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高二化学化学能与电能2


第二章

化学反应与能量

电能(电力):二次能源
一次能源和二次能源

一、化学能与电能的相互转化
1,火力发电原理及过程

燃烧

化学能

热能

蒸汽

机械能

发电机

电能

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

化学能

电能 ?(看书P35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 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 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 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, 化学物质的选择。
5、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。

一,原 电 池 原 理 【实验一】 分别把锌片和铜片插入到稀H2SO4中, 观察现象。

锌片上有气泡,铜片上没有气泡

Zn+ 2H+ = Zn2+ + H2↑

【实验二】
?再用导线把锌片和铜片连接起来,观察 铜片上有无气泡产生? ?在导线中间接入一个电流表, 观察电流表的指针是否偏转?
A

[实验现象]:铜片上有气泡产生,锌片不断 溶解,电流表的指针发生偏转。 [实验结论]:导线中有电流通过电子流动.avi

一、原电池 1、定义:把化学能转变为电能的装置. 必发生 失电子 的氧化 反应
原电池

必发生 得电子 的还原 反应

“ 负极出电子,电子回正极” 2、变化:
活泼金属→发生氧化反应→向外线路提供 电子→原电池的负极; 不活泼金属(或石墨)→发生还原反应→ 接受外线路提供的电子→原电池的正极。

电极 材料 Zn片

现象

电子 得失

电极反应

原电池的电极

Zn片 失 溶解
有气 体产 生

Zn-2e-= Zn2+ 2H++ 2e-= H2↑

负极

Cu片



正极

总的离子反应方程式

Zn+ 2H+ = Zn2+ + H2↑

3、化学电池的组成: 正极、负极、电解质溶液以及容器。 4、原电池的构成条件 ①两种活泼性不同的金属(或一种金属和 另一种非金属导体)构成电极。 ②电解质溶液。 ③电极用导线相联构成闭合回路。 5,原电池化学反应本质: 氧化还原反应 较活泼的金属发生氧化反应,电子从较活 泼的金属(负极)通过外电路流向较不活泼的 金属(正极)

例1: 铜.锌.稀H2SO4组成的原电池
电极反应式:
负极(Zn): Zn -2e- = Zn2+ (氧化反应)[电极本身失去电子]. 正极(Cu): 2H++2e- = H2 ↑ (还原反应)[电解质溶液中的阳离子得电子]. 注: 得失电子相等, 总反应式:两式相加

2H++ Zn= H2↑ + Zn2+ 或 Zn+ H2SO4=ZnSO4+H2 ↑

例2
C

H2SO4

(可以)

(不可以)

(不可以)

(不可以)

例3

病例分析

病例分析

病例分析

你能为她开一个药方吗?

6,判断原电池正、负极的方法
*由组成原电池的两极材料判断: 一般是活泼的金属为负极 活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极 *根据电流方向或电子流动方向判断: 电流是由正极流向负极; 电子流动方向是由负极流向正极。 *根据原电池两极发生的变化来判断: 原电池的负极总是失电子发生氧化反应, 正极总是得电子发生还原反应。

判断下列装置是否能构成原电池, 并写出相应的电极反应及总反应。

例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:
(

B)
A. a > b > c > d C.c > a > b .> d B.a > c > d > b D.b > d > c > a

例3, 请根据反应: 2Fe3+ + Fe = 3 设计原电池,你有哪些可行方案?

Fe 2+

Fe-Cu
Fe-C

FeCl3
Fe(NO3)3

Fe-Ag

Fe2(SO4)3

根据反应设计原电池,你有哪些可行方案?

( 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+ )
负极 正极 电解质溶液

Cu Fe
C Ag

FeCl3
Fe(NO3)3 Fe2(SO4)3

锌片插入稀硫酸中,被 腐蚀。(化学腐蚀)

哪个更快?

锌片在锌,铜(稀硫酸) 原电池的负极 原电池中作为负极,也 被腐蚀。(电化学腐蚀) 被腐蚀得更快。 分析锌,铁(稀硫酸)原 电池中的电极反应。 你感受到作为正极,铁 被保护了吗? 原电池的金属 正极被保护。

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

(1)干电池结构及电极反应原理
干电池
碱性电池

(1)干电池结构及电极反应原理 负极:Zn — 2e- == Zn2+ 正极:2NH4+ + 2e- == 2NH3↑+H2↑

电池总反应式:
Zn + 2NH4+ == Zn2++2NH3↑+H2↑ 特点: a:一次性电池,不可逆 b:用KOH代替NH4Cl能提高 性能,延长寿命

(2)充电电池(又称二次电池)
蓄电池

(2)充电电池(又称二次电池) 铅蓄电池
负极: Pb +SO42- - 2e- == PbSO4 正极:PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- == PbSO4 + 2H2O

电池总反应式:
Pb + PbO2 + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O (-) (+) Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- == 2PbSO4 + 2H2O

特点: 二次电池,可再次充电使用

(3)燃料电池

氢 氧 燃 料 电 池

(3)燃料电池 新型电池中,电极的导电材料一般多 孔的金属板,负极是通入还原剂的一方, 正极是通入氧化剂的一方。 氢氧燃料电池,电解质溶液为30%的氢 氧化钾溶液. 正极: O2+ 4e + 2H2O === 4OH负极: 2H2 – 4e + 4OH-=== 4H2O 总反应式: 2H2+O2==2H2O 特点: 高效,环境污染少,外加设备供给氧化剂

例2, 写出甲烷燃料电池(电解质溶液为氢氧 化钾溶液)的电极反应式及总方程式:

2O2 + 8e- + 4H2O === 8OH负极: CH4 + 10OH- -8e === CO32- + 7H2O 总反应:CH4 + 2O2 + 2OH- === CO32- + 3H2O
正极:

反应后溶液的pH如何变化?

4、镍铬电池
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)

例1,1969年美国“阿波罗11 号”登月成功。飞船上使用 的氢氧燃料电池是一种新型 的化学电池,其构造如图示: 两个电极均由多孔性碳制成, H2 O 通入的气体由孔隙逸出,并 H 2 在电极表面放电。 1、a是 负 极,

a

b

O2
KOH溶液

b是 正



电极反应式分别为:

例2, 写出甲烷燃料电池(电解质溶 液为氢氧化钾溶液)的电极反应式及总 方程式:
2O2 + 8e- + 4H2O === 8OH负极: CH4 + 10OH- -8e === CO32- + 7H2O 总反应:CH4 + 2O2 + 2OH- === CO32- + 3H2O
正极:

反应后溶液的pH如何变化?

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