人教版高中化学必修2 第二章 第二节 化学能与电能 上课课件

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Cu电极:
Cu2+ + 2e-→ Cu(S) 发生还原作用,是阴极。电流 由Cu极流向Zn极,Cu极电势 高,是正极。
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电解池(electrolytic cell)
电极①:
与外电源负极相接,是负极。


发生还原反应,是阴极。
Cu2+ + 2e-→Cu(S)
电极②:
与外电源正极相接,是正极。 发生氧化反应,是阳极。 Cu(S)→ Cu2+ + 2e-
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练习:下列哪些装置可以形成原电池:
Zn
Zn
Zn
Cu
Zn
C
(A)
硫酸铜溶液
(B)
硫酸铜溶液
(C)
酒精
Zn
Cu
Zn
Cu
(E)
稀硫酸
(F)
稀硫酸
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稀硫酸
课堂小结
1. 原电池:把化学能转化为电能的装置 负极(较活泼金属)
原电池 正极(较不活泼金属或非金属导体)
2. 原电池原理
3. 构成原电池的条件
(∨)
总反应:Fe+Cu2+=Fe2++Cu
Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
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⑥ (×)
负极: Zn-2e-=Zn2+
正极: Cu2++2e-=Cu
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阴极、阳极
阴极: 发生还原作用的极称为阴极,在原电池
中,阴极是正极;在电解池中,阴极是
(Cathode) 负极。
阳极: 发生氧化作用的极称为阳极,在原电池
中,阳极是负极;在电解池中,阳极是
(Anode) 正极。
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原电池(galvanic cell)
Zn电极:
Zn(S)→Zn2+ + 2e发生氧化作用,是阳极。电 子由Zn极流向Cu极,Zn极 电势低,是负极。
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3.氢氧燃料电池
它是一种高效、环境友好的发电装置。它的 电极材料一般为活性电极,具有很强的催化活性, 如铂电极,活性炭电极等。电极反应为
负极:2H2 + 4OH- - 4e- 4H2O 正极:O2 + 2H2O + 4e- 4OH总反应:2H2 + O2=2H2O
4.新型燃料电池
该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极, 又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应: 负极:CH4 + 10OH- - 8e-=CO32- + 7H2O 正极:2O2 + 4H2O + 8e-=8OH总反应:CH4 + 2O2 + 2KOH=K2CO3 + 3H2O
导入新课
1786年有一天,伽伐尼
在实验室解剖青蛙,把剥了
皮的蛙腿,用刀尖碰蛙腿上
意大利解剖学家伽伐尼
外露的神经时,蛙腿剧烈地 痉挛,同时出现电火花。
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经过反复实验,他认为痉挛起因于 动物体上本来就存在的电,他还把这种 电叫做“生物电”。
蛙腿 伽伐尼的一个偶然发现,引出伏打 电池的发明和电生理学的建立。
放电
PbO2 + Pb + 2H2SO4 充电 2PbSO4 + 2H2O
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②镍镉充电电池:它是一种体积少,具有残
留性记忆的充电电池,可重复使用500次以上。它 以Cd为负极,NiO(OH)为正极,KOH为电解液。 广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动 剃须刀等,但有毒。
③锂离子电池:它是新一代可充电的绿色电, 现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像等低功耗 电器的主流。
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4.如何计算原电池物质量的变化? 正负两极上进出电子总数相等,椐此电子守 恒原理可进行两极上物质变化的计算。 5.原电池原理还有哪些应用? 利用原电池原理 可制作各种电池,如干电池、 铅蓄电池、银锌电池、锂电池、氢氧燃料电 池…。
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请根据下列原电池正负构造特点,总结出
如何判断原电池的正负极
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1. 做原电池的正极,即与较之活泼的金属镶 嵌在一起。 2. 与电源的负极相连,即做电解池的阴极。 3. 在铁的表面镀保护层。
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1.我国煤炭资源丰富,廉价方便. 2.电能清洁安全,又快捷方便.
1.排出大量的温室效应气体. 2.有废气可能导致酸雨 3.废料 4.废水 5.能量转换效率低


(×)
(×)
负极:Zn-2e-=Zn2+

(∨)
正极:2H++2e-=H2↑
总反应:Zn+2H+=Zn2++H2↑

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负极: Zn-2e-=Zn2+

正极: 2H++2e-=H2↑
(∨)
总反应:Zn+2H+=Zn2++H2↑
负极: Fe-2e-=Fe2+

正极: Cu2++2e-=Cu
3
4
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火电站工作原理示意图
化学能
热能
机械能
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电能
水电 火电 核电 其他
2017年 14.70% 83.17% 1.92% 0.22%
2019年 14.95% 82.86% 1.92% 0.26%
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知识拓展
1. 燃烧反应是否是氧化还原反应?氧化还原反应 的本质又是什么?
- - - - A +
Zn Fe
A+
Zn C
A+
Fe C
A+
Zn Cu
稀硫酸
稀硫酸
稀硫酸
稀硫酸
负极: 较活泼的金属 正极: 较不活泼的金属或非金属导体
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有下列材料:Zn片(2片)、Cu片(2片)、导线、 水果 (西红柿、苹果等)、电流计,请设计一个装置 使电流计指针发生偏转,并画出设计草图。
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分析与讨论
指针偏转,说明电路中有电流通过,说明 发生了电子定向移动。
Zn-2e- = Zn2+
Zn片失去的电子经导线转移到Cu片上, Cu片 周围的H+得电子。
2H++2e- = H2 ↑
把这种将化学能直接转变成电能的装置,称为 原电池,例如:Cu-Zn原电池。
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Cu-Zn原电池的正负极?
放电
H2+NiO(OH)2 充电 Ni(OH)2+H2O 根据此反应式判断,下列叙述中正确的是( C ) A.电池放电时,H2是负极 B.电池放电时,氢元素被氧化 C.电池充电时,镍元素被还原 D.电池充电时,化学能转化为电能
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4.判断下列哪些装置构成了原电池?若不是, 请说明理由;若是,请指出正负极名称,并写 出电极反应式.
火力发电中,燃烧是化学能转变为电能的关键。 燃烧作为氧化还原反应,本质是氧化剂与还原剂之 间电子的转移。
能不能使氧化还原反应中的电子转移在不同区 域内进行,从而形成电流,将化学能直接转化为电 能呢?
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将铜片和锌片分别插入稀硫酸溶液中,观察 现象并解释原因。
Z n
稀 H2SO4
C 现象:
u
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思考
张奶奶自从镶了两颗假牙(一颗金牙、一颗 钢牙)后,经常头痛失眠,这是为什么?
电流的作用
蛙腿痉挛和镶假牙,这两种现象都是由电 流引起的,那么这里的电流是如何产生的?
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第二节 化学能与电能
一、化学能转化为电能
电解
电能
化学能
电池
二、发展中的化学能源
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教学目标
知识目标:
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知识拓展
电化学研究对象
电化学主要是研究电能和化学能之间的相互 转化及转化过程中有关规律的科学
电化学的用途
⒈电解 精炼和冶炼有色金属和稀有金属; 电解法制备化工原料;电镀法保护和美化 金属;还有氧化着色等。
⒉电池 汽车、宇宙飞船、照明、通讯、 生化和医学等方面都要用不同类型的化 学电源。 ⒊电分析 ⒋生物电化学
固体电解质,如 AgBr、PbI2等,也属于离子导体,但 它导电的机理比较复杂,导电能力不高,本章以讨论电
解质水溶液为主。
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正极、负极
正极:
电势高的极称为正极,电流从正极流向 负极。在原电池中正极是阴极;在电解 池中正极是阳极。
负极:
电势低的极称为负极,电子从负极流向 正极。在原电池中负极是阳极;在电解 池中负极是阴极。
通过实验和科学探究形成原电池概念,初步 了解原电池的组成,理解其工作原理。
能力目标:
(1)分析火力发电的原理及利弊,建立“将 化学能直接转化为电能”的新思路,通过对氧化 还原反应的本质的分析,提出实现新思路的各种 推测和猜想等,培养创新思维能力。
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(2)通过实验和科学探究,对比、归纳, 培养学生科学探究精神和分析、归纳的能力。
燃烧反应是氧化还原反应,氧化还原反应的本 质是氧化剂与还原剂之间发生电子转移,引起化 学键的重新结合,伴随体系能量的变化。
2.原电池的工作原理是什么? 原电池的工作原理是将氧化、还原两反应分
割在正负两极同时不同地进行,电子从负极定 向流入正极,从而产生了道路电流。
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3.构成原电池的条件是什么? (1)有活泼性,不同的两种金属或者一种金属与一种 非金属导体(如石墨)或者一种金属与一种氧化物等 作电极,并用导线连接或直接接触。 (2)两电极都插入电解质溶液(酸、碱、盐)中构 成闭合回路。 (3)在电极表面上发生有电子转移的化学反应, 即氧化—还原反应。
Zn片(负极): Zn-2e- = Zn2+
Cu片(正极): 2H+2e- = H2 ↑
总反应:
Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑
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随堂练
表示下列原电池的放电过程:
Fe
Cu
Z
C
n
u
稀H2SO4
1
稀HCl
2
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表示下列原电池的放电过程:
M g
稀H2SO4
C
ZC
n
CuSO4溶液
情感目标:
科学探究和实验中的良好态度和合作学习。
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教学重难点
重点:
初步认识原电池概念、反应原理、构成及应用。 认识化学能转化为电能对现代化的重大意义。
难点:
通过对原电池实验的探究,引导学生从电 子转移角度理解化学能向电能转化的本质。
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一、化学能转化为电能
思考
如何将化学能直接转化为电能,进而提高资 源的利用率呢?
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二、发展中的化学电源
1.干电池
锌锰电池:使用最早的化学电池,属于一 次性电池
其负极反应为 Zn Zn2+ + 2e-
正极反应为 2NH4++ 2e-
2NH3 + H2
广泛用于卡式录音机、闪光灯、电动玩具、 袖珍电视机等。
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2.充电电池
充电电池又称二次电池,能够重复使用至一定的周期
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4. 活泼金属作负极,被腐蚀或消耗,发生氧 化反应,如:Cu-Zn原电池。
5. 两极都参加反应的原电池,如蓄电池,锂 电池和银锌电池等。
6. 两电极材料均为惰性电极,电极本身不发 生反应,而是由引入到两电极上的物质发生 反应,如燃料电池。
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课堂练习
1. 碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而 得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液 为电解液,电池总反应式为: Zn(s)+2MnO2(s)+H2O( l )=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s) 下列说法错误的是( C ) A. 电池工作时,锌失去电子 B. 电池正极的电极反应式为: 2MnO2(s)+H2O(1)+2e- =Mn2O3(s)+2OH- (aq) C. 电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极 D. 外电路中每通过O.2mol电子,锌的质量理论上 减小6.5g
Zn片上有气泡(H2),
Zn片逐渐被腐蚀;Cu片无
明显现象。
解释:
Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑
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将铜片和锌片用导线连接插入稀硫酸溶液中, 观察现象并解释原因。
G
Zn
Cu
稀H2SO4
现象:
Zn片上有少量气泡 (H2), Zn片逐渐 被腐蚀;Cu片上有 气泡(H2)。
? 解释:
①铅蓄电池:最早使用的充电电池,它是用硬橡胶或 透明塑料制成长方形外壳,在正极板上有一层棕褐色 的PbO2,负极板是海绵状的金属铅,两极均浸入硫 酸溶液中。 铅蓄电池电极反应: 负极:Pb + SO42-—2e-=PbSO4 正极:PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-=PbSO4 + 2H2O 铅蓄电池充电和放电的总化学方程式:
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两类导体
1. 第一类导体:又称电子导体,如金属、石墨等。
A.自由电子作定向移动而导电
B.导电过程中导体本身不发生变化
C.温度升高,电阻也升高
D.导电总量全部由电子承担
⒉ 第二类导体:又称离子导体,如电解质溶液、 熔融电解质等。
A.正、负离子作反向移动而导电 B.导电过程中有化学反应发生 C.温度升高,电阻下降 D.导电总量分别由正、负离子分担
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2.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的充电和 放电过程可以表示为:
充电
2Ag + Zn(OH)2 放电 Ag2O + Zn + H2O
在此电池放电时,负极上发生反应的物质是( C )
A. Ag
B. Zn(OH)2 C. Ag2O D. Zn
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3.氢镍电池是近年开发出来的可充电电池,它可以取代 会产生污染的铜镍电池。氢镍电池的总反应式是:
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