化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化上課課件.ppt

專題1化學(xué)反應(yīng)與能量變化 第二單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化 第一課時原電池的工作原理 復(fù)習(xí)回顧 1 原電池是 的裝置 原電池反應(yīng)的本質(zhì)是 反應(yīng) 將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 氧化還原 2 如右圖所示 組成的原電池 1 當(dāng)電解質(zhì)溶液為稀H2SO4時 Zn電極是 填 正 或 負(fù) 極 其電極反應(yīng)為 該反應(yīng)是 填 氧化 或 還原 下同 反應(yīng) Cu電極是 極 其電極反應(yīng)為 該反應(yīng)是 反應(yīng) 2 當(dāng)電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液時 Zn電極是 極 其電極反應(yīng)為 該反應(yīng)是 反應(yīng) Cu電極是 極 其電極反應(yīng)為 該反應(yīng)是 反應(yīng) 負(fù) Zn 2e Zn2 氧化 正 2H 2e H2 還原 負(fù) Zn 2e Zn2 氧化 正 Cu2 2e Cu 還原 氧化反應(yīng) Zn 2e Zn2 銅鋅原電池 電解質(zhì)溶液 失e 沿導(dǎo)線傳遞 有電流產(chǎn)生 還原反應(yīng) Cu2 2e Cu 陰離子 陽離子 總反應(yīng) 負(fù)極 正極 Cu2 2e Cu Zn 2e Zn2 Zn Cu2 Zn2 Cu Zn CuSO4 ZnSO4 Cu 離子方程式 化學(xué)方程式 電極反應(yīng) 正極 負(fù)極 氧化反應(yīng) 還原反應(yīng) 陽離子 原電池原理 外電路 內(nèi)電路 提出問題 上圖是我們在必修2中學(xué)習(xí)過的將鋅片和銅片置于稀硫酸的原電池 如果用它做電源 不但效率低 而且時間稍長電流就很快減弱 因此不適合實際應(yīng)用 這是什么原因造成的呢 有沒有什么改進(jìn)措施 造成的主要原因 由于在銅極上很快就聚集了許多氫氣泡 把銅極跟稀硫酸逐漸隔開 這樣就增加了電池的內(nèi)阻 使電流不能暢通 這種作用稱為極化作用 一 對鋅銅原電池工作原理的進(jìn)一步探究 為了避免發(fā)生這種現(xiàn)象 設(shè)計如下圖所示的原電池裝置 你能解釋它的工作原理嗎 設(shè)疑 若兩燒杯中的電解質(zhì)溶液用能使陰陽離子移動的裝置連接起來 能否形成原電池 探究一 預(yù)測 3 實驗1 的現(xiàn)象和結(jié)論 現(xiàn)象 鋅粉溶解 有紅色物質(zhì)析出 溫度計顯示溫度迅速上升 結(jié)論 Zn Cu2 Zn2 Cu F 探究二 預(yù)測 3 實驗2 的現(xiàn)象和結(jié)論 現(xiàn)象 鋅片變細(xì) 銅上有紅色物質(zhì)析出 電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) 結(jié)論 Zn 2e Zn2 Cu2 2e Cu 鹽橋的作用 1 使整個裝置構(gòu)成通路 代替兩溶液直接接觸 由于鹽橋 如KCl 的存在 其中陰離子Cl 向ZnSO4溶液移動 陽離子K 則向CuSO4溶液移動 分別中和過剩的電荷 保持溶液的電中性 因而放電作用不間斷地進(jìn)行 一直到鋅片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2 反應(yīng)完全 所以此電池的優(yōu)點是 能產(chǎn)生持續(xù) 穩(wěn)定的電流 2 平衡電荷 在整個裝置的電流回路中 溶液中的電流通路是靠離子遷移完成的 取出鹽橋 Zn失去電子形成的Zn2 進(jìn)入ZnSO4溶液 ZnSO4溶液因Zn2 增多而帶正電荷 同時 CuSO4則由于Cu2 變?yōu)镃u 使得SO42 相對較多而帶負(fù)電荷 溶液不保持電中性 這兩種因素均會阻止電子從鋅片流向銅片 造成電流中斷 由兩個半電池組成原電池的工作原理 把氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分開在不同區(qū)域進(jìn)行 再以適當(dāng)方式連接 可以獲得電流 在這類電池中 用還原性較強的物質(zhì)作為負(fù)極 負(fù)極向外電路提供電子 用氧化性較強的物質(zhì)作為正極 正極從外電路得到電子 在原電池的內(nèi)部 兩極浸在電解質(zhì)溶液中 并通過陰陽離子的定向運動而形成內(nèi)電路 二 實驗探究形成原電池的條件 可以 可以 可以 不可以 形成條件一 活潑性不同的兩個電極 負(fù)極 較活潑的金屬正極 較不活潑的金屬 石墨等 可以 不可以 形成條件二 電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中 實驗探究形成原電池的條件 實驗探究形成原電池的條件 形成條件三 必須形成閉合回路 不可以 可以 組成原電池的條件 1 有兩種活動性不同的金屬 或一種是非金屬單質(zhì)或金屬氧化物 作電極 2 電極材料均插入電解質(zhì)溶液中 3 兩極相連形成閉合電路 4 內(nèi)部條件 能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng) 活動探究 請結(jié)合組成原電池的條件 將氧化還原反應(yīng) Fe Cu2 Cu Fe2 設(shè)計成一個原電池 1 電解溶液 2 電極材料 正極 負(fù)極 3 電極反應(yīng)式 正極 負(fù)極 CuSO4溶液 Fe C Cu2 2e Cu Fe 2e Fe2 1 判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池 若不是 請說明理由 若是 請指出正負(fù)極名稱 并寫出電極反應(yīng)式 2H 2e H2 負(fù)極 總反應(yīng) 正極 Zn 2e Zn2 Zn 2H Zn2 H2 隨堂檢測 正極 負(fù)極 總反應(yīng) Fe 2e Fe2 Cu2 2e Cu Fe Cu2 Fe2 Cu Fe CuSO4 Cu FeSO4 負(fù)極 Zn 2e Zn2 正極 Cu2 2e Cu 總反應(yīng) Zn Cu2 Zn2 Cu 或Zn CuSO4 ZnSO4 Cu 2 一個電池反應(yīng)的離子方程式是Zn Cu2 Zn2 Cu 該反應(yīng)的的原電池正確組合是 C 三 原電池的正負(fù)極的判斷方法 微觀判斷 根據(jù)電子流動方向 電子流出的極電子流入的極 負(fù)極 正極 較活潑的電極材料較不活潑的電極材料 質(zhì)量增加的電極工作后質(zhì)量減少的電極 負(fù)極 正極 正極 負(fù)極 工作后 有氣泡冒出的電極為正極 發(fā)生氧化反應(yīng)的極發(fā)生還原反應(yīng)的極 宏觀判斷 根據(jù)電極材料 根據(jù)原電池電極發(fā)生的反應(yīng) 根據(jù)電極增重還是減重 根據(jù)電極有氣泡冒出 負(fù)極 正極 1 某金屬能跟稀鹽酸作用放出氫氣 該金屬與鋅組成原電池時 鋅為負(fù)極 此金屬是 A MgB FeC AlD Cu B 2 由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時 電解質(zhì)溶液的pH A 不變B先變大后變小C逐漸變大D 逐漸變小 C 隨堂檢測 3 把a b c d四塊金屬片浸入稀硫酸中 用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池 若a b相連時 a為負(fù)極 c d相連時 電流由d到c a c相連時 c極上產(chǎn)生大量氣泡 b d相連時 b上有大量氣泡產(chǎn)生 則四種金屬的活動性順序由強到弱的為 A a b c dB a c d bC c a b dD b d c a B 4 如圖所示 在鐵圈和銀圈的焊接處 用一根棉線將其懸在盛水的燒杯中 使之平衡 小心的向燒杯中央滴入CuSO4溶液 片刻后可觀察到的現(xiàn)象是 D A 鐵圈和銀圈左右搖擺不定B 保持平衡狀態(tài)C 鐵圈向下傾斜 銀圈向上傾斜D 銀圈向下傾斜 鐵圈向上傾斜 專題1化學(xué)反應(yīng)與能量變化 第二單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化 第二課時化學(xué)電源 鋰電池 干電池 紐扣電池 各類電池 蓄電池 教學(xué)目標(biāo) 1 鞏固原電池原理2 了解原電池的實際應(yīng)用 化學(xué)電源 銀鋅紐扣電池是用不銹鋼制成的小圓盒 形似紐扣 故稱紐扣電池 兩極分別為氧化銀和鋅 電解質(zhì)為KOH溶液 發(fā)生氧化還原反應(yīng)后生成銀和氧化鋅 鋅是極 發(fā)生反應(yīng) 氧化銀是極 發(fā)生反應(yīng) 總反應(yīng)為 Zn Ag2O ZnO 2Ag負(fù)極 鋅 正極 氧化銀 負(fù) 氧化 正 還原 1 干電池 一次電池 Zn 2OH 2e ZnO H2O Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 負(fù)極 鋅筒 正極 石墨 普通鋅錳干電池 總反應(yīng) 堿性鋅錳干電池 用KOH代替NH4Cl能提高性能 延長壽命 負(fù)極 鋅筒 正極 石墨 總反應(yīng) Zn 2MnO2 2H2O Zn OH 2 2MnOOH Zn 2e 2OH Zn OH 2 2MnO2 2H2O 2e 2MnOOH 2OH 氫氧燃料電池的工作原理 酸性條件 負(fù)極 H2 2H2 4e 4H 堿性或中性條件 負(fù)極 H2 2H2 4OH 4e 4H2O 正極 O2 O2 2H2O 4e 4OH 總反應(yīng) 2H2 O2 2H2O 總反應(yīng) 2H2 O2 2H2O 2 燃料電池 氫氧燃料電池結(jié)構(gòu) 正極 O2 O2 4H 4e 2H2O 拓展 一種新型燃料電池 它是以兩根金屬鉑片插入KOH溶液中作電極 又在兩極上分別通入甲烷和氧氣 電極反應(yīng)為 負(fù)極 正極 電池總反應(yīng) 2O2 4H2O 8e 8OH CH4 10OH 8e CO32 7H2O CH4 2O2 2KOH K2CO3 3H2O 3 充電電池 充電電池又稱二次電池 它在放電時所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng) 在充電時又逆向進(jìn)行 使生成物恢復(fù)原狀 如此充放電可循環(huán)進(jìn)行 至一定周期后終止 汽車用蓄電池 鉛蓄電池放電時的電極反應(yīng) 負(fù)極 Pb SO42 2e PbSO4正極 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O 總反應(yīng) PbO2 Pb 4H 2SO42 2PbSO4 2H2O 鉛蓄電池充電時的電極反應(yīng) 負(fù)極 PbSO4 2e Pb SO42 正極 PbSO4 2H2O 2e PbO2 4H SO42 總反應(yīng) 2PbSO4 2H2O PbO2 Pb 4H 2SO42 優(yōu)點應(yīng)用領(lǐng)域 電壓穩(wěn)定 使用方便 安全 可靠 可以循環(huán)使用 廣泛用于國防 科研 交通 生產(chǎn)和生活 海水電池 1991年 我國首創(chuàng)以鋁 空氣 海水為能源的新型電池 用作航海標(biāo)志燈 該電池以取之不的海水為電解質(zhì) 靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流 這種海水電池的能量比 干電池 高20 50倍 電極反應(yīng)式為 負(fù)極 正極 電池總反應(yīng) 4Al 12e 4Al3 3O2 6H2O 12e 12OH 4Al 3O2 6H2O 4Al OH 3 拓展 1 電極材料及原料2 電解質(zhì)溶液3 優(yōu)點4 應(yīng)用領(lǐng)域 鋰電池 摩托羅拉6188 6288原裝鋰電池 正極 金屬氧化物負(fù)極 鋰 使用壽命長 質(zhì)量輕 電壓高 工作效率高 壽命長 質(zhì)量輕 體積小 有機溶劑 電腦 照相機 手表 心臟起博器 索尼數(shù)碼相機鋰電池 鋰電池是一代新型高能電池 它以質(zhì)量輕 能量高而受到了普遍重視 目前已研制成功多種鋰電池 某種鋰電池的總反應(yīng)為Li MnO2 LiMnO2 下列說法正確的是 A Li是正極 電極反應(yīng)為Li e Li B Li是負(fù)極 電極反應(yīng)為Li e Li C Li是負(fù)極 電極反應(yīng)為MnO2 e MnO2 D Li是負(fù)極 電極反應(yīng)為Li 2e Li2 熔融鹽燃料電池具有高的發(fā)電效率 因而受到重視 可用Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì) CO為負(fù)極燃?xì)?空氣與CO2的混合氣體為正極助燃?xì)?制得在650 下工作的燃料電池 總反應(yīng)方程式完成有關(guān)的電池反應(yīng)式 負(fù)極反應(yīng)式 正極反應(yīng)式 練習(xí) 2CO O2 2CO2 O2 2CO2 4e 2CO32 2CO 2CO32 4e 4CO2 如圖是2004年批量生產(chǎn)的筆記本電腦所用的甲醇燃料電池的結(jié)構(gòu)示意圖 甲醇在催化劑作用下提供質(zhì)子 H 和電子 電子經(jīng)外電路 質(zhì)子經(jīng)內(nèi)電路到達(dá)另一極與氧氣反應(yīng) 電池總反應(yīng)式為 2CH3OH 3O2 2CO2 4H2O 下列說法中正確的是A 左邊的電極為電池的負(fù)極 a處通入的是甲醇B 右邊的電極為電池的負(fù)極 b處通入的是空氣C 電池負(fù)極的反應(yīng)式為 CH3OH H2O 6e CO2 6H D 電池的正極反應(yīng)式為 O2 2H2O 4e 4OH A C