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1、化学反应中的能量变化 第二节化学能与电能 学习目标 1 掌握原电池的形成条件 理解原电池的工作原理 2 能够正确地判断原电池的两极 能够正确地书写电极反应及总反应 3 了解常见化学电源的种类及特点 能够认识和书写几种新型电池的电极及电极反应 能源 流水 风力 石油 天然气 蒸汽 电力 原煤 能源的分类 直接从自然界取得的能源 一次能源经过加工 转换得到的能源 如 风力 原煤 天然气 石油 流水 如 电力 蒸汽 一次能源 二次能源 2001年我国发电总量构成图 一 化学能与电能的转化 一 火力发电 火电站工作原理示意图 化学能 热能 机械能 电能 火力发电有什么优点和缺点 我国煤炭资源丰富 廉价
2、方便 存在优点 电能清洁安全 快捷方便 节省时间 存在缺点 煤炭资源毕竟有限 非可再生 排出大量温室效应气体 可能导致酸雨并且有废气 能量转化效率低 有一定局限性 问 如何把化学能直接转化为电能呢 思考与交流 实验一 分别把锌片和铜片插入到稀H2SO4中 观察现象 锌片 产生大量的气泡 铜片 无明显现象 实验二 再用导线把锌片和铜片连接起来 观察铜片上有无气泡产生 二 原电池 1 概念 将化学能直接转变为电能的装置 I 2 原电池的电极反应 锌片 铜片 Zn 2e Zn2 2H 2e H2 电池反应 Zn 2H Zn2 H2 氧化反应 还原反应 总反应 负极 正极 铜锌原电池的工作原理 锌失去
3、的电子通过外电路流向铜片 H 在铜片上得到电子 从而形成电流 12 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 原电池工作原理 原电池工作原理 实现了由化学能到电能的转化 B 跟踪练习 4 原电池本质 氧化还原反应 反应类型 负极发生氧化反应 正极发生还原反应 电子的移动方向 从负极流出 经导线流向正极 离子的移动方向 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 可以 可以 不可以 第一组实验 探究形成原电池的条件 第二组实验 可以 不可以 第三组实验 可以 不可以 原电池的形成条件
4、4 形成闭合回路 两电极用导线连接 或接触 1 能自发地发生的氧化还原反应 电极和电解质溶液 两电极上分别有还原剂和氧化剂 燃料电池 2 电解质溶液 参与电极反应或构成内电路 3 两导体作电极 活动性不同的金属 或一种金属和一种非金属导体石墨 与电解质溶液反应的活泼金属为负极 两不活泼的导体 石墨或Pt等 燃料电池电极 酒精 下列装置是否能构成原电池 1 判断下列哪些装置构成了原电池 若不是 请说明理由 若是 请指出正负极名称 并写出电极反应式 2H 2e H2 负极 总反应 正极 Zn 2e Zn2 Zn 2H Zn2 H2 练习 正极 负极 总反应 Fe 2e Fe2 2Ag 2e 2Ag
5、 Fe 2Ag Fe2 2Ag 3 判断下面装置是否可以组成原电池 如果可以请写出电极反应和总反应 如图 所示的装置 在盛有水的烧杯中 铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝 使之平衡 小心地往烧杯中央滴入CuSO4溶液 片刻后可观察到的现象是 A 铁圈和银圈左右摇摆不定B 保持平衡状态不变C 铁圈向下倾斜D 银圈向下倾斜 D 原电池的正负极的判断方法 电子流出的极电子流入的极 负极 正极 较活泼的电极材料较不活泼的电极材料 质量增加的电极工作后质量减少的电极 负极 正极 正极 负极 工作后 有气泡冒出的电极为正极 发生氧化反应的极发生还原反应的极 负极 正极 方法四 小结 二 原电池的构成 一
6、 原电池 把化学能转化为电能的装置 1 可自发发生的氧化还原反应2 两个电极3 内部有离子导电体 通常是电解质溶液 4 形成闭合电路 三 原电池的工作原理 四 原电池正负极的判断方法 练习1 Zn片 Ag片 AgNO3溶液为组装材料 设计原电池 设计原电池 利用下述反应 2FeCl3 Fe 3FeCl2设计一个原电池装置 画出装置图 标明电极材料和电解质溶液 写出电极反应式 负极 Fe 2Fe 2e Fe2 正极 C 2Fe3 2e 2Fe2 练习2 先写出离子反应 练习有A B C D四种金属分别浸入稀H2SO4中 A B产生气泡缓慢而C D产生气泡较激烈 把A B两种金属用导线连接后浸入稀
7、H2SO4中 气泡从A金属表面析出 把C D两种金属用导线连接后浸入稀H2SO4中组成原电池 电流由C D 根据实验现象 可知A B C D四种金属的活动性顺序 D C B A 二 发展中的化学电源 碱性电池 蓄电池 锂电池 1 干电池 干电池是一种伏打电池 利用某种吸收剂 如木屑或明胶 使内含物成为不会外溢的糊状 常用作手电筒照明 收音机等的电源 酸性锌锰干电池是最早进入市场的实用电池 1 普通锌锰干电池 优点 制作简单 价格便宜 缺点 放电时间短 电压下降快 二 发展中的化学电源 1 干电池 石墨 NH4Cl 锌锰干电池结构 一次电池 放电之后不能充电的电池 内部的氧化还原反应是不可逆的
8、2 碱性干电池 碱性电池是个人音响 照相机等地首选电源 碱性电池 电解液 酸性NH4Cl 碱性KOH 离子导电性更好 负极 锌片 锌粉 反应面积成倍增长 使放电电流大幅度提高 优点 比能量和储存时间有所提高 适用于大电流和连续放电 二 发展中的化学电源 1 干电池 1 一次性电池 2 普通锌锰电池 Zn 2e Zn2 3 碱性锌锰电池 课本P39 设计P43 NH4Cl Zn 2e 2OH Zn OH 2 KOH 使用寿命短 易泄漏 使用寿命长 不易泄漏 4 应用 卡式录音机 闪光灯 电动玩具 袖珍电视机等 2MnO2 2NH4 2e Mn2O3 2NH3 H2O 2MnO2 2H2O 2e
9、2MnO OH 2OH Zn C Zn C 锌锰电池电极反应 负极 正极 Zn 2e Zn2 2NH4 2e 2NH3 H2 总反应 Zn 2NH4 Zn2 2NH3 H2 锌 锰干电池在使用过程中 锌会逐渐溶解 锌外壳变薄 最后内部的糊状电解质泄露出来 对电器腐蚀 为了防止泄露 在外壳套上金属筒或塑料筒 制成防漏电池 P42 思考与交流 为什么锌锰干电池放置过久会失效 为了延长电池寿命和提高其性能 人们将电池内的电解质换成湿的 制成了电池 NH4Cl KOH 碱性锌锰 负极 Zn 2OH 2e Zn OH 2 2 充电电池 2 充电电池 氧化还原反应在充电时可以逆向进行 1 充电电池又称二次
10、电池 能够重复使用至一定的周期 手机专用电池 摄像机专用电池 笔记本电脑专用电池 用途 目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池 它还广泛用于国防 生产 生活等领域 铅蓄电池 最早使用的充电电池 1 铅蓄电池 2 充电电池 二次电池 氧化还原反应在充电时可以逆向进行 铅蓄电池 负极 正极 总反应 放电 化学能转化为电能 充电 电能转化为化学能 电解质 优缺点 应用 可充电 比干电池使用寿命长 但体积大 有污染 汽车上使用的电瓶等 铅蓄电池 放电时 正极材料是负极材料是 电解质是 PbO2 Pb H2SO4 负极 正极 总反应 Pb SO42 2e PbSO4 PbO2 4H SO42 2e PbS
11、O4 2H2O 镍镉充电电池 负极 正极 电解质 优缺点 应用 Cd NiO OH KOH 具有残留性记忆 可重复使用500次以上 体积小 但镉有致癌作用 如不回收 会产生严重污染 广泛用于收录机 无线对讲机 电子闪光灯 电动剃须刀等 镍镉电池 镉有致癌作用 有被镍氢电池取代的趋势 锂离子电池 锂离子电池是新一代可充电的绿色电池 特点 高能电池 电压高 质量轻 贮存时间长等 用途 现已成为笔记本电脑 移动电话 摄像机 手表 心脏起搏器等低功耗电器的主流 笔记本电脑专用电池 锂电池 有机溶剂电解液 负极 2Li 2e 2Li 正极 I2 2e 2I 总反应 2Li I2 2LiI 跟相同质量的其
12、它金属作负极相比 使用寿命延长 高能 质轻 电压高 工作效率高 储存寿命长 发展中的电池 3 燃料电池 高效 环境友好的化学电池 它的电极材料一般为活性电极 具有很强的催化活性 如铂电极 活性炭电极等 例如 H2和O2的燃料电池 CH4和O2的燃料电池 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池 小型高性能燃料电池 氢氧燃料电池工作原理 总反应 2H2 O2 2H2O 通入的气体在电极表面放电 电池只是作为一个反应器 与其它电池区别 反应物不是储存在电池内 用途 氢氧燃料电池目前已应用于航天 军事通讯 电视中继站等领域 2H2 4e 4H O2 4e 2H2O 4OH
13、2H2 4e 4H O2 4e 4H 4H2O 2H2 4e 4OH 4H2O O2 4e 2H2O 4OH 氢氧燃料电池的电极反应 一定要会判断 酸性有H 肯定没OH 碱性有OH 肯定没H 甲烷氧气燃料电池该电池用铂片插入KOH溶液中作电极 在两极上分别通甲烷和氧气负极 正极 放电总反应式 CH4 10OH 8e CO32 7H2O 2O2 4H2O 8e 8OH CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O Al 空气 海水电池负极 正极 放电总反应式 4Al 12e 4Al3 3O2 6H2O 12e 12OH 4Al 3O2 6H2O 4Al OH 3 46 钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜呈酸性 水膜呈中性或酸性很弱 电极反应 负极Fe Fe 2e Fe2 2Fe 4e 2Fe2 正极C 2H 2e H2 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 Fe 2H Fe2 H2 2Fe 2H2O O2 2Fe OH 2 电化学腐蚀两种类型
