第二章第二节化学能与电能

原电池原理的应用：
1、加快氧化还原反应速率 实验室用Zn和稀硫酸反应制取H2，常用粗
锌，它产生H2的速率快。因为粗锌中的杂质和 锌、稀硫酸形成原电池。
思考：纯铁和生铁哪个更容易生锈？ 2、比较金属的活动性强弱
一般活动性强的金属为负极。
电极方程式的书写
1、两极得失电子数相等； 2、电极反应式常用“＝”,不用“→”； 3、电极反应式中若有气体需加“↑”； 4、原电池的总反应式，一般把正极和负极的电
§2-2 化学能与电能
1780年，伽伐尼(Galvani,L.) 青蛙抽搐实验。
解释“青蛙腿为什么会抽搐” 这一实验现象呢？
病例分析
病例分析
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、化学能与电能的相互转化
估计在2050年火电仍居首位
火电，又称为 火力发电。那 么，火究竟是 如何转化为电？
(∨)
总反应： Zn+2H+＝Zn2++H2↑
负极： Fe－2e-＝Fe2+
⑤
正极： Cu2++2e-＝Cu
(∨)
总反应： Fe+Cu2+＝Fe2++Cu
Fe+CuSO4＝Cu+FeSO4
⑥ (×)
负极： Zn－2e-＝Zn2+
⑦
正极： Cu2++2e-＝Cu
(∨)
总反应：Zn+Cu2+＝Zn2++Cu
b.电能清洁安全,又快捷方便.
a.排出大量的温室效应气体. b.有废气可能导致酸雨
弊 c.废料废水
d.储量有限 e.能量转换效率低
思考：假设你是电力工程师，面对这 些利与弊，你会如何应对呢？
a、改进火力发电 b、研究新的发电方式
方式之一就是尝试将化学能直接转化为 电能。就像电池。其好处就是减少中间 环节能损，高效、清洁利用燃料，不浪 费能源，更方便。
2、根据电流方向或电子流动方向判断 电流从正极流向负极，电子从负极流向正极。
3、根据原电池中电解质溶液内离子的定向移动方向判断 阳离子移向正极，阴离子移向负极。
4、根据原电池两极发生的变化来判断 负极失电子，发生氧化反应；正极得电子发生还原反应。
5、根据现象判断 一般溶解的一极为负极，增重或有气泡放出的一极为正极。
练习3：锌、铜电极插入氯化钠溶液 中构成的原电池，写出电极方程式。
负极：2 Zn – 4e- = 2Zn2+ 正极： O2+2H2O+4e-==4OH总反应： 2 Zn+ O2+2H2O==2Zn（OH）2
减少污染 节约资源
或 Zn+CuSO4＝ZnSO4+Cu
⑧ (×)
负极：Fe－2e-＝Fe2+
⑨
正极：2H++2e-＝H2↑
(∨)
总反应： Fe+2H+＝ Fe2++H2↑
或 Fe+H2SO4＝FeSO4+H2↑
1791 年意大利生理学家伽伐尼（Galvani）发 现了以金属片接触青蛙肌肉时，有收缩的现象 发生。当时 Galvani 误以为此现象为青蛙肌肉 所产生的动物电流所致。
正极: O2+2H2O+4e-==4OH总反应: 2H2+O2==2H2O
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，电流总反应式为：
Zns＋2MnO2s＋H2Ol＝ZnOH2s＋Mn2O3s
下列说法错误的是
（ C）
A 电池工作时，锌失去电子
A．a > b > c > d B．a > c > d > b
C．c > a > b .> d D．b > d > c > a
3、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在
盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4 溶液，片刻后可观察到的现象是 ( D ) A. 铁圈和银圈左右摇摆不定；
燃料电池 氢氧燃料电池等
1、普通干电池
普通锌锰电池
碱性电池
锌筒
石墨棒
NH4Cl、ZnCl2 负极：（Zn）：Zn – 2e- = Zn2+
和 H2O等 MnO2和C
正极: （MnO2和C）： 2MnO2+2NH4++2e-=2MnO(OH)+2NH3
普通锌-锰干电池的结构 电池反应：
Zn+ 2MnO2+2NH4+= Zn2+ + 2MnO(OH)+ 2NH3
B. 保持平衡状态；
C. 铁圈向下倾斜；
D. 银圈向下倾斜；
4、根据 Zn+Cu2+=Zn2++Cu 的反应原理设计一个原电池，当
Zn为负极时，正极可以选用的金属材料的是（ D）
A镁 B 石墨 C铝 D铅
原电池正负极的判断方法：
1、根据组成原电池的两极材料判断 一般是活动性较强的金属为负极；活动性较弱的金属或能 导电的非金属为正极。
4、原电池
原电池原理实验
实验步骤
发生实了应验什?现么象反
1、锌片插入稀硫酸 2、铜片插入稀硫酸
这种装置锌的铜 会片反有片上应气上有与泡为气Z产什n泡生么产？生 与 什稀 么硫 不酸 同直 ？无接 由现作 这象用种有装
3插、入锌稀片硫、酸铜片上端连接置在能一起起 到用铜什？片么上样产的生作气泡
4、锌片、铜片之间连电流表插 入稀硫酸
病例分析
病例分析
病例分析
你能为她开一个药方吗？
2、 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。若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极上产生大量气泡， b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四 种金属的活动性顺序由强到弱的为：
( B)
序号 装置
第一组实验①②③
能否构 成原电
池
构成原 电池条
件一
①
②
不能
能
③
不能
活动性不同的两个电极
实验序号
第二组实验④⑤⑥ ⑦
实验装置
④
⑤
⑥
⑦
能否构成 原电池
不能
能
不能 能
构成原电 池的条件 二
电极必须插在电解质溶液中
实验序号 实验装置
第三组实验Leabharlann ⑨能否构成 原电池构成原电 池条件三
⑧ 能
⑨ 不能
-
H- -+
（Zn）
H2SO
4
e
Zn 负 极
外
电
正 Cu 路 极
氧
金属失
化
电子变
反 成阳离
应
子进入
H+得电 子生成 氢气放 出
电解质溶液
还
原 反 应
内 电
路
带电粒子的流动方向：
1、外电路 电子从负极流向正极 电流从正极流向负极
2、内电路（电解质溶液） 阳离子趋向正极 阴离子趋向负极
实验探究：原电池的组成条件
两极一液成回路
⒈ 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
练
写出电极反应式.
习
①
②
(×)
(×)
负极： Zn－2e-＝Zn2+
③
正极： 2H++2e-＝H2↑
(∨)
总反应： Zn+2H+＝Zn2++H2↑
负极： Zn－2e-＝Zn2+
④
正极：2H++2e-＝H2↑
B 电池正极电极反应式为：
2MnO2s＋H2Ol＋2e＝Mn2O3s＋2OHaq 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02 mol电子，锌的质量理论上减 小65 g
练习2：航天技术上使用的氢氧燃料电池具有
高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池
有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都
2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4
铅蓄电池的充放电过程：
Pb+PbO2+2H2SO4
放电 充电
2PbSO4+2H2O
4、镍铬充电电池
特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。
负极：Cd+2OH--2e-=Cd(OH)2 正极：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH电池反应： Cd+ 2NiO(OH)+2H2O= Cd(OH)2+2Ni(OH)2
可以表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解
质 是 酸 ， 其 负 极 反 应 可 表 示 为 2H2-4e-
=4H+ ，则其正极反O应2+4式e-为+4H+=2H2O
。
碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为
O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表 示为2H2-4e-+4OH。-=4H2O
解释“青蛙腿为什么会抽搐”这一实验现象呢？
伏打电池
在 1800 年意大利的物 理学家 Volta则透过不同的 金属间以一液体相接所形成 的伏特电池，说明了青蛙肌 肉的收缩实际上是因不同金 属片间的电位差透过青蛙肌 肉作为电解液而产生的电流 所致。
救救自由女神！
自由女神的外壳为铜，内 层支架为铁，中间用油毛毡隔 开。时间长了，设计者预先没 想到的事发生了：那层油毛毡 失去了隔离作用，而大西洋潮 湿的夹带盐分的空气向女神不 断地吹来，无数的 原电池 在女神身上形成，结果加速了 铁的腐蚀。尽管女神有万般灵 验，现在也自身难保。怎样免 除她的厄运呢？
2001年我国发电总量构成图
1、火力发电的原理分析。
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 火力发电
过程
将化学能经一系列能量转化为电能
关键
燃烧
本质
氧化还原反应
本质
氧化剂与还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
3、火力发电的利弊分析。
利 a.我国煤炭资源丰富,廉价方便.
氢氧化氧锰
优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。
2、碱性锌锰干电池
电解质： KOH
电池反应：
Zn+2MnO2+2H2O=2MnO（OH）+Zn(OH)2
负极：——Zn
Zn + 2OH正极：——MnO2
-
2e-
=
Zn(OH)2
2MnO2+2H2O+2e- = 2MnO（OH）+2OH-
Cd是致癌物质，注意回收！！！
燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成 电能的化学电池。（氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池）
氢氧燃料电池
酸性电解质：
负极： 2H2-4e-==4H+
正极： O2+4H++4e-==2H2O 总反应：2H2+O2==2H2O 碱性电解质
负极: 2H2-4e-+4OH-==4H2O
PbO2+ 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O 放电过程总反应：
Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O ②充电过程 阴极(接电源负极)：还原反应
PbSO4 + 2e- = Pb + SO42阳极(接电源正极)：氧化反应
PbSO4 + 2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ + SO42充电过程总反应：
极反应式相加而得。 5、若电解质为弱电解质，在电极反应式中应写
参加反应的离子，而在原电池的总反应中应 把离子改为相应的弱电解质。
干电池 碱性电池
二、发展中的化学电源蓄电池
锂离子电池
燃料电池
化学电池的分类
普通锌锰干电池
一次电池 碱性锌锰电池
化学电池 二次电池
锌银纽扣电池 铅蓄电池
银锌蓄电池
锂离子电池
两极相连形成闭合回路
原电池的构成条件
1、有两种活动性不同的金属（或非金属导体） 作电极 负极：较活泼金属，失电子，发生氧化反应 正极：较不活泼金属或非金属导体，发生 还原反应
2、电极材料均插入电解质溶液中 3、形成闭合回路 4、一般较简单的原电池中，负极金属能够自发的
和电解质溶液发生氧化还原反应。
单位质量的电极材 料放出电能的大小
优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流 和连续放电
缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵
可充电电池也称为二__次__电池， 可以反复__放___电和__充___电， 是电池发展的一个重要方向。
铅蓄电池
锂电池
3、二次电池—铅蓄电池
①放电过程 负极：氧化反应 Pb+SO42-- 2e- = PbSO4 正极：还原反应
电流计发生偏转
电流表的偏转方向与电子移动方向一致。
原电池
1、概念：把化学能直接转化为电能的装置。 动画演示
原理分析
发生了一个氧化还原反应：
Zn + 2H+=Zn2+ + H2↑
将氧化还原反应中还原剂失去的电子经 过导线传给氧化剂，使氧化反应和还原反 应分别在两极上进行，产生电流.
原电池的电极反应与名称：
正极：
２Ｈ＋＋２e-＝Ｈ２↑（得e-还原反应）
负极：
Ｚn－ ２e-＝Ｚn２＋（失e-氧化反应）
总反应：２Ｈ＋＋Ｚn ＝Ｈ２↑+Ｚn２＋
电子的运动：
电子流入
电子的定 向移动形 成电流。
e -e - e -e -的一极是
Zn e ee-
e -Cu ee-
正极
（Cu）
电子流出
e- e-
的一极是
负极
-
e eeee ZZeZnSnZZ-nOZS2nnZ2+4O+nZ222nS++-42nS2O2++-2O4+24-2-