新型的干电池。 正极材料为MnO2
12、,负极材料为Zn, 还原产物为MnOOH,电解质是KOH溶液, 总: Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnOOH 请写出电极反应式并分析其工作原理。,负极:Zn + 2OH2e- = Zn(OH)2 正极:2MnO2 + 2H2O + 2 e- = 2MnO(OH) + 2OH 总反应:Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnO(OH),碱性Zn- Mn干电池,银锌电池钮扣电池 该电池使用寿命较长,广泛用于电子表和电子计算机。其电极分别为Ag2O和Zn,电解质为KOH溶液。发生反应后生成Ag和ZnO,其电极反应式为:,负极:Zn+2OH-
13、2e- = ZnO+H2O 正极:Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,银锌纽扣电池,总反应式为:Zn+ Ag2O= ZnO+2Ag,(2)二次电池,铅蓄电池,(1)电极材料及原料 (2)电解质溶液 (3)电极反应式:,正极:PbO2 负极:Pb,H2SO4溶液,负极(Pb): Pb- 2e-+ SO4 2 - =PbSO4,Pb+PbO2+2H2SO4 =2PbSO4 +2H2O,正极(PbO2): PbO2+4H+SO42 -+ 2e-= PbSO4 +2H2O,总反应:,负极:Pb+SO42- =PbSO4+2e- 正极:PbO2+SO42-+4H+2e - =PbSO4+ 2H2
14、O 电池总反应:Pb+ PbO2+2SO42- +4H+ =2PbSO4+2H2O,阴极: PbSO4 +2e- Pb+SO42- 阳极: PbSO4+ 2H2O PbO2+SO42-+4H+2e- 电池总反应:2PbSO4+2H2O Pb+ PbO2+2SO42- +4H+,铅蓄电池的放电过程原电池,铅蓄电池的充电过程电解池,铅蓄电池的充放电过程,把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”,优点:效率高、无污染,装置可持续使用,燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内,而是在工作时,不断从外界输入,同时将电极反应产物不断排出电池,(3)新型燃料电池,燃料电池,负极:2H2+4OH-4e-=4H2O 正极:O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应:O2+2H2=2H2O,常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、铝-空气燃料电池、熔融盐燃料电池等。,如图电池反应,(4)海水电池,1991年,我国首创以铝-空气-海水为能源的新型电 池,用作航海标志灯。该电池以取之不的海水为电 解质,靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。 这种海水电池的能量比“干电池”高2050倍。电极 反应式为: 负极: 正极: 电池总反应:,4Al - 12e-= 4Al 3+,3O2+ 6H2O +12e-= 12 OH -,4Al+3O2+ 6H2O = 4Al