人教版-高一化学-必修二2-2化学能与电能第二课

复习间接：直接化学能燃烧热能蒸汽机械能发动机电能装置——原电池化学能电能1.一次能源、二次能源2.化学能与电能工作原理概念电极判断应用构成条件1.原电池的构成条件负极：电子流出的电极——失电子，发生氧化反应(较活泼的金属)正极：电子流入的电极——得电子，发生还原反应(较不活泼的金属、石墨等)（1）电极（2）电解质溶液（3）闭合回路*（4）自发的氧化还原反应（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）2.原电池的工作原理负极正极阴离子溶液中阳离子发生失电子的氧化反应发生得电子的还原反应ZnCuH2SO4Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2↑e-外电路内电路二、发展中的化学电源一次二次1、干电池（锌锰电池）负极：Zn–2e-==Zn2+正极：2NH4++2MnO2+2e-==2NH3+Mn2O3+H2O总反应：Zn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3+Mn2O3+H2O干电池（负极）（正极）锌筒石墨棒MnO2和C普通锌-锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2和H2O等二、发展中的化学电源锌锰碱性电池是一种新型的干电池。正极材料为MnO2,负极材料为Zn，还原产物为MnOOH,电解质是KOH溶液，总：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH请写出电极反应式并分析其工作原理。负极：Zn+2OH－－2e-=Zn(OH)2正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnO（OH）+2OH－总反应：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO（OH）碱性Zn-Mn干电池铅蓄电池（1）电极材料及原料（2）电解质溶液（3）电极反应式：正极：PbO2负极：PbH2SO4溶液负极（Pb）:Pb-2e-+SO42-=PbSO4Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O正极（PbO2）:PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O总反应：2.充电电池已知：PbSO4难溶于水②镍镉充电电池：负极：正极：电解质：优缺点：应用：CdNiO(OH)KOH具有残留性记忆，可重复使用500次以上，体积小；但如不回收，会产生严重污染广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等③锂离子电池：是新一代可充电的绿色电池，现已成为笔记本电脑、移动电话、数码相机、摄像机等低功耗电器的主流电源3.燃料电池（1）原理：利用原电池的工作原理,将燃料和氧化剂（如O2）反应所放出的化学能直接转化为电能a.燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置b.它的电极材料一般为活性电极，具有很强的催化活性，如铂电极，活性炭电极等c.燃料电池由3个主要部分组成负极——燃料电极正极——氧气或空气电极电解质溶液d.两电极材料均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两电极上的物质发生反应正极：O2+2H2O+4e-==4OH-2H2+O2==2H2O4e-负极：2H2–4e-==4H+⑴氢氧燃料电池总反应：2H2+O2==2H2OH2O2二、发展中的化学电源碱性条件下电解质溶液的酸碱性对电极反应的影响负极：2H2–4e-==4H+正极：O2+4H++4e-==2H2O酸性条件下负极：2H2+4OH-–4e-==4H2O正极：O2+2H2O+4e-==4OH-—有效地防止电解质溶液对外壳的腐蚀总反应：2H2+O2=2H2O总反应：2H2+O2=2H2O二、发展中的化学电源（2）常见的燃料电池：CO2、H2OCO2CH4甲烷燃料电池H2OO2H2氢氧燃料电池产物正极负极H2被氧化失去电子变成H+，或称“燃烧掉了”，电子流到电池的正极，同时，H+通过电解液被送到正极氢氧燃料电池的工作原理负极：正极：O2得电子发生还原反应产品：电流、热量、水燃料电池介质电池反应：2H2+Ｏ２=2H2O酸性负极正极中性负极正极碱性负极正极2H2-4e-=4H+O2+4H++4e-=2H2O2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-（2）CH4燃料电池（碱性介质）1.燃烧总化学反应：CH4+2O2→CO2+2H2O2.燃料电池总反应：3.正极：4.负极：CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O2O2+4H2O+8e－=8OH-CH4+10OH--8e－=CO32-+7H2OCH4燃料电池（酸性介质）1、燃料电池总反应：CH4+2O2=CO2+2H2O①2、正极反应：O2+4H++4e-=2H2O②3、负极反应：①-②×2，得：CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+（3）甲醇燃料电池（酸性介质）总反应:2CH4O+3O2===2CO2+4H2O正极的电极反应式为：3O2+12e-+12H+===6H2O负极的电极反应式为：2CH4O-12e-+2H2O===12H++2CO2甲醇燃料电池（碱性介质）总反应式：2CH4O+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O正极的电极反应式为：3O2+12e-+6H20===12OH-负极的电极反应式为：2CH4O-12e-+16OH-===2CO32-+12H2O（4）海水电池1991年，我国首创以铝-空气-海水为能源的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。这种海水电池的能量比“干电池”高20～50倍。电极反应式为：负极：正极：电池总反应：4Al-12e-=4Al3+3O2+6H2O+12e-=12OH-4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3↓NaOH溶液AlMg负极：2Al+8OH—6e-=2AlO2-+4H2O正极：6H2O+6e-=3H2↑+6OH-2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑电池反应式：补充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二、发展中的化学电源防止钢铁腐蚀：在钢铁的表面焊接比Fe更活泼的金属（如Zn），组成原电池后，使Fe成为原电池的正极而得到保护。钢铁的析氢腐蚀：负极：Fe–2e-=Fe2+正极：2H++2e-=H2↑钢铁的吸氧腐蚀：负极：2Fe–4e-=2Fe2+正极：2H2O+O2+4e-=4OH-小结火电：化学能燃烧热能蒸汽机械能发动机电能——原电池化学电源1.一次能源、二次能源化学能与电能工作原理概念电极判断应用构成条件3.发展中的化学电源一次性电池——干电池二次电池（充电电池）燃料电池普通锌锰电池碱性锌锰电池铅蓄电池镍镉充电电池锂离子电池氢氧燃料CH4燃料电池2.减少污染节约资源