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1、化学反应中的能量变化,第二节 化学能与电能,学习目标：1.掌握原电池的形成条件，理解原电池的工作原理；2.能够正确地判断原电池的两极，能够正确地书写电极反应及总反应;3.了解常见化学电源的种类及特点，能够认识和书写几种新型电池的电极及电极反应。,能源：,流水,风力,石油,天然气,蒸汽,电力,原煤,能源的分类：,直接从自然界取得的能源。,一次能源经过加工、转换得到的能源。,如：风力、原煤、天然气、石油、流水。,如：电力，蒸汽。,一次能源：,二次能源：,2001年我国发电总量构成图,一、化学能与电能的转化：,（一）火力发电：,火电站工作原理示意图,化学能,热能,机械能,电能,火力发电有什么优点和缺
2、点,我国煤炭资源丰富，廉价方便,存在优点,电能清洁安全,快捷方便、节省时间,存在缺点,煤炭资源毕竟有限、非可再生,排出大量温室效应气体,可能导致酸雨并且有废气,能量转化效率低,有一定局限性,问：如何把化学能直接转化为电能呢？,思考与交流,【实验一】分别把锌片和铜片插入到稀H2SO4中,观察现象。,锌片：产生大量的气泡,铜片：无明显现象,【实验二】再用导线把锌片和铜片连接起来，观察铜片上有无气泡产生？,（二）原电池,1.概念：将化学能直接转变为电能的装置,2.原电池的电极反应：,锌片：,铜片：,Zn-2e-=Zn2+,2H+2e-=H2,电池反应：,Zn+2H+=Zn2+H2,氧化反应,还原反应
3、,（总反应）,(负极),(正极),铜锌原电池的工作原理：锌失去的电子通过外电路流向铜片，H在铜片上得到电子，从而形成电流。,12,还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应,氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应,还原剂失去的电子从锌极流出,流入铜极.,经外电路,Zn2+,H+,SO42-,电流方向,原电池工作原理,原电池工作原理：,实现了由化学能到电能的转化。,B,跟踪练习,4.原电池本质,氧化还原反应反应类型。负极发生氧化反应，正极发生还原反应。电子的移动方向。从负极流出，经导线流向正极。离子的移动方向。阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。,（可以）,（可以）,（不可以）,第一组实验,探究
4、形成原电池的条件：,第二组实验,（可以）,（不可以）,第三组实验,（可以）,（不可以）,原电池的形成条件,(4)形成闭合回路。（两电极用导线连接，或接触。）,（1）能自发地发生的氧化还原反应：电极和电解质溶液 两电极上分别有还原剂和氧化剂（燃料电池）,（2）电解质溶液：参与电极反应或构成内电路,（3）两导体作电极：活动性不同的金属（或一种金属和一种非金属导 体石墨），与电解质溶液反应的活泼金属为负极。两不活泼的导体石墨或Pt等。（燃料电池电极）,酒精,下列装置是否能构成原电池？,1.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.,(),2H+2e-
5、H2,负极：,总反应：,正极：,Zn2e-Zn2+,Zn+2H+Zn2+H2,练习：,(),正极：,负极：,总反应：,Fe2e-Fe2+,2Ag+2e-2Ag,Fe+2Ag+=Fe2+2Ag,3.判断下面装置是否可以组成原电池，如果可以请写出电极反应和总反应。,如图所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地往烧杯中央滴入CuSO4溶液。片刻后可观察到的现象是_。A铁圈和银圈左右摇摆不定B保持平衡状态不变C铁圈向下倾斜D银圈向下倾斜,D,原电池的正负极的判断方法,电子流出的极电子流入的极,负极正极,较活泼的电极材料较不活泼的电极材料,质量增加的电极工作后
6、 质量减少的电极,负极正极,正极负极,工作后，有气泡冒出的电极为正极,发生氧化反应的极发生还原反应的极,负极正极,方法四,【小结】,二.原电池的构成：,一.原电池：把化学能转化为电能的装置,1.可自发发生的氧化还原反应2.两个电极3.内部有离子导电体（通常是电解质溶液）4.形成闭合电路,三.原电池的工作原理：,四.原电池正负极的判断方法：,练习1：Zn片,Ag片,AgNO3溶液为组装材料，设计原电池。,设计原电池：,利用下述反应：2FeCl3+Fe=3FeCl2设计一个原电池装置。画出装置图；标明电极材料和电解质溶液；写出电极反应式。,负极（Fe):2Fe-2e-=Fe2+,正极（C):2Fe
7、3+2e-=2Fe2+,练习2:,（先写出离子反应）,练习 有A、B、C、D四种金属分别浸入稀H2SO4中，A、B产生气泡缓慢而C、D产生气泡较激烈；把A、B两种金属用导线连接后浸入稀H2SO4中，气泡从A金属表面析出，把C、D两种金属用导线连接后浸入稀H2SO4中组成原电池，电流由CD，根据实验现象，可知A、B、C、D四种金属的活动性顺序。,DCBA,二、发展中的化学电源：,碱性电池,蓄电池,锂电池,1、干电池,干电池是一种伏打电池,利用某种吸收剂(如木屑或明胶)使内含物成为不会外溢的糊状。常用作手电筒照明、收音机等的电源。,酸性锌锰干电池是最早进入市场的实用电池,（1）普通锌锰干电池,优点
8、：制作简单、价格便宜。,缺点：放电时间短，电压下降快。,二、发展中的化学电源,1.干电池,石墨,NH4Cl,锌锰干电池结构,一次电池：放电之后不能充电的电池（内部的氧化还原反应是不可逆的）,（2）碱性干电池,碱性电池是个人音响、照相机等地首选电源。,碱性电池,电解液:酸性 NH4Cl碱性KOH（离子导电性更好）负极：锌片锌粉（反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高）,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,二、发展中的化学电源,1.干电池,（1）一次性电池：,（2）普通锌锰电池：,Zn-2e-=Zn2+,（3）碱性锌锰电池：,课本P39、设计P43,NH4Cl,Zn-2e-+2
9、OH-=Zn(OH)2,KOH,使用寿命短，易泄漏,使用寿命长，不易泄漏,（4）应用：,卡式录音机、闪光灯、电动玩具、袖珍电视机等,2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O,2MnO2+2H2O+2 e-=2MnO（OH）+2OH,Zn,C,Zn,C,锌锰电池电极反应：,负极：正极：,Zn 2e-=Zn2+,2NH4+2e-=2NH3+H2,总反应：,Zn+2NH4+=Zn2+2NH3+H2,锌-锰干电池在使用过程中，锌会逐渐溶解，锌外壳变薄，最后内部的糊状电解质泄露出来，对电器腐蚀。,为了防止泄露，在外壳套上金属筒或塑料筒，制成防漏电池。,P42【思考与交流】,为什么锌锰干
10、电池放置过久会失效？,为了延长电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质 换成湿的，制成了 电池。,NH4Cl,KOH,碱性锌锰,负极：Zn+2OH-2e-=Zn(OH)2,2、充电电池,2、充电电池：氧化还原反应在充电时可以逆向进行。,1、充电电池又称二次电池，能够重复使用至一定的周期。,手机专用电池,摄像机专用电池,笔记本电脑专用电池,用途：目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池，它还广泛用于国防、生产、生活等领域。,铅蓄电池：最早使用的充电电池。,（1）铅蓄电池,2、充电电池,二次电池：氧化还原反应在充电时 可以逆向进行。,铅蓄电池,负极？,正极？,总反应：,放电：化学能转化为电能,充电：
11、电能转化为化学能,电解质？,优缺点：应用：,可充电，比干电池使用寿命长；但体积大，有污染,汽车上使用的电瓶等,铅蓄电池：,放电时:,正极材料是 负极材料是，电解质是。,PbO2,Pb,H2SO4,负极：正极：总反应：,Pb+SO42-2e-PbSO4,PbO2+4H+SO42-+2e-PbSO4+2H2O,镍镉充电电池：,负极：正极：电解质：优缺点：应用：,Cd,NiO(OH),KOH,具有残留性记忆，可重复使用500次以上，体积小；但镉有致癌作用,如不回收，会产生严重污染,广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等,镍镉电池,镉有致癌作用，有被镍氢电池取代的趋势。,锂离子电池,锂离
12、子电池是新一代可充电的绿色电池。特点：高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。用途：现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机、手表、心脏起搏器等低功耗电器的主流。,笔记本电脑专用电池,锂电池（有机溶剂电解液）,负极：2Li-2e=2Li+正极：I2+2e=2I总反应：2Li+I2=2LiI,跟相同质量的其它金属作负极相比，使用寿命延长，高能、质轻、电压高、工作效率高、储存寿命长。,发展中的电池,3、燃料电池高效、环境友好的化学电池,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。(例如：H2和O2的燃料电池，CH4和O2的燃料电池),燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学
13、能直接转换成电能的化学电池。,小型高性能燃料电池,氢氧燃料电池工作原理：,总反应：2H2+O2=2H2 O,通入的气体在电极表面放电，电池只是作为一个反应器。与其它电池区别：反应物不是储存在电池内。,用途：氢氧燃料电池目前已应用于航天、军事通讯、电视中继站等领域,2H2-4e-=4H+,O2+4e-+2H2O=4OH-,2H2-4e-=4H+,O2+4e-+4H+=4H2O,2H2-4e-+4OH-=4H2O,O2+4e-+2H2O=4OH-,*氢氧燃料电池的电极反应,一定要会判断：酸性有H+(肯定没OH-）；碱性有OH-(肯定没 H+）,甲烷氧气燃料电池该电池用铂片插入KOH溶液中作电极，在
14、两极上分别通甲烷和氧气 负极：正极：放电总反应式：,CH4+10OH8e=CO32+7H2O,2O2+4H2O+8e=8OH,CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O,Al空气海水电池 负极：正极：放电总反应式：,4Al 12e=4Al3+,3O2+6H2O+12e=12OH,4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3,46,钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较,析氢腐蚀,吸氧腐蚀,条件,水膜呈酸性,水膜呈中性或酸性很弱,电极反应,负极Fe,Fe-2e-=Fe2+,2Fe-4e-=2Fe2+,正极C,2H+2e-=H2,O2+2H2O+4e-=4OH-,总反应:,Fe+2H+=Fe2+H2,2Fe+2H2O+O2=2 Fe(OH)2,电化学腐蚀两种类型,
