高中化学必修2第二章第二节化学能与电能

火力发电
过程
将化学能经一系列能量转化为电能
wenku.baidu.com关键
燃烧
本质
氧化复原反响
本质
氧化剂与复原剂之间发生电子的转移
引起
旧键断裂和新键形成、体系能量变化
发电站将化学能转化为电能 讨论 火力发电有哪些缺点?
煤炭是非可再生资源
存
排出大量温室气体
在
缺
可能导致酸雨
点
能量转化效率低
化学能 ？ 电能
化学能
电能 ？（看书P35页第二、三段，回答问题）
原电池 电解池
电能
锌片插入稀硫酸中，被 腐蚀。〔化学腐蚀〕
哪个更快？
锌片在锌,铜〔稀硫酸〕原
电池中作为负极，也被腐 原电池的负极
蚀。〔电化学腐蚀〕
被腐蚀得更快。
分析锌,铁〔稀硫酸〕原 电池中的电极反响。
你感受到作为正极，铁 被保护了吗？
原电池的金属 正极被保护。
原电池原理的应用 ①制作化学电源
②加快反应速率：
MnO2和C
普通锌-锰干电池的结构
银-锌纽扣电池等
优点：携带方便 缺点：电量小，污染大
2、铅蓄电池
负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4 正极：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O 总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
Pb+PbO2+4H++2SO42-=2PbSO4+2H2O 其他蓄电池：镍-镉蓄电池、银-锌蓄电池等
寻找答案
２.什么方法可使Zn与H+分开，不让H+直接在 Zn外表得电子？
你对问题 ２的想法
用导线将锌外表的电子引出来
演示探究
Zn
Cu
离子方程式
思考问题 寻找答案
组内交流 列 出想法
大量气泡从铜 实验现象 片逸出，锌片
稀H2SO4
局部溶解
Zn + 2H+ = Zn 2+ +H2↑
1.H+得到的电子是Cu失去的吗？ 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？
4、镉镍电池
负极材料：Cd ，正极材料：涂有NiO2 ，电 解质：KOH溶液。反响式如下：
放电
NiO2+Cd+2H2O 充电 Ni(OH)2+ Cd(OH)2
5、锂电池
锂是密度最小的金属，用锂作为电 池的负极，跟用一样质量的其他金属作 负极相比较，使用寿命大大延长。
6、新型燃料电池
燃料电池不是把复原剂、氧化剂物质全 部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外 界输入，同时将电极反响产物不断排出电池
“痛痛病〞是因镉中毒引起的。
• 有关资料显示：
• 一粒钮扣电池能污染60万升水〔这 是一个人一生的用水量〕。
• 一节一号电池埋在地里，能使１平 方米的土地失去使用价值 。
• 中国电池的年产量180多亿只，占 世界电池总产量的30％以上，年消 费量达70－80亿只，但回收率却缺 乏２％。
减少污染 节约资源
4.Zn片和Cu片用导线连接(中间 电流表指针有何变化? 接电流表)插入稀H2SO4(偏向?) 说明了什么?
5.尝试用干电池判断实验中 的正负极
说明你判断的方法?
演示探究 Zn Cu
稀H2SO4
实验现象
锌外表有气泡 产生，铜外表 无明显现象
离子方程式
Zn +2H+ = Zn 2+ +H2↑
思考问题 1.反响中，哪种物质失电子，哪种物质得电子?
1、当氧化剂和复原剂直接接触进展反响时，化学 能要经过一系列能量转换才能转换为电能。
2、把氧化剂和复原剂分开，使氧化反响和复原反 响在两个不同区域进展。
3、需要在氧化剂和复原剂之间架设桥梁使电子从 氧化剂区域流向复原剂区域。
4、考虑氧化反响和复原反响发生的条件和环境， 化学物质的选择。
5、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。
3、原电池化学反响本质：氧化复原反响
负极：复原性相对较 强的材料
正极：复原性相对较 弱的材料
“负极出电子，电子回正极〞
活泼金属→发生氧化反响→向外线路提供电子→原电池 的负极；不活泼金属〔或石墨〕→发生复原反响→承受 外线路提供的电子→原电池的正极。
C 条件一：有活泼性不同的两种金 属或非金属
H2SO4
Cu起传导电子的作用。 可用电流表测电流及方向。
演示探究 A
Zn
Cu
锌外表无气泡， 实验现象 铜外表有气泡，
电流表发生偏转。
稀H2SO4
解释实验现象
电子由Zn 导线 铜片 H+ 定向移动 产生电流，故电流表的指针发生偏转
思考问题 寻找答案
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？
=
H2↑
负极：2Fe – 4e- = 2Fe2+
正极：2H2O + O2 + 4e- = 4OH-
防止钢铁腐蚀：在钢铁的外表焊接比 Fe更活泼的金属〔如Zn〕，组成原电池后， 使Fe成为原电池的正极而得到保护。
练
3、 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。
习
假设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
优点：可反复使用 缺点：污染大
3、银锌电池
1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 19751983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。 1979-1987,为 美国国家能源部开展电动车用的镍锌电池。 1998-1992, 为美国海军开展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。
正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合 金，电解质溶液KOH。反应式为： 2Ag+Zn(OH)充放2 电电 Zn+Ag2O+H2O
负极〔锌片〕： Zn －2e - = Zn 2+ 正极〔铜片〕： Cu2+ + 2e - = Cu 总反响: Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu
电极反响方程式的书写方法
负极：较活泼金属〔a〕 电极反响：a-ne-=an+ (氧 化反响)
正极：较不活泼金属或非 金属〔b〕
例：请在图上标出电子的流动方向和电流方向,
e－
正极
原电池原理 一、原电池 1、定义:把化学能转变为电能的装置.
A
Zn
Cu
H+ SO42－H+
[实验] 原电池原理探究
步骤
讨论与交流
1.将Zn片插入稀H2SO4 2.将Cu片插入稀H2SO4
Zn片和Cu片上现象有 何差别?
3.Zn片和Cu片接触插入稀 H2SO4 (不接电流表)
Cu片上有何现象?推 测原因.
量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产
生，那么四种金属的活动性顺序由强到
弱的为：B( )
A．a > b > c > d B．a > c > d > b
C．c > a > b .> d D．b > d > c > a
二、开展中的化学电源
干电池
碱性电池
蓄电池
锂离子电池
燃料电池
1、干电池构造及电极反响原理
例：银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它的 反响可表示为：Ag2O+Zn+H2O ＝ 2Ag+2Zn(OH)2
请判断此电池中，负极上发生反响的物质是〔D 〕
A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn
②根据电极反响特点确定。
失电子的反响→氧化反响→负极 得电子的反响→复原反响→正极
③根据电子或电流流动方向〔外电路〕：
干电池
负极：Zn – 2e- = Zn2+ 正极：2NH4++ 2e- = 2NH3+H2
锌筒
总反应：Zn +2NH4+= Zn2++ 2NH3+H2
（负极） 石墨棒 （正极）
2MnO2+H2=2MnO(OH) ZnCl2+4NH3=[Zn(NH3)4]Cl2
NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等
其他干电池：碱性锌-锰干电池、
并判断正负极，写出电极反响式和总反响式.
I e-
e- I
Ag
Fe
Zn
Cu
H2SO4 (aq)
CuSO4 (aq)
负极( Fe ): Fe－2e - = Fe 2+ . 负极( Zn): Zn－2e - = Zn2+ .
正极( Ag ): 2H++2e - = H2↑ . 正极( Cu): Cu2+ +2e - = Cu .
例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一 般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。
③判断金属活动性的强弱
④揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的腐蚀。
钢铁中含有碳，可与Fe组成原电池，发生原电 池反应而使钢铁遭到腐蚀
钢铁的析氢腐蚀：负极：Fe – 2e- = Fe2+
正极：2H+ 钢铁的吸氧腐蚀：
+
2e-
氢氧燃料电池：
负极：
2H2＋4OH— －4e— ＝4H2O〔氧 化反响〕
正极：
O2＋H2O＋4e—＝4OH—〔复原反 响〕
总反响：2H2＋O2＝2H2O
其他电池
空气电池
废电池对环境的危害
• 电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。随 意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。
上世纪50年代，震惊世界的日本“水俣 病〞就是因汞中毒引起的。
练习与稳固
随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进展集 中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是〔 〕
A．利用电池外壳的金属材料
B．防止电池中汞、镉和B铅等重金属离子对土壤和
水源的污染 C．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D．回收其中石墨电极
化学电源的分类
[实验2-4] 实验探究
请将实验现象记录在课本P38表中：
铜片 锌片
电流表
现象
Cu片有气泡产生
Zn片外表没有气泡产生，锌片 溶解
电流表指针偏转
结论： 有电流产生
学与问P41
电荷流向电流流向：
外电路：电子由负极流向正极，负极 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，电流由负 极流向正极
构成原电池的条件
★有两种活动性不同的金属〔或非金属单 质〕作电极 ★电极材料均插入电解质溶液中 ★两极相连形成闭合电路 ★能自发发生的氧化复原反响
⒈ 判断以下哪些装置构成了原电池？假设
不是，请说明理由.
练 习①
②
③
(×)
(×)
(√)
④
⑤
(√)
(×)
4、原电池电极名称确实定方法
①根据电极材料的性质确定。 通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、 化合物是正极。
〔可以〕
〔不可以〕
实验探究形成原电池的条件
〔可以〕
〔不可以〕
形成条件二：电极需插进电解质溶液中；
实验探究形成原电池的条件
〔不可以〕
形成条件三：必须形成闭合回路
A
Zn
Cu
A
C
Cu
H2SO4
H2SO4
原电池
右图装置
电流表指针 区别
偏转
不偏转
电极材料不同
结论
电池总反响应该是能自发地发生的氧 化复原反响
总反响式: Fe+2H+ = Fe 2+ +H2↑. 总反响式: Zn+Cu2+ = Zn2 ++ Cu.
练 2．以下装置哪些可以形成原电池? 形成原电池 习 的写出电极反响式,并指出电子流动方向。
拓 展：
请结合组成原电池的条件，将氧化复原反响：Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+设计成一个原电池。
高中化学必修2第二章第 二节化学能与电能
直接从自然界取得的能源称为一次能源
水电站
电能是现代社会中应用最广 泛、使用最方便、污染最小的一 种二次能源，又称为电力。
一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源
火电站
一、化学能与电能的相互转化
化学能 燃烧 热能 蒸汽 机械能 发电机 电能
2、火力发电的化学深层本质分析
②利用电荷守恒分别写出电极反响式；
③验证：两电极反响式相加所得式子和 原化学方程式一样，那么书写正确。
思考题
请根据反响 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+ 设计原电池，你有哪些可行方案?
Fe-Cu Fe-C Fe-Ag
FeCl3 Fe(NO3)3
Fe(SO4)3
化学能与电能的相互转化
化学能
组内交流 列出想法
化学能直接转化为电能
2.Zn－Cu－H2SO4原电池的工作原理：
电极反响式：
Zn片： Zn －2e- = Zn2+ 〔氧化反响〕 Cu片：2H++2e- = H2 ↑ 〔复原反响〕 〔铜片在这里起传导电子的作用〕
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑
电极反响总式：
2eZn + 2H+ == Zn2+ + H2↑
1、电解液：
。
2、电极材料：
1、电解液：
正极
，负极
。
硫酸铜、氯化铜、硝 3、电极反响式 ：
酸铜等可溶性铜盐溶液 2、电极材料：
负极：铁，
负极: Fe － 2e - = Fe 2+ . 正极: Cu2+ +2e - = Cu .
正极：铜、石墨或比
铁不活泼的其他金属
小结
由化学方程式书写电极反响式：
①找出发生氧化反响和复原反响的物质， 确定正负极反响的物质；
e
e
电子从负极流出 沿导线 流入正极 电流从正极流出 沿导线 流入负极 ④、根据离子的定向移动〔内电路〕
阳离子向正极移动 阴离子向负极移动
⑤根据离子方程式判断
Fe+2H+=Fe2++H2
〔负极〕〔在正极〕
5.如何书写电极反响方程式
负极〔锌片〕： Zn －2e - = Zn 2+ 正极〔石墨〕： 2H++2e - = H2 ↑ 总反响: Zn + 2H+ = Zn 2+ + H2 ↑