6.1.3化学反应与电能课件(共38张PPT) 人教版（2019）必修第二册

(共38张PPT)
第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量
第二课时 化学反应与电能
电是从哪来的？
火力发电
核电站
水力发电
风力发电
我们目前电能主要来自火力发电，其次是水力发电。
2015年我国发电总量构成图
火力发电的原理
水力发电
蒸汽
化学能
热能
机械能
电能
燃烧
发电机
化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能。
火力发电的原理
化学反应与电能
1、煤炭是不可再生资源，会造成能源危机
2、煤炭燃烧会产生污染性气体
3、转换环节多，能量损耗大，能量的利用率低
弊端
探究把化学能直接转变为电能的装置？
电流是怎样产生的？
什么反应中有电子的转移？
电子定向移动
氧化还原反应
写出锌和稀硫酸反应的化学方程式并用单线桥分析
Zn+2H+=Zn2++H2 ↑
2e-
什么方法可使Zn与H+分开，从而让电子定向移动呢？
【实验6-3】教材P36页
1、将铜片和锌片一起插入稀硫酸溶液中，观察现象并解释原因。
实验现象：Zn片溶解，并有气泡冒出，
Cu片无明显现象。
解释：
Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑
【实验6-3】教材P36页
2、用导线把锌片和铜片连接起来,观察比较导线连接前后的现象。(注意两块金属片不要相接触)。
实验现象：
Zn片逐渐溶解但无气泡（理论上）；
Cu片上有气泡冒出。
解释：
Cu片上有H2产生。
思考：
如何证明电子的定向移动？
【实验6-3】教材P36页
3、用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表的指针是否偏转。
实验现象：
指针偏转
解释：
电路中有电流通过，发生了电子定向移动。
原电池
1.定义：将___________转变成___________的装置叫做原电池。
化学能
电能
A
Zn
Cu
SO42－
H+
H+
正极
负极
e－
2.本质：氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行。
锌片：
铜片：
负 极
正 极
Zn－2e－ = Zn2+
2H+＋2e－ = H2↑
(氧化反应)
(还原反应)
3.电极：
稀硫酸
锌片
铜片
Zn－2e－=Zn2+
氧化反应
负极
发生溶解
2H++2e－=H2↑
还原反应
正极
产生气泡
外电路
内电路
负极 沿导线 正极
正极 沿导线 负极
电子流向：
电流方向：
阳离子 正极
阴离子 负极
原电池总反应：_____________________
注意：电子不下水，离子不上岸
Zn+2H+=Zn2++H2↑
4.工作原理
原电池
5. 原电池形成条件
实验装置
能否构成原电池
结论 能
不能
1、自发进行的氧化还原反应
2、反应实质：一般原电池的负极和电解质溶液发生氧化反应
Cu
①自发的氧化还原反应
5. 原电池形成条件
②电极材料
实验装置
能否构成原电池
结论 能
能
不能
1、一般有两种活泼性不同的金属电极（或一种是非金属导体，如石墨）
2、一般较活泼的金属作负极；较不活泼的金属、石墨等作正极
例外： Al / NaOH / Mg 原电池 ： 是Al作负极
Cu / HNO3 （浓） / Fe 原电池 ： 是Cu作负极
5. 原电池形成条件
③电解质溶液
实验装置
能否构成原电池
结论 能
能
不能
电极材料均浸入的是电解质溶液或熔融的离子化合物
5. 原电池形成条件
实验装置
能否构成原电池
结论 ④闭合回路
能
不能
整个装置应构成闭合电路，导线连接，或直接接触
能
(1) 有自发进行的氧化还原反应(放热)
(2) 一般两个活泼性不同的电极，如：金属与金属、金属与非金属
(3) 电解质溶液 或熔融的离子化合物
(4)两极用导线相连，形成闭合回路
5. 原电池形成条件
练习. 下列各装置露置在空气中，能在外电路获得电流的是(　　)
B
总反应：
电极反应：
6. 原电池正负极的判断方法
电极材料
反应类型
电子流向
电极现象
离子移向
负极
正极
较活泼金属
较不活泼金属或
能导电的非金属
氧化反应
还原反应
电子流出
电子流入
e-
不断溶解
质量减小
电极增重或
有气体产生
阴离子移向
阳离子移向
稀硫酸
练习. 如图所示，电流计指针发生偏转，同时A极质量减少，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是(　　)
C
A.B极为原电池的正极
B.A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸
C.C中阳离子向A极移动
D.A极发生氧化反应
原电池原理的应用
（1）加快氧化还原反应的速率
例：纯锌、粗锌(含杂质铜)与HCl反应哪个快？
√
练习：下列现象中，不是由于原电池反应造成的是（ ）
A．含杂质的锌与盐酸反应比纯锌与盐酸反应速率快
B．金属在潮湿的空气中易腐蚀
C．纯铁和稀硫酸反应，如滴入几滴硫酸铜溶液，则可加快反应速率
D．纯银器表面变黑
D
稀硫酸
硫酸铜
Fe
（2）比较金属活动性的强弱
例:有两金属a、b，用导线相连后移入稀H2SO4 中，能溶解的金属活动性较_ __，表面出现较多气泡的金属活动性较_ __。
强
弱
原电池原理的应用
X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y是电池的负极。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
C
（3）设计原电池（课本37页）
自发进行的氧化还原反应
电极材料（金属、石墨棒）
形成闭合回路（导线、电解质溶液等）
原电池的构成要素
活动性不同的两个电极
（金属与金属或金属与能导电的非金属）
电解质溶液
导线
形成闭合回路
两电极均插入其中
①设计原电池的氧化还原反应，分析氧化剂、还原剂
②选择正负极材料及电解质溶液
③画出原电池装置图
④按要求标电子移动、电流、离子移动方向，写电极方程式
思考：根据原电池的形成条件设计原电池：
请判断以下能否形成原电池，如果能形成，负极是哪一极？
稀硫酸
Al
Mg
A
氢氧化钠
Al
Mg
A
稀硝酸
Fe
Cu
A
浓硝酸
Fe
Cu
A
生活中的电池
化学电池
一次电池
二次电池
燃料电池
燃料:
铅蓄电池
锌银蓄电池
镍镉电池
锂离子电池
普通干电池
碱性锌锰电池
锌银纽扣电池
:又称充电电池或蓄电池放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用。
:是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源,又称连续电池
:电池中的反应物质消耗到一定程度，就不能再次利用。
氧化剂:
天然气、煤气等
H2、甲醇、
O2或空气
认识化学电源
一、一次电池
一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池
1、普通锌锰电池
Zn—MnO2 —NH4Cl
负极：Zn-2e-=Zn2+
正极： +2e-+2MnO2=2NH3 ↑+Mn2O3+H2O
总反应
Zn+2MnO2 + 2NH4Cl =ZnCl2+Mn2O3+2NH3↑+H2O
0 +4 +2 +3
优点：制作简单，便于携带，价格便宜；
缺点：放电时间短，电压下降快；容易漏液（锌外壳变薄）糊状NH4Cl显酸性）
电池总反应：
Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
负极：Zn + 2OH– – 2e– =Zn(OH)2
正极：2MnO2 + 2H2O +2e– = 2MnOOH + 2OH–
锌粉取代锌筒，KOH取代NH4Cl，增大接触面积
加快反应速率，减少电池内阻，电流大电压高寿命长
0 +4 +3 +2
2、碱性锌锰电池
Zn—MnO2 —KOH
优点：电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会涨气或漏液。
缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵。
2.二次电池也叫充电电池
化学能 电能
充电
放电
充放电转化反应条件不同
不是可逆反应。
是可逆反应吗？
铅酸蓄电池的构造示意图
优点：电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉等。
缺点：比能低、使用寿命短、日常维护频繁等。
铅蓄电池放电时的总反应为：
负极: Pb+SO42－ －2e－ = PbSO4
正极: PbO2＋4H＋＋SO42－ ＋2e－ = PbSO4＋2H2O
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4（aq） 2PbSO4(s)+2H2O(l)
放电
充电
放电：化学能转化为电能；充电：电能转化为化学能
0 +4 +2
1、铅酸蓄电池
Pb—PbO2—H2SO4
二次电池
锂离子电池：
负极：Li － e- ==Li+
正极：MnO2 ＋ e -== MnO2-
优点: 质轻、比能量高、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，
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。
（非水有机溶剂电解液）
目前已研制成功多种锂离子电池，某种锂离子电池的总反应式为Li+MnO2=LiMnO2，
特斯拉汽车所用 松下18650锂离子电池
燃料电池
利用原电池的工作原理，燃料和氧化剂分别放在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能。
反应物不储存在电池内部，由外设设备提供燃料和氧化剂。
高效(能量转化率可以达到80%以上), 环境友好。
优点
3.
与其他电池的区别
2.
原理
1.
氢氧燃料电池
写出H2SO4为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应式
写出KOH为电解质溶液的氢氧燃料电池电极反应式
负极：
正极：
O2 + 4e- + 4H+ ＝2H2O
O2 +4e- +2H2O ＝4OH-
负极：
正极：
H2 －2e- ＝2H+
2H2 －4e- ＝4H+
H2 -2e- +2OH- ＝2H2O
2H2 －4e- ＝4H+
2H2 -4e- +4OH－ ＝4H2O
2H2 -4e- +4OH－ ＝4H2O
总反应: 2H2+ O2 ＝2H2O
燃料电池
总: 2H2＋O2＝2H2O
MCFC型燃料电池（可同时供应电和水蒸气）
其工作温度为600℃－700℃
燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3
负极
正极
+: O2 + 4e- + 2CO2 = 2CO32-
-: 2H2 - 4e- + 2CO32- = 2CO2 + 2H2O
以固体氧化锆—氧化钇为电解质这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过
+: O2 + 4e- = 2O2-
-: 2H2 - 4e- + 2O2- = 2H2O
总：2H2 + O2 = 2H2O
负极
正极
CH4 +10OH- －8e- = CO32-+7H2O
CH4 + 2O2 +2OH- =3H2O+ CO32-
2O2+8e-+4H2O = 8OH-
写出甲烷燃料电池（CH4-O2-KOH溶液）的电极反应式
负极：
正极：
总反应:
课堂练习
燃料电池
归纳总结：
负极：燃料（H2、CO、烃类、肼、甲醇、氨、煤气……）
正极：O2、空气、Cl2等氧化性气体
电解质：①酸性溶液
②碱性溶液
③熔融金属氧化物
④熔融碳酸盐
正极电极方程式
O2 + 4H+ + 4e- == 2H2O
O2 + 2H2O + 4e- == 4OH-
O2 + 4e- = 2O2-
O2 + 4e- +2CO2 = 2CO32-
一般用惰性电极材料(金、铂、石墨等)
记住