資源簡介

(共35張PPT)
§2.2.2化學反應與能量轉化
原電池與化學電源
化學電池已經成為人類生產和生活的重要能量來源之一，各式各樣的化學電池的發明也是化學科學對人類的一個重大貢獻。
生活中人們使用的電能來自于哪里
太陽能發電
風力發電
核能
地熱能發電
水力發電
生物質能
潮汐能發電
火力發電
我國目前電能主要來自火力發電，其次是水力發電。
火力發電
化學能
燃料燃燒
熱能
蒸汽輪機
機械能
發電機
電能
直接？
1.火力發電：化學能經過一系列能量轉化過程，間接轉化為電能。
煤炭
燃燒
蒸汽
發電機
90%
90%
90%
72.9%
火力發電的弊端： 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.轉換環節多，能量損耗大，能量的利用率低。
2.實驗探究： 認識原電池
內容內容內容
實驗裝置 實驗現象 實驗結論
鋅片：逐漸溶解，
表面有氣泡產生
銅片：沒有變化
鋅與稀硫酸反應生成氫氣，銅與稀硫酸不反應。
鋅片：逐漸溶解
銅片：表面有氣泡產生
電流表：指針發生偏轉
Zn
稀H2SO4
Cu
A
Zn
稀H2SO4
Cu
鋅與稀硫酸發生反應，
但銅片上有氫氣生成，
發生反應的同時產生電流。
將 能直接轉化為 能的裝置。
3.原電池
化學
電
（1）概念：
（3）電極
（2）本質：氧化反應和還原反應分別在兩個不同的區域進行。
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
+
-
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
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
外電路
內電路
陰離子 負極
陽離子 正極
外電路
內電路
e－
I
“電子不下水，離子不上岸”
4.原電池的形成條件
稀硫酸
Zn Zn
①電極材料（負極也屬于電極反應物）：
兩種活潑性不同的金屬作電極（或其中一種為能導電的非金屬，如“碳棒”）
其中較活潑金屬為負極，較不活潑金屬（或非金屬）為正極（正極一般不參與電極反應，只起導電作用）；
②離子導體（電極反應物）：具有電解質溶液或熔融電解質
一般來講負極要與電解質溶液發生氧化還原反應
稀硫酸
Zn Cu
酒精
Zn Cu
自發進行氧化還原反應
如： Al / NaOH / Mg 原電池 ： 是Al作負極
Cu / HNO3 （濃） / Fe 原電池 ： 是Cu作負極
③電極間形成閉合回路
稀硫酸
Zn Cu
Zn Cu
稀硫酸
稀硫酸
Zn Cu
用導線（電子導體）連接兩極與電解質溶液共同形成閉合回路
也可以讓兩個電極直接接觸
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
下列裝置中能夠組成原電池的是________(填序號)，其他不能構成原電池的試分別說明理由：____。
③⑤
一個電池反應的離子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu， 該反應的的原電池正確組合是（ ）
C
A B C D
正極 Zn Cu Cu Fe
負極 Cu Zn Zn Zn
電解質溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl
如圖是Zn和Cu形成的原電池，某實驗興趣小組做完實驗后，在讀書卡片上記錄如下，其中正確的是(　　)
①Zn為正極，Cu為負極　
②H＋向負極移動　
③電子是由Zn經外電路流向Cu　
④Cu極上有H2產生　
⑤若有1 mol電子流過導線，則產生的H2為0.5 mol?、拚龢O的電極反應式為Zn－2e－=Zn2＋
A．①②③　　　B．③④⑤　　　C．④⑤⑥ D．②③④
B
5.如何正確書寫電極反應式呢？
找還原劑
寫出穩定的電極產物
找正負
使守恒
看環境
相加減
②電荷守恒
③原子守恒
①電子守恒
正極+負極=總反應式
找氧化劑
酸性補H＋
堿性補OH－
給什么補什么
銅
鋁
稀鹽酸
Al - 3e- = Al3+
2H+ + 2e- = H2↑
負極:
正極:
總反應式:
2Al + 6H+= 2Al3+ + 3H2↑
銅
鐵
濃HNO3
Cu - 2e- = Cu2+
2NO3- + 2e- + 4H+ = 2NO2↑ + 2H2O
負極:
正極:
總反應式:
Cu + 2NO3- + 4H+ = Cu2+ + 2NO2↑ + 2H2O
6. 原電池正負極的判斷
判斷依據 負極 正極
電極材料
電子流向
電流流向
電極反應
電極現象
溶液中離子流向
活潑金屬
活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬
電子流入
電子流出
氧化反應
還原反應
質量減小或溶解
有氣泡產生或質量增加
陰離子流向負極
陽離子流向正極
電流流入
電流流出
7.化學電池
銀鋅電池
干電池
鉛酸電池
鎳氫電池
燃料電池
鋰離子電池
化學電源
①一次電池又稱不可充電電池——如：干電池
不可重復使用。
如普通干電池、堿性鋅錳電池、鋅銀紐扣電池等。
②二次電池又稱充電電池——蓄電池
放電后可以再充電重新使用。
如鉛蓄電池、鋅銀蓄電池、鎘鎳電池、鋰離子電池等。
③燃料電池
將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑(如氧氣）的化學能直接轉化為電能的電化學反應裝置。
如氫氧燃料電池、甲烷燃料電池、甲醇燃料電池等。
④其他電池：
如海水電池、心臟起搏電池等。（特殊用途，現代科技）
一次電池（干電池）
普通鋅錳干電池的構造如圖所示
（1）鋅筒為 。
（2）石墨棒為 ，最終被還原的物質是 。
（3）NH4Cl糊的作用是 。
負極
正極
MnO2
作電解質溶液
總反應：
Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++ 2MnO(OH）+2NH3+H2O
負極： Zn - 2e- = Zn2+
正極：2MnO2+2NH4++2e- =2MnO(OH）+ 2NH3
二次電池
鉛酸蓄電池
PbO2
（4）放電時電極反應式：
Pb
H2SO4溶液
Pb－2e-＋SO42-＝PbSO4
PbO2＋2e-＋4H＋＋SO42－＝PbSO4＋2H2O
（1）負極材料是： ___________
（2）正極材料是： _________________
（3）電解質是 _________________
正 極
負 極
總反應
tips：放電時，電解質溶液中硫酸的濃度_____(填“增大”“減小”或“不變”)。
減小
負極每個鉛原子失去2e-，就生成一個PbSO4 ,負極增加一個。
當鉛酸蓄電池向外電路提供2 mol電子時，理論上負極板的質量增加____ g。
96
總反應： Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
放電
充電
汽車的啟動電源常用鉛蓄電池，其放電時的原電池反應如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，根據此反應判斷，下列敘述中正確的是( )
A.Pb是正極
B.PbO2得電子，被氧化
C.負極反應是Pb＋SO42-－2e－=PbSO4
D.電池放電時，溶液的酸性增強
C
燃料電池
將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑(如氧氣）的化學能直接轉化為電能的電化學反應裝置.
具有清潔、安全、高效等特點。
燃料電池的能量轉化率可以達到80%以上。
原理
優點
與其他電池的區別
反應物不儲存在電池內部，由外設設備提供燃料和氧化劑。
惰性電極
活性電極
(C、Pt、Au等)
(除Pt、Au外的其余金屬)
A
Pt
(-)
Pt
(+)
正極室
負極室
隔膜
電解質溶液
H2
O2
1、氫氧燃料電池——酸性
2H2－4e－= 4H＋
2H2－4e－＋4OH－= 4H2O
O2＋4H＋＋4e－= 2H2O
O2＋2H2O＋4e－= 4OH－
2H2－4e－＋2O2－= 2H2O
O2＋4e－= 2O2－
使用燃料電池的汽車
1.正誤判斷
(1)燃料電池是利用燃料的燃燒發電(　　)
(2)燃料電池中，燃料在正極上發生氧化反應(　　)
(3)氫氧燃料電池將熱能直接轉變為電能(　　)
(4)原電池中正極材料一定發生還原反應(　　)
(5)原電池中的負極反應一定是電極材料失電子(　　)
×
×
×
×
×
2.國家電投氫能公司全自主研發的“氫騰”燃料電池系統廣泛應用于氫能大巴。某種氫燃料電池的內部結構如圖，下列說法正確的是
A.電池工作時，電解質溶液中的H＋向b極
移動
B.a極發生的電極反應為
H2＋2e－＋2OH－===2H2O
C.b極為正極，發生氧化反應
D.當外電路有1 mol電子轉移時，b極消耗5.6 L O2
A
8. 原電池原理的應用
①比較金屬活潑性
④保護金屬材料
③設計電池
②加快反應速率
一般情況下，若兩種金屬A、B與電解質溶液構成原電池，若金屬A作負極，則金屬活動性：______。
A＞B
實驗室制H2時，由于鋅太純，反應較慢，可加入少量CuSO4以加快反應速率。
船體鑲鋅塊
有A、B、C、D四種金屬。將A與B用導線連結起來，浸入電解質溶液中，B不易腐蝕。將A、D分別投入等濃度的鹽酸中，D比A反應劇烈。將銅浸入B的鹽溶液里，無明顯變化。如果把銅浸入C的鹽溶液里，有金屬C析出。據此判斷它們活動性由強到弱的須序是：
A. D>C>A>B B. D>A>B>C C. D>B>A>C D. B>A>D>C
B
設計原電池
原電池的設計方法：
①找—找一個能夠自發進行的氧化還原反應，只有自發進行的氧化還原反應才能被設計成原電池；
②拆—將氧化還原反應拆分為氧化反應和還原反應兩個半反應，分別作為負極和正極的電極反應，還原劑－ne－===氧化產物(負極電極反應)，氧化劑＋ne－===還原產物(正極電極反應)；
③定—根據氧化還原反應中的還原劑和氧化劑確定原電池的負極和電解質溶液，正極一般選擇比負極活潑性差的金屬或能導電的非金屬。
④畫—連接電路形成閉合回路，畫出原電池示意圖。
以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu為例
材料選擇 裝置 電極反應式
負極：Fe 正極：Cu或C等(活潑性比Fe差的金屬或導電的石墨棒均可) 電解質溶液：CuSO4溶液 負極：
_______________
正極：
_________________
Fe－2e－===Fe2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
請回答下列問題:
(1)電極X的材料是　 　;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。
依據氧化還原反應:2Ag++Cu = Cu2++2Ag,設計的原電池如下圖所示。
Cu　
AgNO3溶液
正
Ag++e- = Ag
Cu-2e- = Cu2+
Ag
Cu

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