化学能与电能的转化上课课件.ppt

专题1化学反应与能量变化 第二单元化学能与电能的转化 第一课时原电池的工作原理 复习回顾 1 原电池是 的装置 原电池反应的本质是 反应 将化学能转化为电能 氧化还原 2 如右图所示 组成的原电池 1 当电解质溶液为稀H2SO4时 Zn电极是 填 正 或 负 极 其电极反应为 该反应是 填 氧化 或 还原 下同 反应 Cu电极是 极 其电极反应为 该反应是 反应 2 当电解质溶液为CuSO4溶液时 Zn电极是 极 其电极反应为 该反应是 反应 Cu电极是 极 其电极反应为 该反应是 反应 负 Zn 2e Zn2 氧化 正 2H 2e H2 还原 负 Zn 2e Zn2 氧化 正 Cu2 2e Cu 还原 氧化反应 Zn 2e Zn2 铜锌原电池 电解质溶液 失e 沿导线传递 有电流产生 还原反应 Cu2 2e Cu 阴离子 阳离子 总反应 负极 正极 Cu2 2e Cu Zn 2e Zn2 Zn Cu2 Zn2 Cu Zn CuSO4 ZnSO4 Cu 离子方程式 化学方程式 电极反应 正极 负极 氧化反应 还原反应 阳离子 原电池原理 外电路 内电路 提出问题 上图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池 如果用它做电源 不但效率低 而且时间稍长电流就很快减弱 因此不适合实际应用 这是什么原因造成的呢 有没有什么改进措施 造成的主要原因 由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡 把铜极跟稀硫酸逐渐隔开 这样就增加了电池的内阻 使电流不能畅通 这种作用称为极化作用 一 对锌铜原电池工作原理的进一步探究 为了避免发生这种现象 设计如下图所示的原电池装置 你能解释它的工作原理吗 设疑 若两烧杯中的电解质溶液用能使阴阳离子移动的装置连接起来 能否形成原电池 探究一 预测 3 实验1 的现象和结论 现象 锌粉溶解 有红色物质析出 温度计显示温度迅速上升 结论 Zn Cu2 Zn2 Cu F 探究二 预测 3 实验2 的现象和结论 现象 锌片变细 铜上有红色物质析出 电流计指针发生偏转 结论 Zn 2e Zn2 Cu2 2e Cu 盐桥的作用 1 使整个装置构成通路 代替两溶液直接接触 由于盐桥 如KCl 的存在 其中阴离子Cl 向ZnSO4溶液移动 阳离子K 则向CuSO4溶液移动 分别中和过剩的电荷 保持溶液的电中性 因而放电作用不间断地进行 一直到锌片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2 反应完全 所以此电池的优点是 能产生持续 稳定的电流 2 平衡电荷 在整个装置的电流回路中 溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的 取出盐桥 Zn失去电子形成的Zn2 进入ZnSO4溶液 ZnSO4溶液因Zn2 增多而带正电荷 同时 CuSO4则由于Cu2 变为Cu 使得SO42 相对较多而带负电荷 溶液不保持电中性 这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片 造成电流中断 由两个半电池组成原电池的工作原理 把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行 再以适当方式连接 可以获得电流 在这类电池中 用还原性较强的物质作为负极 负极向外电路提供电子 用氧化性较强的物质作为正极 正极从外电路得到电子 在原电池的内部 两极浸在电解质溶液中 并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路 二 实验探究形成原电池的条件 可以 可以 可以 不可以 形成条件一 活泼性不同的两个电极 负极 较活泼的金属正极 较不活泼的金属 石墨等 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 可以 组成原电池的条件 1 有两种活动性不同的金属 或一种是非金属单质或金属氧化物 作电极 2 电极材料均插入电解质溶液中 3 两极相连形成闭合电路 4 内部条件 能自发进行氧化还原反应 活动探究 请结合组成原电池的条件 将氧化还原反应 Fe Cu2 Cu Fe2 设计成一个原电池 1 电解溶液 2 电极材料 正极 负极 3 电极反应式 正极 负极 CuSO4溶液 Fe C Cu2 2e Cu Fe 2e Fe2 1 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 2H 2e H2 负极 总反应 正极 Zn 2e Zn2 Zn 2H Zn2 H2 随堂检测 正极 负极 总反应 Fe 2e Fe2 Cu2 2e Cu Fe Cu2 Fe2 Cu Fe CuSO4 Cu FeSO4 负极 Zn 2e Zn2 正极 Cu2 2e Cu 总反应 Zn Cu2 Zn2 Cu 或Zn CuSO4 ZnSO4 Cu 2 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 三 原电池的正负极的判断方法 微观判断 根据电子流动方向 电子流出的极电子流入的极 负极 正极 较活泼的电极材料较不活泼的电极材料 质量增加的电极工作后质量减少的电极 负极 正极 正极 负极 工作后 有气泡冒出的电极为正极 发生氧化反应的极发生还原反应的极 宏观判断 根据电极材料 根据原电池电极发生的反应 根据电极增重还是减重 根据电极有气泡冒出 负极 正极 1 某金属能跟稀盐酸作用放出氢气 该金属与锌组成原电池时 锌为负极 此金属是 A MgB FeC AlD Cu B 2 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 随堂检测 3 把a b c d四块金属片浸入稀硫酸中 用导线两两相连组成原电池 若a b相连时 a为负极 c d相连时 电流由d到c a c相连时 c极上产生大量气泡 b d相连时 b上有大量气泡产生 则四种金属的活动性顺序由强到弱的为 A a b c dB a c d bC c a b dD b d c a B 4 如图所示 在铁圈和银圈的焊接处 用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中 使之平衡 小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液 片刻后可观察到的现象是 D A 铁圈和银圈左右摇摆不定B 保持平衡状态C 铁圈向下倾斜 银圈向上倾斜D 银圈向下倾斜 铁圈向上倾斜 专题1化学反应与能量变化 第二单元化学能与电能的转化 第二课时化学电源 锂电池 干电池 纽扣电池 各类电池 蓄电池 教学目标 1 巩固原电池原理2 了解原电池的实际应用 化学电源 银锌纽扣电池是用不锈钢制成的小圆盒 形似纽扣 故称纽扣电池 两极分别为氧化银和锌 电解质为KOH溶液 发生氧化还原反应后生成银和氧化锌 锌是极 发生反应 氧化银是极 发生反应 总反应为 Zn Ag2O ZnO 2Ag负极 锌 正极 氧化银 负 氧化 正 还原 1 干电池 一次电池 Zn 2OH 2e ZnO H2O Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 负极 锌筒 正极 石墨 普通锌锰干电池 总反应 碱性锌锰干电池 用KOH代替NH4Cl能提高性能 延长寿命 负极 锌筒 正极 石墨 总反应 Zn 2MnO2 2H2O Zn OH 2 2MnOOH Zn 2e 2OH Zn OH 2 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 氢氧燃料电池的工作原理 酸性条件 负极 H2 2H2 4e 4H 碱性或中性条件 负极 H2 2H2 4OH 4e 4H2O 正极 O2 O2 2H2O 4e 4OH 总反应 2H2 O2 2H2O 总反应 2H2 O2 2H2O 2 燃料电池 氢氧燃料电池结构 正极 O2 O2 4H 4e 2H2O 拓展 一种新型燃料电池 它是以两根金属铂片插入KOH溶液中作电极 又在两极上分别通入甲烷和氧气 电极反应为 负极 正极 电池总反应 2O2 4H2O 8e 8OH CH4 10OH 8e CO32 7H2O CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 3 充电电池 充电电池又称二次电池 它在放电时所进行的氧化还原反应 在充电时又逆向进行 使生成物恢复原状 如此充放电可循环进行 至一定周期后终止 汽车用蓄电池 铅蓄电池放电时的电极反应 负极 Pb SO42 2e PbSO4正极 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O 总反应 PbO2 Pb 4H 2SO42 2PbSO4 2H2O 铅蓄电池充电时的电极反应 负极 PbSO4 2e Pb SO42 正极 PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H SO42 总反应 2PbSO4 2H2O PbO2 Pb 4H 2SO42 优点应用领域 电压稳定 使用方便 安全 可靠 可以循环使用 广泛用于国防 科研 交通 生产和生活 海水电池 1991年 我国首创以铝 空气 海水为能源的新型电池 用作航海标志灯 该电池以取之不的海水为电解质 靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流 这种海水电池的能量比 干电池 高20 50倍 电极反应式为 负极 正极 电池总反应 4Al 12e 4Al3 3O2 6H2O 12e 12OH 4Al 3O2 6H2O 4Al OH 3 拓展 1 电极材料及原料2 电解质溶液3 优点4 应用领域 锂电池 摩托罗拉6188 6288原装锂电池 正极 金属氧化物负极 锂 使用寿命长 质量轻 电压高 工作效率高 寿命长 质量轻 体积小 有机溶剂 电脑 照相机 手表 心脏起博器 索尼数码相机锂电池 锂电池是一代新型高能电池 它以质量轻 能量高而受到了普遍重视 目前已研制成功多种锂电池 某种锂电池的总反应为Li MnO2 LiMnO2 下列说法正确的是 A Li是正极 电极反应为Li e Li B Li是负极 电极反应为Li e Li C Li是负极 电极反应为MnO2 e MnO2 D Li是负极 电极反应为Li 2e Li2 熔融盐燃料电池具有高的发电效率 因而受到重视 可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质 CO为负极燃气 空气与CO2的混合气体为正极助燃气 制得在650 下工作的燃料电池 总反应方程式完成有关的电池反应式 负极反应式 正极反应式 练习 2CO O2 2CO2 O2 2CO2 4e 2CO32 2CO 2CO32 4e 4CO2 如图是2004年批量生产的笔记本电脑所用的甲醇燃料电池的结构示意图 甲醇在催化剂作用下提供质子 H 和电子 电子经外电路 质子经内电路到达另一极与氧气反应 电池总反应式为 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O 下列说法中正确的是A 左边的电极为电池的负极 a处通入的是甲醇B 右边的电极为电池的负极 b处通入的是空气C 电池负极的反应式为 CH3OH H2O 6e CO2 6H D 电池的正极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH A C