化學能與電能.ppt

1、復習：氧化還原反應,一.能源的分類,一次能源：直接從自然界中取得的能源,如：流水、風力、石油、天然氣,二次能源：一次能源經(jīng)過加工、轉(zhuǎn)換得到的能源,如：電力、蒸汽等,電能是現(xiàn)代社會中應用最廣泛、使用最方便、污染最小的一種二次能源，又成電力。,新課標人教版化學必修,第二章第二節(jié) 化學能與電能,知識目標：,能力目標：,通過實驗和科學探究形成原電池概念，初步了解原電池的組成，理解其工作原理。,（1）分析火力發(fā)電的原理及利弊，建立“將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能”的新思路，通過對氧化還原反應的本質(zhì)的分析，提出實現(xiàn)新思路的各種推測和猜想等，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。,（2）通過實驗和科學探究，對比、歸納，培養(yǎng)學生科學探究

2、精神和分析、歸納的能力。,科學探究和實驗中的良好態(tài)度和合作學習。,情感目標：,重點：,初步認識原電池概念、反應原理、構(gòu)成及應用。認識化學能轉(zhuǎn)化為電能對現(xiàn)代化的重大意義。,通過對原電池實驗的探究，引導學生從電子轉(zhuǎn)移角度理解化學能向電能轉(zhuǎn)化的本質(zhì)。,難點：,2008年 我國南方和西部廣大地區(qū)總共有十三個省份，遭受了歷史上空前的暴風雪襲擊，有三千萬人受災，房屋倒塌無數(shù)，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和交通運輸受到了嚴重影響。,南方廣大地區(qū)冰雪成災，道路封凍，電力中斷，許多地方交通癱瘓,南方大雪,南方大雪,南方大雪,2001年我國發(fā)電總量構(gòu)成,1990-2005年全國火力發(fā)電量占全國發(fā)電總量比重變化,估計在2050年火電

3、仍居首位,討 論：,分析40圖28，談談火力發(fā)電的工作原理，并指出其利與弊；,一、火力發(fā)電的原理分析。,思 考,火力發(fā)電要經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)換才能將化學能轉(zhuǎn)換為電能，能否發(fā)明一種裝置將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能呢？,能,電池,火力發(fā)電的化學深層本質(zhì)分析,燃燒,氧化還原反應,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,本質(zhì),本質(zhì),引起,思考：,1.電子的定向移動形成電流，我們能否在氧化劑與還原劑之間架設橋梁，將電子移動過程中產(chǎn)生的電流利用起來？,2.若要實現(xiàn)上述想法，你能否用銅片、鋅片、稀硫酸、電流表等設計一個看能否產(chǎn)生電流的

4、裝置，畫出其裝置圖，并通過實驗驗證。,實驗裝置 A Cu Zn 稀硫酸,一.探究實驗,實驗一 把一塊鋅片和銅片分別插入盛有稀硫酸的燒杯中,觀察實驗,記錄現(xiàn)象(注意稀硫酸的量不要太多),實驗二 把一塊鋅片和銅片同時插入盛有稀硫酸的燒杯中,觀察實驗,記錄現(xiàn)象(注意兩塊金屬片不要相接觸),實驗三 用導線把實驗二中的鋅片和銅片連接起來,觀察實驗現(xiàn)象并記錄(注意兩塊金屬片不要相接觸),實驗四 如圖所示在導線中間連接一個靈敏電流計,觀察電流計的指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn),如果是偏向哪邊?請記錄現(xiàn)象,鋅片表面有氣泡 銅片表面無氣泡,同上,銅片表面有氣泡 鋅片上也有少量氣泡,電流計指針偏轉(zhuǎn),Zn+2H+=Zn2+H2,

5、Cu不與稀H2SO4反應,同上,有電流形成,?,思考與交流：,既然銅片上產(chǎn)生了氣體(H2)，哪么H+得到的電子是銅失去的還是鋅失去的？如何檢驗？請設計出你的實驗方案。,方案1：稱量實驗前后銅片或鋅片的質(zhì)量。,方案2：觀察溶液的顏色，看有無Cu2+生成,二.原電池：將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。,討論：根據(jù)物理學的知識，如何確定Cu、Zn、稀硫酸組成原電池的正、負極？,填表：,Zn片,Cu片,Zn 2e-=Zn2+,2H+ + 2e-=H2,氧 化 反 應,還 原 反 應,電 極,負 極,正 極,電 極 材 料,電極反應,反 應 類 型,電 子 流 動 方 向,還原劑(Zn)失去電子，發(fā)生氧化反應,

6、氧化劑(H+)在銅極上得到電子，發(fā)生還原反應,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,小結(jié),實驗探究形成原電池的條件,形成條件一： 活潑性不同的兩個電極,負極：較活潑的金屬 正極：較不活潑的金屬、石墨等,第一組實驗,形成條件二：電極需插進電解質(zhì)溶液中；,第二組實驗,實驗探究形成原電池的條件,第三組實驗,實驗探究形成原電池的條件,形成條件三：必須形成閉合回路,三、原電池的形成條件,4.前提條件自發(fā)的氧化還原反應),四、判斷原電池正、負極的方法,1、由組成原電池的兩極材料判斷：,一般是活潑的金屬為負極 活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬為正極,2、根據(jù)

7、電流方向或電子流動方向判斷：,電子流出的一極是負極，電子流進的一極是正極,4、根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷：,發(fā)生氧化反應的是負極，發(fā)生還原反應的是正極,5、電極反應現(xiàn)象：,不斷溶解，質(zhì)量減少為負極；有氣體產(chǎn)生,或質(zhì)量增加或不變?yōu)檎龢O,3、根據(jù)內(nèi)電路離子移動的方向判斷：,陽離子移向的一極為正極，陰離子移向的為負極,小結(jié),化 學 能 與 電 能,間接：,直接：,裝置,原電池,概 念,構(gòu)成條件,工作原理,1.下列裝置中能組成原電池形成電流的是( ),習題一：,C,一.化學能通過加熱轉(zhuǎn)化為電能,化學能,燃燒,熱能,蒸汽,機械能,發(fā)電機,電能,化石燃料,發(fā)展中的化學電源,關(guān)于電池你了解多少？,你知道

8、電池是如何分類的嗎？,形狀各異的電池遵循的工作原理是否相同？,1、干電池（鋅錳電池）,負極：Zn 2e- = Zn2+ 正極： 2NH4+ +2MnO2 + 2e- = 2NH3 + Mn2O3 + H2O,總反應：,Zn+2NH4+ +2MnO2 =Zn2+2NH3 +Mn2O3 + H2O,干 電 池,上圖是鋅錳干電池,負極:Zn- 2e- =Zn2+ 正極(C):2NH4+ 2e- =2NH3+2H2 ,體積小、性能好的堿性鋅錳電池應運 而生。這類電池的重要特征是電解液由原來 的中性變?yōu)殡x子導電性更好的堿性，負極也由 鋅片改為鋅粉，反應面積成倍增長，使放電電 流大幅度提高。,鉛蓄電池,總

9、反應： Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O,負極：Pb + SO42- - 2e- = PbSO4,正極：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O,2、充電電池,已知：PbSO4難溶于水,鉛蓄電池構(gòu)造示意圖,汽車用的蓄電池,鋰電池,鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負極相比較，使用壽命大大延長。,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，不斷從外界輸入，同時將電極反應產(chǎn)物不斷排出電池,負極:2H24e- +4OH- =4H2O 正極:O2+2H2O+4e-

10、=4OH- 總反應:2H2+O2=2H2O 電極:多孔鎳 電解質(zhì):KOH,3、燃料電池：,正極：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-,負極：2H2 4e- = 4H+, 氫氧燃料電池,總反應：2H2 + O2 = 2H2O,H2,O2,堿性條件下,電解質(zhì)溶液的酸堿性對電極反應的影響,負極：2H2 4e- = 4H+,正極：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O,酸性條件下,負極：2H2 + 4OH- 4e- = 4H2O,正極：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-, 有效地防止電解質(zhì)溶液對外殼的腐蝕,總反應：2H2 + O2 = 2H2O,總反應：2H2 + O2 = 2H

11、2O,改變?nèi)剂?H2,正極：2O2 + 4H2O + 8e- = 8OH-,負極：CH4 + 10OH- 8e- = CO32- + 7H2O,CH4 +2O2 = CO2 + 2H2O,CH4 +2O2 + 2OH- = CO32- + 2H2O,CH4,O2,總反應：,1. 原電池：把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,2. 原電池原理,3. 構(gòu)成原電池的條件,6. 兩電極材料均為惰性電極，電極本身不發(fā) 生反應，而是由引入到兩電極上的物質(zhì)發(fā)生 反應，如燃料電池。,4. 活潑金屬作負極，被腐蝕或消耗，發(fā)生氧 化反應，如：Cu-Zn原電池。,5. 兩極都參加反應的原電池，如蓄電池，鋰 電池和銀鋅電池等。,

12、1.(09上海卷)下列敘述不正確的是（ ） A.鐵表面鍍鋅，鐵作陽極 B.船底鑲嵌鋅塊，鋅做負極，以防船體被腐蝕 C.鋼鐵吸氧腐蝕的正極反應：O2+2H2O+4e-=4OH- D.工業(yè)上電解飽和食鹽水的陽極反應：2Cl2e-=Cl2,A,解析：,本題主要考查原電池及電解池的有關(guān)知識。A項中，鐵表面鍍鋅，并不構(gòu)成原電池。鍍層被損后，則構(gòu)成原電池，活潑的鋅作負極、鐵作正極，故A錯。B、C、D項都正確。,2.（09廣東卷）出土的錫青銅（銅錫合金）文物常有Cu2(OH)3Cl覆蓋在其表面。下列說法正確的是（ ） A.錫青銅的熔點比純銅高 B.在自然環(huán)境中，錫青銅中的錫可對銅起保護作用 C.錫青銅文物在

13、潮濕環(huán)境中的腐蝕比干燥環(huán)境中快 D.生成Cu2(OH)3Cl覆蓋物是電化學腐蝕過程，但不是化學反應過程。,BC,解析：,合金的熔點比純組分的金屬熔點低，故A不正確。錫比銅活潑，錫可對銅起保護作用。在潮濕的環(huán)境易發(fā)生電化學腐蝕，故潮濕環(huán)境中的腐蝕比干燥環(huán)境中快。即B、C正確。電化學腐蝕過程也是一種化學變化，故D不正確。,D,解析：,本題考查電化學知識，依據(jù)電池反應式，放電過程中，鋰為負極，失去電子發(fā)生氧化反應，Li+向正極移動，A項正確，D項錯誤；充電過程中，Li0.85NiO2轉(zhuǎn)化為Li和Li0.35NiO2，元素化合價發(fā)生升高及降低，故既發(fā)生氧化反應又發(fā)生還原反應，B正確；Li屬活潑金屬，能

14、與水反應，該電池不能用水溶液作為電解質(zhì)，C正確。,堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應用。鋅錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應式為： Zn(s)+2MnO2(s)+H2O( l )=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s) 下列說法錯誤的是（ ） A. 電池工作時，鋅失去電子 B. 電池正極的電極反應式為： 2MnO2(s)+H2O(1)+2e- =Mn2O3(s)+2OH- (aq) C. 電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極 D. 外電路中每通過O.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上 減小6.5g,C,2.判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，請說明理由；若是，請指出

15、正負極名稱，并寫出電極反應式.,(),(),(),2H+2e-H2,負極：,總反應：,正極：,Zn2e-Zn2+,Zn+2H+Zn2+H2,(),(),負極：,正極：,總反應：,正極：,負極：,總反應：,Zn2e-Zn2+,2H+2e-H2,Zn+2H+Zn2+H2,Fe2e-Fe2+,Cu2+2e-Cu,Fe+Cu2+Fe2+Cu,Fe+CuSO4Cu+FeSO4,(),(),負極：,正極：,總反應：,Zn2e-Zn2+,Cu2+2e-Cu,Zn+Cu2+Zn2+Cu,或 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu,(),(),負極：,正極：,總反應：,Fe2e-Fe2+,2H+2e-H2,Fe+2H

16、+ Fe2+H2,或 Fe+H2SO4FeSO4+H2,3.如圖所示，在鐵圈和銀圈的焊接處，用一根棉線將其懸在盛水的燒杯中，使之平衡；小心的向燒杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可觀察到的現(xiàn)象是（ ）,D,A. 鐵圈和銀圈左右搖擺不定； B. 保持平衡狀態(tài)； C. 鐵圈向下傾斜； D. 銀圈向下傾斜；,4. X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硝酸鹽溶液中，X的表面有Z析出，X與Y組成原電池時，Y是電池的負極。X、Y、Z三種金屬的活動性順序為（ ） ,C,因為X置換出Z,所以金屬性,負極的金屬較活潑,所以,5.把 a、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時，a為負

17、極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時，c極上產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動性順序由強到弱的為：( ) Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a,B,6.下列裝置中能組成原電池形成電流的是( ),C,A,C,酒精不是電解質(zhì),沒有形成閉合回路,B,D,沒有形成閉合回路,2. （1）B （2）C （3）D （4）BACD 3. B 4. C 5. D 6. 一次性干電池中的氧化還原反應是不可逆的，放完 電之后就不能再使用，而蓄電池中的氧化還原反應 是可以逆轉(zhuǎn)的，放電時所進行的氧化還原反應，在 充電時借助外加動力（電力）使反應逆向進行，電 池恢復到放電前的狀態(tài)，從而繼續(xù)使用。 7. 從電極材料判斷：活潑金屬作負極，不活潑金屬 （或石墨）作正極。從發(fā)生的反應判斷：發(fā)生氧化反 應的電極是負極，發(fā)生還原反應的電極是正極。,8. 家用電器的普及和種類的增加，使得電池的使 用量隨之劇增。廢電池混在垃圾中，不僅污染 環(huán)境，而且造成浪費。據(jù)報道，全國的電池年