2.2《化学能与电能》PPT课件（新人教版-必修2）

(共68张PPT)
新课标人教版课件系列
《高中化学》
必修２
第二章 化学反应与能量
第二节
《化学能与电能》
教学目标
知识与能力
１、 理解原电池原理和形成条件。2、 通过学生设计完成原电池形成条件的实验,学习实验研究的方法。
过程与方法
通过学生经历假设与猜想、设计方案、进行实验、总结解释实验现象、得出结论、应用结论解决问题的过程，逐步探究出原电池的原理和构成条件，并学习科学探究的方法，提高学生的科学探究能力。通过小组活动提高学生与他人交流、合作的能力。
情感态度与价值观
通过本课的学习，发展学生学习化学的兴趣，乐于探究物质变化的奥秘，通过化学史的介绍，使学生理解科学探究的艰辛。培养学生勤于思考、探索求实的科学态度。
教学重点：原电池的原理和形成的条件
教学难点：原电池的原理
水电站
直接从自然界取得的能源称为一次能源
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。
火电站
一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源
1,火力发电原理及过程
燃烧
蒸汽
发电机
化学能 热能 机械能 电能
一、化学能与电能的相互转化
水电17.6%
其他1.2%
2001年我国发电总量构成图
火力81.2%
火力发电仍将居首位
什么是火力发电？
火电站的工作原理如何
化学能 热能 机械能 电能
燃烧
蒸汽
发电机
火力发电的原理分析。
2、火力发电的化学深层本质分析
燃烧
氧化还原反应
氧化剂与还原剂之间发生电子的转移
火力发电
将化学能经一系列能量转化为电能
旧键断裂和新键形成、体系能量变化
过程
关键
本质
本质
引起
[实验2-4] 原电池原理探究
步骤 讨论与交流
1.将Zn片插入稀H2SO4 Zn片和Cu片上现象有何差别
2.将Cu片插入稀H2SO4
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.
4.Zn片和Cu片用导线连接(中间接电流表)插入稀H2SO4(偏向 ) 电流表指针有何变化 说明了什么
5.尝试用干电池判断实验4中
的正负极 说明你判断的方法
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。
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。
Zn2+
+
负极
正极
-
Zn
Cu
电流表
SO4
2-
H+
H+
e-
I
H2
[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
离子方程式
思考问题
寻找答案
组内交流 列出想法
演示探究
实验现象
Cu起传导电子的作用。
可用电流表测电流及方向。
Zn + 2H+ = Zn 2+ +H2↑
稀H2SO4
Zn
Cu
大量气泡从铜片逸出，锌片部分溶解
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？
解释实验现象
思考问题
寻找答案
组内交流
列出想法
演示探究
实验现象
化学能直接转化为电能
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？
锌表面无气泡，
铜表面有气泡，
电流表发生偏转。
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
A
Zn
Cu
稀H2SO4
①定义：能把化学能转变为电能的装
置，叫做原电池。
②原电池的电极
电极 电极材料 反应类型 电子流动方向
负极 还原性较强的金属 氧化反应 电子流出（流向正极）的一极
正极 还原性较弱的金属
还原反应 电子流入（来自负极）的一极
③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
④原电池化学反应本质：
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）
⑤判断原电池正、负极的方法
＊由组成原电池的两极材料判断：
一般是活泼的金属为负极
活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极
＊根据电流方向或电子流动方向判断：
电流是由正极流向负极；
电子流动方向是由负极流向正极。
＊根据原电池两极发生的变化来判断：
原电池的负极总是失电子发生氧化反应，
正极总是得电子发生还原反应。
锌片插入稀硫酸中，被腐蚀。（化学腐蚀）
锌片在锌,铜（稀硫酸）原电池中作为负极，也被腐蚀。（电化学腐蚀）
哪个更快？
原电池的负极被腐蚀得更快。
分析锌,铁（稀硫酸）原电池中的电极反应。
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。
原电池设计思路：
①释放能量的氧化还原反应（放热反应）
② 通常须两活性不同的电极
③ 电解质溶液
④ 还原剂在负极失电子，发生氧化反 应；氧 化剂在正极得电子,发生还原反应．
化学能与电能的相互转化
电能
化学能
原电池
电解
原电池
“负极出电子，电子回正极”
2、变化:
活泼金属→发生氧化反应→向外线路提供电子→原电池的负极；
不活泼金属（或石墨）→发生还原反应→接受外线路提供的电子→原电池的正极。
小结：原电池
1、定义:把化学能转变为电能的装置.
必发生失电子的氧化反应
必发生得电子的还原反应
4、原电池的构成条件
①两种活泼性不同的金属（或一种金属和 另一种非金属导体）构成电极。
②电解质溶液。
③电极用导线相联构成闭合回路。
3、化学电池的组成:
正极、负极、电解质溶液以及容器。
5,原电池化学反应本质： 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）
氧化还原反应
C
H2SO4
（不可以）
（不可以）
（可以）
（不可以）
例2
（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
实验探究形成原电池的条件
形成条件三：必须形成闭合回路
（不可以）
说说原电池是由几部分构成
A
Zn
Cu
H2SO4
A
Zn
C
H2SO4
A
Zn
Cu
酒精
Zn
H2SO4
A
Cu
H2SO4
试着说说原电池的构成条件是什么？
A
Zn
Zn
H2SO4
A
Zn
Fe
H2SO4
A
Cu
Cu
H2SO4
A
Zn
Cu
HCl
① ② ③ ④
⑤ ⑥ ⑦⑧
实验探究
A
Zn
Cu
H2SO4
A
Zn
C
H2SO4
A
Zn
Zn
H2SO4
A
Zn
Fe
H2SO4
A
Cu
Cu
H2SO4
原电池 ① ② ③ ④
电流表指针 偏转
区别
结论
不偏转
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
不偏转
偏转
①
②
④
③
实验探究
A
Zn
Cu
H2SO4
A
Zn
Cu
酒精
A
Zn
Cu
HCl
原电池 ⑤ ⑥
电流表指针 偏转
区别
结论
不偏转
溶液不同
电极材料均插入
电解质溶液中
偏转
⑤
⑥
电流表指针 ⑦-⑧组
偏转
区别
结论
不偏转
容器不同
两极相连形成闭合电路
实验探究
A
Zn
Cu
H2SO4
Zn
H2SO4
A
Cu
H2SO4
⑦
⑧
练习
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，并写出电极反应式。
①
②
③
(×)
(×)
(√)
2H++2e-＝H2↑
负极：
总反应：
正极：
Zn－2e-＝Zn2+
Zn+2H+＝Zn2++H2↑
⑤
④
(√)
(√)
负极：
正极：
总反应：
正极：
负极：
总反应：
Zn－2e-＝Zn2+
2H++2e-＝H2↑
Zn+2H+＝Zn2++H2↑
Fe－2e-＝Fe2+
Cu2++2e-＝Cu
Fe+Cu2+＝Fe2++Cu
或 Fe+CuSO4＝Cu+FeSO4
⑦
⑥
(×)
(√)
负极：
正极：
总反应：
Zn－2e-＝Zn2+
Cu2++2e-＝Cu
Zn+Cu2+＝Zn2++Cu
或 Zn+CuSO4＝ZnSO4+Cu
⑧
(√)
负极：
正极：
总反应：
Fe－2e-＝Fe2+
2H++2e-＝H2↑
Fe+2H+＝ Fe2++H2↑
或 Fe+H2SO4＝FeSO4+H2↑
2、将锌片和铜片用导线连接置于同一稀 H2SO4溶液中，下列各叙述正确的是（ ）
A、正极附近（SO42-）的浓度逐渐增大
B、负极附近（SO42-）的浓度逐渐增大
C、正极负极附近基本不变
D、锌片、铜片同时有气泡冒出时，说明锌片 不纯。
BD
3、把a、b、c、d四种金属片浸泡在稀H2SO4 中用导线两两相连可以组成各种
原电池，若a、b相连时a为负极；c、d相
连时，c为负极，a、c相连时，a为正极，b、d相连时，b为负极，则这四种金属
的活动性顺序为（　 ）
A、a＞b＞c＞d B、a＞c＞b＞d
C、b＞d＞c＞a D、c＞a＞b＞d
D
4.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是( )
A.Mg B.Fe C.Al D.Cu
B
5.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 PH( )
A.不变 B先变大后变小
C逐渐变大 D.逐渐变小
C
6.一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu,
该反应的的原电池正确组合是（ ）
C
A B C D
正极 Zn Cu Cu Fe
负极 Cu Zn Zn Zn
电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl
6,判断原电池正、负极的方法
＊由组成原电池的两极材料判断：
一般是活泼的金属为负极
活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极
＊根据电流方向或电子流动方向判断：
电流是由正极流向负极；
电子流动方向是由负极流向正极。
＊根据原电池两极发生的变化来判断：
原电池的负极总是失电子发生氧化反应，
正极总是得电子发生还原反应。
二、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。
干电池
碱性电池
1、干电池结构及电极反应原理
干电池结构及电极反应原理
负极：Zn — 2e- == Zn2+
正极：2NH4+ + 2e- == 2NH3↑+H2↑
Zn + 2NH4+ == Zn2++2NH3↑+H2↑
电池总反应式：
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
又称二次电池，能够重复使用至一定的周期。
铅蓄电池：最早使用的充电电池。
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。
铅蓄电池
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。
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：
PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
放电
充电
氢氧燃料电池
3.燃料电池
新型燃料电池
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
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
燃料电池
新型电池中，电极的导电材料一般多孔的金属板，负极是通入还原剂的一方，正极是通入氧化剂的一方。
氢氧燃料电池，电解质溶液为30%的氢
氧化钾溶液.
正极： O2+ 4e + 2H2O === 4OH-
负极： 2H2 – 4e + 4OH-=== 4H2O
总反应式： 2H2+O2==2H2O
特点：
高效,环境污染少,外加设备供给氧化剂
4、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）
其他电池
空气电池
KOH溶液
H2
O2
H2O
a b
例,1969年美国“阿波罗11号”登月成功。飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。
a是 极，
b是 极
负
正
若将氢氧燃料电池 电解质为KOH电极反应式该如何写？
总反应式：2H2 + O2 == 2H2O
正极：O2 + 2H2O + 4e- == 4OH-
负极：2H2 – 4e-＋4OH- ==4H2O
练习
1.废电池的污染引起人们的广泛重视，废电池中对环境形成污染的主要物质是( )
A．锌 B．汞 C．石墨 D．二氧化锰
2.实验室中制取氢气，最好的方法是( )
A．纯锌与稀硫酸反应
B．纯锌与浓硫酸反应
C．纯锌与稀盐酸反应
D．粗锌(含铜、银)与稀硫酸反应
B
D
3.某金属能和盐酸反应生成氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，则该金属可能为( )
A．铝 B．铜 C．锡 D．硅
4.已知空气-锌电池的电极反应为：
锌片：Zn+20H--2e-=ZnO+H20
石墨：02+2H20+4e-=40H-
根据此判断，锌片是( )
A．负极，并被氧化 B．负极，并被还原
C．正极，并被氧化 D．正极，并被还原
A
C
5.一个原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu，该反应的原电池的组成正确的是( )
C
6.由铝，铁，铜，银和稀硫酸，可以组成原电池的总数为( )
A．3种 B．4种 C．5种 D．6种
7.表明金属甲的活动性比金属乙的活动性强的叙述正确的是( )
A．在氧化还原反应中，甲失电子比乙失电子多
B．甲比乙同价态的阳离子的氧化性强
C．甲能与稀盐酸反应生成氢气而乙不能
D．将甲与乙组成原电池时，甲为正极
B
C
8. X，Y，Z都是金属，把X浸A Z的硝酸溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y为负极。X，Y，Z三种金属的活动性顺序为( )
A．X>Y>Z B．X>Z>Y
C．Y>X>Z D．Y>Z>X
9.对于锌一铜一稀硫酸组成的原电池装置中，当导线中有1 mol电子通过时，理论上的两极变化是( )
①锌片溶解了32.5 g②锌片增重32.5 g③铜片上析出l g H2 ④铜片上析出1 mol H2
A．①和③ B．①和④
C．②和③ D．②和④
C
A
10.由铜、锌和稀硫酸组成的原电池中，正极是 ，发生 ，电极反应是 ；
负极是 ， 发生 ， 电极反应是 ，总的反应式(离子方程式)是 。
11.干电池与充电电池的本质区别在于： ；而燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于 。
铜
还原反应
2H++2e-=H2
锌
氧化反应
Zn-2e-=Zn2+
Zn+2H+= Zn2++H2
内部的氧化还原反应是否可逆
反应是否能连续进行
12.据报道，锌电池可能取代目前广泛应用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为：2Zn+02=2ZnO，原料为锌粒、电解质和空气，则下列叙述正确的是( )
A．锌为正极，空气进入负极反应 B．负极反应为Zn-2e-=Zn2+
C．正极发生氧化反应
D．电解液肯定不是强酸
B
13.有A，B，c，D四种金属。将A与B用导线连接起来浸入电解质溶液中，B不易腐蚀，将A，D分别投入等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈，将铜浸入B的盐溶液中，无明显变化，若将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此判断这四种金属的活动性由强到弱的顺序是( )
A．D>C>A>B B．D>A>B>C
C．D>B>A>C D．B>A>D>C
B