1、,化学能与电能,高一化学 第二章第二节,可是令她百思不解的是自从车祸后,她常常感到头晕、头痛、夜间失眠、心情烦躁医生绞尽了脑汁，格林太太的病情仍未见好转 一位年轻的化学家来看望格林太太时，为格林太太揭开了病因！,请你当医生,1. 初步了解原电池的概念、原理、组成 及应用。 2. 通过实验探究从电子转移角度理解化学 能向电能转化的本质及原电池的构成条件。,学习目标：,水力发电站,火力发电站,二次能源：一次能源经加工、转换得到的能源。,一次能源：直接从自然界取得的能源。,阅读教材P39 资料卡片,蒸汽,电能,指出下列哪些是二次能源？,我国发电总量构成图,火力发电占据绝大部分,什么是火力发电？ 火电
2、站的工作原理如何?,火力发电工作原理示意图,火电站从开始到结束能量是如何转化的？,化石燃料,化学能,燃烧,热能,蒸汽,机械能,电能,发电机,一.发电站将化学能转化为电能,火力发电有哪些缺点?,讨论,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。,估计在2050年火电仍居首位,1. 火力发电的原理分析。,2. 火力发电的化学深层本质分析,2. 火力发电的化学深层本质分析,火力发电,2. 火力发电的化学深层本质分析,火力发电,将化学能经一系列能量转化为电能,过程,2. 火力发电的化学深层本质分析,燃烧,火力发电,将化学能经一系列能量转化为电能,过程,关键,2. 火力发
3、电的化学深层本质分析,燃烧,氧化还原反应,火力发电,将化学能经一系列能量转化为电能,过程,关键,本质,2. 火力发电的化学深层本质分析,燃烧,氧化还原反应,氧化剂与还原剂之间发生电子的转移,火力发电,将化学能经一系列能量转化为电能,过程,关键,本质,本质,2. 火力发电的化学深层本质分析,燃烧,氧化还原反应,氧化剂与还原剂之间发生电子的转移,火力发电,将化学能经一系列能量转化为电能,旧键断裂和新键形成、体系能量变化,过程,关键,本质,本质,引起,存 在 缺 点,思考：假设你是电力工程师，面对这些 利与弊，你会如何应对呢？,思考：假设你是电力工程师，面对这些 利与弊，你会如何应对呢？,a. 改进
4、火力发电,思考：假设你是电力工程师，面对这些 利与弊，你会如何应对呢？,a. 改进火力发电,b. 研究新的发电方式,思考：假设你是电力工程师，面对这些 利与弊，你会如何应对呢？,a. 改进火力发电,b. 研究新的发电方式,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。,能否直接转化为,电能？,1. 电流是怎样形成的？,能否直接转化为,电能？,1. 电流是怎样形成的？,能否直接转化为,2. 氧化还原反应的实质是有电子的转移， 为何氧化剂与还原剂直接反应时没有电流形 成？根据电流形成的原理，你能否设计出将 氧化还原反应过
5、程的电子转移形成电流的方 案？,电能？,1. 电流是怎样形成的？,提示：怎样才能使氧化还原反应中 的电子转移定向移动？,能否直接转化为,2. 氧化还原反应的实质是有电子的转移， 为何氧化剂与还原剂直接反应时没有电流形 成？根据电流形成的原理，你能否设计出将 氧化还原反应过程的电子转移形成电流的方 案？,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？,（1）将Zn片,Cu片分别平行插入H2SO4溶液中，各有什么现象？为什么？,H+在铜表面得到的电子是否为铜本身失去的？为什么？电子从哪来？,演示讨论,（3）导线间接一电流计有何现象产生？为什么？,1）电流计
6、指针为什么会发生偏转？,3)锌片的质量有无变化？溶液中C(H+)如何变化？,4)请分别写出锌片和铜片上变化的离子方程式，再写出总反应的离子方程式。,2) 从能量变化的角度分析这是一种什么装置？,问题探究,Zn-2e-=Zn2+,氧化反应,2H+2e-=H2,还原反应,负极,正极,总反应：,Zn + 2 H+ = Zn2+ + H2,5）电子流动的方向如何？,电子由锌片经导线流向铜片,6）电流流动的方向如何？,电流由铜片经导线流向锌片,7）硫酸溶液中的阴、阳离子应该怎样运动？为什么？,H+向Cu片定向移动；SO42-向Zn片定向移动； 保证电解质溶液中“电荷守恒”。,外电路：电子由负极正极， 电
7、流由正极负极。 内电路：阴离子移向负极， 阳离子移向正极；,电子流向、电流流向：,负极,正极,小结,铜锌原电池原理动画,1、原电池： （1）定义：将化学能转变为电能的装置。,（2）反应本质：氧化还原反应,一、化学能转化为电能,（3）原电池正负电极的判断方法,负极： 正极：,电子流出，发生失电子的氧化反应,电子流入，发生得电子的还原反应,根据电极材料判断,负极: 较活泼的金属 正极: 较不活泼的金属或非金属导体,-,+,-,+,-,+,-,+,根据现象判断,电极不断溶解：负极,有气泡冒出、有固体析出：正极,根据离子方程式判断,（负极）,（在正极）,C,H2SO4,（不可以）,（不可以）,（可以）
8、,（不可以）,2、原电池的构成条件,1）两种活泼性不同的金属(或导电非金属) 作电极。,3）两极相连形成闭合回路。,2）电极材料均插到电解质溶液。 （负极在电解质溶液中能够输出电子。）,两极一液成回路,第一组实验,实验探究形成原电池的条件,（可以）,第一组实验,实验探究形成原电池的条件,（可以）,（可以）,第一组实验,实验探究形成原电池的条件,（可以）,（可以）,（可以）,第一组实验,实验探究形成原电池的条件,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,第一组实验,实验探究形成原电池的条件,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,形成条件一： 活泼性不同的两个电极,第一组实验,实验探究形成原电
9、池的条件,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,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,第一组实验,实验探究形成原电池的条件,实验探究形成原电池的条件,第二组实验,（可以）,实验探究形成原电池的条件,第二组实验,（可以）,（不可以）,实验探究形成原电池的条件,第二组实验,（可以）,（不可以）,形成条件二：自发的氧化还原反应;电极需插进电解质溶液中,实验探究形成原电池的条件,第二组实验,第三组实验,实验探究形成原电池的条件,第三组实验,实验探究形成原电池的条件,（不可以）,第三组实验,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,（不可
10、以）,二、原电池的形成条件,4. 自发的氧化还原反应,1. 两个电极(活泼性不同)；,负极：较活泼的金属 正极：较不活泼的金属、石墨等,2. 电极需插进电解质溶液中,3. 必须形成闭合回路,1.下列装置中能组成原电池形成电流的是,H2SO4,Cu,Zn,酒精,A,Zn,H2SO4,Cu,H2SO4,C,Cu,Cu,H2SO4,习题一,B,A,A,Zn,Cu,A,A,D,1.下列装置中能组成原电池形成电流的是,C,H2SO4,Cu,Zn,酒精,A,Zn,H2SO4,Cu,H2SO4,C,Cu,Cu,H2SO4,习题一,B,A,A,Zn,Cu,A,A,D,ZnZn与稀硫酸进行实验. Zn石墨与稀硫
11、酸进行实验. FeZn与稀硫酸进行实验. CuZn与乙醇进行实验. CuZn与一个西红柿(或一个苹果)进行实验. CuZn与两个西红柿进行实验. CuZn与橙汁进行实验.,巩 固 练 习,解决问题,病 例 分 析,病 例 分 析,你能为她开一个药方吗？,你能为她开一个药方吗？,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.,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.,(),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.,()
12、,(),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.,(),(),(),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.,(),(),(),负极：,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.,(),(),(),负极：,Zn2e-Zn2+,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.,(),(),(),负极：,正极：,Zn2e-Zn2+,1. 判断下列哪些装置构成了原电
13、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：,正极：,Zn2e-Zn2+,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：,Zn2e-Zn2+,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：,Zn2e-Zn2+,Zn+2H+Zn2+H2,(),(),负极：,正极：,总反应：,正极：,负极：,总反
14、应：,Zn2e-Zn2+,2H+2e-H2,Zn+2H+Zn2+H2,Fe2e-Fe2+,Cu2+2e-Cu,Fe+Cu2+Fe2+Cu,Fe+CuSO4Cu+FeSO4,2. 锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、 能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功 多种锂电池。 某种锂电池的总反应式是 LiMnO2 LiMnO2。下列说法正确的是( ) A. Li是负极，电极反应为Lie-Li+ B. Li是正极，电极反应为Lie-Li- C. MnO2是负极，电极反应为MnO2e-MnO2 - D. 锂电池是一种环保型电池,书写电极反应式，注意几点： （1）电极反应是一种离子反应，遵循书写离子 反应
15、式的一切规则； （2）负极失电子所得氧化产物、正极得电子 所得还原产物，与溶液的酸碱性有关； (3)两极电极反应式中的电子得失数目（一般） 保持相等。 （4）两极反应相加得到总反应，总反应减去 负极反应得到正极反应、总反应减去正极反应 得到负极反应。,请在图上标出电子的流动方向和电流方向, 并判断正负极，写出电极反应式和总反应式.,请在图上标出电子的流动方向和电流方向, 并判断正负极，写出电极反应式和总反应式.,请在图上标出电子的流动方向和电流方向, 并判断正负极，写出电极反应式和总反应式.,请在图上标出电子的流动方向和电流方向, 并判断正负极，写出电极反应式和总反应式.,Fe,Fe+2H+
16、= Fe 2+ +H2,2H+2e - = H2,Ag,Fe2e - = Fe 2+,请在图上标出电子的流动方向和电流方向, 并判断正负极，写出电极反应式和总反应式.,Fe,Fe+2H+ = Fe 2+ +H2,2H+2e - = H2,Ag,Fe2e - = Fe 2+,请在图上标出电子的流动方向和电流方向, 并判断正负极，写出电极反应式和总反应式.,Fe,Fe+2H+ = Fe 2+ +H2,2H+2e - = H2,Ag,Fe2e - = Fe 2+,请在图上标出电子的流动方向和电流方向, 并判断正负极，写出电极反应式和总反应式.,Zn,Fe,Fe+2H+ = Fe 2+ +H2,2H+
17、2e - = H2,Ag,Fe2e - = Fe 2+,Zn+Cu2+ = Zn2 + Cu,Cu2+ +2e - = Cu,Cu,Zn2e - = Zn2+,A,B,C,D,E,练习1 下列哪些装置能构成原电池？,F,C,Fe,酒精 J,2.某金属能跟稀盐酸作用放出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是( ) A.Mg B.Fe C.Al D.Cu,原电池的工作原理,B,3.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 PH( ) A.不 B先变大后变小 C逐渐变大 D.逐渐变小,C,习题二,习题三,5.一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu, 该反应的的原
18、电池正确组合是( ),C,原电池构成条件,习题四,4.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 Cc a b d Db d c a,B,利用原电池电极判断金属性强弱, 原电池原理的应用, 原电池原理的应用,制作化学电源 加快反应速率： 例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应 一般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。 判断金属活动性的强弱 揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的
19、腐蚀。 钢铁中含有碳，可与Fe组成原电池，发生 原电池反应而使钢铁遭到腐蚀,请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应： Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+设计成一个原电池。,拓 展：,请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应： Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+设计成一个原电池。,拓 展：,硫酸铜、氯化铜、硝酸铜 等可溶性铜盐溶液,请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应： Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+设计成一个原电池。,拓 展：,铁,硫酸铜、氯化铜、硝酸铜 等可溶性铜盐溶液,请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应： Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+设计成一个
20、原电池。,拓 展：,铁,铜、石墨或比铁,硫酸铜、氯化铜、硝酸铜 等可溶性铜盐溶液,不活泼的其他金属,请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应： Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+设计成一个原电池。,拓 展：,Fe 2e - = Fe 2+,铁,铜、石墨或比铁,硫酸铜、氯化铜、硝酸铜 等可溶性铜盐溶液,不活泼的其他金属,Cu2+ +2e - = Cu,实践活动 自制电池水果电池。如下图：,4.原电池原理的应用,加快反应速率： （形成原电池反应，反应速率加快） 例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。 揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的腐蚀。 钢铁中含
21、有碳，可与Fe组成原电池，发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀,例 X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y是电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为( ) ,C,因为X置换出Z,所以金属性,负极的金属较活泼,所以,判断金属活动性的强弱,一般说来: 活泼金属作负极,较不活泼的金属作正极,请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：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: .,1、电解液： 硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等可溶性铜盐溶液 2、电极材料：
22、负极：铁， 正极：铜、石墨或比铁不活泼的其他金属,Fe 2e - = Fe 2+ Cu2+ +2e - = Cu,制作化学电源,练习把A,B两种不同的未知活泼性的金属用导线连接后同时插入稀硫酸中,结果发现A金属上有气体产生,则下列说法正确的是( ) A. A为正极,A较活泼 B. B为负极,B较活泼 C. A上发生的是氧化反应 D. A的质量减小,B,练 习,1. 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
23、： ( B ) Aa b c d Ba c d b Cc a b d Db d c a,练 习,1. 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： ( B ) Aa b c d Ba c d b Cc a b d Db d c a,2. 如图所示，各烧杯中均盛有海水，铁在 其中被腐蚀由快到慢的顺序为 （ ）,A. B. C. D. ,3. 有人设计了Pt和Zn为电极材料的电池埋 入人体内作为某种心脏病人的心
24、脏起搏器 的能源，它依靠人体体液中含有一定浓度 的溶解氧、H+ 和Zn2+ 进行工作，则 A Pt作负极 B 正极电极反应：2H+2e-=H2 C 负极电极反应：O2+2H2O+4e-=4OH- D 正极电极反应：O2 + 4H+ + 4e-=2H2O,4.一个电池反应的离子方程式是 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu，该反应 的原电池正确组合是（ C ）,4.一个电池反应的离子方程式是 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu，该反应 的原电池正确组合是（ C ）,化学能与电能,第二课时,复习回忆,1、简述原电池的工作原理；,氧化还原反应中，还原剂和氧化剂之间通过外电路间接地进行电
25、子转移： 在负极,物质失去电子发生氧化反应； 电子通过导体经外电路由负极传导至正极； 在正极,物质得到电子发生还原反应； 电解质溶液中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。,2、简述构成原电池必要条件；,（1）两个电极,（2）电解质溶液,（3）形成闭合回路,两极一液成回路,1）化学电池有三大类型： 、 、 .,一次性电池 二次电池 燃料电池,2）特点： 一次电池：不可充电， 如干电池（又称为锌锰电池，是最早使用的化学电池） 二次电池：可循环利用， 放电过程是将 能转化为 能； 充电过程是将 能转化为 能。 燃料电池：可不断充入氧化剂、还原剂连续使用， 最理想的燃料是 。,（1）产物为水，无污染
26、 （2）与其它能源比，反应相同质量，放出能量多 （3）来源广,化学 电,电 化学,H2,二、发展中的化学电源,二、常见的化学电池,1.干电池(一次性电池),电极:Zn为负极,碳棒为正极,电解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊,另有黑色的MnO2粉末，吸收正极产生的H2，防止产生极化现象。,电极方程式：,负极(Zn):Zn2e-Zn2,正极(C)：2MnO2 + 2NH4+ + 2e-= Mn2O3+2NH3+H2O,(1)锌锰干电池,(2)碱性锌锰干电池,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
27、电池的重要特征是电解质溶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。,2、铅蓄电池（二次电池）,铅蓄电池: 电极：Pb为负极, PbO2为正极. 电解液: 30%的H2SO4溶液 电极反应式: 放电时：为原电池 负极(Pb) ：PbSO42-2e-PbSO4 正极(PbO2) PbO24HSO422e-PbSO42H2O 总电池反应:PbO2Pb2H2SO42PbSO42H2O 充电时：为电解池 阴极(Pb)： PbSO4 2e- PbSO42- 阳极(PbO2) PbSO42H2O2e-PbO24HSO42 总电解反应: 2PbSO4
28、2H2O PbO2Pb2H2SO4,通电,3、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。,4、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。,氢氧燃料电池工作原理,氢氧燃料电池 电极:Pt制作的惰性电极 反应原理: a.电解质溶液:KOH溶液 负极: 正极: 总反应： b.电解质溶液: HCl (盐酸) 负极 : 正极: 总反应：,2H2+4OH4e-4H2O,O22H2O 4e-4OH ,2H2O22H2O,2H2-4e-=4H+,O2+4H+4e- =2H2O,2H2O22H2O,银锌电池,Zn为负极, Ag2O为正极 电解液: KOH溶液 电极反应式: 负极:Zn2OH2e-Zn(OH)2 正极:Ag2OH2O2e-2Ag2OH 总反应式: ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2,氢氧燃料电池：2H2O22H2O,银锌电池：ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2,铅蓄电池：,
