資源簡介

(共45張PPT)
化學反應與電能
第一課時：化學反應與電能
忻城縣中學化學組曾家亮
我們的生活很難離開電
生活中人們使用的電能來自于哪里
火力發電
水力發電
風力發電
太陽能發電
核能發電
電池供電
2001年
2015年
2018年
近幾年中國發電總量構成對比
2018年，中國發電總量占比世界發電總量的1/4；近階段，火電仍然是中國發電的主要組成；其它形式的發電占比逐年在增加。火力發電是怎么樣產生的？
火力發電——燃煤發電的能量轉化過程
化學能（燃料）
燃燒
熱能
蒸汽
渦輪機
機械能
發電機
電能
①使用的化石燃料屬于不可再生資源;
②化石燃料的燃燒會產生大量的有害氣體(如SO2、CO等)及粉塵,污染環境;
③能量經過多次轉化，能量利用率低。
思考：火力發電有什么缺點？
電子定向移動
氧化還原反應
寫出鋅和稀硫酸反應的化學方程式并用單線橋分析
探究把化學能直接轉變為電能的裝置？
Zn +H2SO4=ZnSO4+H2 ↑
2e-
【思考1】電流是怎樣產生的？
【思考2】什么反應中有電子的轉移？
Zn +2H+=Zn2++H2 ↑
2e-
【實驗6-3】
探究實驗 討論與交流
實驗一： 分別將鋅片和銅片插入稀硫酸溶液中 觀察鋅片和銅片上現象和差別？
實驗二： 鋅片和銅片先插入稀硫酸溶液中， 然后再用導線連接 觀察鋅片和銅片上有何現象？
實驗三： 鋅片和銅片通過導線接電流表 插入稀硫酸溶液中 觀察電流表上有何現象？
【實驗6-3】
探究實驗 討論與交流
實驗一： 分別將鋅片和銅片插入稀硫酸溶液中 觀察鋅片和銅片上現象和差別？
實驗二： 鋅片和銅片先插入稀硫酸溶液中， 然后再用導線連接 觀察鋅片和銅片上有何現象？
實驗三： 鋅片和銅片通過導線接電流表 插入稀硫酸溶液中 觀察電流表上有何現象？
原電池
【實驗6-3】
銅鋅未連接時，鋅片表面有氣泡，銅片無明顯變化。
原因是與金屬活動性順序有關。
銅鋅未連接時反應的離子方程式
0
0
+2
實驗一
+1
失 2e-
得 2×e-
Zn＋2H＋ = Zn2＋＋ H2↑
結論：鋅與稀硫酸反應生成氫氣，而銅不反應
銅鋅連接時，
銅表面出現大量氣泡，鋅片溶解，表面無氣泡
實驗二
實驗三
銅片上：有氣泡
鋅片上：逐漸溶解
電流表：指針偏轉
電流表指針發生偏轉，說明導線中有電流產生
1.定義：將___________直接轉變成___________的裝置叫做原電池。
一：原電池
化學能
電能
A
Zn
Cu
SO42－
H+
H+
e－
本質：氧化反應和還原反應分別在兩個不同的電極上進行。
鋅片：
銅片：
Zn－2e－ = Zn2+
2H+＋2e－ = H2↑
(氧化反應)
(還原反應)
【課堂練習】
1.下列設備工作時，將化學能轉化為電能的是（ ）
A B C D

鋰離子電池 太陽能集熱器 燃氣灶 硅太陽能電池
A
思考：依據原電池的裝置圖，構成原電池的條件是什么？
原電池
A
Zn
Cu
SO42－
H+
H+
e－
原電池
(4) 能自發進行的氧化還原反應
(1) 兩個活潑性不同的電極，如：金屬與金屬、金屬與非金屬
(2) 電解質溶液 (溶液或者熔融)
(3) 電極用導線相連并插入電解液構成閉合回路
2.原電池的構成條件
酒精、蔗糖、四氯化碳不是電解質（非電解質）
原電池
正極：
負極：
電子流入的電極
電子流出的電極
通常是不活潑金屬或石墨電極
通常是活潑金屬
得電子，化合價降低，發生還原反應
失電子，化合價升高，發生氧化反應
鋅片：
Zn－2e－ = Zn2+
(氧化反應)
銅片：
2H+＋2e－ = H2↑
(還原反應)
A
Zn
Cu
SO42－
H+
H+
e－
3.正極，負極：
電子、離子的移動方向
外電路：
原電池
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
H+
H+
Zn－2e－=Zn2+
2H++2e－=H2↑
氧化反應
還原反應
負極
正極
陽離子
陰離子
SO42-
發生溶解
產生氣泡
原電池總反應：Zn+2H+=Zn2++H2↑
電子流向: 負極 沿導線 正極
電流方向: 正極 沿導線 負極
內電路：
外電路
內電路
4.工作原理
負氧正還
陽離子→正極；陰離子→負極
【注意】電子不下水，離子不上岸
【正正,負負】
1下列哪些裝置能構成原電池？
×
√
√
×
×
×
原電池
2下列裝置能將化學能轉化為電能的是（ ）
B
化學反應與電能
預期現象：鋅片溶解；銅片上有紅色物質析出；電流表指針偏轉
負極：Zn-2e- = Zn2+ 正極：2Cu2++2e- = Cu
觀察并記錄實驗現象，其中哪些與預測一致，哪些與預測不同？
再探原電池
鋅銅原電池：Zn+Cu2+=Zn2++Cu
1.為什么鋅片上有紅色物質生成？
因為鋅與CuSO4溶液直接接觸，發生氧化還原反應，所以鋅片表面有銅析出。
2.為什么電流表讀數不斷減小？
因為銅在鋅表面析出后，與CuSO4溶液一起形成了原電池，產生的電流并沒有經過電流表，所以電流表的讀數不斷減小。
鋅與CuSO4溶液的接觸面積逐漸減少，當鋅片表面完全被銅覆蓋后，相當于兩個電極都是銅，已不能發生原電池反應，最后沒有電流產生。
【分析原因】
（1）該原電池在工作中有何缺點？
（2）如何改進？
【深入探討】
鋅與硫酸銅溶液直接接觸發生反應，化學能轉化為電能效率低(部分化學能直接轉化為熱能),不能持續產生電流。
還原劑Zn與氧化劑CuSO4不直接接觸
兩個溶液間缺少離子導體，無法形成閉合回路。
5.雙液 - 鹽橋原電池
鹽橋：裝有飽和的KCl等溶液和瓊脂制成的瓊膠
（1）瓊膠的作用是防止管中溶液流出 ；
（2）K+和Cl-能在瓊膠內自由移動；
（3）離子只出不進。
Zn Cu
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
A
Zn2+
e-
e-
Cu2+
Cl-
K+
鹽橋
①溝通內電路，形成閉合回路
②平衡電荷，使溶液保持電中性
③避免電極與電解質溶液直接反應，放電更持久。
鹽橋的作用：
一個原電池由兩個半電池組成，一個發生氧化反應，一個發生還原反應，兩個半電池用鹽橋連接。
鋅半電池
銅半電池
原電池裝置的改造
mA
Cu
Zn2+
Cu2+
SO4 2-
SO4 2-
Zn
K+
Cl-
Zn2+
mA
Zn-2e-=Zn2+
Cu2++2e-=Cu
—
氧化
反應
鹽
橋
還原
反應
+
負極
正極
把氧化反應和還原反應分開在不同區域進行，再以適當方式連接，可以獲得電流。
單液原電池
鹽橋（雙液）原電池
1.兩個半反應在同一區域進行，電流不穩定。
2.兩個半反應在不同區域進行，電流持續、穩定。
相同點：
氧化還原反應原理；兩個電極；都能產生電流；外電路均
是電子的定向移動， 內電路均是離子的定向移動。
不同點：
鹽橋（雙液）原電池
Zn - 2e- = Zn2+
Cu2+ + 2e- = Cu
正極：
還原反應
ZnSO4溶液
CuSO4溶液
負極：
氧化反應
2、提高了能量轉化率（化學能→電能）；
3、有效避免了電極材料與電解質溶液的直接反應， 能夠防止裝置中化學能的自動釋放(自放電)，增加了原電池的使用壽命。
1、離子在鹽橋中作定向移動，減少了離子的混亂，使離子移動更加有序，能夠產生持續穩定的電流；
缺點：1.內阻大，電流弱 2.鹽橋需要定期更換
設計雙液原電池
依據：已知一個氧化還原反應，
負極：如發生氧化反應的為金屬單質，可用該金屬直接作負極;
如為氣體(如H2)或溶液中的還原性離子，可用惰性電極(如Pt、石墨棒)作負極。
正極：發生還原反應的(電解質溶液中的陽離子)在正極上被還原。
正極電極材料一般不如負極材料活潑。本例中可用惰性電極(如Pt、石墨棒)作正極。
電解質溶液：電解質溶液一般能與負極材料反應。
但如果兩個半反應分別在兩個容器中進行(中間連接鹽橋)，則左右兩個容器中的電解質溶液選擇與電極材料相同的陽離子。如本例中可用ZnCl2和FeCl3溶液作電解質溶液。
1.依據反應：2Ag+(aq) + Cu(s) = Cu2+(aq) + 2Ag(s)設計
的原電池如圖所示。
請回答下列問題：
（1）電極X的材料是_________；電解質溶液Y
是_______；
（2）銀電極為電池的_______極，發生的電極反應為_____________；X電極上發生的電極反應為
_____________。
（3）外電路中的電子是從_____電極流向______電極。
銅
AgNO3
正
2Ag+ +2e-=2Ag
Cu-2e-=Cu2+
Ag
Cu
1.陽離子交換膜：只允許陽離子通過
3.質 子 交 換 膜：只允許H+通過
2.陰離子交換膜：只允許陰離子通過
改進
增大電流呢？
縮短鹽橋長度，增大鹽橋橫截面積
能否用一張薄薄的隔膜代替鹽橋呢？
雙液原電池電流弱的原因？改進措施？
①離子運動的距離長
②離子運動的通道窄
③離子容量小
電池內阻大，輸出電壓小
離子交換膜簡介
離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透過能力的高分子膜。
由于固定離子基團吸引膜外的異種電荷離子，在電位差推動下透過膜體，同時排斥同種電荷的離子，攔阻它進入膜內。
2.下列裝置中，能構成原電池的是________(填序號)，能構成原電池的指出電極的名稱并寫出電極反應。
①②⑤
①Cu-正極：2H＋＋2e－===H2↑； Fe-負極：Fe－2e－===Fe2＋
②Zn-負極：Zn－2e－===Zn2＋； Fe-正極：Cu2＋＋2e－===Cu
⑤Ag-正極：2Ag＋＋2e－=== 2Ag；Cu-負極：Cu－2e－===Cu2＋
2Cu－4e－=2Cu2＋
O2＋4e－＋4H＋=2H2O
3H2－6e－＋6OH－=6H2O
2FeO42－＋5H2O＋6e－=Fe2O3＋10OH－
電極材料
反應類型
電子流向
電極現象
離子移向
負
極
正
極
e-
較活潑金屬
氧化反應
電子流出
不斷溶解
質量減小
陰離子移向
較不活潑金屬或
能導電的非金屬
還原反應
電子流入
電極增重或
有氣體產生
陽離子移向
【歸納小結】
判斷原電池正、負極的方法
內容內容內容
6.原電池原理的應用
1．比較金屬活動性
兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比正極的金屬活潑。
例如：有兩種金屬a和b，用導線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產生。
則：金屬_____是負極，金屬_____是正極；金屬活動性：________。
a
b
a ＞ b
原電池
內容內容內容
6.原電池的應用
2．增大氧化還原反應的速率
一個氧化還原反應，構成原電池時的反應速率比直接接觸的反應速率快。
例如：鐵和稀 H2SO4 反應時，若加入少量 CuSO4溶液，Fe 與 CuSO4 反應生成 Cu，形成 Fe | 稀硫酸 | Cu 原電池，加快產生H2的速率。
原電池
Fe
Cu
SO42－
H+
H+
H+
e－
負極：Fe-2e-=Fe2+
正極：2H++2e-=H2
Fe+Cu2+=Cu+Fe2+
內容內容內容
6.原電池的應用
3．設計原電池
理論上，任何一個自發的氧化還原反應，都可以設計成原電池。利用原電池原理設計和制造原電池，可以將化學能直接轉化為電能。
將反應2Fe3+＋Cu === 2Fe2+＋Cu2+設計成原電池。
原電池
負極：Cu-2e-=Cu2+
正極：2Fe3++2e-=2Fe2+
課堂檢測
內容內容內容
【例1】理論上不能設計為原電池的化學反應是（ ）
A．CH4 + 2O2 === CO2 + 2H2O
B．2FeCl3 + Fe === 3FeCl2
C．2Al + 2NaOH + 2H2O === 2NaAlO2 + 3H2↑
D．HNO3 + NaOH === NaNO3 + H2O
D
課堂檢測
內容內容內容
【例2】下圖是Zn和Cu形成的原電池，某實驗興趣小組做完實驗后，記錄如下：① Zn為正極，Cu為負極；② H+ 向負極移動；③ 電子流動方向，從Zn經外電路流向Cu； ④ Cu極上有H2產生；⑤正極的電極反應式為 2H++2e－=H2↑。描述合理的是（ ）
A．①②③ B．③④⑤ C．①④⑤ D．②③④
B
課堂檢測
內容內容內容
【例3】有a、b、c、d 四種金屬。將a與b用導線連接起來，浸入電解質溶液中，a不斷腐蝕；將a、d分別投入同濃度的鹽酸中，d比a反應劇烈；將銅浸入b的鹽溶液中，無明顯變化；如果把銅浸入c的鹽溶液里，有金屬c析出。根據以上現象判斷，它們的活動性由強到弱的順序是
A．d c a b B．d a b c C．d b a c D．b a d c
B
間接：
直接：
化學能
燃燒
熱 能
蒸汽
機械能
發動機
電能
裝置
原電池
概
念
構成條件
工作原理
化
學
反應與
電
能
【總結】
原電池的應用
原電池原理的應用
1.如圖為某興趣小組制作的蘋果電池，下列說法正確的是（ ）
A.電子由銅通過導線流向鋅
B.該裝置是將電能轉化為化學能的裝置
C.鋅電極發生氧化反應
D.電流由鋅通過導線流向銅
C
【課堂練習】
2.下列敘述正確的是（ ）
①原電池是把化學能轉化成電能的一種裝置
②原電池的正極發生氧化反應，負極發生還原反應
③能自發進行的氧化還原反應可設計成原電池
④碳棒不能用來作原電池的正極
⑤反應Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag可以自發進行
A.①③⑤ B.①④⑤ C.②③④ D.②⑤
A
【課堂練習】
3.如圖所示的裝置，M為活動性順序位于氫之前的金屬，N為石墨棒，關于此裝置的下列敘述中，不正確的是（ ）
A.N上有氣體放出
B.M為負極，N為正極
C.稀硫酸中 移向M極
D.導線中有電流通過，電流方向是由M到N
D
【課堂練習】
謝謝同學們
加油！

展開更多......

收起↑