資源簡介

(共38張PPT)
第六章 化學反應與能量
第一節(jié) 化學反應與能量
第二課時 化學反應與電能
電是從哪來的？
火力發(fā)電
核電站
水力發(fā)電
風力發(fā)電
我們目前電能主要來自火力發(fā)電，其次是水力發(fā)電。
2015年我國發(fā)電總量構成圖
火力發(fā)電的原理
水力發(fā)電
蒸汽
化學能
熱能
機械能
電能
燃燒
發(fā)電機
化學能經過一系列能量轉化過程，間接轉化為電能。
火力發(fā)電的原理
化學反應與電能
1、煤炭是不可再生資源，會造成能源危機
2、煤炭燃燒會產生污染性氣體
3、轉換環(huán)節(jié)多，能量損耗大，能量的利用率低
弊端
探究把化學能直接轉變?yōu)殡娔艿难b置？
電流是怎樣產生的？
什么反應中有電子的轉移？
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
Zn+2H+=Zn2++H2 ↑
2e-
什么方法可使Zn與H+分開，從而讓電子定向移動呢？
【實驗6-3】教材P36頁
1、將銅片和鋅片一起插入稀硫酸溶液中，觀察現象并解釋原因。
實驗現象：Zn片溶解，并有氣泡冒出，
Cu片無明顯現象。
解釋：
Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑
【實驗6-3】教材P36頁
2、用導線把鋅片和銅片連接起來,觀察比較導線連接前后的現象。(注意兩塊金屬片不要相接觸)。
實驗現象：
Zn片逐漸溶解但無氣泡（理論上）；
Cu片上有氣泡冒出。
解釋：
Cu片上有H2產生。
思考：
如何證明電子的定向移動？
【實驗6-3】教材P36頁
3、用導線在鋅片和銅片之間串聯一個電流表，觀察電流表的指針是否偏轉。
實驗現象：
指針偏轉
解釋：
電路中有電流通過，發(fā)生了電子定向移動。
原電池
1.定義：將___________轉變成___________的裝置叫做原電池。
化學能
電能
A
Zn
Cu
SO42－
H+
H+
正極
負極
e－
2.本質：氧化反應和還原反應分別在兩個不同的區(qū)域進行。
鋅片：
銅片：
負 極
正 極
Zn－2e－ = Zn2+
2H+＋2e－ = H2↑
(氧化反應)
(還原反應)
3.電極：
稀硫酸
鋅片
銅片
Zn－2e－=Zn2+
氧化反應
負極
發(fā)生溶解
2H++2e－=H2↑
還原反應
正極
產生氣泡
外電路
內電路
負極 沿導線 正極
正極 沿導線 負極
電子流向：
電流方向：
陽離子 正極
陰離子 負極
原電池總反應：_____________________
注意：電子不下水，離子不上岸
Zn+2H+=Zn2++H2↑
4.工作原理
原電池
5. 原電池形成條件
實驗裝置
能否構成原電池
結論 能
不能
1、自發(fā)進行的氧化還原反應
2、反應實質：一般原電池的負極和電解質溶液發(fā)生氧化反應
Cu
①自發(fā)的氧化還原反應
5. 原電池形成條件
②電極材料
實驗裝置
能否構成原電池
結論 能
能
不能
1、一般有兩種活潑性不同的金屬電極（或一種是非金屬導體，如石墨）
2、一般較活潑的金屬作負極；較不活潑的金屬、石墨等作正極
例外： Al / NaOH / Mg 原電池 ： 是Al作負極
Cu / HNO3 （濃） / Fe 原電池 ： 是Cu作負極
5. 原電池形成條件
③電解質溶液
實驗裝置
能否構成原電池
結論 能
能
不能
電極材料均浸入的是電解質溶液或熔融的離子化合物
5. 原電池形成條件
實驗裝置
能否構成原電池
結論 ④閉合回路
能
不能
整個裝置應構成閉合電路，導線連接，或直接接觸
能
(1) 有自發(fā)進行的氧化還原反應(放熱)
(2) 一般兩個活潑性不同的電極，如：金屬與金屬、金屬與非金屬
(3) 電解質溶液 或熔融的離子化合物
(4)兩極用導線相連，形成閉合回路
5. 原電池形成條件
練習. 下列各裝置露置在空氣中，能在外電路獲得電流的是(　　)
B
總反應：
電極反應：
6. 原電池正負極的判斷方法
電極材料
反應類型
電子流向
電極現象
離子移向
負極
正極
較活潑金屬
較不活潑金屬或
能導電的非金屬
氧化反應
還原反應
電子流出
電子流入
e-
不斷溶解
質量減小
電極增重或
有氣體產生
陰離子移向
陽離子移向
稀硫酸
練習. 如圖所示，電流計指針發(fā)生偏轉，同時A極質量減少，B極上有氣泡產生，C為電解質溶液，下列說法錯誤的是(　　)
C
A.B極為原電池的正極
B.A、B、C可能分別為Zn、Cu、稀鹽酸
C.C中陽離子向A極移動
D.A極發(fā)生氧化反應
原電池原理的應用
（1）加快氧化還原反應的速率
例：純鋅、粗鋅(含雜質銅)與HCl反應哪個快？
√
練習：下列現象中，不是由于原電池反應造成的是（ ）
A．含雜質的鋅與鹽酸反應比純鋅與鹽酸反應速率快
B．金屬在潮濕的空氣中易腐蝕
C．純鐵和稀硫酸反應，如滴入幾滴硫酸銅溶液，則可加快反應速率
D．純銀器表面變黑
D
稀硫酸
硫酸銅
Fe
（2）比較金屬活動性的強弱
例:有兩金屬a、b，用導線相連后移入稀H2SO4 中，能溶解的金屬活動性較_ __，表面出現較多氣泡的金屬活動性較_ __。
強
弱
原電池原理的應用
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 ( )
A. X>Y>Z　 B. X>Z>Y　　　
C.Y>X>Z　 D. Y>Z>X
C
（3）設計原電池（課本37頁）
自發(fā)進行的氧化還原反應
電極材料（金屬、石墨棒）
形成閉合回路（導線、電解質溶液等）
原電池的構成要素
活動性不同的兩個電極
（金屬與金屬或金屬與能導電的非金屬）
電解質溶液
導線
形成閉合回路
兩電極均插入其中
①設計原電池的氧化還原反應，分析氧化劑、還原劑
②選擇正負極材料及電解質溶液
③畫出原電池裝置圖
④按要求標電子移動、電流、離子移動方向，寫電極方程式
思考：根據原電池的形成條件設計原電池：
請判斷以下能否形成原電池，如果能形成，負極是哪一極？
稀硫酸
Al
Mg
A
氫氧化鈉
Al
Mg
A
稀硝酸
Fe
Cu
A
濃硝酸
Fe
Cu
A
生活中的電池
化學電池
一次電池
二次電池
燃料電池
燃料:
鉛蓄電池
鋅銀蓄電池
鎳鎘電池
鋰離子電池
普通干電池
堿性鋅錳電池
鋅銀紐扣電池
:又稱充電電池或蓄電池放電后經充電可使電池中的活性物質獲得重生，恢復工作能力，可多次重復使用。
:是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化成電能的化學電源,又稱連續(xù)電池
:電池中的反應物質消耗到一定程度，就不能再次利用。
氧化劑:
天然氣、煤氣等
H2、甲醇、
O2或空氣
認識化學電源
一、一次電池
一次電池中電解質溶液制成膠狀，不流動，也叫做干電池
1、普通鋅錳電池
Zn—MnO2 —NH4Cl
負極：Zn-2e-=Zn2+
正極： +2e-+2MnO2=2NH3 ↑+Mn2O3+H2O
總反應
Zn+2MnO2 + 2NH4Cl =ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O
0 +4 +2 +3
優(yōu)點：制作簡單，便于攜帶，價格便宜；
缺點：放電時間短，電壓下降快；容易漏液（鋅外殼變薄）糊狀NH4Cl顯酸性）
電池總反應：
Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
負極：Zn + 2OH– – 2e– =Zn(OH)2
正極：2MnO2 + 2H2O +2e– = 2MnOOH + 2OH–
鋅粉取代鋅筒，KOH取代NH4Cl，增大接觸面積
加快反應速率，減少電池內阻，電流大電壓高壽命長
0 +4 +3 +2
2、堿性鋅錳電池
Zn—MnO2 —KOH
優(yōu)點：電流穩(wěn)定，放電容量、時間增大幾倍，不會漲氣或漏液。
缺點：多數只能一次使用，不能充電；價格較貴。
2.二次電池也叫充電電池
化學能 電能
充電
放電
充放電轉化反應條件不同
不是可逆反應。
是可逆反應嗎？
鉛酸蓄電池的構造示意圖
優(yōu)點：電壓穩(wěn)定、使用方便、安全可靠、價格低廉等。
缺點：比能低、使用壽命短、日常維護頻繁等。
鉛蓄電池放電時的總反應為：
負極: Pb+SO42－ －2e－ = PbSO4
正極: PbO2＋4H＋＋SO42－ ＋2e－ = PbSO4＋2H2O
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4（aq） 2PbSO4(s)+2H2O(l)
放電
充電
放電：化學能轉化為電能；充電：電能轉化為化學能
0 +4 +2
1、鉛酸蓄電池
Pb—PbO2—H2SO4
二次電池
鋰離子電池：
負極：Li － e- ==Li+
正極：MnO2 ＋ e -== MnO2-
優(yōu)點: 質輕、比能量高、高工作效率、高穩(wěn)定電壓、工作溫度寬、高使用壽命，
現已成為筆記本電腦、移動電話、攝像機等低功耗電器的主流。
（非水有機溶劑電解液）
目前已研制成功多種鋰離子電池，某種鋰離子電池的總反應式為Li+MnO2=LiMnO2，
特斯拉汽車所用 松下18650鋰離子電池
燃料電池
利用原電池的工作原理，燃料和氧化劑分別放在兩個電極上發(fā)生氧化還原反應，將化學能直接轉化為電能。
反應物不儲存在電池內部，由外設設備提供燃料和氧化劑。
高效(能量轉化率可以達到80%以上), 環(huán)境友好。
優(yōu)點
3.
與其他電池的區(qū)別
2.
原理
1.
氫氧燃料電池
寫出H2SO4為電解質溶液的氫氧燃料電池的電極反應式
寫出KOH為電解質溶液的氫氧燃料電池電極反應式
負極：
正極：
O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O
O2 +4e- +2H2O ＝4OH-
負極：
正極：
H2 －2e- ＝2H+
2H2 －4e- ＝4H+
H2 -2e- +2OH- ＝2H2O
2H2 －4e- ＝4H+
2H2 -4e- +4OH－ ＝4H2O
2H2 -4e- +4OH－ ＝4H2O
總反應: 2H2+ O2 ＝2H2O
燃料電池
總: 2H2＋O2＝2H2O
MCFC型燃料電池（可同時供應電和水蒸氣）
其工作溫度為600℃－700℃
燃料為H2，電解質為熔融的K2CO3
負極
正極
+: O2 + 4e- + 2CO2 = 2CO32-
-: 2H2 - 4e- + 2CO32- = 2CO2 + 2H2O
以固體氧化鋯—氧化釔為電解質這種固體電解質在高溫下允許氧離子(O2－)在其間通過
+: O2 + 4e- = 2O2-
-: 2H2 - 4e- + 2O2- = 2H2O
總：2H2 + O2 = 2H2O
負極
正極
CH4 +10OH- －8e- = CO32-+7H2O
CH4 + 2O2 +2OH- =3H2O+ CO32-
2O2+8e-+4H2O = 8OH-
寫出甲烷燃料電池（CH4-O2-KOH溶液）的電極反應式
負極：
正極：
總反應:
課堂練習
燃料電池
歸納總結：
負極：燃料（H2、CO、烴類、肼、甲醇、氨、煤氣……）
正極：O2、空氣、Cl2等氧化性氣體
電解質：①酸性溶液
②堿性溶液
③熔融金屬氧化物
④熔融碳酸鹽
正極電極方程式
O2 + 4H+ + 4e- == 2H2O
O2 + 2H2O + 4e- == 4OH-
O2 + 4e- = 2O2-
O2 + 4e- +2CO2 = 2CO32-
一般用惰性電極材料(金、鉑、石墨等)
記住

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