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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：学习目标：1.1.掌握原电池的形成条件，理解原电池的工作原理；掌握原电池的形成条件，理解原电池的工作原理；2.2.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; ;3.3.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。电极及电极反应。能源：能源：流水流水风力风力石油石油天然气天然气蒸汽蒸汽电力电力原煤原煤能源的分类：能源的分类：直接从自然界取得的能源。直接从自然界取得的能源。 一次能源经
2、过加工、转换得到的能源。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：风力、原煤、天然气、石油、流水。如：电力，蒸汽。如：电力，蒸汽。 一次能源：一次能源：二次能源：二次能源： 20012001年我国发电总量构成图年我国发电总量构成图一、化学能与电能的转化：一、化学能与电能的转化：（一）火力发电：（一）火力发电：火电站工作原理示意图火电站工作原理示意图化学能化学能 燃烧燃烧热能热能 蒸汽蒸汽机械能机械能发电机发电机电能电能火火力力发发电电有有什什么么优优点点和和缺缺点点我国煤炭资源丰富，廉价方便我国煤炭资源丰富，廉价方便存存在在优优点点电能清洁安全电能清洁安全快捷方
3、便、节省时间快捷方便、节省时间存存在在缺缺点点煤炭资源毕竟有限、非可再生煤炭资源毕竟有限、非可再生排出大量温室效应气体排出大量温室效应气体可能导致酸雨并且有废气可能导致酸雨并且有废气能量转化效率低能量转化效率低有一定局限性有一定局限性问：如何把化学能直接转化为电能呢？问：如何把化学能直接转化为电能呢？思考与交流思考与交流【实验一实验一】分别把锌片和铜片插分别把锌片和铜片插入到稀入到稀H H2 2SOSO4 4中中, ,观察现象。观察现象。锌片：产生大量的气泡锌片：产生大量的气泡铜片：无明显现象铜片：无明显现象【实验二实验二】再用导线把锌片和铜片再用导线把锌片和铜片连接起来，观察连接起来，观察铜
4、片铜片上有无气泡产上有无气泡产生？生？（二）原电池（二）原电池1.1.概念：将概念：将化学能直接化学能直接转变为转变为电能电能的装置的装置AZnZn Cu CuSOSO4 42 2H H+ +H H+ +正极正极负极负极eI2.2.原电池的电极反应：原电池的电极反应：锌片：锌片：铜片铜片：Zn - 2eZn - 2e- - = = ZnZn2+ 2+ 2H2H+ + + 2e+ 2e- - = H= H2 2 电池反应：电池反应： Zn + 2HZn + 2H+ + = Zn= Zn2+ 2+ + H+ H2 2氧化反应氧化反应还原反应还原反应（总反应）（总反应）( (负极负极) )( (正极
5、正极) )铜锌原电池的工作原理：n锌失去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。12Zn-2e-=Zn2+2H+ +2e-=H2还原剂还原剂(Zn)失去电失去电子，发生氧化反应子，发生氧化反应氧化剂氧化剂(H+)在铜极上在铜极上得到电子，发生还得到电子，发生还原反应原反应还原剂失去的还原剂失去的电子从锌极流电子从锌极流出出流入铜极流入铜极.经外电路经外电路Zn2+H+SO42-电流方向电流方向原电池工作原理原电池工作原理原电池工作原理：原电池工作原理：实现了由化学能到电能的转化。实现了由化学能到电能的转化。B跟踪练习跟踪练习 4.原电池本质原电池本质氧化还原反应氧化还原反应
6、n反应类型。n负极发生氧化反应，正极发生还原反应。n电子的移动方向。n从负极流出，经导线流向正极。n离子的移动方向。n阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。（可以）（可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）第一组实验第一组实验探究形成原电池的条件：探究形成原电池的条件：第二组实验第二组实验（可以）（可以）（不可以）（不可以）第三组实验第三组实验（可以）（可以）（不可以）（不可以）原电池的形成条件原电池的形成条件 (4) 形成闭合回路形成闭合回路。（两电极用导线连接，或接触。）（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能自发地发生的氧化还原反应： 电极和电解质溶液电极和电解
7、质溶液 两电极上分别有还原剂和氧化剂（燃料电池）两电极上分别有还原剂和氧化剂（燃料电池）（2）电解质溶液电解质溶液： 参与电极反应或构成内电路参与电极反应或构成内电路（3）两导体作电极两导体作电极： 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。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两不活泼的导体石墨或Pt等。（燃料电池电极）等。（燃料电池电极）酒精CuH2SO4溶液ZnAgH2SO4溶液ZnCuZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCu盐桥ZnSO4溶液CuSO4溶液FeCu 下列装置是
8、否能构成原电池？1.1.判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理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，并写出电极反应式由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式. .( () )2H2H+ +2e+2e- -H H2 2负极：负极：总反应：总反应：正极：正极：ZnZn2e2e- -ZnZn2+2+Zn+2HZn+2H+ +ZnZn2+2+H+H2 2练习：练习：()正极：正极：负极：负极：总反应：总反应：FeFe2e 2e - - FeFe2+2+2 2AgAg+ + +2 2e e- - 2 2AgAgFe + 2AgFe + 2Ag+ + = F
9、e= Fe2+ 2+ + 2Ag+ 2Ag3.3.判断下面装置是否可以组成原电池，如果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。可以请写出电极反应和总反应。如如图图所所示示的的装装置置，在在盛盛有有水水的的烧烧杯杯中中，铁铁圈圈和和银银圈圈的的连连接接处处吊吊着着一一根根绝绝缘缘的的细细丝丝，使使之之平平衡衡。小小心心地地往往烧烧杯杯中中央央滴滴入入CuSO4溶液。溶液。片刻后可观察到的现象是片刻后可观察到的现象是_。A铁圈和银圈左右摇摆不定铁圈和银圈左右摇摆不定B保持平衡状态不变保持平衡状态不变C铁圈向下倾斜铁圈向下倾斜D银圈向下倾斜银圈向下倾斜D原电池的正负极的判断方
10、法原电池的正负极的判断方法 微观判断微观判断（根据电子流动（根据电子流动方向方向）电子流出的极电子流出的极电子流入的极电子流入的极负极负极正极正极 较活泼的电极材料较活泼的电极材料较不活泼的电极材料较不活泼的电极材料 质量增加的电极质量增加的电极工作后工作后 质量减少的电极质量减少的电极负极负极正极正极正极正极负极负极工作后，有气泡冒出的电极为正极工作后，有气泡冒出的电极为正极发生氧化反应的极发生氧化反应的极发生还原反应的极发生还原反应的极宏观判断宏观判断：根据电极材料根据电极材料 根据原电池电极根据原电池电极 发生的反应发生的反应根据电极增重还是减重根据电极增重还是减重根据电极有气泡冒出：根
11、据电极有气泡冒出：负极负极正极正极方法四方法四【小结】【小结】二二. .原电池的构成：原电池的构成：一一. .原电池原电池：把化学能转化为电能的装置把化学能转化为电能的装置1 1. .可自发发生的氧化还原反应可自发发生的氧化还原反应2 2. .两个电极两个电极两个电极两个电极3. 内部有离子导电体（通常是电解质溶液）内部有离子导电体（通常是电解质溶液）4.形成闭合电路形成闭合电路三三. .原电池的工作原理：原电池的工作原理：四四. .原电池正负极的判断方法：原电池正负极的判断方法：练习练习1 1：ZnZn片片,Ag,Ag片片,AgNO,AgNO3 3溶液为组装材料，设溶液为组装材料，设计原电池
12、。计原电池。设计原电池：设计原电池： 利用下述反应：利用下述反应：2FeCl2FeCl3 3+Fe=3FeCl+Fe=3FeCl2 2设计一个设计一个原电池装置。原电池装置。画出装置图；画出装置图；标明电极材料和标明电极材料和电解质溶液；电解质溶液；写出电极反应式。写出电极反应式。 负极（负极（Fe):2Fe - 2eFe):2Fe - 2e- - = Fe = Fe2+2+正极（正极（C): 2FeC): 2Fe3+3+2e+2e- - = 2Fe= 2Fe2+2+练习练习2:2:（先写出离子反应）（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
13、、D产生气泡较激烈；把A、B两种金属用导线连接后浸入稀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CD，根据实验现象，可知A、B、C、D四种金属的活动性顺序。DCBA二、发展中的化学电源：二、发展中的化学电源：干电池干电池碱性电池碱性电池蓄电池蓄电池锂电池锂电池1 1、干电池、干电池 干电池是一种伏打电池干电池是一种伏打电池,利用利用某种吸收剂某种吸收剂(如木屑或明胶如木屑或明胶)使内含物成为不会外溢的糊使内含物成为不会外溢的糊状。常用作手电筒照明、收状。常用作手电筒照明、收音机等的电源。音机等的电源。酸性锌锰干电池是酸性锌锰干电池是最早
14、最早进入市场的实用电池进入市场的实用电池（1）普通锌锰干电池普通锌锰干电池优点：制作简单、价格便宜。优点：制作简单、价格便宜。缺点：放电时间短，电压下降快。缺点：放电时间短，电压下降快。（2）碱性干电池）碱性干电池n碱性电池碱性电池是个人是个人音响音响、照相机照相机等地首选等地首选电源电源。碱性电池碱性电池 电解液电解液:酸性酸性 NH4Cl碱性碱性KOH（离子导电性更好）（离子导电性更好）负极：锌片负极：锌片锌粉（反应面积成锌粉（反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高）倍增长，使放电电流大幅度提高）优点：优点：比能量和储存时间有比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连所提高，适用于大电流和
15、连续放电续放电二、发展中的化学电源二、发展中的化学电源1.1.干电池干电池（1 1）一次性电池：）一次性电池：）一次性电池：）一次性电池：（2 2）普通锌锰电池：）普通锌锰电池：）普通锌锰电池：）普通锌锰电池：Zn-2eZn-2eZn-2eZn-2e- - - - =Zn=Zn=Zn=Zn2+2+2+2+（3 3）碱性锌锰电池：）碱性锌锰电池：）碱性锌锰电池：）碱性锌锰电池： 课本课本P39P39、 设计设计P43P43NHNHNHNH4 4 4 4ClClClCl负极负极负极负极？正极正极正极正极？电解质：电解质：电解质：电解质：缺点：缺点：缺点：缺点：Zn-2eZn-2eZn-2eZn-2
16、e- - - -+2OH+2OH+2OH+2OH- - - - =Zn(OH)=Zn(OH)=Zn(OH)=Zn(OH)2 2 2 2KOHKOHKOHKOH负极负极负极负极？正极正极正极正极？电解质：电解质：电解质：电解质：优点优点优点优点: : : :使用寿命短，易泄漏使用寿命短，易泄漏使用寿命长，不易泄漏使用寿命长，不易泄漏（4 4）应用：）应用：）应用：）应用：卡式录音机、闪光灯、电动玩具、袖珍电视机等卡式录音机、闪光灯、电动玩具、袖珍电视机等卡式录音机、闪光灯、电动玩具、袖珍电视机等卡式录音机、闪光灯、电动玩具、袖珍电视机等放电之后不能充电放电之后不能充电内部的氧化还原反应是内部的氧
17、化还原反应是不可逆不可逆的的2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O2MnO2 + 2H2O + 2 e- = 2MnO（OH） + 2OHZnZnZnZnC C C CZnZnZnZnC C C C锌锰电池电极反应：锌锰电池电极反应：负极：负极：正极：正极：Zn 2e- = Zn2+2NH4+ + 2e- = 2NH3 + H2总反应：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【思考与交流思考与交流】为什
18、么锌锰干电池放置过久会失效？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，人们将电池为了延长电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质内的电解质 换成湿的换成湿的 ，制成，制成了了 电池。电池。NH4ClKOH碱性锌锰碱性锌锰负极：负极：Zn +2OH- 2e- = Zn(OH)22 2、充电电池、充电电池2 2、充电电池：、充电电池：、充电电池：、充电电池：氧化还原反应在氧化还原反应在氧化还原反应在氧化还原反应在充电充电充电充电时可以时可以时可以时可以逆向逆向逆向逆向进行。进行。进行。进行。1 1、充电电池又称二次电池，能够重复使用至一定的周期。、充电电池又称二次电池，能够
19、重复使用至一定的周期。、充电电池又称二次电池，能够重复使用至一定的周期。、充电电池又称二次电池，能够重复使用至一定的周期。手机专用电池手机专用电池摄摄像像机机专专用用电电池池笔记本电脑专用电池笔记本电脑专用电池化学能化学能放电放电充电充电电能电能用途：用途：目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池，它还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。广泛用于国防、生产、生活等领域。铅蓄电池：铅蓄电池：铅蓄电池：铅蓄电池：最早最早最早最早使用的充电电池。使用的充电电池。使用的充电电池。使用的充电电池。（1）铅蓄电池）铅蓄电池特点：特点：铅蓄电池的电压稳定，使用方便安全可靠，
20、可再铅蓄电池的电压稳定，使用方便安全可靠，可再次充电使用。次充电使用。2、充电电池二次电池：二次电池：氧化还原反应在氧化还原反应在充电充电时时 可以可以逆向逆向进行。进行。铅蓄电池负极？正极？总反应：放电：放电：化学能转化为电能化学能转化为电能充电：充电：电能转化为化学能电能转化为化学能 PbO PbO PbO PbO2 2 2 2+Pb+2H+Pb+2H+Pb+2H+Pb+2H2 2 2 2SOSOSOSO4 4 4 4 2PbSO2PbSO2PbSO2PbSO4 4 4 4+2H+2H+2H+2H2 2 2 2O O O O放电放电放电放电充电充电充电充电电解质？电解质？优缺点：优缺点：优
21、缺点：优缺点：应用：应用：应用：应用：可充电，比干电池使用可充电，比干电池使用寿命长；但体积大，有污染寿命长；但体积大，有污染汽车上使用的电瓶等汽车上使用的电瓶等铅蓄电池：铅蓄电池：放电时放电时:正极材料是正极材料是 负极材料是负极材料是 ，电解质是，电解质是 。PbO2PbH2SO4负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：Pb + SOPb + SO4 42-2-2e2e- -PbSOPbSO4 4PbOPbO2 2 + 4H+ 4H+ + + SO+ SO4 42-2- + 2e + 2e- - PbSOPbSO4 4 + 2H + 2H2 2OO PbO PbO PbO PbO2 2 2
22、 2+Pb+2H+Pb+2H+Pb+2H+Pb+2H2 2 2 2SOSOSOSO4 4 4 4 2PbSO2PbSO2PbSO2PbSO4 4 4 4+2H+2H+2H+2H2 2 2 2O O O O放电放电放电放电充电充电充电充电 镍镉充电电池：镍镉充电电池：镍镉充电电池：镍镉充电电池：负极：负极：负极：负极：正极：正极：正极：正极：电解质：电解质：电解质：电解质：优缺点：优缺点：优缺点：优缺点：应用：应用：应用：应用：CdNiO(OH)KOH具有残留性记忆，可重复使用具有残留性记忆，可重复使用500次以上，体积小；次以上，体积小；但但镉有致癌作用镉有致癌作用,如不回收，会产生严重污染如
23、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、广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等电动剃须刀等镍镍镉镉电电池池镉有致癌作用，有被镉有致癌作用，有被镍氢电池镍氢电池取代的趋势。取代的趋势。锂离子电池锂离子电池锂离子电池是新一代可充电的锂离子电池是新一代可充电的锂离子电池是新一代可充电的锂离子电池是新一代可充电的绿色电池绿色电池。特点：高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。特点：高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。用途：用途：现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机、手表、现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机、手表、现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机、手表、现已
24、成为笔记本电脑、移动电话、摄像机、手表、心脏起搏器心脏起搏器心脏起搏器心脏起搏器等低功耗电器的主流。等低功耗电器的主流。等低功耗电器的主流。等低功耗电器的主流。笔记本电脑专用电池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 3、燃料电池、燃料电池高效、环境友好的化学电池高效、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，铂电极，活性
25、炭电极活性炭电极等。等。(例如：例如：H2和和O2的燃料电池，的燃料电池，CH4和和O2的燃料电池的燃料电池)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。能的化学电池。小型高性能燃料小型高性能燃料电池电池 氢氧燃料电池工作原理：氢氧燃料电池工作原理：总反应：2H2 + O2 =2H2 O通入的气体在电极表面放电，电池只是作为一个反应器。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。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、氢氧燃料
26、电池目前已应用于航天、军事通讯、电视中继站等领域电视中继站等领域 2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-2H2 - 4e- = 4H+ O2 + 4e- + 4H+ = 4H2O2H2 - 4e- +4OH- = 4H2O O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-*氢氧燃料电池的电极反应氢氧燃料电池的电极反应一定要会判断：酸性有一定要会判断：酸性有H+ (肯定没肯定没OH- ）；）； 碱性有碱性有OH- (肯定没肯定没 H+ ）甲烷氧气燃料电池甲烷氧气燃料电池该该电电池池用用铂铂片片插插入入KOH溶溶液液中中作作电电极极，在在两两极极上分别通甲烷和氧气上分别通甲烷和氧气 负极：负极： 正极：正极：放电总反应式：放电总反应式：CH4+10OH8e=CO32+7H2O2O2+4H2O+8e= 8OHCH4+ 2O2+2KOH =K2CO3 +3H2OAl空气空气海水电池海水电池 负极：负极： 正极：正极：放电总反应式：放电总反应式： 4Al 12e = 4Al3+3O2+6H2O+12e= 12OH4Al + 3O2+6H2O= 4Al( OH)3
