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1、2-2 化学能与电能 1780年，伽伐尼(Galvani,L.) 青蛙抽搐实验。 解释“青蛙腿为什么会抽搐”这 一实验现象呢？ 病 例 分 析 病 例 分 析 电能是现代社 会中应用最广泛、 使用最方便、污染 最小的一种二次能 源，又称为电力。 一、化学能与电能的相互转化 2001年我国发电总量构成图 估计在2050年火电仍居首位 火电，又称为 火力发电。那 么，火究竟是 如何转化为电 ？ 化学能 热能 机械能 电能 燃烧蒸汽发电机 1、火力发电的原理分析。 2、火力发电的化学深层本质分析 燃烧 氧化还原反应 氧化剂与还原剂之间发生电子的转移 火力发电 将化学能经一系列能量转化为电能 旧键断裂
2、和新键形成、体系能量变化 过程 关键 本质 本质 引起 3、火力发电的利弊分析。 利 弊 a.我国煤炭资源丰富,廉价方便. b.电能清洁安全,又快捷方便. a.排出大量的温室效应气体. b.有废气可能导致酸雨 c.废料废水 d.储量有限 e.能量转换效率低 思考：假设你是电力工程师，面对这 些利与弊，你会如何应对呢？ a、改进火力发电 方式之一就是尝试将化学能直接转化为 电能。就像电池。其好处就是减少中间 环节能损，高效、清洁利用燃料，不浪 费能源，更方便。 b、研究新的发电方式 4、原电池 原电池原理实验 实验 步骤 实验现 象 1、锌片插入稀硫酸 2、铜片插入稀硫酸 3、锌片、铜片上端连接
3、 在一起插入稀硫酸 4、锌片、铜片之间连电 流表插入稀硫酸 锌片上有气泡产生 无现象 铜片上产生气泡 电流计发生偏转 这种装置的反应与Zn 与稀硫酸直接作用有什 么不同？由这种装置能 起到什么样的作用？ 铜片上为什么 会有气泡产生 ？ 发生了什么反 应? 电流表的偏转方向与电子移动方向一致。 原电池 1、概念：把化学能直接转化为电能的装置。 动画演示 原理分析 发生了一个氧化还原反应： Zn + 2H+=Zn2+ + H2 将氧化还原反应中还原剂失去的电子经 过导线传给氧化剂，使氧化反应和还原反 应分别在两极上进行，产生电流. 原电池的电极反应与名称： 正极： 负极： 总反应 ： n +n e
4、-（得e-还原反应） n e-n（失e-氧化反应） Cu Zn 电子的运动： 电子的定 向移动形 成电流。 电子流出 的一极是 负极负极（ ZnZn） 电子流入 的一极是 正极正极（ CuCu） H2SO4 Zn Zn2+ e - e - Zn2+ e - Zn2+ e - Zn2+ e - e - e - e - e -e - e - Zn2+ e - Zn2+ e - Zn2+ e - SO42- e - SO42- e - SO42- e - SO42- e - H+ 氧 化 反 应 还 原 反 应 外 电 路 内 电 路 负 极 Zn 正 极 Cu 金属失 电子变 成阳离 子进入 H+
5、得电 子生成 氢气放 出 电解质溶液 e 带电粒子的流动方向： 1、外电路 电子从负极流向正极 电流从正极流向负极 2、内电路（电解质溶液） 阳离子趋向正极 阴离子趋向负极 序号第一组实验组实验 装置 能否构 成原电电 池 构成原 电电池条 件一 活动性不同的两个电极 实验探究：原电池的组成条件 不能能不能 实验实验 序 号 第二组实验组实验 实验实验 装 置 能否构 成原电电 池 构成原 电电池的 条件二 不能能不能能 电极必须插在电解质溶液中 实验实验 序号第三组实验组实验 实验实验 装置 能否构成 原电电池 构成原电电 池条件三 能不能 两极相连形成闭合回路 原电池的构成条件 1、有两种
6、活动性不同的金属（或非金属导体） 作电极 负极：较活泼金属，失电子，发生氧化反应 正极：较不活泼金属或非金属导体，发生 还原反应 2、电极材料均插入电解质溶液中 3、形成闭合回路 4、一般较简单的原电池中，负极金属能够自发的 和电解质溶液发生氧化还原反应。 两极一液成回路 练 习 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： Zn2e-Zn2+ Zn+2H+Zn2+H2 ( ) ( ) 负极： 正极： 总反应： 正极： 负极： 总反应： Zn2e-Zn2+ 2H+2e-H2 Zn
7、+2H+Zn2+H2 Fe2e-Fe2+ Cu2+2e-Cu Fe+Cu2+Fe2+Cu Fe+CuSO4Cu+FeSO4 () () 负极： 正极： 总反应： Zn2e-Zn2+ Cu2+2e-Cu Zn+Cu2+Zn2+Cu 或 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu () () 负极： 正极： 总反应： Fe2e-Fe2+ 2H+2e-H2 Fe+2H+ Fe2+H2 或 Fe+H2SO4FeSO4+H2 解释“青蛙腿为什么会抽搐”这一实验现象呢？ 1791 年意大利生理学家伽伐尼（Galvani）发 现了以金属片接触青蛙肌肉时，有收缩的现象 发生。当时 Galvani 误以为此现象为青蛙肌肉
8、 所产生的动物电流所致。 伏打电池 在 1800 年意大利的物 理学家 Volta则透过不同的 金属间以一液体相接所形成 的伏特电池，说明了青蛙肌 肉的收缩实际上是因不同金 属片间的电位差透过青蛙肌 肉作为电解液而产生的电流 所致。 自由女神的外壳为铜，内 层支架为铁，中间用油毛毡隔 开。时间长了，设计者预先没 想到的事发生了：那层油毛毡 失去了隔离作用，而大西洋潮 湿的夹带盐分的空气向女神不 断地吹来，无数的 在女神身上形成，结果加速了 铁的腐蚀。尽管女神有万般灵 验，现在也自身难保。怎样免 除她的厄运呢？ 原电池 救救自由女神！ 病 例 分 析 病 例 分 析 病 例 分 析 你能为她开一
9、个药方吗？ 2、 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： ( ) Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a B 3 、 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； D. 银圈向下倾斜； 4、
10、 根据 Zn+Cu2+=Zn2+Cu 的反应原理设计一个原电池， 当Zn为负极时，正极可以选用的金属材料的是（ ） A 镁 B 石墨 C 铝 D 铅 D 原电池正负极的判断方法： 1、根据组成原电池的两极材料判断 一般是活动性较强的金属为负极；活动性较弱的金属或能 导电的非金属为正极。 2、根据电流方向或电子流动方向判断 电流从正极流向负极，电子从负极流向正极。 3、根据原电池中电解质溶液内离子的定向移动方向判断 阳离子移向正极，阴离子移向负极。 4、根据原电池两极发生的变化来判断 负极失电子，发生氧化反应；正极得电子发生还原反应。 5、根据现象判断 一般溶解的一极为负极，增重或有气泡放出的一
11、极为正极 。 原电池原理的应用： 1、加快氧化还原反应速率 实验室用Zn和稀硫酸反应制取H2，常用粗 锌，它产生H2的速率快。因为粗锌中的杂质和 锌、稀硫酸形成原电池。 思考：纯铁和生铁哪个更容易生锈？ 2、比较金属的活动性强弱 一般活动性强的金属为负极。 电极方程式的书写 1、两极得失电子数相等； 2、电极反应式常用“”,不用“”； 3、电极反应式中若有气体需加“”； 4、原电池的总反应式，一般把正极和负极的电 极反应式相加而得。 5、若电解质为弱电解质，在电极反应式中应写 参加反应的离子，而在原电池的总反应中应 把离子改为相应的弱电解质。 二、发展中的化学电源 干电池 碱性电池 蓄电池 锂
12、离子电池 燃料电池 化学电池 一次电池 二次电池 燃料电池 碱性锌锰电池 铅蓄电池 氢氧燃料电池等 锂离子电池 银锌蓄电池 普通锌锰干电池 锌银纽扣电池 化学电池的分类 普通锌锰电池 碱性电池 锌筒 石墨棒 MnO2和C 普通锌-锰干电池的结构 NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等 1、普通干电池 电池反应： Zn+ 2MnO2+2NH4+= Zn2+ + 2MnO(OH)+ 2NH3 氢氧化氧锰 负极：（Zn）：Zn 2e- = Zn2+ 正极: （MnO2和C）： 2MnO2+2NH4+2e-=2MnO(OH)+2NH3 优点：制作简单、价格便宜。 缺点：放电时间短，电压下降快。 2、碱性
13、锌锰干电池 电解质：KOH 负极：Zn Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2 正极：MnO2 2MnO2+2H2O+2e- = 2MnO（OH）+2OH- 缺点：多数只能一次使用，不能充电；价格较贵 优点：比能量和储存时间有所提高，适用于大电流 和连续放电 电池反应： Zn+2MnO2+2H2O=2MnO（OH）+Zn(OH)2 单位质量的电极材 料放出电能的大小 可充电电池也称为_电池， 可以反复_电和_电， 是电池发展的一个重要方向。 二次 放 充 铅蓄电池 锂电池 3 3、二次电池、二次电池铅蓄电池铅蓄电池 放电过程 负极：氧化反应 Pb+SO42- 2e- = PbSO4
14、 正极：还原反应 PbO2+ 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O 放电过程总反应： Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O 充电过程 阴极(接电源负极)：还原反应 PbSO4 + 2e- = Pb + SO42- 阳极(接电源正极)：氧化反应 PbSO4 + 2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ + SO42- 充电过程总反应： 2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4 铅蓄电池的充放电过程： Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O 放电 充电 4、镍铬镍铬 充电电电电 池 特点：比铅铅蓄电电池耐用，
15、可密封反复使用。 负负极：Cd+2OH-2e-=Cd(OH)2 正极：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH- 电电池反应应： Cd+ 2NiO(OH)+2H2O= Cd(OH)2+2Ni(OH)2 Cd是致癌物质，注意回收！ 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成 电能的化学电池。（氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池 ） 氢氧燃料电池 酸性电解质： 碱性电解质 负极: 2H2-4e-+4OH-=4H2O 正极: O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应: 2H2+O2=2H2O 负极： 2H2-4e-=4H+ 正极： O2+4H+4e-=2H2O 总反应
16、：2H2+O2=2H2O 练习1: 碱性电池具有容量大、放电电流大的特点， 因而得到广泛应用。锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液 为电解液，电流总反应式为： Zns2MnO2sH2OlZnOH2sMn2O3s 下列说法错误的是 （ ） A 电池工作时，锌失去电子 B 电池正极电极反应式为： 2MnO2sH2Ol2eMn2O3s2OHaq C 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D 外电路中每通过02 mol电子，锌的质量理论上减 小65 g C 练习2：航天技术上使用的氢氧燃料电池具有 高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池 有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都 可以表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解 质是酸，其负极反应可表示为2H2-4e-=4H+ ， 则其正极反应式为 。 碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为 O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为 。 O2+4e-+4H+=2H2O 2H2-4e-+4OH-=4H2O 练习3：锌、铜电极插入氯化钠溶液 中构成的原电池，写出电极方程式。 负极：2 Zn 4e- = 2Zn2+ 正极： O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应： 2 Zn+ O2+2H2O=2Zn（OH）2 减少污染 节约资源