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1、化学能转化为电能,1,专题2化学反应与能量转化,第三单元化学能与电能的转化,2,生活中常见的电池,活动与探究,现象：,锌片上有气泡冒出，铜片上无明显现象,结论：,锌与硫酸反应生成H2在锌片上析出,现象：,锌片上气泡冒出，铜片上无明显现象。,实验2:把一块锌片和一块铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察现象。,结论：锌与硫酸反应生成H2在锌片上析出,实验1：把一块锌片和一块铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察实验现象,实验3：,用导线把实验2中的铜片和锌片连接起来，观察现象,现象：,锌片逐渐溶解，铜片上有气泡出现,结论：,H+在铜片上得到电子，生成H2,实验4：在导线中间连接一个灵敏电流计，观察现
2、象,现象：,灵敏电流计指针发生偏转,闭合回路中有电流产生,结论：,活动与探究,1、锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，铜片上为什么有气泡产生,产生的是什么气体，怎么产生的?2、锌片的质量有无变化?溶液中c(H+)如何变化?3、写出锌片和铜片上变化的离子方程式4、电流回路是如何形成的？5、从能量变化的角度分析这是什么装置?,问题思考,6,还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应,氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应,还原剂失去的电子从锌极流出,流入铜极.,经外电路,Zn2+,H+,SO42-,电流方向,分析与理解,氧化反应,Zn-2e-=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液,失e-，沿导线传递，
3、有电流产生,还原反应,2H+2e-=H2,阴离子,阳离子,总反应：,负极Zn,正极Cu,2H+2e-=H2,Zn2e-=Zn2+,Zn+2H+=Zn2+H2,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,（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）,1、原电池：将化学能直接转变成电能的装置,（外电路）,（内电路）,一、化学能转化为电能,通过合适的装置让电子作定向流动，形成电流，就可以构成原电池。,2、原电池的形成条件：,以一个氧化还原反应为基础Zn+2H+=Zn2+H2(氧化还原反应）,化学能（电子转移）,电能（电子的定向流动）,那么，如何利用一个氧化还原反应组成
4、原电池？,怎样才能组成原电池呢？,思考：,2、原电池的形成条件：,以一个氧化还原反应为基础，还需要的条件：,如果将铜也换成锌能形成原电池吗？如果将锌换成铜能形成原电池吗？,两种活泼性相对不同的金属（或能导电的非金属，如碳棒）作电极。（相对活泼金属作负极，相对不活泼金属或碳棒作正极。）,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,电子在电压的作用下，才能发生定向移动形成电流。用两种失电子能力不同的电极材料，二者间才能形成电势差，用导线连接起来时才会产生电流。,（可以）,（不可以）,电极需插进
5、电解质溶液中,实验探究形成原电池的条件,？,？,探究形成原电池的条件,能形成原电池吗？,可以,不可以,不可以,实验探究形成原电池的条件,必须形成闭合回路,（不可以）,盐桥：在U型管中装满用饱和KCl溶液的琼脂。,思考：1、盐桥的作用是什么？,（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。（2）平衡电荷,思考：2、此电池的优点？,此电池的优点:能产生持续、稳定的电流。,(负极)：Zn2e-=Zn2+,(正极)：2H+2e-=H2,电池反应：Zn+2H+=Zn2+H2,例：把右图设计成有盐桥的原电池装置，并写出电极反应式及电池反应方程式,16,2、原电池的形成条件:,(2)有活泼性不同的两个电极,
6、(3)两电极都接触电解质溶液,(4)正极、负极、电解质溶液构成闭合回路,(1)在电极表面上能发生自发进行的氧化还原反应。,练习1：下列装置哪些可以形成原电池(),ZnCu,FeC(石墨),ZnCu,ZnZn,Fe陶瓷,FeCu,SiC(石墨),稀H2SO4CuSO4溶液稀H2SO4稀H2SO4ABCD,ZnCu,稀H2SO4CuSO4溶液酒精稀H2SO4EFGH,ABC,X,练习2：下列装置可以形成原电池吗,练习3：请同学们判断，下列哪组装置能构成原电池,（A）,（B）,（C）,X,X,X,3.判断原电池正、负极的方法,由组成原电池的两极材料判断：,一般是较活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或
7、能导电的非金属为正极,但不能单纯地以金属的活动性来判断，如Al在强碱性溶液中比Mg更易失去电子，此时Al作负极，Mg作正极。Fe或Al与Cu在浓硝酸中呢？,根据电流方向或电子流动方向判断：,电子流动方向是由负极流向正极；电流是由正极流向负极。,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，化合价升高；正极总是得电子发生还原反应，化合价降低。,1、钢铁的防腐：,我们知道，钢铁在干燥的空气中长时间不易腐蚀，但在潮湿的空气里很快就会腐蚀，这是什么原因呢？原因：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化腐蚀。,4、原电池原理的
8、应用,负极：,正极：,总反应：,Fe2e-Fe2+,2H+2e-H2,Fe+2H+Fe2+H2,负极：,正极：,总反应：,2Fe4e-2Fe2+,2H2O+O2+4e-=4OH-,2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,钢铁的电化学腐蚀,析氢腐蚀:,吸氧腐蚀:,（酸性较强的条件下的腐蚀）,（酸性较弱或中性条件下的腐蚀）,钢铁的防腐蚀：,利用原电池原理，由于金属活动性强的易失去电子受到腐蚀，我们可以在钢铁表面镶嵌比铁活泼的金属，如锌，则铁就作为正极，可受到保护。,4.原电池的应用:,4.制作各种实用电池,2.判断金属活动性,3.加快氧化还原反应的速率,1.金属腐蚀与防护,原电池中，一般活动性强
9、的金属作负极，活动性弱的作正极，据此可比较金属的活动性。,如实验室用Zn和稀硫酸反应制H2，用粗锌产生H2速率快，原因是粗锌中的杂质和锌、硫酸构成原电池，加快锌的腐蚀，使产生H2速率加快。,原电池原理的应用：,(1)比较金属活动性强弱。,把A、B、C、D4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，D上产生大量气泡；A、C相连时，电流由C经导线流向A；B、D相连时，电子由D经导线流向B，则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为（）ABCDACDBCABDBACD,AB,CD,AC,DB,(2)加快反应速率,例2：,下列制氢气的反应速率最快的是,粗锌和1m
10、ol/L盐酸；,B.,A.,纯锌和1mol/L硫酸；,纯锌和18mol/L硫酸；,C.,粗锌和1mol/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。,D.,（D）,原电池原理应用：,(3)比较金属腐蚀的快慢,例3：,下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是,原电池原理应用：,电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极同一种金属的腐蚀：强电解质弱电解质非电解质,金属腐蚀快慢的判断:,给你Al、Zn、Cu和一只苹果你能制成几种水果电池?,水果电池,家庭小实验,AlCu,AlZn,ZnCu,两极碳棒上产生气泡,电解水，两极分别产生H2和O2,二极管发光,回路中有电流产生,活动与探究,31
11、,二、化学电源,1、化学电源的特点：能量转化率高，远高于直接将氧化还原反应中的化学能转化为热能的转化率。,2、化学电源的分类：主要有一次电池、二次电池、燃料电池等。,人们应用原电池原理，制作了多种电池，如干电池、蓄电池、充电电池、高能电池等，以满足不同的需要。,在现代生活、生产和科学技术的发展中，电池发挥着越来越重要的作用，大至宇宙火箭、人造卫星、空间电视转播站、飞机、轮船，小至电脑、收音机、照相机、电话、助听器、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各种各样的电池。,化学电源简介,各种化学电源,各种化学电源,1、干电池,锌锰干电池,二、化学电源,干电池放电时电极反应式为负极（锌筒）：Zn2e=Zn
12、2正极（碳棒）：2MnO2+2NH4+2e=Mn2O3+2NH3+H2O总反应为：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2+Mn2O3+2NH3+H2O,锌锰干电池,二、化学电源,1、干电池,随着用电器朝着小型化、多功能化发展的要求，对电池的发展也提出了小型化、多功能化发展的要求。,体积小、性能好的碱性锌锰电池应运而生。这类电池的重要特征是电解液由原来的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。,锌锰碱性电池是一种新型的干电池。正极材料为MnO2,负极材料为Zn，还原产物为MnOOH,电解质是KOH溶液，总反应：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(O
13、H)2+2MnO(OH)请写出电极反应式。,负极：Zn2e-+2OH=Zn(OH)2正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnO（OH）+2OH,碱性Zn-Mn干电池,银锌电池是一种纽扣式大容量电池，电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应式为：负极：Zn2e+2OH=Zn(OH)2正极：Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH总反应为：Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn(OH)2,2、银锌电池纽扣电池,3、铅蓄电池,铅蓄电池的总反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4PbSO4+2H2O铅为负极，负极的电极反应式为：Pb2e+SO42=PbSO4PbO2为正极，正极的电极反应
14、式为：PbO2+4H+SO42+2e=PbSO4+2H2O,铅蓄电池构造,目前汽车上使用的电池，有很多都是铅蓄电池。铅蓄电池的构造是用含锑58的铅锑合金铸成隔板，在隔板上分别填充PbO2和Pb作为正极和负极，二者交替排列而成。在电极之间充有密度为1.25g/cm31.28g/cm3的H2SO4溶液。,4、锂电池,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负极相比较，使用寿命大大延长。,氢氧燃料电池,酸性电解质：,碱性电解质,负极：2H2-4e-=4H+,正极：O2+4H+4e-=2H2O,总反应：2H2+O2=2H2O,5、燃料电池,负极:2H2-4e-+4OH-=4H2
15、O,正极:O2+2H2O+4e-=4OH-,怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？书写步骤：（1）写出燃烧反应，根据电解液改写燃料电池总反应；（2）写出正极的电极反应式(一般较简单);（3）由燃料电池总反应减去正极的电极反应式得负极的电极反应式。,正极反应一般为酸性介质碱性介质,O2+4H+4e=2H2O,O2+2H2O+4e=4OH-,例：CH4、O2、NaOH组成的燃料电池1.燃烧总化学反应：CH4+2O2CO2+2H2O2.燃料电池总反应：3.正极：4.负极：,CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O,2O2+4H2O+8e=8OH-,CH4+10OH-8e=CO32-+7H2O
16、,例2：甲醇燃料电池是由甲醇和氧气及强碱电解质溶液构成的新型手机电池，电量可达现用镍氢或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。据此回答：,(1)甲醇是极,电极反应式是:;(2)电池反应的离子方程式:,2CH3OH+16OH-12e=2CO32-+12H2O,2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O.,负,新型燃料电池,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，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。,SLR数码相机手带式燃料电池，这款附带式微型燃料电池可为设备直接供电，也可为内置电池充电。,因此，燃料电池是名符其实的把能源中燃料燃烧反应的化学能直
17、接转化为电能的“能量转换器”。燃料电池的能量转化率很高，可达70以上。氢氧燃料电池除了具有能量转化率高、可持续使用的优点外，而且由于其燃烧产物为水，因此不污染环境。,新型燃料电池,6、其他电池镍氢等可充电电池广泛用于手机、照相机、MP3等数码产品。,(),(),(),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+2H+Zn2+H2,Fe2e-Fe2+,Cu2+2e-Cu,Fe+Cu2+Fe2+Cu,C,3、,下列方程式能设计成原电池吗?若能，判
18、断原电池的正负极。,、Fe+Cu2+=Fe2+Cu,、2NaOH+H2S04=Na2SO4+2H2O,4.一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,H2SO4(aq),CuSO4(aq),负极():.正极():.总反应式:.,负极():.正极():.总反应式:.,5.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.,Ag,Fe,ZnZn2e-=Zn2+CuCu2+2e-=CuZn+Cu2+=Zn2+Cu,FeFe2e-=Fe2+Ag2H+2e-=H2Fe+2H+=Fe2+H2,负极(Fe)：Fe2e-=Fe2+正极
19、(Cu)：2H+2e-=H2总：Fe+2H+=Fe2+H2,负极(Fe)：2Fe4e-=2Fe2+正极(Cu)：2H2O+O2+4e-=4OH-总：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2,不同的介质不同的电极反应,写出下列装置的电极反应式,负极（Al）：2Al+8OH-6e-=2AlO2+4H2O正极（Mg）：6H2O+6e-=3H2+6OH总：2Al+2OH+2H2O=2AlO2+3H2,稀硫酸,负极（Mg）：Mg2e-=Mg2+正极（Al）2H+2e-=H2总：Mg+2H+=Mg2+H2,负极(Cu)：Cu2e-=Cu2+正极(Al)：4H+2NO3+2e-=2NO2+2H2O总：Cu+
20、4H+2NO3=2NO2+Cu2+2H2O,稀H2SO4,负极(Al)：2Al6e-=2Al3+正极(Cu)：6H+6e-=3H2总：2Al+6H+=2Al3+3H2,58,意大利物理学家亚历山德罗.伏打(AlessandroVolta),伏打电池,1780年意大利著名生物学家伽伐尼在解剖青蛙时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。伽伐尼做了如下实验：实验1:用一枝铜钩插入死青蛙的脊髓中，再挂在铁栏杆上，当青蛙腿碰到铁栏杆时，就发生抽搐。实验2:将青蛙放到铜制的解剖盘里，当解剖刀接触蛙腿时，蛙腿发生抽搐。他根据实验得出：青蛙自身肌肉和神经里的“生物电”是导致抽搐的原因。1791年，伽伐尼发表了论肌肉中的生物电论文，引起广泛关注。,科学史话,伏打与电池的发明,善于质疑的意大利物理学家伏打，提出了疑问：为什么只有青蛙腿和铜器和铁器接触时才发生抽搐？实验如下：实验1:将青蛙腿放在铜盘里，用解剖刀去接触，蛙腿抽搐。实验2:将青蛙腿放在木盘里，用解剖刀去接触，蛙腿不动。经过一番研究，伏打用实验推翻了伽伐尼的结论，他发现两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿就会抽搐，蛙腿只是起了显示电流通过的作用，所谓特殊的“动物电”是不存在的。,联想到肌肉、神经类似于能导电的电解质的溶液，那么，电解质溶液与活泼性不同的金属作用会不会产生电流呢？,