高一化学必修二原电池、化学电源PPT课件.ppt

1、.1.2.3水电站水电站直接从自然界直接从自然界取得取得的能源称为的能源称为一次能源一次能源.4 电能是现代社会电能是现代社会中应用最广泛、使用中应用最广泛、使用最方便、污染最小的最方便、污染最小的一种二次能源，又称一种二次能源，又称为电力。为电力。.5火电站火电站一次能源经加工、转换得到的能源称为一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源二次能源.620012001年我国发电总量构成图年我国发电总量构成图火力发电占据绝大部分火力发电占据绝大部分什么是火力发电？什么是火力发电？火电站的工作原理如何火电站的工作原理如何? ?.71、火力发电原理及过程、火力发电原理及过程燃烧燃烧蒸汽蒸汽发电机发电

2、机化学能化学能 热能热能 机械能机械能 电能电能一、化学能与电能的相互转化一、化学能与电能的相互转化.8 化学能化学能 热能热能 机械能机械能 电能电能燃烧燃烧蒸汽蒸汽发电机发电机火力发电的原理分析。火力发电的原理分析。.92、火力发电的化学深层本质分析、火力发电的化学深层本质分析燃烧燃烧氧化还原反应氧化还原反应氧化剂与还原剂之间发生电子的转移氧化剂与还原剂之间发生电子的转移火力发电火力发电将化学能经一系列能量转化为电能将化学能经一系列能量转化为电能旧键断裂和新键形成、体系能量变化旧键断裂和新键形成、体系能量变化过程过程关键关键本质本质本质本质引起引起.10火力发电优点:a.我国煤炭资源丰富我

3、国煤炭资源丰富,廉价方便。廉价方便。b.电能清洁安全电能清洁安全,又快捷方便。又快捷方便。火力发电缺点:a.排出大量的温室效应气体。排出大量的温室效应气体。b.有废气可能导致酸雨有废气可能导致酸雨c.废料废水废料废水d.储量有限储量有限e.能量转换效率低能量转换效率低.11 化学能化学能 电能电能？.12化学能电能化学能电能 ？（看书（看书P35页第二、三段，回答问题）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、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。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

4、反、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。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、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。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，、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。化学物质的选择。5、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。.13 离子方程式离子方程式思考问题思考问题寻找答案寻找答案你对问题你对问题的想法的想法ZnCu锌表面有气泡锌表面有气泡产生，铜表面产生，铜表面无明显现象无明显现象1.1.反应中，哪

5、种物质失电子，哪种物质得电子反应中，哪种物质失电子，哪种物质得电子演示探究演示探究实验现象实验现象用导线将锌表面的电子引出来用导线将锌表面的电子引出来Zn +2H+ = Zn 2+ +H2.什么方法可使什么方法可使Zn与与H+分开，不让分开，不让H+直接在直接在Zn表面得电子？表面得电子？原电池实验视频原电池实验视频.14 离子方程式离子方程式思考问题思考问题寻找答案寻找答案组内交流组内交流 列出想法列出想法 演示探究实验现象实验现象CuCu起传导电子的作用。起传导电子的作用。可用电流表测电流及方向。可用电流表测电流及方向。Zn + 2H+ = Zn 2+ +H2ZnCu大量气泡从铜大量气泡从

6、铜片逸出，锌片片逸出，锌片部分溶解部分溶解1.H1.H+ +得到的电子是得到的电子是CuCu失去的吗？失去的吗？2.2.在这个过程中在这个过程中CuCu起什么作用？起什么作用？3.3.你怎样才能知道导线中有电子通过？你怎样才能知道导线中有电子通过？.15 解释实验现象解释实验现象思考问题思考问题寻找答案寻找答案组内交流组内交流 列出想法列出想法演示探究实验现象实验现象化学能直接转化为电能化学能直接转化为电能1.1.电子从电子从ZnZn到到H H+ +经历了哪些途径？经历了哪些途径？2.2.你认为这个过程能量是如何转化的？你认为这个过程能量是如何转化的？锌表面无气泡，锌表面无气泡，铜表面有气泡，

7、铜表面有气泡，电流表发生偏转。电流表发生偏转。电子由电子由Zn 导线导线 铜片铜片 H+ 定向移动定向移动产生电流，故电流表的指针发生偏转产生电流，故电流表的指针发生偏转ZnCu.16 实验现象实验现象 ：铜片上有气泡产生，锌片不断溶：铜片上有气泡产生，锌片不断溶解，电流表的指针发生偏转。解，电流表的指针发生偏转。 实验结论实验结论 ：导线中有电流通过：导线中有电流通过.17.18二二. .化学能直接转化为电能化学能直接转化为电能1.1.原电池的概念、前提原电池的概念、前提 将化学能转化为电能的装置将化学能转化为电能的装置 概念概念:2.前提前提: 能自发发生氧化还原反应能自发发生氧化还原反应

8、.193.3.原电池的工作原理原电池的工作原理能量转变能量转变 化学反应化学反应将化学能直接转化为将化学能直接转化为电能电能氧化还原反应中电子氧化还原反应中电子转移转移 (负极失去电子负极失去电子经过导线定向的流入经过导线定向的流入正极正极)原电池原电池.20原电池的正负极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。.21电极材料电极材料电

9、极反应式电极反应式发生的反应发生的反应原电池的电极原电池的电极Zn片片Cu片片总的离子反应方程式总的离子反应方程式Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+2H2H+ +2e=H+2e=H2 2Zn+2HZn+2H+ +=Zn=Zn2+2+H+H2 2负极负极正极正极还原反应还原反应氧化反应氧化反应.22电极电极材料材料现象现象电子电子得失得失电极反应电极反应原电池原电池的电极的电极ZnZn片片CuCu片片总的离子反应方程式总的离子反应方程式失失得得ZnZn2e2e- - ZnZn2+2+2H2H+ + + 2e+ 2e- -H H2 2负极负极正极正极Zn+2HZn+2H+ +ZnZn2

10、+2+H+H2 2有气有气体产体产生生ZnZn片片溶解溶解锌铜原电池原理锌铜原电池原理负极出电子，电子回正极负极出电子，电子回正极.23 Zn2+ + 负极负极 正极正极 - - Zn Cu电流表电流表SO42-H+H+e-IH2.244.原电池化学反应本质：原电池化学反应本质： 较活泼的金属发生氧化反应，较活泼的金属发生氧化反应，电子电子从较活从较活泼的金属（泼的金属（负极负极）通过外电路流向通过外电路流向较不活泼的较不活泼的金属（金属（正极正极）。）。 自发的氧化还原反自发的氧化还原反应应.25 外电路：外电路：电子由负极流向正极，电子由负极流向正极， 电流由正极流向负极电流由正极流向负极

11、内电路：内电路：阴离子移向负极，阳离阴离子移向负极，阳离 子移向正极，电流由负子移向正极，电流由负 极流向正极极流向正极e5.电荷流向电流流向：电荷流向电流流向：负极负极正极正极.26CH2SO4（不可以）（不可以）（不可以）（不可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）例例2条件一：有活泼性不同的两种金属或非条件一：有活泼性不同的两种金属或非金属金属.27实验探究实验探究A AZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4A AZnZnC CH H2 2SOSO4 4A AZnZnZnZnH H2 2SOSO4 4原电池原电池电流表指针电流表指针是否偏转是否偏转区别区别结论结论偏转偏转两极材料不

12、同两极材料不同有两种活泼性不同的金有两种活泼性不同的金属（或非金属）作电极属（或非金属）作电极不偏转不偏转.28实验探究实验探究A AZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4A AZnZnCuCu酒精酒精A AZnZnCuCuHClHCl原电池原电池电流表指针电流表指针是否偏转是否偏转区别区别结论结论不偏转不偏转溶液不同溶液不同电极材料均插入电极材料均插入电解质溶液中电解质溶液中偏转偏转.29A AZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4实验探究实验探究A AC CCuCuH H2 2SOSO4 4原电池原电池电流表指针电流表指针是否偏转是否偏转区别区别结论结论不偏转不偏转电极材料不同电极

13、材料不同能自发地发生氧化还原反应能自发地发生氧化还原反应.30电流表指针电流表指针原电池原电池组组偏转偏转区别区别结论结论不偏转不偏转容器不同容器不同两极相连形成闭合回路两极相连形成闭合回路实验探究实验探究A AZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4ZnZnH H2 2SOSO4 4A ACuCuH H2 2SOSO4 4 .31（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成条件二：电极需插进电解质溶液中；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.32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：必须形成闭合回路形成条件三：必须形成闭合回

14、路（不可以）（不可以）.33 6.原电池形成条件：原电池形成条件： 两种活泼性不同的金属（或其中一种两种活泼性不同的金属（或其中一种为能导电的非金属，如为能导电的非金属，如“碳棒碳棒”）作电极。）作电极。 其中较活泼金属为负极。较不活泼金其中较活泼金属为负极。较不活泼金属（或非金属）为正极（属（或非金属）为正极（正极一般不参与正极一般不参与电极反应，只起导电作用电极反应，只起导电作用）。）。 电解质溶液电解质溶液 形成闭合电路形成闭合电路 能自发地发生氧化还原反应能自发地发生氧化还原反应两极一液一连线两极一液一连线.34下列能形成原电池的有哪些？下列能形成原电池的有哪些？A AZnZnCuCu

15、H H2 2SOSO4 4A AZnZnC CH H2 2SOSO4 4A AZnZnCuCu酒精酒精ZnZnH H2 2SOSO4 4A ACuCuH H2 2SOSO4 4*A AZnZnZnZnH H2 2SOSO4 4A AZnZnCuCuHClHCl A AC CCuCuHClHCl.357.如何书写电极反应方程式如何书写电极反应方程式负极（锌片）：负极（锌片）： Zn 2e - = Zn 2+负极（锌片）：负极（锌片）： Zn 2e - = Zn 2+正极（石墨）：正极（石墨）： 2H+2e - = H2 正极（铜片）：正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu 总反应总反应

16、: Zn + 2H+ = Zn 2+ + H2 总反应总反应: Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu .36电极反应方程式的书写方法电极反应方程式的书写方法负极：负极：较活泼金属（较活泼金属（a） 电极反应：电极反应：a-ne-=an+ (氧化反应氧化反应)正极：正极：较不活泼金属或非金属（较不活泼金属或非金属（b） 电极反应：电极反应： Cm+ + me- = C (还原反应还原反应) 要求书写时，正负极得失电子数相等。要求书写时，正负极得失电子数相等。.37具体分类判断具体分类判断1.1.第一类原电池第一类原电池：两个活泼性不同的电极两个活泼性不同的电极( (金属与金属、金属与石金

17、属与金属、金属与石墨碳棒、金属与难溶金属氧化物墨碳棒、金属与难溶金属氧化物) )；电解质溶液，至少要能与一个电极发生有电子转电解质溶液，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；移的氧化还原反应，一般是置换反应；两电极插入电解质溶液中且用导线连接。两电极插入电解质溶液中且用导线连接。.38 方法：先找出两极相对活泼性，相对活泼的金方法：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

18、上得到电子还原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。如反应，析出金属或氢气，正极材料不参与反应。如：MgAlHClMgAlHCl溶液构成的原电池中，负极为溶液构成的原电池中，负极为MgMg。 但但MgAlNaOHMgAlNaOH溶液构成的原电池中，负极为溶液构成的原电池中，负极为AlAl（MgMg与与NaOHNaOH溶液不反应，溶液不反应，AlAl是两性金属，可以与是两性金属，可以与NaOHNaOH溶液反应）。再分析进入溶液的微粒能否在电解质溶液反应）。再分析进入溶液的微粒能否在电解质环境中存在环境中存在 （得失电子不能同时在同极上发生）（得失电

19、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。，不能存在时应考虑其与电解质之间的后续反应。.39如：如：MgMg、AlAl在碱性环境中构成的原电池在碱性环境中构成的原电池 解析：在碱性环境中解析：在碱性环境中Al Al 比比 MgMg活泼，其反实质为活泼，其反实质为AlAl与碱溶与碱溶液的反应：液的反应： 2Al+2OH 2Al+2OH- -+6H+6H2 2O=2AlOO=2AlO2 2- -+3H+3H2 2+4H+4H2 2O O 负极：负极：2Al - 6e- + 8OH2Al - 6e- + 8OH- - = 2AlO = 2AlO2 2- - + 4H + 4

20、H2 2O O 正极：正极：6H6H2 2O + 6e- =3HO + 6e- =3H2 2 + 6OH + 6OH- - 注意：注意：Al-3e-=AlAl-3e-=Al3+3+，此时，此时Al3Al3+ +在碱性环境不能稳定存在碱性环境不能稳定存在，会与在，会与OHOH- -（过量）结合转化为（过量）结合转化为AlOAlO2 2- - .40l 2.2.第二类原电池第二类原电池： 两个活动性不同的电极；两个活动性不同的电极； 任何电解质溶液任何电解质溶液( ( 酸、碱、盐皆可酸、碱、盐皆可) )； 形成回路形成回路。 这类原电池的特点是电极与电解质溶液不发生置这类原电池的特点是电极与电解质

21、溶液不发生置换反应，换反应，电解质溶液只起导电作用电解质溶液只起导电作用。正极一般是吸正极一般是吸氧腐蚀氧腐蚀的电极反应式：的电极反应式：O O2 22H2H2 2O O4e- 4e- 4OH4OH。微。微电池电池( (即若干微小的原电池即若干微小的原电池) )为不正规的原电池。合为不正规的原电池。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

22、后者电流是接触，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在金属体内部流过。微电池腐蚀分为析氢腐蚀( (发生发生在酸性较强的溶液里，正极上在酸性较强的溶液里，正极上H+H+被还原被还原) )和吸氧腐蚀和吸氧腐蚀 ( (发生在中性、碱性或极弱酸性溶液里，正极上是氧发生在中性、碱性或极弱酸性溶液里，正极上是氧气被还原：气被还原：O O2 22H2H2 2O O4e- 4e- 4OH4OH) )。.413.燃料电池燃料电池：燃料电池中都是燃料在负极失电子，燃料电池中都是燃料在负极失电子，O O2 2 在正极在正极得电子。书写此类电池的电极反应式时，应先写正得电子。

23、书写此类电池的电极反应式时，应先写正极（极（O O2 2 ）反应式，再利用总式）反应式，再利用总式正极反应式正极反应式= =负极负极反应式反应式注意：注意： 若电解质溶液呈酸性，在电极反应式中若电解质溶液呈酸性，在电极反应式中不能出现不能出现OHOH- - 。 若电解质溶液呈碱性，在电极反应式中不若电解质溶液呈碱性，在电极反应式中不能出现能出现H H+ + 。 练习题见同步练习册练习题见同步练习册P51P51第第1414题。题。.42氢氧燃料电池氢氧燃料电池解析：解析：H2、O2燃料电池中反应实质为燃料电池中反应实质为 ：2H2+O2=2H2 O 、酸性环境中：、酸性环境中：H+能稳定存在，能

24、稳定存在，O2-会与会与H+结合结合成成H2O，负极：负极：2H2-4e-=4H+ 正极：正极：O2+4H+4e-=2H2O、碱性环境中：、碱性环境中：H+不能稳定存在会与不能稳定存在会与OH-结合成结合成水，而水，而O2-也不能稳定存在会与水结合形成也不能稳定存在会与水结合形成OH- 负极：负极：2H2-4e-+4OH-=4H2O 正极：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-、中性环境中：、中性环境中：H+能稳定存在：能稳定存在：O2-会与会与H2O结结合成合成OH-：负极：负极：2H2-4e-=4H+ 正极：正极：O2+2H2O+4e-=4OH-.43三、发展中的化学电源三、发展中的化学电

25、源干电池碱性电池蓄电池锂离子电池燃料电池.44锂电池锂电池 锂是密度最小的金属，用锂作为电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。负极相比较，使用寿命大大延长。.45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.46.47（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：负极：Zn 2e- = Zn2+正极：正极：2NH4+ + 2e- = 2NH3+H2Zn + 2NH4+ = Zn2+2NH3+H2电池总反应式：电池总反应式：特点：特点：a：一次性电池，不可逆一次性电池

26、，不可逆b：用用KOH代替代替NH4Cl能提高能提高 性能，延长寿命性能，延长寿命.48汽车用蓄电池汽车用蓄电池锂离子电池锂离子电池锂离子电池：它是新一代可锂离子电池：它是新一代可充电的绿色电池，现已成为充电的绿色电池，现已成为笔记本电脑、移动电话、摄笔记本电脑、移动电话、摄像机等低功耗电器的主流。像机等低功耗电器的主流。2.充电电池充电电池.49.50（2）充电电池）充电电池(又称二次电池又称二次电池)Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O(-) (+)负极负极: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4 Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- =

27、 2PbSO4 + 2H2O正极正极:PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O铅蓄电池铅蓄电池特点：特点：电池总反应式：电池总反应式：二次电池二次电池,可再次充电使用可再次充电使用.51镍铬电池镍铬电池 特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用特点：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）.523.新型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

28、在工作时，不断从外部贮藏在电池内，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界输入，同时将电极反应产物不断排出电池高二化学氢氧燃料电高二化学氢氧燃料电池实验视频池实验视频.mp4.53氢氧燃料电池氢氧燃料电池燃料电池燃料电池.54.55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？的电极反应式和总反应怎么写？ 氢氧燃料电池氢氧燃料电池（中性介质）（中性介质）正极：正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-负极：负极：2H2 - 4e- = 4H+ 总反应式：总反应式：2H2 + O2 = 2H2O氢氧燃料电池氢氧燃料电池（酸性介质）（酸性介质）正极：正极：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O负极：负极：2H2 - 4e- = 4H+总反应式：总反应式：2H2 + O2 = 2H2O氢氧燃料电池氢氧燃料电池（碱性介质）（碱性介质）正极：正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 负极：负极：2H2 - 4e- + 4OH- = 4H2O总反应式：总反应式：2H2 + O2 = 2H2O .56空气电池空气电池