化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

專題2第三單元

化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化

－－化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

1780年意大利著名生物學(xué)家伽伐尼在解剖青蛙時(shí)，已死去的青蛙竟然發(fā)生了抽搐。伽伐尼做了如下實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)1:

用一枝銅鉤插入死青蛙的脊髓中，再掛在鐵欄桿上，當(dāng)青蛙腿碰到鐵欄桿時(shí)，就發(fā)生抽搐。

實(shí)驗(yàn)2:將青蛙放到銅制的解剖盤里，當(dāng)解剖刀接觸蛙腿時(shí)，蛙腿發(fā)生抽搐。他根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出：青蛙自身肌肉和神經(jīng)里的“生物電”是導(dǎo)致抽搐的原因。1791年，伽伐尼發(fā)表了《論肌肉中的生物電》論文，引起廣泛關(guān)注?？茖W(xué)史話伏打與電池的發(fā)明

善于質(zhì)疑的意大利物理學(xué)家伏打，提出了疑問(wèn)：為什么只有青蛙腿和銅器和鐵器接觸時(shí)才發(fā)生抽搐？實(shí)驗(yàn)如下：實(shí)驗(yàn)1:將青蛙腿放在銅盤里，用解剖刀去接觸，蛙腿抽搐。

實(shí)驗(yàn)2:將青蛙腿放在木盤里，用解剖刀去接觸，蛙腿不動(dòng)。經(jīng)過(guò)一番研究，伏打用實(shí)驗(yàn)推翻了伽伐尼的結(jié)論，他發(fā)現(xiàn)兩種活潑性不同的金屬同時(shí)接觸蛙腿，蛙腿就會(huì)抽搐，蛙腿只是起了顯示電流通過(guò)的作用，所謂特殊的“動(dòng)物電”是不存在的。

聯(lián)想到肌肉、神經(jīng)類似于能導(dǎo)電的電解質(zhì)的溶液，那么，電解質(zhì)溶液與活潑性不同的金屬作用會(huì)不會(huì)產(chǎn)生電流呢？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論或解釋

鋅片表面有氣泡銅片表面無(wú)氣泡銅與稀硫酸不反應(yīng)鋅與稀硫酸反應(yīng)?鋅片有少量氣泡，銅片有大量氣泡電流表指針偏轉(zhuǎn)CuZn稀H2SO4CuZn稀H2SO4Cu稀H2SO4Zn稀H2SO4鋅片表面有氣泡銅片表面無(wú)氣泡鋅與稀硫酸反應(yīng)銅與稀硫酸不反應(yīng)G實(shí)驗(yàn)與探究電極材料電極反應(yīng)反應(yīng)類型原電池的電極Zn片Cu片電池總反應(yīng)氧化反應(yīng)Zn－2e-＝Zn2+2H++2e-＝H2↑負(fù)極正極Zn+2H+＝Zn2++H2↑鋅銅原電池原理還原反應(yīng)探究一：預(yù)測(cè)Ｐ１3[實(shí)驗(yàn)1]的現(xiàn)象和結(jié)論

現(xiàn)象:鋅粉溶解,有紅色物質(zhì)析出,溫度計(jì)顯示溫度迅速上升.結(jié)論:Zn+Cu2+

＝Zn2++Cu化學(xué)能熱能探究二：預(yù)測(cè)Ｐ１3[實(shí)驗(yàn)2]的現(xiàn)象和結(jié)論

現(xiàn)象:鋅片變細(xì),銅上有紅色物質(zhì)析出,電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn).結(jié)論:化學(xué)能電能Zn-2e-=Zn2+Zn+Cu2+

＝Zn2++Cu2e-Cu2++2e-=Cu鹽橋：在U型管中裝滿用飽和KCl溶液和瓊脂作成的凍膠。使Cl-向鋅鹽方向移動(dòng)，K+向銅鹽方向移動(dòng)，使Zn鹽和Cu鹽溶液一直保持電中性，從而使電子不斷從Zn極流向Cu極。鹽橋的作用：電池反應(yīng)：Zn+Cu2+=Cu+Zn2+（總反應(yīng)）此電池的優(yōu)點(diǎn)：能產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。正極（銅電極）：

Cu2++2e-=Cu負(fù)極（鋅電極）：

Zn-2e-=Zn2+一、原電池的定義

這種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池?；瘜W(xué)能電能從能量變化的角度分析這是什么裝置?實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件（可以）（可以）（可以）（不可以）形成條件一：活潑性不同的兩個(gè)電極負(fù)極：較活潑的金屬正極：較不活潑的金屬、石墨等（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）2、形成原電池的條件前提條件：有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)、放熱反應(yīng)

（1）有兩種活潑性不同的導(dǎo)電材料

(不同的金屬或金屬與非金屬導(dǎo)體）作電極（2）兩個(gè)電極必須插入電解質(zhì)溶液中（3）兩極相連形成閉合回路

（用導(dǎo)線連接或電極直接接觸）1、原電池：把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置

ZnCuZnCuABCDEF√下列哪些裝置能構(gòu)成原電池？√3、原電池形成的實(shí)質(zhì)：

氧化還原反應(yīng)分開在兩極進(jìn)行，還原劑所失去的電子通過(guò)導(dǎo)線轉(zhuǎn)移給氧化劑。Zn+2H+=Zn2++H2氧化反應(yīng)還原反應(yīng)Gee負(fù)極正極1．電子從哪里來(lái)，到哪里去？2．在鋅片和銅片表面分別發(fā)生了哪些變化？3.電池的正極和負(fù)極分別是什么？判斷依據(jù)是什么？溶液中有哪些看不見的動(dòng)作？電子的定向移動(dòng)電子的無(wú)規(guī)則移動(dòng)產(chǎn)生電流產(chǎn)生電流的原理是什么？氧化反應(yīng)

M-ne－=Mn+產(chǎn)生電流失e-沿導(dǎo)線轉(zhuǎn)移還原反應(yīng)

Nm++me－=N4、原電池的工作原理負(fù)極正極陰離子陽(yáng)離子e－e－綜述1、負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；溶液中氧化性較強(qiáng)的微粒在正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)；2、電子由負(fù)極流向正極，電流方向是由正極流到負(fù)極（外電路）。負(fù)極正極Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2還原劑(Zn)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)氧化劑(H+)在銅極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)還原劑失去的電子從鋅極流出流入銅極.經(jīng)外電路Zn2+H+SO42-電流方向原電池的工作原理：自發(fā)的氧化還原反應(yīng)、放熱反應(yīng)

H2SO4Ge-e-ZnCuZnH2++H2-+1、由組成原電池兩極的電極材料判斷相對(duì)活潑的是負(fù)極，活潑性較弱的是正極2、根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子流動(dòng)方向判斷.在原電池的電解質(zhì)溶液里，陽(yáng)離子移向的極為正極。3、根據(jù)原電池的兩極發(fā)生的現(xiàn)象判斷。原電池的負(fù)極總是發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng).Cu-Zn原電池原理示意圖5、電極名稱及判斷方法[活動(dòng)探究P14]

請(qǐng)結(jié)合組成原電池的條件，將氧化還原反應(yīng)：Fe+Cu2+=Cu+Fe2+設(shè)計(jì)成一個(gè)原電池。1、電解溶液：

。2、電極材料：正極

，負(fù)極

。3、電極反應(yīng)式：正極:

。

負(fù)極:

。

FeCCuSO4溶液FeCCu2++2e-＝CuFe－2e-＝Fe2+1、判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，請(qǐng)說(shuō)明理由；若是，請(qǐng)指出正負(fù)極名稱，并寫出電極反應(yīng)式.2H++2e-＝H2↑負(fù)極：總反應(yīng)：正極：Zn－2e-＝Zn2+Zn+2H+＝Zn2++H2↑(×)6、電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式的書寫.正極：負(fù)極：總反應(yīng)：Fe－2e-＝Fe2+Cu2++2e-＝CuFe+Cu2+＝Fe2++CuFe+CuSO4＝Cu+FeSO4負(fù)極：Zn－2e-＝Zn2+正極：Cu2++2e-＝Cu總反應(yīng)：Zn+Cu2+＝Zn2++Cu或Zn+CuSO4＝ZnSO4+Cu2、已知氧化還原反應(yīng)

Cu＋2FeCl3=2FeCl2

＋CuCl2，利用這一反應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)原電池，畫出示意圖，標(biāo)出電極材料，電解質(zhì)溶液，寫出電極反應(yīng)式。CuCl2FeCl3ACuC正極：負(fù)極：總反應(yīng)：Cu－2e-＝Cu2+2Fe3++2e-＝2Fe2+2Fe3++Cu＝2Fe2++Cu2+負(fù)極：Fe—2e-=Fe2+正極：2H++2e-

=H2↑總：Fe+2H+=Fe2++H2

↑稀硫酸FeCu稀硫酸FeCuNaCl溶液負(fù)極：Fe—2e-=Fe2+正極：2H2O

+O2+4e-

=4OH-總：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2↓

不同的介質(zhì)不同的電極反應(yīng)負(fù)極：Al+4OH－—3e-=AlO2－

+2H2O正極：2H2O+2e-=H2+2OH－

總：2Al+2OH－

+2H2O=2AlO2－

+3H2

稀硫酸負(fù)極：Mg—2e-=Mg2++2H2O正極：2H++2e-

=H2↑總：Mg+2H+=Mg2++H2

↑負(fù)極：Cu—2e-=Cu

2+正極：2H+

+NO3－

+e-=NO2+H2O總：Cu+4H+

+2NO3－=2NO2+Cu

2++2H2O稀H2SO4負(fù)極：Al—3e-=Al3++2H2O正極：2H++2e-=H2↑總：2Al+6H+=2Al3++3H2↑鋼鐵的吸氧腐蝕原理：在潮濕空氣中鋼鐵表面形成無(wú)數(shù)微小的原電池。負(fù)極：Fe—2e—=Fe2+正極：2H2O+O2+4e—=4OH—Fe2++2OH—=Fe（OH）24Fe（OH）2+2H20+O2=4Fe（OH）32Fe（OH）3=Fe2O3+3H2O閱讀教材41頁(yè)資料卡分析鋼鐵電化學(xué)腐蝕的原因。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ABZnH2SO4ACuH2SO4CDACuCuH2SO4原電池的判斷2.某金屬能跟稀鹽酸作用發(fā)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.MgB.FeC.AlD.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.不變B先變大后變小C逐漸變大D.逐漸變小C習(xí)題二習(xí)題三4.把a(bǔ)、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(dòng)性順序由強(qiáng)到弱的為()A．a(chǎn)>b>c>dB．a(chǎn)>c>d>bC．c>a>b.>dD．b>d>c>aB利用原電池電極判斷金屬性強(qiáng)弱習(xí)題四5.一個(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ABCD正極ZnCuCuFe負(fù)極CuZnZnZn電解質(zhì)溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl習(xí)題五原電池電極反應(yīng)式的書寫

H2SO4(aq)

CuSO4(aq)ZnCu負(fù)極():.正極():.總反應(yīng)式:.負(fù)極():.正極():.總反應(yīng)式:.

請(qǐng)?jiān)趫D上標(biāo)出電子的流動(dòng)方向和電流方向,并判斷正負(fù)極，寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式.

AgFeZnZn－2e-=Zn2+

CuCu2++2e-=Cu

Zn+Cu2+

=Zn2++

CuFeFe－2e-=Fe2+

Ag2H++2e-=H2↑

Fe+2H+=Fe2++H2↑Ie-e-I鋰電池干電池紐扣電池各類電池蓄電池化學(xué)電源用途廣泛的電池用于“神六”的太陽(yáng)能電池筆記本電腦專用電池手機(jī)專用電池?cái)z像機(jī)專用電池各式各樣的紐扣電池電池化學(xué)電池太陽(yáng)能電池原子能電池化學(xué)電池一次電池二次電池燃料電池堿性鋅錳電池鉛蓄電池氫氧燃料電池鋰離子電池銀鋅蓄電池普通鋅錳干電池鋅銀紐扣電池化學(xué)電池的分類銀鋅紐扣電池是用不銹鋼制成的小圓盒，形似紐扣，故稱紐扣電池。兩極分別為氧化銀和鋅，電解質(zhì)為KOH溶液，發(fā)生氧化還原反應(yīng)后生成銀和氧化鋅。鋅是

極，發(fā)生

反應(yīng)；氧化銀是

極，發(fā)生

反應(yīng)?？偡磻?yīng)為：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag負(fù)極（鋅）：

正極（氧化銀）：負(fù)氧化正還原1、干電池----一次電池Zn+2OH--2e-=ZnO+H2OAg2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-負(fù)極（鋅筒）：Zn-2e-=Zn2+正極（石墨）：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O普通鋅錳干電池總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O優(yōu)點(diǎn)：制作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，電壓下降快。堿性鋅錳干電池（用KOH代替NH4Cl能提高性能，延長(zhǎng)壽命）負(fù)極（鋅筒）：正極（石墨）：總反應(yīng)：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOHZn-2e-+2OH-=Zn(OH)22MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-優(yōu)點(diǎn)：比能量和儲(chǔ)存時(shí)間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電缺點(diǎn)：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價(jià)格較貴海水電池1991年，我國(guó)首創(chuàng)以鋁-空氣-海水為能源的新型電池，用作航海標(biāo)志燈。該電池以取之不的海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。這種海水電池的能量比“干電池”高20～50倍。電極反應(yīng)式為：負(fù)極：正極：電池總反應(yīng)：4Al-12e-=4Al3+3O2+6H2O+12e-=12OH-4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3【拓展】氫氧燃料電池的工作原理酸性條件：負(fù)極（H2）：2H2-4e￣=4H+堿性或中性條件：負(fù)極（H2）：2H2+4OH￣-4e￣=4H2O正極（O2）：

O2+2H2O+

4e￣=4OH￣總反應(yīng)：2H2＋O2＝2H2O總反應(yīng)：

2H2＋O2＝2H2O2、燃料電池（P15）氫氧燃料電池結(jié)構(gòu)正極（O2）：

O2+4H++

4e￣=2H2O

書寫步驟：（1）寫出燃燒反應(yīng)正確的化學(xué)方程式；（2）根據(jù)電解液改寫燃料電池總反應(yīng)；（3）寫出正極的電極反應(yīng)式(一般較簡(jiǎn)單);（4）由燃料電池總反應(yīng)式減去正極的電極反應(yīng)式得到負(fù)極的電極反應(yīng)式。怎樣書寫燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式？練習(xí).已知CH4、O2、NaOH溶液組成的燃料電池總反應(yīng)：

CH4+2OH-+2O2→CO32-+3H2O請(qǐng)寫出其電極反應(yīng)。解：①燃燒總反應(yīng)：CH4+2O2→CO2+2H2O②燃料電池總反應(yīng)：

CH4+2OH-+2O2→CO32-+3H2O③正極：2O2+4H2O+8e－→8OH-④負(fù)極：CH4+10OH--8e－→CO32-+7H2O

注意：酸為電解質(zhì)，正極：O2＋4H＋＋4e—＝2H2O

pH變大堿為電解質(zhì)，正極：O2＋2H2O＋4e-＝4OH－

pH變大固體或熔融電解質(zhì)：O2+4e-＝2O2-3、充電電池----二次電池充電電池又稱二次電池，它在放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時(shí)又逆向進(jìn)行，使生成物恢復(fù)原狀，如此充放電可循環(huán)進(jìn)行，至一定周期后終止。汽車用蓄電池鉛蓄電池放電時(shí)的電極反應(yīng)：負(fù)極：Pb+SO42-—2e-＝PbSO4正極：PbO2+4H++SO42-+2e-＝PbSO4+2H2O鉛蓄電池充電和放電的總化學(xué)方程式：PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電總反應(yīng)：PbO2+Pb+4H++2SO42-=2PbSO4+2H2O鉛蓄電池充電時(shí)的電極反應(yīng)：負(fù)極：PbSO4+2e-＝

Pb+SO42-正極：PbSO4+2H2O-2e-＝

PbO2+4H++SO42-總反應(yīng)：2PbSO4+2H2O=

PbO2+Pb+4H++2SO42-缺點(diǎn)：比能量低、笨重、廢棄電池污染環(huán)境優(yōu)點(diǎn)：可重復(fù)使用、電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價(jià)格低廉其它二次電池鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、聚合物鋰離子蓄電池……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）1、電極材料及原料2、電解質(zhì)溶液3、優(yōu)點(diǎn)4、應(yīng)用領(lǐng)域鋰電池摩托羅拉6188/6288