高一化学必修二原电池、化学电源

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Zn
Zn
H2SO4 A
H2SO4
C
H2SO4
④
A
7.如何书写电极反应方程式
负极（锌片）： Zn －2e - = Zn 2+ 正极（石墨）： 2H++2e - = H2 ↑ 总反应: Zn + 2H+ = Zn 2+ + H2 ↑ 负极（锌片）： Zn －2e - = Zn 2+ 正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu
[实验现象]：铜片上有气泡产生，锌片不断溶 解，电流表的指针发生偏转。
[实验结论]：导线中有电流通过
二.化学能直接转化为电能
1.原电池的概念、前提
概念:
将化学能转化为电能的装置 2.前提: 能自发发生氧化还原反应
3.原电池的工作原理
能量转变 将化学能直接转化为 电能
原电池
化学反应 氧化还原反应中电子 转移 (负极失去电子 经过导线定向的流入 正极)
氢氧燃料电池 解析：H2、O2燃料电池中反应实质为 ：2H2+O2=2H2 O
①、酸性环境中：H+能稳定存在，O2-会与H+结合 成H2O， 负极：2H2-4e-=4H+ 正极：O2+4H++4e-=2H2O ②、碱性环境中：H+不能稳定存在会与OH-结合成 水，而O2-也不能稳定存在会与水结合形成OH负极：2H2-4e-+4OH-=4H2O 正极：O2+2H2O+4e=4OH③、中性环境中：H+能稳定存在：O2-会与H2O结 合成OH-： 负极：2H2-4e-=4H+ 正极：O2+2H2O+4e-=4OH-
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Cu
HCl
A
C
Cu

Cu Zn
Cu
下列能形成原电池的有哪些？
③
Cu
Zn
Zn
HCl
A
酒精
A
H2SO4
②
A
Zn Zn
⑥
A
① ⑤
H2SO4
5.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
e－
正极
例2
C
H2SO4
（可以）
（不可以）
条件一：有活泼性不同的两种金属或非 金属 （不可以） （不可以）
实验探究
A Zn Cu Zn
① A C Zn
② A Zn
演示探究
Zn
A
Cu 实验现象
锌表面无气泡， 铜表面有气泡， 电流表发生偏转。
稀H2SO4
解释实验现象 思考问题 寻找答案
组内交流 列出想法
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 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？
化学能直接转化为电能
总反应: Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu
电极反应方程式的书写方法
负极：较活泼金属（a）
电极反应：a-ne-=an+ (氧化反应)
正极：较不活泼金属或非金属（b）
电极反应： Cm+ + me- = C (还原反应) 要求书写时，正负极得失电子数相等。
具体分类判断
1.第一类原电池： ①两个活泼性不同的电极(金属与金属、金属与石 墨碳棒、金属与难溶金属氧化物)； ②电解质溶液，至少要能与一个电极发生有电子转 移的氧化还原反应，一般是置换反应； ③两电极插入电解质溶液中且用导线连接。
如：Mg、Al在碱性环境中构成的原电池
解析：在碱性环境中Al 比 Mg活泼，其反实质为Al与碱溶 液的反应： 2Al+2OH-+6H2O=2AlO2-+3H2↑+4H2O 负极：2Al - 6e- + 8OH- = 2AlO2- + 4H2O 正极：6H2O + 6e- =3H2↑ + 6OH注意：Al-3e-=Al3+，此时Al3+在碱性环境不能稳定存 在，会与OH-（过量）结合转化为AlO2-
H2SO4
H2SO4
H2SO4
原电池 电流表指针 区别 结论 是否偏转
① 偏转
② 不偏转
两极材料不同 有两种活泼性不同的金 属（或非金属）作电极
实验探究
A Zn
③ A
④
A Cu Zn Cu
Zn
Cu
H2SO4
HCl
酒精
原电池 电流表指针 区别 结论 是否偏转
③ 偏转
④ 不偏转
溶液不同 电极材料均插入 电解质溶液中
（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
6.原电池形成条件： 两极一液一连线 ① 两种活泼性不同的金属（或其中一种 为能导电的非金属，如“碳棒”）作电极。 其中较活泼金属为负极。较不活泼金 属（或非金属）为正极（正极一般不参与 电极反应，只起导电作用）。 ② 电解质溶液 ③ 形成闭合电路 ④ 能自发地发生氧化还原反应
2.第二类原电池：① 两个活动性不同的电极； ② 任何电解质溶液( 酸、碱、盐皆可)；③ 形成回路 。 这类原电池的特点是电极与电解质溶液不发生置 换反应，电解质溶液只起导电作用。正极一般是吸 氧腐蚀的电极反应式：O2＋2H2O＋4e- ＝ 4OH－。微 电池(即若干微小的原电池)为不正规的原电池。合 金或不纯的金属在潮湿空气中就能形成微电池。电 化学腐蚀即微电池腐蚀，依然是原电池原理。一般 原电池和微电池的区别在于前者中两个电极不直接 接触，故前者电流是在导线中流动，而后者电流是 在金属体内部流过。微电池腐蚀分为析氢腐蚀(发生 在酸性较强的溶液里，正极上H+被还原)和吸氧腐蚀 (发生在中性、碱性或极弱酸性溶液里，正极上是氧 气被还原：O2＋2H2O＋4e- ＝4OH－)。
4、考虑氧化反应和还原反应发生的条件和环境， 化学物质的选择。
5、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。
演示探究
Zn
Cu 实验现象
原电池实验视频
锌表面有气泡 产生，铜表面 无明显现象
稀H2SO4
离子方程式
Zn +2H+ = Zn 2+ +H2↑ 1.反应中，哪种物质失电子，哪种物质得电子 ２.什么方法可使Zn与H+分开，不让H+直接在 Zn表面得电子？
燃料电池不是把还原剂、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，同时将电极反应产物不断排出电池
燃料电池
氢 氧 燃 料 电 池
氢氧燃料电池的电极反应式和总反应怎么写？ • 氢氧燃料电池（中性介质） 正极：O2 + 2H2O + 4e- == 4OH负极：2H2 - 4e- == 4H+ 总反应式：2H2 + O2 == 2H2O 氢氧燃料电池（酸性介质） 正极：O2 + 4H+ + 4e- == 2H2O 负极：2H2 - 4e- == 4H+ 总反应式：2H2 + O2 == 2H2O 氢氧燃料电池（碱性介质） 正极：O2 + 2H2O + 4e- == 4OH负极：2H2 - 4e- + 4OH- == 4H2O 总反应式：2H2 + O2 == 2H2O
a.排出大量的温室效应气体。 b.有废气可能导致酸雨 c.废料废水
d.储量有限
e.能量转换效率低
化学能
？
电能
化学能
电能 ？（看书P35页第二、三段，回答问题）
1、当氧化剂和还原剂直接接触进行反应时，化学 能要经过一系列能量转换才能转换为电能。 2、把氧化剂和还原剂分开，使氧化反应和还原反 应在两个不同区域进行。 3、需要在氧化剂和还原剂之间架设桥梁使电子从 氧化剂区域流向还原剂区域。
3.燃料电池：
燃料电池中都是燃料在负极失电子，O2 在正极 得电子。书写此类电池的电极反应式时，应先写正 极（O2 ）反应式，再利用总式—正极反应式=负极 反应式 注意： 若电解质溶液呈酸性，在电极反应式中 不能出现OH- 。 若电解质溶液呈碱性，在电极反应式中不 能出现H+ 。 练习题见同步练习册P51第14题。
方法：先找出两极相对活泼性，相对活泼的金 属作负极，负极失去电子发生氧化反应，形成阳离 子进入溶液；较不活泼的金属作正极，溶液中原有 的阳离子按氧化性强弱顺序在正极上得到电子还原 反应，析出金属或氢气，正极材料不参与反应。如 ：Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg。 但Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al（ Mg与NaOH溶液不反应，Al是两性金属，可以与NaOH 溶液反应）。再分析进入溶液的微粒能否在电解质 环境中存在 （得失电子不能同时在同极上发生） ，不能存在时应考虑其与电解质之间的后续反应。
燃烧
化学能
热能
蒸汽
机械能
发电机
电能
火力发电的原理分析。
化学能
燃烧
热能
ห้องสมุดไป่ตู้
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
a.我国煤炭资源丰富,廉价方便。
b.电能清洁安全,又快捷方便。
思考问题 寻找答案
你对问题 ２的想法
用导线将锌表面的电子引出来
演示探究
Zn
Cu
实验现象
大量气泡从铜 片逸出，锌片 部分溶解
稀H2SO4
离子方程式
Zn + 2H+ = Zn 2+ +H2↑
思考问题 寻找答案
组内交流 列出想法
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？ Cu起传导电子的作用。 可用电流表测电流及方向。
特点： 二次电池,可再次充电使用
镍铬电池
特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。
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.新型燃料电池
高二化学氢氧燃料电 池实验视频.mp4
三、发展中的化学电源
干电池 碱性电池
蓄电池 锂离子电池
燃料电池
锂电池
锂是密度最小的金属，用锂作为电 池的负极，跟用相同质量的其他金属作 负极相比较，使用寿命大大延长。
1、干电池结构及电极反应原理
干电池
碱性电池
（1）干电池结构及电极反应原理 负极：Zn — 2e- == Zn2+ 正极：2NH4+ + 2e- == 2NH3↑+H2↑
Cu片
得
2H+ + 2e-＝H2↑ 正极 Zn+2H+＝Zn2++H2↑
总的离子反应方程式
负极出电子，电子回正极
e-
电流表
- 负极
I
正极 +
H2
Zn
SO24
Zn2+
H+
H+
Cu
4.原电池化学反应本质： 自发的氧化还原反
应
较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活 泼的金属（负极）通过外电路流向较不活泼的 金属（正极）。
电池总反应式：
Zn + 2NH4+ == Zn2++2NH3↑+H2↑ 特点： a：一次性电池，不可逆 b：用KOH代替NH4Cl能提高 性能，延长寿命
2.充电电池
汽车用蓄电池
锂离子电池
锂离子电池：它是新一代可 充电的绿色电池，现已成为 笔记本电脑、移动电话、摄 像机等低功耗电器的主流。
（2）充电电池(又称二次电池) 铅蓄电池
原电池的正负极 负极：电子流出的一极（负极定义）；化合价升 高的一极；发生氧化反应的一极；活泼性相对较 强（有时候也要考虑到电解质溶液对两极的影响 ）金属的一极。
正极：电子流入的一极（正极定义）；化合价降 低的一极；发生还原反应的一极；相对不活泼（ 有时候也要考虑到电解质溶液对两极的影响）的 金属或其它导体的一极。
负极: Pb +SO42- - 2e- == PbSO4 正极:PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- == PbSO4 + 2H2O
电池总反应式：
Pb + PbO2 + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O (-) (+) Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- == 2PbSO4 + 2H2O
电极材料 Zn片 Cu片 总的离子反应方程式
电极反应式
发生的反应
原电池的电极
Zn-2e-=Zn2+
氧化反应 还原反应
负极 正极
2H++2e=H2↑
Zn+2H+=Zn2++H2↑
锌铜原电池原理
电极 材料 现象 电子 得失 电极反应 原电池 的电极
Zn片
Zn片 溶解 有气 体产 生
失
Zn－2e-＝ Zn2+ 负极
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
2001年我国发电总量构成图
火力发电占据绝大部分 什么是火力发电？ 火电站的工作原理如何?
一、化学能与电能的相互转化 1、火力发电原理及过程
实验探究
Zn
⑤
A Cu C
A
Cu
H2SO4
H2SO4
原电池
⑤ 不偏转 电极材料不同
电流表指针
区别
是否偏转
结论
能自发地发生氧化还原反应
实验探究
Zn
A Cu
A Zn Cu
⑥
H2SO4
H2SO4
H2SO4
电流表指针
区别 结论
原电池
⑥组
偏转
不偏转 容器不同
两极相连形成闭合回路
实验探究形成原电池的条件
（可以）