高一化學必修二第二章第二節(jié)化學能與電能

1、2018年4月11日水電站水電站直接從自然界直接從自然界取得取得的能源稱為的能源稱為一次能源一次能源 電能是現(xiàn)代社會電能是現(xiàn)代社會中應用最廣泛、使用中應用最廣泛、使用最方便、污染最小的最方便、污染最小的一種二次能源，又稱一種二次能源，又稱為電力。為電力?；痣娬净痣娬疽淮文茉唇浖庸ぁ⑥D換得到的能源稱為一次能源經加工、轉換得到的能源稱為二次能源二次能源20012001年我國發(fā)電總量構成圖年我國發(fā)電總量構成圖火力發(fā)電占據(jù)絕大部分火力發(fā)電占據(jù)絕大部分什么是火力發(fā)電？什么是火力發(fā)電？火電站的工作原理如何火電站的工作原理如何? ?1,火力發(fā)電原理及過程火力發(fā)電原理及過程燃燒燃燒蒸汽蒸汽發(fā)電機發(fā)電機化學能化

2、學能 熱能熱能 機械能機械能 電能電能一、化學能與電能的相互轉化一、化學能與電能的相互轉化 化學能化學能 熱能熱能 機械能機械能 電電能能燃燒燃燒蒸汽蒸汽發(fā)電機發(fā)電機火力發(fā)電的原理分析?；鹆Πl(fā)電的原理分析。2、火力發(fā)電的化學深層本質分析、火力發(fā)電的化學深層本質分析燃燒燃燒氧化還原反應氧化還原反應氧化劑與還原劑之間發(fā)生電子的轉移氧化劑與還原劑之間發(fā)生電子的轉移火力發(fā)電火力發(fā)電將化學能經一系列能量轉化為電能將化學能經一系列能量轉化為電能舊鍵斷裂和新鍵形成、體系能量變化舊鍵斷裂和新鍵形成、體系能量變化過程過程關鍵關鍵本質本質本質本質引起引起a.我國煤炭資源豐富我國煤炭資源豐富,廉價方便廉價方便.b.

3、電能清潔安全電能清潔安全,又快捷方便又快捷方便.a.排出大量的溫室效應氣體排出大量的溫室效應氣體.b.有廢氣可能導致酸雨有廢氣可能導致酸雨c.廢料廢水廢料廢水d.儲量有限儲量有限e.能量轉換效率低能量轉換效率低 化學能化學能 電能電能？化學能電能化學能電能 ？（看書（看書P35頁第二、三段，回答問題）頁第二、三段，回答問題）1、當氧化劑和還原劑直接接觸進行反應時，化學、當氧化劑和還原劑直接接觸進行反應時，化學能要經過一系列能量轉換才能轉換為電能。能要經過一系列能量轉換才能轉換為電能。2、把氧化劑和還原劑分開，使氧化反應和還原反、把氧化劑和還原劑分開，使氧化反應和還原反應在兩個不同區(qū)域進行。應在

4、兩個不同區(qū)域進行。3、需要在氧化劑和還原劑之間架設橋梁使電子從、需要在氧化劑和還原劑之間架設橋梁使電子從氧化劑區(qū)域流向還原劑區(qū)域。氧化劑區(qū)域流向還原劑區(qū)域。4、考慮氧化反應和還原反應發(fā)生的條件和環(huán)境，、考慮氧化反應和還原反應發(fā)生的條件和環(huán)境，化學物質的選擇?；瘜W物質的選擇。5、從電學角度考慮儀器選擇和組裝問題。、從電學角度考慮儀器選擇和組裝問題。 離子方程式離子方程式思考問題思考問題尋找答案尋找答案你對問題你對問題的想法的想法ZnCu鋅表面有氣泡鋅表面有氣泡產生，銅表面產生，銅表面無明顯現(xiàn)象無明顯現(xiàn)象1.1.反應中，哪種物質失電子，哪種物質得電子反應中，哪種物質失電子，哪種物質得電子演示探究演

5、示探究實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象用導線將鋅表面的電子引出來用導線將鋅表面的電子引出來Zn +2H+ = Zn 2+ +H2.什么方法可使什么方法可使Zn與與H+分開，不讓分開，不讓H+直接在直接在Zn表面得電子？表面得電子？ 離子方程式離子方程式思考問題思考問題尋找答案尋找答案組內交流組內交流 列出想法列出想法 演示探究實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象CuCu起傳導電子的作用。起傳導電子的作用?？捎秒娏鞅頊y電流及方向?？捎秒娏鞅頊y電流及方向。Zn + 2H+ = Zn 2+ +H2ZnCu大量氣泡從銅大量氣泡從銅片逸出，鋅片片逸出，鋅片部分溶解部分溶解1.H1.H+ +得到的電子是得到的電子是CuCu失去的嗎？失去的嗎

6、？2.2.在這個過程中在這個過程中CuCu起什么作用？起什么作用？3.3.你怎樣才能知道導線中有電子通過？你怎樣才能知道導線中有電子通過？ 解釋實驗現(xiàn)象解釋實驗現(xiàn)象思考問題思考問題尋找答案尋找答案組內交流組內交流 列出想法列出想法演示探究實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象化學能直接轉化為電能化學能直接轉化為電能1.1.電子從電子從ZnZn到到H H+ +經歷了哪些途徑？經歷了哪些途徑？2.2.你認為這個過程能量是如何轉化的？你認為這個過程能量是如何轉化的？鋅表面無氣泡，鋅表面無氣泡，銅表面有氣泡，銅表面有氣泡，電流表發(fā)生偏轉。電流表發(fā)生偏轉。電子由電子由Zn 導線導線 銅片銅片 H+ 定向移動定向移動產生電流，

7、故電流表的指針發(fā)生偏轉產生電流，故電流表的指針發(fā)生偏轉ZnCu 實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象 ：銅片上有氣泡產生，鋅片不斷溶：銅片上有氣泡產生，鋅片不斷溶解，電流表的指針發(fā)生偏轉。解，電流表的指針發(fā)生偏轉。 實驗結論實驗結論 ：導線中有電流通過：導線中有電流通過二二. .化學能直接轉化為電能化學能直接轉化為電能1.1.原電池的概念、前提原電池的概念、前提 將化學能轉化為電能的裝置將化學能轉化為電能的裝置 概念概念:2.前前提提: 能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應3.3.原電池的工作原理原電池的工作原理能量轉變能量轉變 化學反應化學反應將化學能直接轉化為將化學能直接轉化為電能電能氧化還原反應中電

8、子氧化還原反應中電子轉移轉移 (負極失去電子負極失去電子經過導線定向的流入經過導線定向的流入正極正極)原電池原電池電極材料電極材料電極反應式電極反應式發(fā)生的反應發(fā)生的反應原電池的電極原電池的電極Zn片片Cu片片總的離子反應方程式總的離子反應方程式Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 2Zn+2HZn+2H+ +=Zn=Zn2+2+H+H2 2負極負極正極正極還原反應還原反應氧化反應氧化反應電極電極材料材料現(xiàn)象現(xiàn)象電子電子得失得失電極反應電極反應原電池原電池的電極的電極ZnZn片片CuCu片片總的離子反應方程式總的離子反應方程式失失得得ZnZn2

9、e2e- - ZnZn2+2+2H2H+ + + 2e+ 2e- -H H2 2負極負極正極正極Zn+2HZn+2H+ +ZnZn2+2+H+H2 2有氣有氣體產體產生生ZnZn片片溶解溶解鋅銅原電池原理鋅銅原電池原理負極出電子，電子回正極負極出電子，電子回正極 Zn2+ + 負極負極 正極正極 - - Zn Cu電流表電流表SO42-H+H+e-IH24.原電池化學反應本質：原電池化學反應本質： 較活潑的金屬發(fā)生氧化反應，較活潑的金屬發(fā)生氧化反應，電子電子從較活從較活潑的金屬（潑的金屬（負極負極）通過外電路流向通過外電路流向較不活潑的較不活潑的金屬（金屬（正極正極） 氧化還原反應氧化還原反應

10、 外電路：外電路：電子由負極流向正極，電子由負極流向正極， 電流由正極流向負極電流由正極流向負極內電路：內電路：陰離子移向負極，陽離陰離子移向負極，陽離 子移向正極，電流由負子移向正極，電流由負 極流向正極極流向正極e5.電電荷流向電流流向：荷流向電流流向：負極負極正極正極 6.原電池形成條件：原電池形成條件： 兩種活潑性不同的金屬（或其中一種兩種活潑性不同的金屬（或其中一種為能導電的非金屬，如為能導電的非金屬，如“碳棒碳棒”）作電極。）作電極。 其中較活潑金屬為負極。較不活潑金其中較活潑金屬為負極。較不活潑金屬（或非金屬）為正極（正極一般不參與屬（或非金屬）為正極（正極一般不參與電極反應，只

11、起導電作用）。電極反應，只起導電作用）。 電解質溶液電解質溶液 形成閉合電路形成閉合電路 能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應兩極一液一連線兩極一液一連線試著說說原電池的構成有什么條件？試著說說原電池的構成有什么條件？A AZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4A AZnZnC CH H2 2SOSO4 4A AZnZnCuCu酒精酒精ZnZnH H2 2SOSO4 4A ACuCuH H2 2SOSO4 4*A AZnZnZnZnH H2 2SOSO4 4A AZnZnCuCuHClHCl A AC CCuCuHClHCl實驗探究實驗探究A AZnZnCuCuH H2 2SO

12、SO4 4A AZnZnC CH H2 2SOSO4 4A AZnZnZnZnH H2 2SOSO4 4原電池原電池電流表指針電流表指針是否偏轉是否偏轉區(qū)別區(qū)別結論結論偏轉偏轉兩極材料不同兩極材料不同有兩種活潑性不同的金有兩種活潑性不同的金屬（或非金屬）作電極屬（或非金屬）作電極不偏轉不偏轉實驗探究實驗探究A AZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4A AZnZnCuCu酒精酒精A AZnZnCuCuHClHCl原電池原電池電流表指針電流表指針是否偏轉是否偏轉區(qū)別區(qū)別結論結論不偏轉不偏轉溶液不同溶液不同電極材料均插入電極材料均插入電解質溶液中電解質溶液中偏轉偏轉A AZnZnCuCuH H

13、2 2SOSO4 4實驗探究實驗探究A AC CCuCuH H2 2SOSO4 4原電池原電池電流表指針電流表指針是否偏轉是否偏轉區(qū)別區(qū)別結論結論不偏轉不偏轉電極材料不同電極材料不同能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應電流表指針電流表指針原電池原電池組組偏轉偏轉區(qū)別區(qū)別結論結論不偏轉不偏轉容器不同容器不同兩極相連形成閉合回路兩極相連形成閉合回路實驗探究實驗探究A AZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4ZnZnH H2 2SOSO4 4A ACuCuH H2 2SOSO4 4 CH2SO4（不可以）（不可以）（不可以）（不可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）例例2條件一：

14、有活潑性不同的兩種金屬或非條件一：有活潑性不同的兩種金屬或非金屬金屬（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成條件二：電極需插進電解質溶液中；形成條件二：電極需插進電解質溶液中；實驗探究形成原電池的條件實驗探究形成原電池的條件實驗探究形成原電池的條件實驗探究形成原電池的條件形成條件三：必須形成閉合回路形成條件三：必須形成閉合回路（不可以）（不可以）7.如何書寫電極反應方程式如何書寫電極反應方程式負極（鋅片）：負極（鋅片）： Zn 2e - = Zn 2+負極（鋅片）：負極（鋅片）： Zn 2e - = Zn 2+正極（石墨）：正極（石墨）： 2H+2e - = H2 正極（銅片）：正極（銅片）：

15、 Cu2+ + 2e - = Cu 總反應總反應: Zn + 2H+ = Zn 2+ + H2 總反應總反應: Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu 電極反應方程式的書寫方法電極反應方程式的書寫方法負極：負極：較活潑金屬（較活潑金屬（a） 電極反應：電極反應：a-ne-=an+ (氧化反應氧化反應)正極：正極：較不活潑金屬或非金屬（較不活潑金屬或非金屬（b） 電極反應：電極反應： Cm+ + me- = C(還原反應還原反應) 要求書寫時，正負極得失電子數(shù)相等。要求書寫時，正負極得失電子數(shù)相等。正極電極反應式+負極電極反應式=總反應方程式已知其中兩個可以求第三個金屬陽離子放電順序：金屬

16、陽離子放電順序：K+Ca2+Na+Mg2+Al3+(水中氫水中氫) H+ Zn2+Fe2+Sn2+Pb2+(酸酸中氫中氫)H+Cu2+ Fe3+ Hg2+Ag +特例l鎂鋁原電池硫酸作電解質的電極反應式是鎂鋁原電池硫酸作電解質的電極反應式是什么？還有氫氧化鈉作電解質又怎么寫？什么？還有氫氧化鈉作電解質又怎么寫？l硫酸硫酸做電解質：做電解質：負極負極：Mg-2e-=Mg2+正極正極：2H+2e- =H2總反應：總反應：Mg+ 2H+ =Mg2+ + H2lNaOH做電解質：做電解質：負極負極：2Al-6e-+8OH- = 2AlO2-+4H2O正極正極：6H2O+6e-=3H2 + 6OH-l總

17、反應：總反應： l2Al+2OH- +2H2O = 2AlO2- + 3H2 Zn-Al原電池，誰做負極？間接：間接：直接：直接：化學能化學能燃燒燃燒熱能熱能蒸汽蒸汽機械能機械能發(fā)動機發(fā)動機電能電能裝置裝置原電池原電池概概念念構構成成條條件件工工作作原原理理8.原原電池電極名稱的確定方法電池電極名稱的確定方法（1）、根據(jù)電極材料的性質確定。）、根據(jù)電極材料的性質確定。通常是活潑金屬是負極，不活潑金屬、碳棒、通常是活潑金屬是負極，不活潑金屬、碳棒、化合物是正極?；衔锸钦龢O。（2）、根據(jù)電極反應的本身確定。）、根據(jù)電極反應的本身確定。失電子的反應失電子的反應氧化反應氧化反應負極負極得電子的反應得

18、電子的反應還原反應還原反應正極正極練習：銀鋅電池是廣泛用作各種電子儀器的電源，它練習：銀鋅電池是廣泛用作各種電子儀器的電源，它的反應可表示為：的反應可表示為：Ag2O+Zn+H2O 2Ag+2Zn(OH)2請判斷此電池中，負極上發(fā)生反應的物質是（請判斷此電池中，負極上發(fā)生反應的物質是（ ）A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD（3）、根據(jù)電子或電流流動方向（外電路）、根據(jù)電子或電流流動方向（外電路）：電子從負極流出 沿導線 流入正極電流從正極流出 沿導線 流入負極ee（4）、）、根據(jù)離子的定向移動（內電路）根據(jù)離子的定向移動（內電路）陽離子向正極移動陽離子向正極移動陰離子向負極

19、移動陰離子向負極移動（5）、）、根據(jù)離子方程式判斷根據(jù)離子方程式判斷Fe+2H+=Fe2+H2（負極）（在正極） （ 6）、負極往往會溶解，正極往往會）、負極往往會溶解，正極往往會產生氣泡或者增重產生氣泡或者增重Fe+Cu2+=Fe2+Cu 9. 原電池原理的應用：原電池原理的應用：制作化學電源：各種電池制作化學電源：各種電池加快反應速率：加快反應速率： 例如例如:實驗室制實驗室制H2時，由于鋅太純，反應一時，由于鋅太純，反應一般較慢，可加入少量般較慢，可加入少量CuSO4以加快反應速率。以加快反應速率。判斷金屬活動性的強弱判斷金屬活動性的強弱揭示鋼鐵腐蝕的原因及防止鋼鐵的腐蝕。揭示鋼鐵腐蝕的

20、原因及防止鋼鐵的腐蝕。 因為鋼鐵中含有碳，可與因為鋼鐵中含有碳，可與Fe組成原電池，組成原電池，發(fā)生原電池反應而使鋼鐵遭到腐蝕。發(fā)生原電池反應而使鋼鐵遭到腐蝕。 析氫腐蝕析氫腐蝕:條件條件:水膜酸性較強水膜酸性較強負極負極:Fe-2e -=Fe2+正極正極:2H+ +2e -=H2析氧腐蝕析氧腐蝕:條件條件:水膜酸性較弱或呈中性水膜酸性較弱或呈中性負極負極:Fe-2e- =Fe2+正極正極:2H2O+O2+4e-=4OH- Fe2+2OH-=Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O10.原電池設計思路：原電池設計思路：釋放能量的

21、氧化還原反應（放熱反應）釋放能量的氧化還原反應（放熱反應） 通常須兩活性不同的電極通常須兩活性不同的電極 電解質溶液電解質溶液 還原劑在負極失電子，發(fā)生氧化反還原劑在負極失電子，發(fā)生氧化反 應；氧應；氧 化劑在正極得電子化劑在正極得電子,發(fā)生還原反應發(fā)生還原反應化學能與電能的相互轉化化學能與電能的相互轉化電能電能化學能化學能原電池原電池電解電解例：請根據(jù)反應例：請根據(jù)反應: 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+設計原電池，你有哪些可行方案設計原電池，你有哪些可行方案?Fe-Cu FeCl3Fe-C Fe(NO3)3Fe-Ag Fe2(SO4)3根據(jù)反應設計原電池，你有哪些可行方案根據(jù)反應設

22、計原電池，你有哪些可行方案? （ 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+ ）負極負極正極正極電解質溶液電解質溶液FeCuCAgFeCl3Fe(NO3)3 Fe2(SO4)3鋅片插入稀硫酸中，被鋅片插入稀硫酸中，被腐蝕。（化學腐蝕）腐蝕。（化學腐蝕）鋅片在鋅鋅片在鋅,銅（稀硫酸）原銅（稀硫酸）原電池中作為負極，也被腐電池中作為負極，也被腐蝕。（電化學腐蝕）蝕。（電化學腐蝕）哪個更快？哪個更快？原電池的負極原電池的負極被腐蝕得更快。被腐蝕得更快。分析鋅分析鋅,鐵（稀硫酸）原鐵（稀硫酸）原電池中的電極反應。電池中的電極反應。你感受到作為正極，鐵你感受到作為正極，鐵被保護了嗎？被保護了嗎？原電池的金

23、屬原電池的金屬正極被保護。正極被保護。1. 1.下列裝置中能組成原電池形成電流的是下列裝置中能組成原電池形成電流的是( )( )AZnCuH2SO4CuZnA酒精酒精ZnH2SO4ACuH2SO4ACuCuH2SO42.2.某金屬能跟稀鹽酸作用放出氫氣，該金屬某金屬能跟稀鹽酸作用放出氫氣，該金屬與鋅組成原電池時，鋅為負極，此金屬是與鋅組成原電池時，鋅為負極，此金屬是( )( )A.Mg B.Fe C.Al D.CuA.Mg B.Fe C.Al D.Cu3.3.由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時，由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時，電解質溶液的電解質溶液的 PH( )PH( )A.A.不不 B B先

24、變大后變小先變大后變小 C C逐漸變大逐漸變大 D.D.逐漸變小逐漸變小C( )ABCD正極正極ZnCuCuFe負極負極CuZnZnZn電解質溶液電解質溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl4.4.把把a a、b b、c c、d d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導線兩兩相連組成原電池。若導線兩兩相連組成原電池。若a a、b b相連時，相連時，a a為為負極；負極；c c、d d相連時，電流由相連時，電流由d d到到c c；a a、c c相連時，相連時，c c極上產生大量氣泡，極上產生大量氣泡，b b、d d相連時，相連時，b b上有大量上有大量氣泡產生，則四種金屬的活動

25、性順序由強到弱氣泡產生，則四種金屬的活動性順序由強到弱的為的為( )( ) A Aa b c d Ba b c d Ba c d b a c d b C Cc a b d Dc a b d Db d c a b d c a l 可是令她百思不解的是自從車禍后可是令她百思不解的是自從車禍后, ,她常常感到她常常感到頭暈、頭痛、夜間失眠、心情煩躁頭暈、頭痛、夜間失眠、心情煩躁醫(yī)生絞盡了醫(yī)生絞盡了腦汁，格林太太的病情仍未見好轉腦汁，格林太太的病情仍未見好轉 一位年輕的化學家來看望格林太太時，為格林太一位年輕的化學家來看望格林太太時，為格林太太揭開了病因！太揭開了病因！請你當醫(yī)生請你當醫(yī)生病病 例例

26、分分 析析 你能為她開一個藥方嗎？你能為她開一個藥方嗎？三、發(fā)展中的化學電源三、發(fā)展中的化學電源干電池堿性電池蓄電池鋰離子電池燃料電池鋰電池鋰電池 鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負極，跟用相同質量的其他金屬作池的負極，跟用相同質量的其他金屬作負極相比較，使用壽命大大延長。負極相比較，使用壽命大大延長。干電池堿性電池1、干電池結構及電極反應原理干電池結構及電極反應原理（1）干電池結構及電極反應原理）干電池結構及電極反應原理負極：負極：Zn 2e- = Zn2+正極：正極：2NH4+ + 2e- = 2NH3+H2Zn + 2NH4+ = Zn2+2NH3+H2電

27、池總反應式：電池總反應式：特點：特點：a：一次性電池，不可逆一次性電池，不可逆b：用用KOH代替代替NH4Cl能提高能提高 性能，延長壽命性能，延長壽命汽車用蓄電池汽車用蓄電池鋰離子電池鋰離子電池鋰離子電池：它是新一代可鋰離子電池：它是新一代可充電的綠色電池，現(xiàn)已成為充電的綠色電池，現(xiàn)已成為筆記本電腦、移動電話、攝筆記本電腦、移動電話、攝像機等低功耗電器的主流。像機等低功耗電器的主流。2.充電電池充電電池（2）充電電池）充電電池(又稱二次電池又稱二次電池)Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O(-) (+)負極負極: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4

28、 Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- = 2PbSO4 + 2H2O正極正極:PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O鉛蓄電池鉛蓄電池特點：特點：電池總反應式：電池總反應式：二次電池二次電池,可再次充電使用可再次充電使用鎳鉻電池鎳鉻電池 特點：比鉛蓄電池耐用，可密封反復使用特點：比鉛蓄電池耐用，可密封反復使用。 NiO2（S）+Cd（S）+2H2O（L）=Ni（OH）2（S）+Cd（OH）2（S）Ag2O（S）+Cd（S）+H2O（L）=2Ag（S）+Cd（OH）2（S）3.新型燃料電池新型燃料電池 燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質全燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質全部貯藏在電池內，而是在工作時，不斷從外部貯藏在電池內，而是在工作時，不斷從外界輸入，同時將電極反應產物不斷排出電池界輸入，同時將電極反應產物不斷排出電池高二化學氫氧燃料電高二化學氫氧燃料電池實驗視頻池實驗視頻.mp4氫氧燃料電池氫氧燃料電池燃料電池燃料電池氫氧燃料電池氫氧燃