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一、化学能与电能的相互转化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。思考与交流•在你的生活与学习中，或你了解的范围里，还有那些需要使用电池的产品或器具？各使用什么样的电池？电池的广泛应用估计在2050年火电仍居首位火电，又称为火力发电。那么，火究竟是如何转化为电？2001年我国发电总量构成图1.火力发电的原理一、化学能与电能的相互转化化学能热能电能机械能燃烧发电机蒸汽2.火力发电的利弊分析思考1：火力发电有何利与弊？燃料燃烧转化为电能后，社会中应用最广泛、使用最方便。利弊产生二氧化硫和氮的氧化物，导致空气污染，也会造成酸雨，破坏生态环境；会产生二氧化碳，会使地球的温室效应恶化。思考2：假设你是电力工程师，面对这些利弊，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。化学能电能？（阅读教材P40页，回答问题）1、当氧化剂和还原剂直接接触进行反应时，化学能要经过一系列能量转换才能转换为电能。2、把氧化剂和还原剂分开，使氧化反应和还原反应在两个不同区域进行。3、需要在氧化剂和还原剂之间架设桥梁使电子从还原剂区域流向氧化剂区域。4、考虑氧化反应和还原反应发生的条件和环境，化学物质的选择。5、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。3.原电池：把化学能转变为电能的装置。[实验2-4]原电池原理的动画模拟化学能电能？电极材料现象电子得失电极反应原电池的电极Zn片Cu片总的离子反应方程式失得Zn－2e-＝Zn2+2H++2e-＝H2↑负极正极Zn+2H+＝Zn2++H2↑有气体产生Zn片溶解氧化反应Zn-2e-=Zn2+铜锌原电池电解质溶液失e-,沿导线传递，有电流产生还原反应2H++2e-=H2↑阴离子阳离子总反应：负极正极2H++2e-=H2↑Zn－2e-=Zn2+Zn+2H+=Zn2++H2↑Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑(离子方程式）（化学方程式）电极反应正极：负极：（氧化反应）（还原反应）与原电池相关的概念2.电路：外电路内电路电子流向：失电子的一极流向得电子的一极电流方向：与电子流动方向相反阴离子流动方向与电子流动方向一致阳离子流动方向与电流方向一致1.电极：正极：电子流入的一极（Cu）负极：电子流出的一极（Zn）3.电极反应式：正极：2H++2e-＝H2↑负极：Zn－2e-＝Zn2+4.总反应式：Zn+2H+＝Zn2++H2↑负极正极原电池“负极出电子，电子回正极”发生失电子的氧化反应发生得电子的还原反应原电池工作原理CH2SO4（不可以）（不可以）（可以）（不可以）原电池的构成条件1、两种活泼性不同的金属（或一种金属和另一种非金属导体）构成电极。相对活泼的金属作负极2、电解质溶液。3、电极用导线相联构成闭合回路。4、必须有自发进行的氧化还原反应。负极：电子流出的电极(较活泼的金属)正极：电子流入的电极(较不活泼的金属、石墨等)下列装置能否作为原电池Zn—Zn与稀硫酸进行实验.Zn—石墨与稀硫酸进行实验.Fe—Zn与稀硫酸进行实验.Cu—Zn与乙醇进行实验.Cu—Zn与一瓣柑桔(或一个苹果)进行实验.Cu—Zn与硫酸铜溶液进行实验.电极材料电子流向反应类型组成负极正极电解质相对活泼的金属流出电子氧化反应酸、碱或盐的溶液相对不活泼的金属（或能导电的非金属）流入电子还原反应原电池的组成普通锌锰电池碱性电池镍镉电池小型高性能燃料电池锂离子电池镍氢电池干电池上图是锌－锰干电池干电池负极：Zn–2e-=Zn2+（负极）（正极）正极：2NH4++2e-=2NH3+H2总反应：Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H22MnO2+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=[Zn(NH3)4]Cl2其他干电池：碱性锌-锰干电池、银-锌纽扣电池等优点：携带方便缺点：电量小，污染大锌筒石墨棒MnO2和C普通锌-锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2和H2O等2、蓄电池（1）铅蓄电池正极材料上涂有棕褐色的PbO2，负极材料是金属铅，两极浸在H2SO4溶液中。写出电极反应式。铅蓄电池铅蓄电池总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2OPb+PbO2+4H++2SO42-=2PbSO4+2H2O负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O其他蓄电池：镍-镉蓄电池、银-锌蓄电池等优点：可反复使用缺点：污染大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。这类电池的重要特征是电解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。银锌电池正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。反应式为：2Ag+Zn(OH)2Zn+Ag2O+H2O写出电极反应式。充电放电1970-1975,开发了先进的银锌、镍镉电池技术。1975-1983,为美国海军生产潜水艇用银锌电池。1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。1998-1992,为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。镉镍电池NiO2+Cd+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2放电充电负极材料：Cd，正极材料：涂有NiO2，电解质：KOH溶液。反应式如下：写出电极反应式。氢氧燃料电池Pt电极H2O2氢氧燃料电池模拟KOH航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻便、不污染环境等优点。用Pt做电极，KOH溶液做电解液，因其反应与氢氧燃烧相似，故称为氢氧燃烧电池。请写出各电极的电极反应。若将氢气换成甲烷，写出各电极的电极反应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燃料电池把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”2H2+O2===2H2O点燃氢氧燃料电池多孔性金属电极，具有催化性能燃料电池把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”2H2+O2===2H2O点燃氢氧燃料电池常见的燃料电池还有甲烷燃料电池、铝-空气燃料电池、熔融盐燃料电池等优点：效率高、无污染，装置可持续使用多孔性金属电极，具有催化性能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。锂电池干电池叠层电池纽扣电池各类电池减少污染节约资源练习1、请同学们根据原电池的原理，指出下列原电池的正极与负极分别是什么？写出电极反应式和总反应方程式。思考：若将该装置中的电解质溶液换成氯化铁溶液或盐酸，又作何解答？⑦⑥(×)(∨)负极：正极：总反应：Zn－2e-＝Zn2+Cu2++2e-＝CuZn+Cu2+＝Zn2++Cu或Zn+CuSO4＝ZnSO4+Cu⑧⑨(×)(∨)负极：正极：总反应：Fe－2e-＝Fe2+2H++2e-＝H2↑Fe+2H+＝Fe2++H2↑或Fe+H2SO4＝FeSO4+H2↑3.如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是4。试将下列两个氧化还原反应分别设计成两个原电池⑴.Zn+2AgNO3=Zn(NO3)2+2Ag⑵.2Fe3++Fe=3Fe2+(D)(Zn∣AgNO3∣C)(Fe∣Fe2(SO4)3∣C)A.铁圈和银圈左右摇摆不定；B.保持平衡状态；C.铁圈向下倾斜；D.银圈向下倾斜；思考什么类型的化学反应可设计成原电池？理论上讲，常温下可自发进行的氧化还原反应都能设计成原电池。作业：课本P44——451、2-ne-金属原子金属阳离子被氧化金属腐蚀的实质:[知识拓展]电流例如条件种类相互关系本质有微弱的电流无钢铁腐蚀2Fe＋3Cl2＝2FeCl3不纯金属或合金跟电解质溶液接触发生原电池反应电化腐蚀化学腐蚀化学腐蚀、电化腐蚀常同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更大。较活泼金属被氧化金属被氧化金属与非电解质等直接发生化学反应金属腐蚀的种类钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图电化学腐蚀（1）析氢腐蚀水膜酸性较强H2O＋CO2H2CO3H＋＋HCO3-正极(C)：2H＋＋2e-＝H2↑负极(Fe)：Fe－2e-＝Fe2＋（2）吸氧腐蚀水膜酸性较弱或中性正极(C)：2H2O＋O2＋4e-＝4OH－负极(Fe)：Fe－2e-＝Fe2＋钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较Fe2O3·nH2O（铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜呈酸性。水膜呈中性或酸性很弱。CO2+H2OH2CO3H++HCO3-电极反应负极Fe(-)Fe-2e=Fe2+2Fe-4e=2Fe2+正极C(+)2H++2e=H2↑O2+2H2O+4e=4OH-总反应:Fe+2H+=Fe2+↑2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联系练习如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：（1）若液面上升，则溶液呈性，发生腐蚀,电极反应式为：负极：,正极：；若液面下降，则溶液呈性，发生腐蚀，电极反应式为：负极：正极：。（2）中性或碱性吸氧Fe–2e-＝Fe2+O2+2H2O+4e-＝4OH－酸性析氢Fe–2e-＝Fe2+2H++2e-＝H2↑原电池原理的应用1在轮船船壳水线以下部分镶上Zn块，来防止船壳的腐蚀FeZnne-e-e-e-e-正极：被保护金属负极：外加一种更活泼的金属原电池原理的应用2请根据反应2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+设计原电池，你有哪些可行方案?ACCuFeCl3溶液⑶原电池设计思路：１)能自发进行的氧化还原反应２)通常须两个活性不同的电极３)电解质溶液４)还原剂在负极失电子，发生氧化反应，氧化剂在正极得电子,发生还原反应．4.化学电池的本质——氧化还原反应相同条件下，纯锌粒和粗锌粒与同浓度的稀硫酸反应的速率一样吗？为什么？假如要求你设计实验来证明你的观点，你的实验方案是怎样的？证据和结论又是什么？原电池原理的应用3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：()A．abcdB．acdbC．cab.dD．bdcaB原电池原理的应用4(4)原电池原理的应用：１)利用原电池原理设计新型化学电池；２)改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；３)进行金属活动性强弱比较；４)电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。病例分析病例分析病例分析你能为她开一个药方吗？1-2.火力发电的原理及火力发电的利弊3.原电池：⑴原电池原理⑵原电池的构成条件构成电极：两种活泼性不同的金属（或一种金属和另一种非金属导体）；电解质溶液；电极用导线相联构成闭合回路；如何判断正负极⑶原电池原理的应用4.化学电池的本质---氧化还原反应小结1.下列装置中能组成原电池形成电流的是()CAZnCuH2SO4CuZnA酒精ABZnH2SO4ACuH2SO4CDACuCuH2SO4典型例题：2.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是()A.MgB.FeC.AlD.CuB3.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的PH()A.不变B先变大后变小C逐渐变大D.逐渐变小C典型例题：4.一个电池反应的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu,该反应的的原电池正确组合是（）CABCD正极ZnCuCuFe负极CuZnZnZn电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl典型例题：科学工作者为心脏病人设计的心脏起搏器的电池是以Pt和Zn为电极材料，依靠人体内液体中含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作