高一化學(xué)必修二第二章第二節(jié)化學(xué)能與電能

1、第二節(jié) 化學(xué)能與電能2018年4月11日水電站直接從自然界取得的能源稱為一次能源 電能是現(xiàn)代社會中應(yīng)用最廣泛、使用最方便、污染最小的一種二次能源，又稱為電力?；痣娬疽淮文茉唇?jīng)加工、轉(zhuǎn)換得到的能源稱為二次能源2001年我國發(fā)電總量構(gòu)成圖火力發(fā)電占據(jù)絕大部分什么是火力發(fā)電？火電站的工作原理如何?1,火力發(fā)電原理及過程燃燒蒸汽發(fā)電機(jī)化學(xué)能 熱能 機(jī)械能 電能一、化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化 化學(xué)能 熱能 機(jī)械能 電能燃燒蒸汽發(fā)電機(jī)火力發(fā)電的原理分析。2、火力發(fā)電的化學(xué)深層本質(zhì)分析燃燒氧化還原反應(yīng)氧化劑與還原劑之間發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移火力發(fā)電將化學(xué)能經(jīng)一系列能量轉(zhuǎn)化為電能舊鍵斷裂和新鍵形成、體系能量變化過程關(guān)鍵本

2、質(zhì)本質(zhì)引起火力發(fā)電優(yōu)點(diǎn):a.我國煤炭資源豐富,廉價(jià)方便.b.電能清潔安全,又快捷方便.火力發(fā)電缺點(diǎn):a.排出大量的溫室效應(yīng)氣體.b.有廢氣可能導(dǎo)致酸雨c.廢料廢水d.儲量有限e.能量轉(zhuǎn)換效率低 化學(xué)能 電能？化學(xué)能電能？（看書P35頁第二、三段，回答問題）1、當(dāng)氧化劑和還原劑直接接觸進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，化學(xué)能要經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)換才能轉(zhuǎn)換為電能。2、把氧化劑和還原劑分開，使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在兩個(gè)不同區(qū)域進(jìn)行。3、需要在氧化劑和還原劑之間架設(shè)橋梁使電子從氧化劑區(qū)域流向還原劑區(qū)域。4、考慮氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)發(fā)生的條件和環(huán)境，化學(xué)物質(zhì)的選擇。5、從電學(xué)角度考慮儀器選擇和組裝問題。稀H2SO4ZnCu鋅表面有

3、氣泡產(chǎn)生，銅表面無明顯現(xiàn)象1.反應(yīng)中，哪種物質(zhì)失電子，哪種物質(zhì)得電子演示探究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象用導(dǎo)線將鋅表面的電子引出來Zn +2H+ = Zn 2+ +H2.什么方法可使Zn與H+分開，不讓H+直接在Zn表面得電子？ 演示探究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象Cu起傳導(dǎo)電子的作用?？捎秒娏鞅頊y電流及方向。Zn + 2H+ = Zn 2+ +H2稀H2SO4ZnCu大量氣泡從銅片逸出，鋅片部分溶解1.H+得到的電子是Cu失去的嗎？2.在這個(gè)過程中Cu起什么作用？3.你怎樣才能知道導(dǎo)線中有電子通過？演示探究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能1.電子從Zn到H+經(jīng)歷了哪些途徑？2.你認(rèn)為這個(gè)過程能量是如何轉(zhuǎn)化的？鋅表面無氣泡，銅表面有氣泡

4、，電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn)。電子由Zn 導(dǎo)線 銅片 H+ 定向移動產(chǎn)生電流，故電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)AZnCu稀H2SO4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：銅片上有氣泡產(chǎn)生，鋅片不斷溶解，電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：導(dǎo)線中有電流通過二.化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能1.原電池的概念、前提 將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置 概念:2.前提: 能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng)3.原電池的工作原理能量轉(zhuǎn)變 化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移 (負(fù)極失去電子經(jīng)過導(dǎo)線定向的流入正極)原電池Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2Zn+2H+=Zn2+H2負(fù)極正極還原反應(yīng)氧化反應(yīng)失得Zn2e- Zn2+2H+ + 2e-H2負(fù)極正極Zn+2H+Z

5、n2+H2有氣體產(chǎn)生Zn片溶解鋅銅原電池原理負(fù)極出電子，電子回正極 Zn2+ + 負(fù)極 正極 - Zn Cu電流表SO42-H+H+e-IH24.原電池化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)： 較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，電子從較活潑的金屬（負(fù)極）通過外電路流向較不活潑的金屬（正極） 氧化還原反應(yīng) 外電路：電子由負(fù)極流向正極， 電流由正極流向負(fù)極內(nèi)電路：陰離子移向負(fù)極，陽離 子移向正極，電流由負(fù) 極流向正極e5.電荷流向電流流向：負(fù)極正極 6.原電池形成條件： 兩種活潑性不同的金屬（或其中一種為能導(dǎo)電的非金屬，如“碳棒”）作電極。 其中較活潑金屬為負(fù)極。較不活潑金屬（或非金屬）為正極（正極一般不參與電極反應(yīng)，只起導(dǎo)電作用

6、）。 電解質(zhì)溶液 形成閉合電路 能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)兩極一液一連線試著說說原電池的構(gòu)成有什么條件？AZnCuH2SO4AZnCH2SO4AZnCu酒精ZnH2SO4ACuH2SO4*AZnZnH2SO4AZnCuHCl ACCuHCl實(shí)驗(yàn)探究AZnCuH2SO4AZnCH2SO4AZnZnH2SO4偏轉(zhuǎn)兩極材料不同有兩種活潑性不同的金屬（或非金屬）作電極不偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)探究AZnCuH2SO4AZnCu酒精AZnCuHCl不偏轉(zhuǎn)溶液不同電極材料均插入電解質(zhì)溶液中偏轉(zhuǎn)AZnCuH2SO4實(shí)驗(yàn)探究ACCuH2SO4不偏轉(zhuǎn)電極材料不同能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)不偏轉(zhuǎn)容器不同兩極相連形成閉合回路實(shí)驗(yàn)探究A

7、ZnCuH2SO4ZnH2SO4ACuH2SO4 CH2SO4（不可以）（不可以）（可以）（不可以）例2條件一：有活潑性不同的兩種金屬或非金屬（可以）（不可以）形成條件二：電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中；實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件形成條件三：必須形成閉合回路（不可以）7.如何書寫電極反應(yīng)方程式負(fù)極（鋅片）： Zn 2e - = Zn 2+負(fù)極（鋅片）： Zn 2e - = Zn 2+正極（石墨）： 2H+2e - = H2 正極（銅片）： Cu2+ + 2e - = Cu 總反應(yīng): Zn + 2H+ = Zn 2+ + H2 總反應(yīng): Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu

8、 電極反應(yīng)方程式的書寫方法負(fù)極：較活潑金屬（a） 電極反應(yīng)：a-ne-=an+ (氧化反應(yīng))正極：較不活潑金屬或非金屬（b） 電極反應(yīng)： Cm+ + me- = C(還原反應(yīng)) 要求書寫時(shí)，正負(fù)極得失電子數(shù)相等。正極電極反應(yīng)式+負(fù)極電極反應(yīng)式=總反應(yīng)方程式已知其中兩個(gè)可以求第三個(gè)金屬陽離子放電順序：K+Ca2+Na+Mg2+Al3+(水中氫) H+ Zn2+Fe2+Sn2+Pb2+(酸中氫)H+Cu2+ Fe3+ Hg2+Ag +特例鎂鋁原電池硫酸作電解質(zhì)的電極反應(yīng)式是什么？還有氫氧化鈉作電解質(zhì)又怎么寫？硫酸做電解質(zhì)：負(fù)極：Mg-2e-=Mg2+正極：2H+2e- =H2總反應(yīng)：Mg+ 2H+

9、 =Mg2+ + H2NaOH做電解質(zhì)：負(fù)極：2Al-6e-+8OH- = 2AlO2-+4H2O正極：6H2O+6e-=3H2 + 6OH-總反應(yīng)： 2Al+2OH- +2H2O = 2AlO2- + 3H2 Zn-Al原電池，誰做負(fù)極？小結(jié)化學(xué)能與電能間接：直接：化學(xué)能燃燒熱能蒸汽機(jī)械能發(fā)動機(jī)電能裝置原電池概念構(gòu)成條件工作原理8.原電池電極名稱的確定方法（1）、根據(jù)電極材料的性質(zhì)確定。通常是活潑金屬是負(fù)極，不活潑金屬、碳棒、化合物是正極。（2）、根據(jù)電極反應(yīng)的本身確定。失電子的反應(yīng)氧化反應(yīng)負(fù)極得電子的反應(yīng)還原反應(yīng)正極練習(xí)：銀鋅電池是廣泛用作各種電子儀器的電源，它的反應(yīng)可表示為：Ag2O+Z

10、n+H2O 2Ag+2Zn(OH)2請判斷此電池中，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（ ）A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD（3）、根據(jù)電子或電流流動方向（外電路）：電子從負(fù)極流出 沿導(dǎo)線 流入正極電流從正極流出 沿導(dǎo)線 流入負(fù)極ee（4）、根據(jù)離子的定向移動（內(nèi)電路）陽離子向正極移動陰離子向負(fù)極移動（5）、根據(jù)離子方程式判斷Fe+2H+=Fe2+H2（負(fù)極）（在正極） （ 6）、負(fù)極往往會溶解，正極往往會產(chǎn)生氣泡或者增重Fe+Cu2+=Fe2+Cu 9. 原電池原理的應(yīng)用：制作化學(xué)電源：各種電池加快反應(yīng)速率： 例如:實(shí)驗(yàn)室制H2時(shí)，由于鋅太純，反應(yīng)一般較慢，可加入少量CuSO4以加

11、快反應(yīng)速率。判斷金屬活動性的強(qiáng)弱揭示鋼鐵腐蝕的原因及防止鋼鐵的腐蝕。 因?yàn)殇撹F中含有碳，可與Fe組成原電池，發(fā)生原電池反應(yīng)而使鋼鐵遭到腐蝕。鋼鐵的電化學(xué)腐蝕方程式：吸氧，析氫析氫腐蝕:條件:水膜酸性較強(qiáng)負(fù)極:Fe-2e -=Fe2+正極:2H+ +2e -=H2析氧腐蝕:條件:水膜酸性較弱或呈中性負(fù)極:Fe-2e- =Fe2+正極:2H2O+O2+4e-=4OH- Fe2+2OH-=Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O10.原電池設(shè)計(jì)思路：釋放能量的氧化還原反應(yīng)（放熱反應(yīng)） 通常須兩活性不同的電極 電解質(zhì)溶液 還原劑在負(fù)極失電

12、子，發(fā)生氧化反 應(yīng)；氧 化劑在正極得電子,發(fā)生還原反應(yīng)化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化電能化學(xué)能原電池電解例：請根據(jù)反應(yīng): 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+設(shè)計(jì)原電池，你有哪些可行方案?Fe-Cu FeCl3Fe-C Fe(NO3)3Fe-Ag Fe2(SO4)3根據(jù)反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池，你有哪些可行方案? （ 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+ ）FeCuCAgFeCl3Fe(NO3)3 Fe2(SO4)3鋅片插入稀硫酸中，被腐蝕。（化學(xué)腐蝕）鋅片在鋅,銅（稀硫酸）原電池中作為負(fù)極，也被腐蝕。（電化學(xué)腐蝕）哪個(gè)更快？原電池的負(fù)極被腐蝕得更快。分析鋅,鐵（稀硫酸）原電池中的電極反應(yīng)。你感受到作為

13、正極，鐵被保護(hù)了嗎？原電池的金屬正極被保護(hù)。1.下列裝置中能組成原電池形成電流的是( )習(xí)題一：CAZnCuH2SO4CuZnA酒精A BZnH2SO4ACuH2SO4C DACuCuH2SO4原電池的判斷2.某金屬能跟稀鹽酸作用放出氫氣，該金屬與鋅組成原電池時(shí)，鋅為負(fù)極，此金屬是( )A.Mg B.Fe C.Al D.Cu原電池的工作原理B3.由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液的 PH( )A.不 B先變大后變小 C逐漸變大 D.逐漸變小C習(xí)題二習(xí)題三5.一個(gè)電池反應(yīng)的離子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu, 該反應(yīng)的的原電池正確組合是( )C原電池構(gòu)成條件習(xí)題四4.把a(bǔ)、

14、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時(shí)，a為負(fù)極；c、d相連時(shí)，電流由d到c；a、c相連時(shí)，c極上產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時(shí)，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動性順序由強(qiáng)到弱的為( ) Aa b c d Ba c d b Cc a b d Db d c a B利用原電池電極判斷金屬性強(qiáng)弱 可是令她百思不解的是自從車禍后,她常常感到頭暈、頭痛、夜間失眠、心情煩躁醫(yī)生絞盡了腦汁，格林太太的病情仍未見好轉(zhuǎn) 一位年輕的化學(xué)家來看望格林太太時(shí)，為格林太太揭開了病因！請你當(dāng)醫(yī)生病 例 分 析 你能為她開一個(gè)藥方嗎？三、發(fā)展中的化學(xué)電源干電池堿性電池蓄電池鋰離子電池燃料

15、電池鋰電池 鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負(fù)極相比較，使用壽命大大延長。干電池堿性電池1、干電池結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)原理（1）干電池結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)原理負(fù)極：Zn 2e- = Zn2+正極：2NH4+ + 2e- = 2NH3+H2Zn + 2NH4+ = Zn2+2NH3+H2電池總反應(yīng)式：特點(diǎn)：a：一次性電池，不可逆b：用KOH代替NH4Cl能提高 性能，延長壽命汽車用蓄電池鋰離子電池鋰離子電池：它是新一代可充電的綠色電池，現(xiàn)已成為筆記本電腦、移動電話、攝像機(jī)等低功耗電器的主流。2.充電電池（2）充電電池(又稱二次電池)Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2

16、PbSO4 + 2H2O(-) (+)負(fù)極: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4 Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- = 2PbSO4 + 2H2O正極:PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O鉛蓄電池特點(diǎn)：電池總反應(yīng)式：二次電池,可再次充電使用鎳鉻電池 特點(diǎn)：比鉛蓄電池耐用，可密封反復(fù)使用。 NiO2（S）+Cd（S）+2H2O（L）=Ni（OH）2（S）+Cd（OH）2（S）Ag2O（S）+Cd（S）+H2O（L）=2Ag（S）+Cd（OH）2（S）3.新型燃料電池 燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時(shí)，不

17、斷從外界輸入，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池高二化學(xué)氫氧燃料電池實(shí)驗(yàn)視頻.mp4氫氧燃料電池燃料電池氫氧燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)怎么寫？ 氫氧燃料電池（中性介質(zhì)）正極：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-負(fù)極：2H2 - 4e- = 4H+ 總反應(yīng)式：2H2 + O2 = 2H2O氫氧燃料電池（酸性介質(zhì)）正極：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O負(fù)極：2H2 - 4e- = 4H+總反應(yīng)式：2H2 + O2 = 2H2O氫氧燃料電池（堿性介質(zhì)）正極：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 負(fù)極：2H2 - 4e- + 4OH- = 4H2O總反應(yīng)式：2H2 + O2 = 2H2O 例2, 寫出甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為氫氧化鉀溶液）的電極反應(yīng)式及總方程式： 正極： 2O2 + 8e- + 4H2O = 8OH-負(fù)極 CH4 + 10OH- -8e- = CO32- + 7H2O總反應(yīng)：CH4 + 2O2 + 2OH