1、一、知识回顾一、知识回顾1.化学反应的实质是化学反应的实质是旧化学键断裂旧化学键断裂和和新化学键形成新化学键形成。化学。化学键断裂和形成伴随着键断裂和形成伴随着能量能量的变化。的变化。2.4.从化学键的角度分析（微观角度分析）从化学键的角度分析（微观角度分析）断裂化学键吸收的能量断裂化学键吸收的能量形成化学键释放的能量形成化学键释放的能量从从物质内部能量的物质内部能量的角度分析（宏观角度分析）角度分析（宏观角度分析）反应物的总能量反应物的总能量生成物的总能量生成物的总能量反应物的总能量反应物的总能量生成物的总能量生成物的总能量6.鲁科版必修第二册鲁科版必修第二册第第2 2课时课时 化学反应能量
2、转化的重要化学反应能量转化的重要应用应用化学电池化学电池第第2 2节节 化学反应与能量变化化学反应与能量变化伏特是意大利帕维亚大学的研究电学的物理学家。有一天，伏特看了一位名叫加伐尼的解剖学家的一篇论文，说动物肌肉里贮存着电，可以用金属接触肌肉把电引出来。看了这篇论文，伏特非常兴奋，便决定亲自来做这个实验。他用许多只活青蛙反复实验，终于发现，实际情况并不像加伐尼所说的那样，而是两种不同的金属接触产生的电流，才使蛙腿的肌肉充电而收缩。为了证明自己的发现是正确的，伏特决定更深入地了解电的来源。为了纪念他的贡献，人们比如我们手电筒里的电池的电压是1.5伏特，我们家里的电灯的电压是220伏特。 干电池
3、碱性电池蓄电池锂离子电池燃料电池现在，化学电池已成为人类生产和生活的重要能量来源之一，各式各样现在，化学电池已成为人类生产和生活的重要能量来源之一，各式各样的化学电池的发明也是化学科学对人类的一个重大贡献。那么，什么是的化学电池的发明也是化学科学对人类的一个重大贡献。那么，什么是化学电池？化学电池？根据根据原电池原理原电池原理制成的电池。制成的电池。什么是原电池，原电池的构造如何？各部分的作用是什么？什么是原电池，原电池的构造如何？各部分的作用是什么？Zn + 2H+ = Zn2+ + H2一、一、原电池原电池（1）定义：利用）定义：利用氧化还原反应氧化还原反应将将化学能化学能直接转化成直接转
4、化成电能电能的装置。的装置。（2）原电池的化学反应本质：能够）原电池的化学反应本质：能够自发自发进行的进行的氧化还原反应氧化还原反应二、二、原电池的构成条件原电池的构成条件（1）两个不同的电）两个不同的电极极（2）具有电解质溶）具有电解质溶液液（3）导）导线线相连形成闭合回路相连形成闭合回路（4）能自发进行氧化还原反应）能自发进行氧化还原反应“两极一液一连线两极一液一连线”电解质溶液的作用电解质溶液的作用形成回路形成回路提供反应物质提供反应物质提供反应环境提供反应环境电极需插进电解质溶液中可以可以不可以不可以可以可以不可以不可以必须形成闭合回路必须形成闭合回路活泼性不同的两个电极可以可以可以可
5、以不可以不可以三、三、原电池工作原理原电池工作原理（1）原电池电极名称）原电池电极名称电极电极负极：电子流出负极：电子流出电流流入电流流入发生氧化反应的一极发生氧化反应的一极正极：正极：电子流入电子流入电流流出电流流出发生还原反应的一极发生还原反应的一极（2）电荷与电流的方向）电荷与电流的方向外电路外电路电子从负极流向正极电子从负极流向正极电流从正极流向负极电流从正极流向负极内电路内电路阴离子移向负极阴离子移向负极阳离子移向正极阳离子移向正极“正正负负正正负负”（3）电极反应式）电极反应式原电池总反应：原电池总反应：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2负极（锌片）：负极（锌片）：Zn -
6、2e- = Zn2+（氧化反应）（氧化反应）正极（铜片）：正极（铜片）：2H+ + 2e- = H2（还原反应）（还原反应）电极反应式：在电化学装置中表示原子或离子在电极上得失电子发生电极反应式：在电化学装置中表示原子或离子在电极上得失电子发生氧化或还原反应的式子氧化或还原反应的式子负极反应式：由于负极是电子流出的电极，所以负极上发生的反负极反应式：由于负极是电子流出的电极，所以负极上发生的反应是氧化反应，表示负极反应的式子叫做负极反应式。应是氧化反应，表示负极反应的式子叫做负极反应式。正极反应式：由于正极是电子流入的电极，所以正极上发生的反正极反应式：由于正极是电子流入的电极，所以正极上发生
7、的反应是还原反应，表示正极反应的式子叫做正极反应式。应是还原反应，表示正极反应的式子叫做正极反应式。“负氧正还负氧正还”氧化反应氧化反应电极反应式：电极反应式： Zn-2e-=Zn2+还原反应还原反应电极反应式：电极反应式：2H+2e-=H2锌片：锌片：Zn - 2e- = Zn2+（氧化反应）（氧化反应）铜片：铜片：2H+ + 2e- = H2（还原反应）（还原反应）总反应：总反应：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2B判断下列各种装置能否构成原电池？它们的正负极分别是什么？判断下列各种装置能否构成原电池？它们的正负极分别是什么？四、四、原电池正负极的判断技巧原电池正负极的判断技巧1、由
8、组成原电池的两极材料判断、由组成原电池的两极材料判断一般是活泼性较强活泼性较强的金属为负负极，活泼性较弱活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正正极若电解质溶液为非氧化性酸溶液或者盐溶液时，活泼性较强活泼性较强的金属为负负极，活泼性较弱活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正正极若电解质溶液为强氧化性酸溶液或者强碱溶液时，一定要注意实际情况，如：MgAlNaOH，Al才是负极；AlCu浓硝酸，Cu才是负极。FeCu浓硝酸，Cu才是负极。虽然铝、铁的活泼性比铜强，但不能与浓硝酸反应（钝化），而铜可以，因此铜作负极。2、根据电子流向或电流方向判断、根据电子流向或电流方向判断负极：电子流出、电流流入的一极负
9、极：电子流出、电流流入的一极正极：电子流入、电流流出的一极正极：电子流入、电流流出的一极3、根据离子的移动方向判断、根据离子的移动方向判断在原电池的电解质溶液内在原电池的电解质溶液内阳离子移向的阳离子移向的电电极是正极极是正极阴离子移向的阴离子移向的电电极是负极极是负极发生氧化反应的是负极发生氧化反应的是负极发生还原反应的是正极发生还原反应的是正极4、根据电极反应判断、根据电极反应判断质量减轻的是负极质量减轻的是负极质量增加或不变的是正极质量增加或不变的是正极5、根据电极质量的变化判断、根据电极质量的变化判断产生气体（通常是氢气）的一极是正极，另一极是负极产生气体（通常是氢气）的一极是正极，另
10、一极是负极6、根据电极上有气泡产生判断、根据电极上有气泡产生判断电极附近电极附近pH增大的为正极增大的为正极7、根据某电极附近、根据某电极附近pH的变化判断的变化判断判断原电池正负极时应注意的几个问题判断原电池正负极时应注意的几个问题1、燃料电池中电极不参与反应，通入燃料的一极为负极，通入助燃剂燃料电池中电极不参与反应，通入燃料的一极为负极，通入助燃剂(一般为氧气一般为氧气)的一极为正极。的一极为正极。2、如果给了电池反应，正负极还可以根据化合价的改变来判断，化合如果给了电池反应，正负极还可以根据化合价的改变来判断，化合价升高的物质失电子，为负极；化合价降低的物质得电子，为正极。价升高的物质失
11、电子，为负极；化合价降低的物质得电子，为正极。3、一般情况下，负极材料参加电极反应时，表现为溶解、质量减轻，一般情况下，负极材料参加电极反应时，表现为溶解、质量减轻，但铅蓄电池放电时，负极反应为但铅蓄电池放电时，负极反应为Pb+SO42-2e-=PbSO4，其质量增加，其质量增加判断下列各种装置能否构成原电池？它们的正负极分别是什么？判断下列各种装置能否构成原电池？它们的正负极分别是什么？ 负极：Mg Fe Al Fe Cu Mg 正极：C Cu Mg Cu Ag Al 五、五、原电池原理的应用原电池原理的应用1、比较金属的活动性强弱、比较金属的活动性强弱（1）一般做负极的金属相对活泼、做正极
12、的金属相对不活泼若电解质溶液为非氧化性酸溶液或者盐溶液时，负极金属正极金属若电解质溶液为强氧化性酸溶液或者强碱溶液时，注意几个特例：铝在强碱溶液中比镁更易失电子，虽然镁比铝更活泼，但铝做负极，镁做正极。铁、铝在浓硝酸中钝化后，比铜更难失电子，铜等其他金属做负极，铁、铝做正极。例题：四种金属片两两相连侵入稀硫酸中都可以组成原电池。相连时，外电路电流从流向；相连时，为正极；相连时，上有气泡逸出；相连时，的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是（）A. B. C. D.B2、加快化学反应速率、加快化学反应速率原理：在原电池中，氧化反应和还原反应是分别在两极进行的，溶液中的粒子在运动时互相
13、间的干扰小，使化学反应加快例题：等质量的两份锌粉a、b分别加入到两份质量相同的过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，下列各图为产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系，其中正确的是（ ）D3、设计原电池、设计原电池第1步：确定正负极第2步：确定电解质溶液第3步：画出原电池装置图以Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2为例负极：Fe 正极：CFeCl3溶液FeCFeCl3溶液六、六、原电池电极反应式的书写原电池电极反应式的书写1、书写要遵循的原则、书写要遵循的原则遵循质量守恒、电荷守恒，电子守恒遵循质量守恒、电荷守恒，电子守恒弱电解质、气体、难溶物、单质、氧化物均写成化学式
14、，其余的弱电解质、气体、难溶物、单质、氧化物均写成化学式，其余的以离子符号形式表示以离子符号形式表示注：正极反应产物、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。2.电极反应式的书写类型电极反应式的书写类型根据装置书写电极反应式根据装置书写电极反应式步骤：一找、二补、三算、四查依据：负极：还原剂 - e- = 氧化产物正极：氧化剂 + e- = 还原产物一找一找：找出负极反应的还原剂和氧化产物找出正极反应的氧化剂和还原产物二补二补：补充其他参与反应的物质，并写出正极反应和负极反应的离子方程式三算三算：根据电子守恒，计算失电子数和得电子数的最小公倍数，并对化学
15、计量数进行适当扩大倍数使得失电子数相等四查四查：检查电极反应式是否遵循质量守恒、电荷守恒，电子守恒注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如H和OH、Pb2和SO42，要写成反应后的物质H2O和PbSO4。负极：2Al - 6e- + 8OH- = 2AlO2- + 4H2O正极：6H2O + 6e- = 3H2 + 6OH-根据写出的两个电极反应式，可以写出总反应方程式，首先要使两个电极反应式的得失电子相等，然后将两式相加，消去反应物和生成物中相同的物质即可。总反应式：2Al + 2H2O + 2OH- = 2AlO2- + 3H2Al-3e-=Al3+Al3+3OH-=Al(OH)3Al(O
16、H)3+OH-=AlO2-+2H2O2H+2e-=H2H2OH+OH-2H2O+2e-=H2+2OH-（2）给出总反应式写电极反应式）给出总反应式写电极反应式离子方程式标出单线桥正极反应式应该是：4H+ +2e- + 2NO3- = 2NO2 + 2H2O把原电池的总反应式拆成离子方程式Cu + 4H+ + 2NO3- = Cu2+ + 2NO2 + 2H2O写出负极反应式负极：Cu - 2e- = Cu2+用总反应式减去负极反应式得到正极反应式根据原电池原理和设计思路，将反应根据原电池原理和设计思路，将反应Fe+CuSO4=FeSO4+Cu设计成原电池，画出装置图，并写出正负极反应式。Fe-
17、2eFe-2e- -=Fe=Fe2+2+CuCu2+2+2e+2e- -=Cu=Cu负极反应：负极反应：正极反应：正极反应：七、七、发展中的化学电源发展中的化学电源1、分类、分类一次电池二次电池燃料电池2.一次电池（又称干电池）一次电池（又称干电池）（1）酸性锌锰干电池构造 负极：锌桶 正极：石墨棒 电解质溶液：ZnCl2、NH4Cl、MnO2原理 负极：Zn - 2e- = Zn2+ 正极：2NH4+ + 2e- = 2NH3 + H2 总反应：Zn + 2NH4+ = Zn2+ + 2NH3 + H2电池总反应：Zn + 2MnO2 + 2NH4+ = Zn2+ + Mn2O3 + 2NH
18、3 + H2O铵根离子的水解反应：NH4+ + H2O NH3H2O + H+铵根离子水解成的氢离子会在正极处得到电子生成氢气，会使干电池胀破，所以要加入二氧化锰，二氧化锰会把正极上产生的氢气氧化成水，同时生成三氧化二锰。MnO2 + H2 = Mn2O3 + H2O正极上产生的氨气会被糊状电解质中的锌离子吸收，生成四氨合锌离子Zn2+ + 4NH3 = Zn(NH3)42+（2）碱性锌锰干电池构造 负极：锌粉 正极：MnO2 电解质：KOH原理 负极：Zn - 2e- + 2OH- = Zn(OH)2 正极：2MnO2 + 2e- + 2H2O = 2MnOOH + 2OH- 总反应：Zn
19、+ 2MnO2 + 2H2O = 2MnOOH + Zn(OH)22.二次电池二次电池(又称充电电池、蓄电池又称充电电池、蓄电池)构造 负极：Pb 正极：PbO2 电解质溶液：30%稀硫酸原理负极：Pb - 2e- + SO42- = PbSO4正极：PbO2 + 2e- + 4H+ + SO42- = PbSO4 + 2H2O放电反应：PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O充电反应：2PbSO4 + 2H2O =电解= PbO2 + Pb + 2H2SO4八、八、燃料电池及其电极反应式的书写燃料电池及其电极反应式的书写（1）氢氧燃料电池）氢氧燃料电池结构正负极都
20、使用具有催化活性的多孔碳、多孔镍和铂电极负极通燃料、正极通氧气电解质溶液可以是酸(稀硫酸)、碱(KOH)或盐(NaCl)溶液原理当电解质溶液是酸性时负极：2H2 - 4e- = 4H+正极：O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O总反应式：2H2 + O2 = 2H2O当电解质溶液是碱性时负极：2H2 -4e- + 4OH- =2H2O正极：O2 + 4e- + 2H2O =4OH-总反应式：2H2 + O2 = 2H2O特点1、产物是水，清洁环保2、容易持续通氢气和氧气，产生持续电流;3、能量转换率较高，超过80%（普通燃烧能量转换率30%多）;4、可以组合为燃料电池发电站，排放废弃物少，
21、噪音低，绿色发电站。燃料电池发展史1839年，英国的葛洛夫（William Grove）爵士通过将水的电解过程逆转而发现了燃料电池的原理，他能够从氢气和氧气中获取电能，燃料电池概念从此开始。120年后，另一英国人培根（Francis T. Bacon）研制出5kW的碱性燃料电池组，用作小型机械的动力，使燃料电池走出实验室，应用于人们的生产活动。20世纪60年代末，燃料电池被用作航天飞行器的能源，并逐渐发展地面应用。至1990年，规模为11 MW的燃料电池发电站在日本运行。能源、环保、交通等原因对燃料电池的发展起了极大的推动作用，二十一世纪燃料电池将成为重要的高新科技得以飞速发展。装置装置两两极极反反应应负极负极氢气在负极氢气在负极_，发生，发生_反应反应正极正极氧气在正极氧气在正极_，发生，发生_反应反应电子传导电子传导电子由电子由_极通过导线流向极通过导线流向_极，形成电流极，形成电流电荷传导电荷传导稀硫酸作为离子导体，稀硫酸作为离子导体，H移向移向_，SO移向移向_
