2.2-化学能与电能

一次能源：可以直接从自然界获取的能源。二次能源：一次能源经过加工、转换之后得到的能源。蒸汽电能水能风能石油天然气原煤能源火力发电工作原理示意图火电站从开始到结束能量是如何转化的？师生互动化石燃料化学能燃烧热能蒸汽机械能电能发电机火力发电的化学深层本质分析燃烧氧化还原反应氧化剂与还原剂之间发生电子的转移火力发电将化学能经一系列能量转化为电能旧键断裂和新键形成、体系能量变化过程关键本质本质引起存在的主要优缺点排出大量温室气体排出废气（SO2），可能导致酸雨产生废渣、废液能量转化效率低缺点：煤炭是有限的不可再生资源优点：廉价、方便、资源丰富化学能电能？直接Zn那么究竟如何才能形成一个电池？化学方程式思考问题寻找答案你对问题２的想法稀H2SO4ZnCu锌表面有气泡产生，铜表面无明显现象1.反应中，哪种物质失电子，哪种物质得电子分析实验现象用导线将锌失去的电子引出来Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑２.有什么方法可以不让H+直接在Zn表面得电子？思考问题寻找答案组内交流列出想法分析实验现象Cu仅仅起传导电子的作用。稀H2SO4ZnCu大量气泡从铜片逸出，锌片部分溶解1.H+得到的电子是从哪里来的？2.在这个过程中Cu起什么作用？3.你怎样才能知道导线中有电子通过？可用电流表测电流。解释实验现象思考问题寻找答案组内交流列出想法分析实验现象化学能直接转化为电能1.电子从Zn到H+经历了哪些途径？2.你认为这个过程能量是如何转化的？锌表面无气泡，铜表面有气泡，电流表发生偏转。电子由Zn导线铜片H+电子定向移动产生电流，故电流表的指针发生偏转AZnCu稀H2SO4一、原电池1定义：把化学能转变为电能的装置.AZnCu稀H2SO4（氧化反应）（还原反应）Zn片：Zn－2e-=Zn2+Cu片：2H++2e-=H2↑电极反应式：总化学方程式Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑总反应式：Zn+2H+==Zn2++H2↑2e-2.Zn－Cu－H2SO4原电池的工作原理分析：3、原电池的两极负极：电子流出（电流流入）的一极（较活泼金属），发生氧化反应；正极：电子流入（电流流出）的一极（较不活泼的金属或非金属导体），发生还原反应。4、原电池的本质：负极电极反应（Zn片）：Zn－2e-=Zn2+正极电极反应（Cu片）：2H++2e-=H2↑把自发的氧化还原反应分开在两电极上进行，产生电流。发生氧化反应发生还原反应外电路：电子由负极流向正极，电流由正极流向负极内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极e－原电池中电流流向及离子移动方向：负极正极氧化反应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↑阴离子阳离子负极正极5原电池工作原理小结：原电池的形成条件探究AZnCuH2SO4AZnCH2SO4AZnCu酒精ZnH2SO4ACuH2SO4AZnZnH2SO4AZnCuHCl①②③④⑤⑥ACCuHClAZnCuH2SO4分析原电池⑤电流表指针是否偏转区别结论ACCuH2SO4⑤不偏转电极材料能否自发失电子能自发地发生氧化还原反应分析AZnCuH2SO4AZnCH2SO4AZnZnH2SO4原电池①②电流表指针是否偏转区别结论偏转两极材料活泼性不同有两种活泼性不同的金属（或非金属导体）作电极不偏转①②分析AZnCuH2SO4AZnCu酒精AZnCuHCl原电池③④电流表指针是否偏转区别结论不偏转溶液导电性不同电极材料均插入电解质溶液中偏转③④原电池⑥组电流表指针偏转区别结论不偏转两极在同一容器与不同容器中必须形成闭合回路分析AZnCuH2SO4ZnH2SO4ACuH2SO4⑥构成原电池的条件注意:没有氧化还原反应,就不可能有原电池,换句话说常温下能自发进行的氧化还原反应,理论上都可以设计成原电池构成条件①有两种活动性不同的金属②有电解质溶液；③构成闭合电路；④能自发进行的氧化还原反应即：两极一液一连环，负极氧化正极还或一种金属与一种非金属导体(如石墨)酸、碱、盐溶液一般要能和某极发生氧化还原反应①判断正负极找出反应原理.写出总反应方程式。②利用氧化还原反应知识，找出氧化剂、还原剂和电子转移数。负极：a-ne-=an+(氧化反应)正极：Cm++me-=C(还原反应)③验证：两电极反应式相加所得式子与原化学方程式相同，则书写正确。电极反应方程式书写方法：即：正极反应式+负极反应式===总反应式注意：书写时，正负极得失电子总数相等。1.下列装置中能组成原电池形成电流的是()CAZnCuH2SO4CuZnA酒精ABZnH2SO4ACuH2SO4CDACuCuH2SO42、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(D)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；3.某金属能跟稀盐酸作用放出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是()A.MgB.FeC.AlD.CuB4.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B先变大后变小C逐渐变大D.逐渐变小C你知道了吗？①Al作____极,②Cu作____极电极反应式是：负极___________________正极___________________总反应式_____________________练习1：Al和Cu作电极所构成的原电池,电解质溶液为稀硫酸负正2Al-6e-=2Al3+6H++6e-=3H2↑2Al+6H+=2Al3++3H2↑H2SO4(aq)CuSO4(aq)ZnCu负极():.正极():.总反应式:.负极():.正极():.总反应式:.练习2：请在图上标出电子的流动方向和电流方向,并判断正负极，写出电极反应式和总反应式.AgFeZnZn－2e-=Zn2+CuCu2++2e-=CuZn+Cu2+=Zn2++CuFeFe－2e-=Fe2+Ag2H++2e-=H2↑Fe+2H+=Fe2++H2↑Ie-e-IA．碳棒上有红色固体析出B．导线中有电子流动，电子从a极流入到b极C．a是正极，b是负极D．a极上发生了氧化反应答案C3．如图所示的装置中，a的金属性比氢强，b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是()CuSO4溶液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CuCl2H2SO4CuSO4HCl5、如图装置，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的哪一组（）A、A是锌，B是铜，C为稀H2SO4B、A是铜，B是锌，C为稀硫酸C、A是铁，B是银，C为AgNO3溶液D、A是Ag，B是铁，C为AgNO3溶液ACABD6、锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为Li+MnO2=LiMnO2,下列说法正确的是（）A、Li是正极，电极反应为Li－e-=Li+B、Li是负极，电极反应为Li－e-=Li+C、Li是负极，电极反应为MnO2+e-=MnO2–D、Li是负极，电极反应为Li－2e-=Li2+B二、原电池原理的应用1．加快氧化还原反应的速率如实验室用Zn和稀H2SO4(或稀HCl)反应制H2，用粗Zn产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2的速率加快。如果用纯Zn，可以在稀H2SO4溶液中加入少量CuSO4溶液，也同样会加快产生H2的速率，原因是Cu2＋＋Zn===Cu＋Zn2＋，Zn和生成的Cu在稀H2SO4的溶液中形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2速率加快。2．判断金属的活动性强弱例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入到稀H2SO4中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生，根据电极现象判断出a是负极，b是正极，由原电池原理可知，金属活动性ab，即原电池中，活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。3、保护金属设备例如船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀，所以经常在船体外壳焊接比铁活泼的锌。4、设计原电池1、X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y是电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为（）Ａ．Ｘ＞Ｙ＞ＺＢ．Ｘ＞Ｚ＞ＹＣ．Ｙ＞Ｘ＞ＺＤ．Ｙ＞Ｚ＞ＸC因为X置换出Z,所以金属性Ｘ＞Ｚ负极的金属较活泼,所以Ｙ＞Ｘ2、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二、发展中的化学电源干电池碱性电池蓄电池锂离子电池燃料电池干电池碱性电池（1）干电池结构及电极反应原理（1）普通锌锰干电池负极：Zn-2e-==Zn2+正极：2NH4++2e-=2NH3↑+H2↑Zn+2NH4+==Zn2++2NH3↑+H2↑电池总反应式：特点：a：一次性电池，不可逆b：用KOH代替NH4Cl能提高性能，延长寿命2MnO2+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=[Zn(NH3)4]Cl2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碱性电池是个人音响、照相机等地首选电源。碱性电池电解液:中性NH4Cl→碱性KOH（离子导电性更好）负极：锌片→锌粉（反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高）优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电(2)碱性锌-锰干电池（3）纽扣电池负极：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-总反应：Ag2O+Zn=ZnO+2Ag电极反应：用途：电子手表、液晶显示的计算器或一个小型的助听器等所需电流是微安或毫安级的。2、充电电池1、充电电池：氧化还原反应在充电时可以逆向进行。2、充电电池又称二次电池，能够重复使用至一定的周期。手机专用电池摄像机专用电池笔记本电脑专用电池化学能放电充电电能（1）铅蓄电池用途：目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池，它还广泛用于国防、生产、生活等领域。铅蓄电池：最早使用的充电电池。特点：铅蓄电池的电压稳定，使用方便安全可靠，可再次充电使用。铅蓄电池工作原理负极（Pb）：Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极（PbO2）：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O原电池反应：PbO2+2H2SO4+Pb=2PbSO4+2H2O（2）镍镉电池特点：体积小，便于携带。可重复使用500次以上。寿命比铅蓄电池长。镉有致癌作用，有被镍氢电池取代的趋势。H2+NiO(OH)2Ni(OH)2+H2O。放电充电镍镉电池电极反应（KOH为电解液）用途：广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等。2NiO(OH)+2H2O+Cd2Ni(OH)2+Cd(OH)2放电充电（3）锂电池以锂为负极的非水电解质电池有几十种，其中性能最好、最有发展前途的是锂一二氧化锰非水电解质电池，这种电池以片状金属及为负极，电解活性MnO2作正极，高氯酸及溶于碳酸丙烯酯和二甲氧基乙烷的混合有机溶剂作为电解质溶液：负极：Li－e＝Li+正极：MnO2＋e＋Li+＝LiMnO2总反应：Li＋MnO2＝LiMnO2锂离子电池锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。特点：高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。用途：现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机、手表、心脏起搏器等低功耗电器的主流。笔记本电脑专用电池3、燃料电池——高效、环境友好的化学电池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。(例如：H2和O2的燃料电池，CH4和O2的燃料电池)燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接