人教版高中必修2化学能与电能

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1、新课标人教版化学必修,第二章第二节化学能与电能,第二节 化学能与电能,一、化学能与电能的相互转化,电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称为电力。,思考与交流,在你的生活与学习中，或你了解的范围里，还有那些需要使用电池的产品或器具？各使用什么样的电池？,电池的广泛应用,估计在2050年火电仍居首位,火电，又称为火力发电。那么，火究竟是如何转化为电？,2001年我国发电总量构成图,1.火力发电的原理,一、化学能与电能的相互转化,2.火力发电的利弊分析,思考1：火力发电有何利与弊？,燃料燃烧转化为电能后，社会中应用最广泛、使用最方便。,利,弊,产生二氧化硫和氮的氧化物，

2、导致空气污染，也会造成酸雨，破坏生态环境；会产生二氧化碳，会使地球的温室效应恶化。,思考2：假设你是电力工程师，面对这些利弊，你会如何应对呢？,a、改进火力发电,方式之一就是尝试将化学能直接转化为电能。就像电池。其好处就是减少中间环节能损，高效、清洁利用燃料，不浪费能源，更方便。,1、当氧化剂和还原剂直接接触进行反应时，化学能要经过一系列能量转换才能转换为电能。 2、把氧化剂和还原剂分开，使氧化反应和还原反应在两个不同区域进行。 3、需要在氧化剂和还原剂之间架设桥梁使电子从还原剂区域流向氧化剂区域。 4、考虑氧化反应和还原反应发生的条件和环境，化学物质的选择。 5、从电学角度考虑仪器选择和组装

3、问题。,3.原电池：,把化学能转变为电能的装置。,实验2-4原电池原理的动画模拟,失,得,Zn2e- Zn2+,2H+ 2e- H2,负极,正极,Zn+ 2H+ Zn2+ + H2,有气体产生,Zn片溶解,与 原 电 池 相 关 的 概 念,1.电路：,外电路,内电路,电子流向：失电子的一极流向得电子的一极,电流方向：与电子流动方向相反,阴离子流动方向与电子流动方向一致,阳离子流动方向与电流方向一致,2.电极：,正极：电子流入的一极（Cu）,负极：电子流出的一极（Zn）,3.电极反应式：,正极： 2H+ 2e- H2,负极： Zn2e- Zn2+,4.总反应式：,Zn+ 2H+ Zn2+ +

4、H2,原电池,“负极出电子，电子回正极”,发生失 电子的 氧化反应,发生得 电子的 还原反应,一、原电池工作原理,第二课时,氧化反应,Zn-2e-=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液,失e-,沿导线传递，有电流产生,还原反应,2H+2e-=H2,阴离子,阳离子,总反应：,负极,正极,2H+2e-=H2,Zn2e-=Zn2+,Zn+2H+=Zn2+H2,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,(离子方程式）,（化学方程式）,电极反应,正极：,负极：,（氧化反应）,（还原反应）,探究讨论:,下列装置能否作为原电池 ZnZn与稀硫酸进行实验. Zn石墨与稀硫酸进行实验. FeZn与稀硫酸进行实验. CuZ

5、n与乙醇进行实验. CuZn与一瓣柑桔(或一个苹果)进行实验. CuZn与硫酸铜溶液进行实验.,二、原电池的构成条件,1、两种活泼性不同的金属（或一种金属和另一种非金属导体）构成电极。 相对活泼的金属作负极 2、电解质溶液。 3、电极用导线相联构成闭合回路。 4、必须有自发进行的氧化还原反应。,负极：电子流出的电极(较活泼的金属) 正极：电子流入的电极(较不活泼的金属、 石墨等),C,H2SO4,（不可以）,（不可以）,（可以）,（不可以）,电极材料 电子流向 反应类型,组 成 负 极 正 极 电解质,相对活泼 的金属 流出电子 氧化反应,酸、碱 或盐的 溶液,相对不活泼的金属（或能导电的非金

6、属） 流入电子 还原反应,原电池的组成,复习,普通锌锰电池,碱性电池,镍 镉 电 池,小型高性能燃料电池,锂离子电池,镍氢电池,干电池,上图是锌锰干电池,干电池,负极：Zn 2e- = Zn2+,（负极）,（正极）,2NH4+ 2e- = 2NH3+H2,总反应：Zn +2NH4+= Zn2+ 2NH3+H2,2MnO2+H2=2MnO(OH) ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2,正极：,干电池,负极：Zn 2e- = Zn2+,（负极）,（正极）,正极：2NH4+ 2e- = 2NH3+H2,总反应：Zn +2NH4+= Zn2+ 2NH3+H2,2MnO2+H2=2MnO(OH)

7、 ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2,2、蓄电池,（1）铅蓄电池,正极材料上涂有棕褐色的PbO2，负极材料是海绵状的金属铅，两极浸在H2SO4溶液中。写出电极反应式。,铅蓄电池,铅 蓄 电 池,铅 蓄 电 池,总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,Pb+PbO2+4H+2SO42-=2PbSO4+2H2O,负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4,正极：PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O,铅 蓄 电 池,总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,Pb+PbO2+4H+2SO42-=2PbSO4+2H2O,负极：Pb-

8、2e-+SO42-=PbSO4,正极：PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O,其他蓄电池：镍-镉蓄电池、银-锌蓄电池等,优点：可反复使用 缺点：污染大,随着用电器朝着 小型化、多功能化发 展的要求，对电池的 发展也提出了小型化、 多功能化发展的要求。,体积小、性能好的碱性锌锰电池应运而生。这类电池的重要特征是电解液由原来的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。,银锌电池,1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 1975-1983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。 1979-1987,为美国国家能源部发展电

9、动车用的镍锌电池。 1998-1992, 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。,镉镍电池,负极材料：Cd ，正极材料：涂有NiO2 ，电解质：KOH溶液。反应式如下：,写出电极反应式。,氢氧燃料电池,氢氧燃料电池,航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻便、不污染环境等优点。用Pt做电极，KOH溶液做电解液，因其反应与氢氧燃烧相似，故称为氢氧燃烧电池。请写出各电极的电极反应。,若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应,新型燃料电池,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,燃料电池,把能源中燃料燃烧反应的化学能直接

10、转化为电能的“能量转换器”,氢氧燃料电池,多孔性金属电极，具有催化性能,燃料电池,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”,氢氧燃料电池,常见的燃料电池还有甲烷燃料电池、铝-空气燃料电池、熔融盐燃料电池等,优点：效率高、无污染，装置可持续使用,多孔性金属电极，具有催化性能,锂电池,锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。,锂电池,干电池,叠层电池,纽扣电池,各类电池,减 少 污 染 节 约 资 源,练习1、请同学们根据原电池的原理，指出下列原电池的正极与负极分别是什么？写出电极反应式和总反应方程式。,思考：若将该装置中的电

11、解质溶液换成氯化铁溶液或盐酸，又作何解答？,练习,2,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：,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,Fe+Cu2+Fe2+Cu,Fe+CuSO4Cu+FeSO4,(),(),负极：,正极：,总反应：,Zn2e-Zn2+,Cu2+2e-Cu,Zn+Cu2+Zn2+Cu,或 Zn

12、+CuSO4ZnSO4+Cu,(),(),负极：,正极：,总反应：,Fe2e-Fe2+,2H+2e-H2,Fe+2H+ Fe2+H2,或 Fe+H2SO4FeSO4+H2,3.,如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是,4。,试将下列两个氧化还原反应分别设计成两个原电池,.,Zn + 2AgNO3=Zn(NO3)2+2Ag,.,2Fe3+Fe=3Fe2+,( D ),( ZnAgNO3C ),( FeFe2(SO4)3C ),A. 铁圈和银圈左右摇摆不定； B. 保持平衡状态； C. 铁圈向下倾斜； D

13、. 银圈向下倾斜；,思考,什么类型的化学反应可设计成原电池？,理论上讲，常温下可自发进行的氧化 还原反应都能设计成原电池。,化学电池的反应本质是,氧化还原反应,化学能,化学电池,氧化还原反应,电能,作业： 课本P4445 1、2,金属腐蚀的实质:,知识拓展,有微弱的电流,无,钢铁腐蚀,2Fe3Cl22FeCl3,不纯金属或合金跟电解质溶液接触发生原电池反应,电化腐蚀,化学腐蚀,化学腐蚀、电化腐蚀常同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更大。,较活泼金属被氧化,金属被氧化,金属与非电解质等直接发生化学反应,金属腐蚀的种类,钢铁的析氢腐蚀示意图,钢铁的吸氧腐蚀示意图,电化学腐蚀,（1）析氢腐蚀 水膜酸

14、性较强 H2OCO2 H2CO3 HHCO3- 正极(C)： 2H2e-H2 负极(Fe)：Fe2e-Fe2,（2）吸氧腐蚀 水膜酸性较弱或中性 正极(C)：2H2OO24e-4OH 负极(Fe)：Fe2e-Fe2,钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较,Fe2O3 nH2O,（铁锈）,通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。,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。,CO2+H2OH2CO3 H+HCO 3-,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+,

15、2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,联系,练 习,如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：,（1）,若液面上升，则溶液呈 性，发生 腐蚀,电极反应式为：负极： , 正极： ；,若液面下降，则溶液呈 性，发生 腐蚀，电极反应式为：负极： 正极： 。,（2）,中性或碱性,吸氧,Fe2e-Fe2+,O2+2H2O+4e-4OH,酸性,析氢,Fe2e-Fe2+,2H+2e-H2,原电池原理的应用1,在轮船船壳水线以下部分镶上Zn块，来防止船壳的腐蚀,正极：被保护金属 负极：外加一种更活泼的金属,原电池原理的应用2,请根据反应 2Fe

16、3+ Cu = 2Fe 2+ Cu2+ 设计原电池，你有哪些可行方案?,原电池设计思路：,)能自发进行的氧化还原反应,)通常须两个活性不同的电极,)电解质溶液,)还原剂在负极失电子，发生氧化反应，氧化剂在正极得电子,发生还原反应,4.化学电池的本质氧化还原反应,相同条件下，纯锌粒和粗锌粒与同浓度的稀硫酸反应的速率一样吗？为什么？假如要求你设计实验来证明你的观点，你的实验方案是怎样的？证据和结论又是什么？,原电池原理的应用3,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相连时，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，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为： ( ) Aa b c d Ba c d b