人教版必修二高中化学-第二节-化学能与电能(44张PPT)

(共44张PPT)
知识技能
1
、认识原电池的反应原理、构造及应用；
2、认识化学能转变成电能的本质；
3、认识常见的化学电源，了解燃料电池的构造原理。
课标三维目标
过程方法
1、通过对原电池的实验探究，认识化学能转变为电能的本质。
2、通过查阅资料，了解新型电池。
情感态度
1、体验新科技对人类进步的贡献；
2、感悟能源的价值，增强环保意识。
现代社会中使用最为普遍的能源？
电能——又称电力（二次能源）
电力是怎样产生的？
一、化学能与电能的相互转化
化学能
（燃料）
热能
机械能
电能
燃烧
蒸汽
发电机
（蒸汽轮机）
（2）存在的问题：
经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低；环境污染严重。
（1）能量转换：
1、火力发电
有没有一种更好的方法把化学能直接
转化成电能呢
1、锌片和铜片分别插入硫酸有何现象发生？
2、锌片和铜片用导线连接后插入硫酸中，
有何现象，为什么？
3、锌片和铜片用导线连接后插入硫酸中，
导线上接上一个电流计有何现象，
为什么？
稀硫酸
溶液
Zn
Cu
G
e-
e-
H+
H+
H2
H+
SO42-
SO42-
Zn2+
铜、锌原电池示意图
负极
正极
稀硫酸
溶液
Zn
Cu
SO42-
H+
H+
H2
Zn2+
导线
H+
H+
SO42-
H+
H+
4、锌片、铜片的质量有无变化？溶液中c（H+）
如何变化？
5、锌片和铜片上发生了什么反应？
写出反应的离子方程式。
6、电子流动的方向如何？电流方向如何？
溶液中的阴阳离子的移动方向如何？
电能是现代社会中运用最广泛，使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。日常生活中使用的手提电脑、平板电脑、手机、相机、摄像机……这一切都依赖于电池的应用。那么电池是怎样将化学能转变为电能的呢？这就让我们用化学只是即开这个谜吧！
一、原电池
电极
电极材料
电极反应
反应类型
总反应
锌片
Zn
-
2e-
=
Zn2+
氧化反应
铜片
2H+
+
2e-
=
H2↑
还原反应
电子由锌片流向铜片
负极
正极
Zn+2H+=Zn2++
H2↑
（负极?正极）
G
负极
正极
e-沿导线传递,有电流产生
不断溶解
氧化反应
Zn
-
2e-
=
Zn2+
电解质溶液
还原反应
2H+
+
2e-
=
H2↑
Zn
Cu
H2SO4
阳离子移向
原电池工作原理
原
电
池
定义
将化学能转变成电能的装置
反应特征
自发反应,两极不同
形成条件
1.
活泼性不同的两极(均为导体且相互接触或用导线连接)
2.电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)
3.形成闭合回路
电极名称
负极:
较活泼金属(电子流出的极)
正极:
较不活泼的金属
(或能导电的非金属)(电子流入的极)
电极反应
负极:
氧化反应,
一般是金属失电子
正极:
还原反应,溶液中的阳离子得电子或者氧气得电子(吸氧腐蚀)
电子流向
负极
正极
溶液中带电粒子的移动
阳离子向正极移动（阳正阴负）
阴离子向负极移动
负极：较活泼的金属失去电子发生氧化反应，电子从负极流向正极，
正极：某物质或阳离子得到从负极流出的电子发生还原反应。
3、原电池工作原理：
小结：负极氧化、正极还原
（升失氧、降得还）
讨论：以下哪些装置可以形成原电池？
Zn
C
稀硫酸
A
CuSO4溶液
Zn
Cu
B
Fe
Cu
C
稀硫酸
Fe
Fe
D
CuSO4溶液
Fe
C
E
稀硫酸
稀硫酸
Zn
Cu
F
纯酒精
Fe
C
G
讨论：以上的原电池中正、负极上各发生了什么变化？电子的流动方向如何？
1、原电池正、负极的判断
(1)
根据构成原电池的必要条件之一；一般相对较活泼的金属作负极；
(2)
根据电子流向或电流方向确定：电子流出的一极或电流流入的一极为负极；
(3)
根据氧化还原反应确立:
发生氧化反应(还原剂)的一极为负极。
（4）依据电极质量的变化判断
（5）根据阴阳离子的移动方向判断
（6）根据电池反应式判断
二、电极反应式的书写方法
1、根据图示装置写电极反应式
先分析正、负极，再根据负极发生氧化反应，正极发生还原反应的规律书写电极反应式。
Zn
C
稀硫酸
A
CuSO4溶液
Zn
Cu
B
Fe
Cu
C
稀硫酸
Fe
Fe
D
.
负极：
负极
负极：Zn-2e-=Zn2+
正极：2H++2e-=H2↑
电池反应式：Zn+2H+=Zn2++H2↑
CuSO4溶液
Fe
C
例：
负极：Fe-2e-=Fe2+
正极：Cu2++2e-=Cu
电池反应式：Fe+Cu2+=Zn2++Cu
NaOH溶液
Al
Mg
负极：2Al+8OH—6e-=2AlO2-+4H2O
正极：6H2O+6e-=3H2↑+6OH-
2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑
电池反应式：
2、题目给定总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应（即分析有关元素化合价的变化情况）再选择一个一个简单变化情况去写电极反应式，另一极的电极反应式可以用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果，正负极发生反应的物质分别是一个氧化还原反应的氧化剂和还原剂。
例如：铅蓄电池
电池总反应式：
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
负极：
Pb+SO42-=PbSO4
正极：
PbO2+4H++SO42-=PbSO4+2H2O
【练习1】用铜、银和硝酸银溶液设计一个
原电池，该原电池的负极是________，
负极反应式是__________________。
Cu
Cu
-
2e-
=
Cu2+
【练习2】
A、B、C、D
、E五种金属可按如下方式组成原电池：
①A与B和CuSO4溶液组成原电池后，B极上附一层红色的铜。
②B、C和CuSO4溶液组成原电池时，B的质量逐渐减轻。
③A,D与CuSO4溶液组成原电池后，电子由D极经导线流向A极。
④D、E与稀酸组成原电池后，在D极有大量气泡产生。
则五种金属的活动性由强到弱的顺序是
。
E>D>A>B>C
（-）Zn
|
H2SO4
|
Cu（+）
3、原电池的表示方法：
2、某原电池的总反应方程式为2Fe3++Fe＝3Fe2+，
不能实现该反应的原电池是（
）
A、正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液
B、正极为石墨，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液
C、正极为Fe，负极为Zn，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
D、正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液
C、D
3、在盛水烧杯中，铁圈和银圈紧连处吊一根绝缘细丝，
使之平衡（见下图）。沿细丝小心向
杯中滴入CuSO4溶液，片刻后可观察
到的现象是（
）
A、铁圈上析出大量铜
B、保持平衡状态不变
C、铁圈向下倾斜
D、银圈向下倾斜
D
例
某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，设计了如下一系列实验，实验结果记录如下：
编号
电极材料
电解质溶液
电流计指针偏转情况
1
Mg、Al
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al、C(石墨）
稀盐酸
偏向石墨
4
Mg、Al
氢氧化钠溶液
偏向Mg
5
Al、Zn
浓硝酸
偏向Al
二、发展中的化学电源
1、干电池
负极（锌筒）：
Zn-2e-＝Zn2+
正极（石墨棒）：
2NH4++2e-
+2MnO2=
2NH3+Mn2O3+H2O
2NH4++2e-＝2NH3+H2
H2+2MnO2＝Mn2O3+H2O
Zn2++4NH3＝[Zn(NH3)4]2+
总反应：2Zn
+
4MnO2
+
4NH4Cl
=[Zn(NH3)4]Cl2
+
2Mn2O3
+
ZnCl2
+
2H2O
（-）Zn
|
NH4Cl
|
C（+）
2、充电电池（又称二次电池）：
(-)Pb
|
H2SO4
|
PbO2(+)
正极
负极(Pb)：
Pb+SO42--2e-＝PbSO4
正极(PbO2)
：
PbO2+4H++SO42-+2e-＝PbSO4+2H2O
总反应方程式为：
Pb+PbO2+H2SO4＝2PbSO4+2H2O
银锌电池：
(-)Zn
|
KOH
|
Ag2O(+)
总反应方程式为：
Zn+Ag2O+H2O＝2Ag+Zn(OH)2
锂电池
3、氢氧燃料电池（把化学能转变为电能）：
（-）Pt(H2)
|
KOH
|
Pt(O2)（+）
负极：2H2+4OH--4e-＝4H2O
正极：2H2O+O2+4e-＝4OH-
总反应方程式为：
2H2+O2＝2H2O
【练习1】已知锌电池发生的电极反应式为：
锌片：Zn
+2OH--2e＝ZnO+H2O，
石墨：H2O+(1/2)O2+2e＝2OH-，据此，下列判断中正确的是（提示：ZnO为两性氧化物）（
）
A、反应一定是在酸性溶液进行
B、反应过程中电解溶液pH值一定变大
C、反应过程中，OH-向负极移动
D、反应过程中，溶液pH值变小
【练习2】人造地球卫星用到一种高能电池——银锌蓄电池，其
电池的电极反应为：Zn
+2OH－－2e
=ZnO
+H2O，
Ag2O+H2O+2e－=2Ag+2OH－。据此判断氧化银是（
）
A、负极，并被氧化
B、正极，并被还原
C、负极，并被还原
D、正极，并被氧化
C、D
B
3.
原电池原理的应用
(1)
金属的防腐
在某些特殊的场所,
金属的电化腐蚀是不可避免的,
如轮船在海中航行时,
为了保护轮船不被腐蚀，可以在轮船上焊上一些活泼性比铁更强的金属如Zn。这样构成的原电池Zn为负极而Fe为正极，从而防止铁的腐蚀。
(2)
判断金属性的强弱
当两种金属构成原电池时，总是活泼的金属作负极而被腐蚀，所以先被腐蚀的金属活泼性较强。
(3)
加快反应速率
当形成原电池之后，反应速率加快，如实验室制H2时,
纯Zn反应不如粗Zn跟酸作用的速率快。
(4)
金属活动性强弱顺序的判断。
在中学阶段，可根据金属与水反应的难易，元素最高价氧化物对应的水化物碱性强弱等方法，还可以通过电化学方法判断金属活动性强弱顺序。
名称
电极材料
电解质
电极反应
电池反应
酸式锌锰干电池
正极：石墨
负极：锌
NH4Cl和
ZnCL2
负极:Zn-2e-=Zn2+
正极：2NH4++2e-=NH3+H2↑
2NH4++Zn=Zn2++2NH3+H2↑
碱性锌锰干电池
正极：MnO2
负极：锌
KOH
负极:2Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2
正极：2MnO2+H2O+2e-=Mn2O3+2OH-
Zn+2MnO2+H2O=Zn(OH)2+Mn2O3
铅蓄电池
正极：PbO2
负极：Pb
30℅的
H2SO4溶液
负极:2Pb+SO42--2e-=PbSO4
正极：PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O
Pb+PbO2+2H2SO4+2PbSO4+2H2O
氢氧燃料电池
正极：石墨
负极：石墨
KOH溶液
负极:Zn-2e-=Zn2+正极：
2H2+O2=2H2O
常见化学电源大全
名称
电极材料
电解质
电极反应
电池反应
铝—空气-海水电池
海水
负极:4Al-12e-=4Al3+
正极：3O2+6H2O+12e-=12OH-
4AL+3H2O+6O2=4Al(OH)3
锌银电池
正极：Ag2O
负极：Zn
KOH溶液
负极:Zn+2OH-2e-=ZnO+H2O
正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-
Zn+Ag2O=ZnO+2Ag
锂电池
正极：石墨
负极：Li
LiALCL4
SOCl2
负极:8Li-8e-=8Li+
正极：3SOCl2+8e-=SO32-+2S+6Cl-
8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S
【练习3】氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会
产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应是：
据此判断下列叙述正确的是（
）
A、电池放电时，电池负极周围溶液pH不断增大
B、电池放电时，镍元素被氧化
C、电池充电时，氢元素被还原
D、电池放电时，H2是负极（1999年全国高考试题）
C、D
【练习4】有人用铂作电极，KOH溶液作电解质溶液，又从两电极分别通CH4和O2，形成燃料电池，该电池中通入甲烷的
铂为
极，发生的电极反应是
，
该电池工作时（放电）溶液的pH值将
，反应的总化学方程式是
。
负
CH4+10OH--8e-＝CO32-+7H2O
变小
CH4+2O2+2OH-＝CO32-+3H2O
2H2+NiO(OH)
Ni(OH)2
2H2+2NiO(OH-)
2Ni(OH)2
充电
放电
：不纯的金属（或合金）接触到电解质溶液
发生原电池反应，比较活泼的金属
原子失去电子而被氧化所引起的腐蚀。
三、金属的电化学腐蚀
1、金属腐蚀的概念与实质
金属腐蚀：金属或合金与周围接触的
气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗
的过程。
实质：金属
M-ne-→Mn+（氧化反应）
2、金属腐蚀的类型
（1）化学腐蚀：金属直接接触强氧化剂而被氧化腐蚀的过程。
（2）电化学腐蚀
Fe
C
电解质溶液
O2
OH-
Fe2+
e-
e-
e-
例：钢铁腐蚀
①
吸氧腐蚀
弱酸性、中性或碱性溶液中
负极：（Fe）
2Fe
-
4e-
=
2Fe2+
正极：（C）
2H2O
+
O2+
4e-＝4OH-
②
析氢腐蚀
较强酸性溶液中
负极：（Fe）
Fe
-
2e-
=
Fe2+
正极：（Fe）
2H++
2e-＝H2↑
化学腐蚀和电化学腐蚀的区别与联系
化学腐蚀
电化学腐蚀
反应本质
反应条件
反应现象
相互关系
金属失电子被氧化
金属与氧化剂直接接触
不纯金属或合金与
电解质溶液接触
无电流产生，常伴随热效应
有微弱电流产生
两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
3、金属的防护
（1）改变金属的内部结构性能
（2）在金属表面覆盖保护层
（3）电化学保护法
利用原电池原理，在受保护金属上连接一较活泼金属，使受保护金属作为原电池正极而不被腐蚀。
②
利用电解原理
2.
判断金属腐蚀快慢的规律
不纯的金属或合金,
在潮湿的空气中形成微电池发生电化腐蚀,
活泼金属因被腐蚀而损耗,
金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关;
(1)
与构成微电池的材料有关，两极材料的活动性差别越大，电动势越大，氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快。
(2)
与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。
一般说来可用下列原则判断:
原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀
根据原电池的电极反应判断:
两种活动性不同的金属构成原电池的两极，活泼的金属作负极，负极金属是电子流出的极，正极金属是电子流入的极。
【课堂练习】
1.
由铜、锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH怎样变化:
A.
不变
B.
先变小后变大
C.
逐渐变大
D.
逐渐变小
C
2.
下列关于铜—锌—稀H2SO4构成的原电池的有关叙述中错误的是:
(
)
A.
锌为负极，锌发生氧化反应
B.
铜为正极，铜不易失去电子而受到保护
C.
负极发生还原反应，正极发生氧化反应
D.
外电路电子流入的一极为正极，电子流出
的一极为负极
C
3.
某原电池,
将两金属X、Y用导线连接,
同时插入相应的电解质溶液中，发现Y电极质量增加，则可能是下列情况中的:
A.
X是负极,
电解质溶液为CuSO4溶液
B.
X是负极,
电解质溶液为稀H2SO4溶液
C.
X是正极,
电解质溶液为CuSO4溶液
D.
X是正极,
电解质溶液为稀H2SO4溶液
4.
表明金属甲比金属乙活动性强的叙述正确的是:
A.
在氧化还原反应中,
甲失电子数比乙多
B.
同价态阳离子,
甲比乙氧化性强
C.
常温下甲能与浓HNO3反应而乙不能
D.
将甲、乙组成原电池时,
甲为负极
【练习1】银制器皿，日久因表面生成
Ag2S而呈黑色，有人设计用原电池
原理加以除去。具体作法是将发黑
银器放入一铝制容器中，再加入一定
浓度的食盐水将银器完全淹没，放置
一段时间后，银器表面不仅黑色褪去，
而且银不损失；但铝制容器发生损耗。
由以上实验可推知该原电池发生的
电极反应式和总反应式为__________________________________，
；
装置中食盐水的作用是
。
Ag2S+2e-＝2Ag+S2-
Al
-3e-＝Al3+
3Ag2S+2Al+6H2O＝6Ag+3H2S↑+2Al(OH)3↓
作为电解质溶液
【练习2】
某同学作金属电化学腐蚀实验
设计如右下图所示：试管放一枚缠有铜丝
的光亮铁钉，试管中液体为饱和食盐水，
试回答：
（1）数天后观察到现象是________
_______________________________
，
这说明铁钉发生了
。
（2）有关的电极反应式是
。
（3）溶液中发生的化学反应为
_______________________________________
。
（4）试管内气体的平均相对分子质量
的变化将是
（填变大、变小或不变）。
铁针表面有
红褐色铁锈生成，在液面处锈蚀程度最
大，U型管内液面a端升高，b端降低
吸氧腐蚀
负极：Fe-2e-＝Fe2+
正极：2H2O+O2+4e-＝4OH-
Fe2++2OH-＝Fe(OH)2
4Fe(OH)2+2H2O+O2＝Fe(OH)3
变小
【练习3】钢铁在锈蚀过程中，下列
5种变化可能发生的是（
）
①Fe由0价转化为+2价；②O2被还原；
③产生H2；④Fe(OH)3失水形成
Fe2O3.H2O；⑤杂质C被氧化除去
A、仅①②③　　　B、仅②③④　　　
C、仅①②③④　
D、仅①②③④⑤
C
资料卡片
1、一次能源：直接从自然界取得的能源称为一次能源，如流水、太阳能、风力、原煤、石油、天然气、天然铀矿等。
2、二次能源：一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源，如电能、蒸汽能等。