【高中化学必修2第二章】第二节化学能与电能ppt课件

2 26 6 四四月月 2 20 02 24 431 七月 2023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电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称为电力。种二次能源，又称为电力。电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最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火电站一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源 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一、化学能与电能的相互转化一、化学能与电能的相互转化 化学能 热能 机械能 2、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发电站将化学能转化为电能发电站将化学能转化为电能火力发电有哪些缺点火力发电有哪些缺点?讨论讨论发电站将化学能转化为电能火力发电有哪些缺点?讨论存排出大量温室气体可能导致酸雨能量转化效率低煤炭是非可再生资 化学能化学能 电能电能？化学能 电能？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。化学能电能？（看书P35页第二、三段，回答问题）1、当现象现象铜片铜片锌片锌片电流表电流表Zn片表面没有气泡片表面没有气泡产生，生，锌片片溶解溶解Cu片片有气泡有气泡产生生电流表指流表指针偏偏转结论：结论：有有电流流产生生 实验实验2-4 实验探究实验探究请将实验现象记录在课本请将实验现象记录在课本P38表中：表中：现象铜片锌片电流表Zn片表面没有气泡产生，锌片溶解Cu片有气 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e电荷流向电流流向：电荷流向电流流向：负极负极正极正极学与问学与问P41 外电路：电子由负极流向正极，e电荷流向电流流向：负极正极一、原电池一、原电池1 1、定义、定义:把把化学能化学能转变为转变为电能电能的装置的装置.原原 电电 池池 原原 理理AZnCuSO42H+H+一、原电池原 电 池 原 理AZnCuSO42H+H+实验实验 原电池原理探究原电池原理探究步骤步骤讨论与交流讨论与交流1.将将Zn片插入稀片插入稀H2SO4Zn片和片和Cu片上现象有片上现象有何差别何差别?2.将将Cu片插入稀片插入稀H2SO43.Zn片和片和Cu片接触插入稀片接触插入稀H2SO4(不接电流表不接电流表)Cu片上有何现象片上有何现象?推推测原因测原因.4.Zn片和片和Cu片用导线连接片用导线连接(中间中间接电流表接电流表)插入稀插入稀H2SO4(偏向偏向?)电流表指针有何变化电流表指针有何变化?说明了什么说明了什么?5.尝试用干电池判断实验中尝试用干电池判断实验中的正负极的正负极说明你判断的方法说明你判断的方法?实验 原电池原理探究步骤讨论与交流1.将Zn片插入稀H2 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稀稀稀稀HH2 2SOSO4 4ZnCu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？离子方程式思考问题你对问题稀H2S 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+H2稀稀稀稀H H2 2SOSO4 4ZnCu大量气泡从铜大量气泡从铜片逸出，锌片片逸出，锌片部分溶解部分溶解(1)H(1)H+得到的电子是得到的电子是CuCu失去的吗？失去的吗？(2)H(2)H在这个过程中在这个过程中CuCu起什么作用？起什么作用？(3)H(3)H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？离子方程式思考问题组内交流 列出想 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，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A AZnCu稀稀稀稀H H2 2SOSO4 4 解释实验现象思考问题组内交流 演示（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）Zn片：片：Zn 2e-=Zn2+Cu片：片：2H+2e-=H2（铜片在这里起（铜片在这里起传导电子传导电子的作用）的作用）电极反应式：电极反应式：Zn+HZn+H2 2SOSO4 4=ZnSO=ZnSO4 4+H+H2 2电极反应总式：电极反应总式：Zn+2H+=Zn2+H2 2e-2 2.Zn.ZnCuCuH H2 2SOSO4 4原电池的工作原理：原电池的工作原理：（氧化反应）（还原反应）Zn片：Zn 2e-=Zn2“负极出电子，电子回正极负极出电子，电子回正极”3 3、原电池化学反应本质：、原电池化学反应本质：氧化还原反应氧化还原反应负极：还原性相对较负极：还原性相对较强的材料强的材料正极：还原性相对较正极：还原性相对较弱的材料弱的材料活泼金属活泼金属发生氧化反应发生氧化反应向外线路提供电子向外线路提供电子原电池原电池的负极；不活泼金属（或石墨）的负极；不活泼金属（或石墨）发生还原反应发生还原反应接受接受外线路提供的电子外线路提供的电子原电池的正极。原电池的正极。“负极出电子，电子回正极”3、原电池化学反应本质：氧化还原反CH2SO4（不可以）（不可以）（可以）（可以）条件一：有条件一：有活泼性不同活泼性不同的两种金的两种金属或非金属属或非金属CH2SO4（不可以）（可以）条件一：有活泼性不同的两种金属（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成条件二：电极需插进形成条件二：电极需插进电解质电解质溶液中；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（可以）（不可以）形成条件二：电极需插进电解质溶液中；实验探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：必须形成形成条件三：必须形成闭合回路闭合回路（不可以）（不可以）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A AZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4A AC CCuCuH H2 2SOSO4 4原电池原电池右图装置右图装置电流表指针电流表指针偏转偏转区别区别结论结论不偏转不偏转电极材料不同电极材料不同电池总反应应该是能电池总反应应该是能自发地自发地发生的氧发生的氧化还原反应化还原反应AZnCuH2SO4ACCu原电池右图装置电流表指针偏转区别构成原电池的条件构成原电池的条件有两种活动性不同的金属（或非金属单有两种活动性不同的金属（或非金属单质）作电极质）作电极电极材料均插入电解质溶液中电极材料均插入电解质溶液中两极相连形成闭合电路两极相连形成闭合电路能自发发生的氧化还原反应能自发发生的氧化还原反应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）作电思考与探究：构成原电池的一般条件思考与探究：构成原电池的一般条件构成原电池的一般条件构成原电池的一般条件a、两个活动性不同的电极、两个活动性不同的电极金属金属金属金属金属金属非金属非金属金属金属金属氧化物金属氧化物b、电解质溶液：、电解质溶液：可溶性酸、碱、盐可溶性酸、碱、盐c、电极间构成闭合回路、电极间构成闭合回路：外电路：自由电子外电路：自由电子内电路：自由离子内电路：自由离子常用的惰性电极：常用的惰性电极：Pt、石墨棒、石墨棒(或碳棒或碳棒)思考与探究：构成原电池的一般条件构成原电池的一般条件a、两个练练习习判断下列哪些装置构成了原电池？若不判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由是，请说明理由.()()()()()练习判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由.4、原电池电极名称的确定方法、原电池电极名称的确定方法(1)根据电极材料的性质确定根据电极材料的性质确定通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、化合物是正极。化合物是正极。(2)根据电极反应特点确定根据电极反应特点确定 失电子的反应失电子的反应氧化反应氧化反应负极负极 得电子的反应得电子的反应还原反应还原反应正极正极例：银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它的例：银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它的反应可表示为：反应可表示为：Ag2O+Zn+H2O 2Ag+2Zn(OH)2请请判断此电池中，负极上发生反应的物质是（判断此电池中，负极上发生反应的物质是（）A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD4、原电池电极名称的确定方法(1)根据电极材料的性质确定通常(3)根据电子或电流流动方向根据电子或电流流动方向(外电路外电路)电子从负极流出电子从负极流出 沿导线沿导线 流入正极流入正极电流从正极流出电流从正极流出 沿导线沿导线 流入负极流入负极ee(4)根据离子的定向移动根据离子的定向移动(内电路内电路)阳离子向正极移动阳离子向正极移动 阴离子向负极移动阴离子向负极移动(3)根据电子或电流流动方向(外电路)电子从负极流出 沿导(5)根据离子方程式判断根据离子方程式判断Fe+2H+=Fe2+H2（负极）（在正极）(5)根据离子方程式判断Fe+2H+=Fe2+H2（负极）5.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)5.电极反应方程式的书写方法负极：较活泼金属(a)书写电极反应方程式书写电极反应方程式负极负极(锌片锌片)：Zn 2e -=Zn 2+负极负极(锌片锌片)：Zn 2e-=Zn 2+正极正极(石墨石墨)：2H+2e -=H2 正极正极(铜片铜片)：Cu2+2e -=Cu 总反应总反应:Zn+2H+=Zn 2+H2 总反应总反应:Zn+Cu2+=Zn 2+Cu 书写电极反应方程式负极(锌片)：Zn 2e -=Z H2SO4(aq)CuSO4(aq)ZnCu负极负极():.正极正极():.总反应式总反应式:.负极负极():.正极正极():.总反应式总反应式:.例：例：请在图上标出电子的流动方向和电流方向请在图上标出电子的流动方向和电流方向,并判断正负极，写出电极反应式和总反应式并判断正负极，写出电极反应式和总反应式.AgFeZn Zn2e-=Zn2+Cu Cu2+2e-=Cu Zn+Cu2+=Zn2+CuFe Fe2e-=Fe 2+Ag 2H+2e-=H2 Fe+2H+=Fe 2+H2 Ie-e-I H2SO4(aq)CuSO4(aq)请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：Fe+CuFe+Cu2+2+=Cu+Fe=Cu+Fe2+2+设计成一个原电池。设计成一个原电池。1、电解液：、电解液：。2、电极材、电极材料：料：正极正极 ，负极，负极 。3、电极反应式电极反应式：负极负极:.正极正极:.1 1、电解液：、电解液：硫酸铜、氯化铜、硝硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等可溶性铜盐溶液酸铜等可溶性铜盐溶液 2 2、电极材料：、电极材料：负极：铁，负极：铁，正正极极：铜铜、石石墨墨或或比比铁不活泼的其他金属铁不活泼的其他金属 拓拓 展：展：Fe 2e-=Fe 2+Cu2+2e-=Cu 请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：Fe+Cu小小 结结 由化学方程式书写电极反应式：由化学方程式书写电极反应式：找出发生氧化反应和还原反应的物质，找出发生氧化反应和还原反应的物质，确定正负极反应的物质；确定正负极反应的物质；利用电荷守恒分别写出电极反应式；利用电荷守恒分别写出电极反应式；验证：两电极反应式相加所得式子和验证：两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。原化学方程式相同，则书写正确。小 结 由化学方程式书写电极反应式：练习练习2 2请根据反应请根据反应 2Fe3+Fe =3 Fe 2+设计原电池，你有哪些可行方案设计原电池，你有哪些可行方案?Fe-Cu FeCl3Fe-C Fe(NO3)3Fe-Ag Fe(SO4)3练习2请根据反应 Fe-Cu FeCl3Fe原电池原理的应用原电池原理的应用 制作化学电源制作化学电源加快反应速率：加快反应速率：例如，实验室制例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。以加快反应速率。判断金属活动性的强弱判断金属活动性的强弱揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的腐蚀。揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的腐蚀。钢铁中含有碳，可与钢铁中含有碳，可与Fe组成原电池，发生原电组成原电池，发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀池反应而使钢铁遭到腐蚀原电池原理的应用 制二、发展中的化学电源二、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负极：负极：Zn 2e-=Zn2+正极：正极：2NH4 4+2e-=2NH3+H2总反应：总反应：Zn+2NH4+=Zn2+2NH3+H22MnO2+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2其他干电池：其他干电池：碱性锌碱性锌-锰干电池、锰干电池、银银-锌纽扣电池等锌纽扣电池等优点：优点：携带方便携带方便缺点：缺点：电量小，污染大电量小，污染大干电池（负极）（负极）（正极）（正极）锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌普通锌-锰干电池的结构锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等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总反应：总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2OPb+PbO2+4H+2SO42-=2PbSO4+2H2O负极：负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极：正极：PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O其他蓄电池：其他蓄电池：镍镍-镉蓄电池、银镉蓄电池、银-锌蓄电池等锌蓄电池等优点：优点：可反复使用可反复使用 缺点：缺点：污染大污染大2、铅蓄电池、铅蓄电池总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O3、银锌电池、银锌电池正极壳填充正极壳填充AgAg2 2O O和石墨，负极盖填充锌汞合金，和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液电解质溶液KOHKOH。反应式为：。反应式为：2Ag+Zn(OH)2Ag+Zn(OH)2 2 Zn+Ag Zn+Ag2 2O+HO+H2 2O O 充电充电放电放电1970-1975,开发了先进的银锌、镍镉电池技术。开发了先进的银锌、镍镉电池技术。1975-1983,为美国海军生产潜水艇用银锌电池。为美国海军生产潜水艇用银锌电池。1979-1987,为为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。1988-1992,为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。3、银锌电池正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电4、镉镍电池、镉镍电池NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+Cd(OH)2 放放电电充充电电负极材料：负极材料：CdCd，正极材料：涂有，正极材料：涂有NiONiO2 2，电解质：，电解质：KOHKOH溶液。反应式如下：溶液。反应式如下：4、镉镍电池NiO2+Cd+2H2O 5、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，跟用池的负极，跟用相同质量相同质量的其他金属作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。5、锂电池 锂是密度最小的金属，用锂作为电池的6、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6、新型燃料电池 燃料电池不是把还原剂、氧化剂【高中化学必修2第二章】第二节化学能与电能ppt课件氢氧燃料电池氢氧燃料电池(在在H2SO4溶液中溶液中)负极：负极：2H24e-4H+（氧化反应）（氧化反应）正极：正极：O2 4H+4e-2 H2O（还原反应）（还原反应）总反应：总反应：2H2O22H2O氢氧燃料电池(在H2SO4溶液中)氢氧燃料电池氢氧燃料电池(在在KOH溶液中溶液中)负极：负极：2H24OH-4e-4H2O（氧化反应）（氧化反应）正极：正极：O22H2O4e-4OH-（还原反应）（还原反应）总反应：总反应：2H2O22H2O氢氧燃料电池(在KOH溶液中)废电池对环境的危害废电池对环境的危害电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。随电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。随意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。上世纪上世纪50年代，震惊世界的日本年代，震惊世界的日本“水俣水俣病病”就是因汞中毒引起的。就是因汞中毒引起的。废电池对环境的危害电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。随意丢弃废“痛痛病痛痛病”是因镉中毒引起的。是因镉中毒引起的。“痛痛病”是因镉中毒引起的。有关资料显示：有关资料显示：一粒钮扣电池能污染一粒钮扣电池能污染60万升水（这万升水（这是一个人一生的用水量）。是一个人一生的用水量）。一节一号电池埋在地里，能使平一节一号电池埋在地里，能使平方米的土地失去使用价值方米的土地失去使用价值。有关资料显示：中国电池的年产量中国电池的年产量180多亿只，占多亿只，占世界电池总产量的世界电池总产量的30以上，年消以上，年消费量达费量达7080亿只，但回收率却不亿只，但回收率却不足。足。中国电池的年产量180多亿只，占世界电池总产量的30以上，减减 少少 污污 染染 节节 约约 资资 源源减 少 污 染 节 约 资 源