必修2-2-2选修4-4化学能与电能

选修4第四章电化学基础第1节原电池【含必修2第二章第二节化学能与电能】给iPhone充电直接从自然界取得的能源称为一次能源水力发电站火力发电站一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、直接污染最小的一种二次能源，又称为电力。火力发电中能量是如何转化的呢？燃烧发电机化学能热能机械能电能蒸汽能不能直接转化？1、锌片与铜片不接触插入稀硫酸有什么现象发生?2、锌片与铜片接触插入稀硫酸有什么现象发生?探究实验一:将铜片、锌片分别插入稀硫酸中，观察发生的现象；然后用导线将铜片、锌片连接起来，并接入一支电流表，观察发生的现象。A稀H2SO4锌片铜片锌片溶解，表面有气泡产生；铜片表面无明显现象。锌片溶解，铜片表面有气泡产生；电流表指针偏转。1、从能量变化的角度分析这是一种什么装置？2、锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，电流计指针为什么会发生偏转？3、锌片的质量有无变化？溶液中C(H+)如何变化？4、H+在铜表面得到的电子是否为铜本身失去的？为什么？电子从哪来？5、请分别写出锌片和铜片上变化的离子方程式，再写出总反应的离子方程式。6、电子流动的方向如何？电子由锌片经导线流向铜片7、电流流动的方向如何？电流由铜片经导线流向锌片8、硫酸溶液中的阴、阳离子应该怎样运动？为什么？H+向Cu片定向移动；SO42-向Zn片定向移动；保证电解质溶液中“电荷守恒”。1、原电池的定义：将化学能转变为电能的装置。小常识：早在1799年意大利的物理学家伏打捕捉到这一现象并加以研究，发明了世界上第一个电池——伏打电池，即原电池。电池发明的小故事1791年他在解剖时，在实验室将悬有去了皮的青蛙腿的铜钩挂在铁架台上，发现蛙腿会有肌肉抽搐的现象。伽伏尼认为动物的组织会产生电流，而金属是传递电流的导体。他从独特的角度认为电流是由两种不同的金属产生的，经过一系列的实验，终于在1800年成功研制了世界上第一个能产生稳定电流的电池（见图）。（意大利生物学家伽伏尼）（意大利物理学家伏打）2、原电池的反应原理：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。【结论】锌片：Zn-2e-=Zn2+(氧化反应)铜片：2H++2e-=H2↑(还原反应)A电解质溶液较活泼金属负极发生氧化反应发生还原反应正极较不活泼金属e负极正极电解质溶液阴离子还原反应氧化反应阳离子原电池工作原理图示外电路内电路原电池反应中的守恒规律：1、质量守恒（1）氧化还原反应中电子转移守恒；（2）电解质溶液中电荷守恒。2、能量守恒。将一个能自发进行的氧化还原反应设计成一个的原电池，构成这个原电池的必要条件有哪些？探究实验二:用导线将碳棒、锌片连接起来，并接入一支电流表，观察发生的现象。A稀H2SO4锌片碳棒锌片溶解，碳棒表面有气泡产生；电流表指针偏转。探究实验三:用导线将碳棒、铜片连接起来，并接入一支电流表，观察发生的现象。A稀H2SO4碳棒铜片碳棒、铜片表面均无明显现象，电流表指针不发生偏转。探究实验四:用导线将铜片、锌片连接起来，并接入一支电流表，观察发生的现象。A酒精溶液锌片铜片锌片、铜片表面无明显现象，电流表指针不偏转。探究实验五:用导线将两块锌片连接起来，并接入一支电流表，观察发生的现象。A稀H2SO4锌片锌片锌片溶解，表面有气泡产生；电流表指针不偏转。探究实验六:用导线将锌片、铜片连接起来，分别放入两杯稀硫酸中，并接入一支电流表，观察发生的现象。A锌片溶解，表面有气泡产生；铜片表面无明显现象；电流表指针不偏转。稀硫酸ZnCu稀硫酸3、构成原电池的必要条件（1）两个电极电极种类、名称电子传导方向(概念)化学反应类型(标志)电极的组成电极材料(是导体)电极反应物（氧化剂与还原剂）负极正极电子流出的一极氧化反应元素化合价升高金属、石墨或其它导体还原性较强物质：比较活泼的金属(H之前的)、H2、CH4、CO、CH3OH等电子流入的一极还原反应元素化合价降低金属、石墨或其它导体氧化性较强物质:H＋、Cu2＋、Fe3＋、Ag＋、O2、Cl2等（2）电解质溶液（3）形成闭合回路作用：①通过阴阳离子定向运动传导电流；②维持溶液中电荷守恒；③提供参与电极反应的离子。要求：①两电极用导线相连或直接接触；②两电极应同时浸入同一电解质溶液中。【动脑动手】使用桌面材料：Zn片、Cu片、导线、电流计、水果（西红柿等），请设计一个装置使电流计指针偏转。锌片铜片【练习】以下装置能否形成原电池？(E)蔗糖溶液ZnC稀盐酸FeFe稀硫酸FeC稀盐酸ZnCu稀硫酸FeAg稀硫酸(A)(B)(C)(D)(1)在探究实验6的装置中架上盐桥连通,看有什么现象？电流计指针回到零点，说明无电流，未构成原电池。电流计指针偏转，有电流通过电路，是原电池装置;(2)然后取出盐桥，又将看到什么现象?探究实验7盐桥中通常装有浸泡过KCl饱和溶液的琼胶ZnSO4ZnCuCuSO4A1、确定该原电池的正、负极，并写出原电池中的两个电极反应和电池反应方程式。2、判断电子的流动路线及溶液中阴、阳离子移动趋势？3、盐桥起什么作用？此装置优点：克服了探究实验2的不足，能稳定长时间放电!ZnSO4ZnCuCuSO4A盐桥的作用：Cl-向锌盐方向移动，K+向铜盐方向移动，使Zn盐和Cu盐溶液一直保持电中性，从而使电子不断从Zn极流向Cu极。几个概念1、原电池是由两个半电池组成的；2、半电池中的反应就是半反应，即电极反应。3、半反应（电极反应）涉及同一元素的氧化价态和还原价态：原电池的表示方法：(-)Zn|Zn2+(C1)‖Cu2+(C2)|Cu(+)“|”表示液-固相有一界面；“‖”表示盐桥。有气体参加的电池还要表明气体的压力，溶液要表明浓度氧化态+ne-还原态例如：(-)Pt|H2(100kPa)|H+(1.0mol‧L-1)‖Cr2O72-(10mol‧L-1),Cr3+(1.0mol‧L-1),H+(1.010-2mol‧L-1)|Pt(+)负极:H2→2H++2e-正极:Cr2O72-+14H++6e-→2Cr3++7H2O总反应:Cr2O72-+3H2+8H+=2Cr3++7H2O1、依探究实验7的原理，按以下反应设计一个能持续产生电流的原电池装置，画出装置图。Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag课堂练习AgNO3AgCuCu(NO3)2A2、根据上述原理，为获得较长时间的稳定电流，如何将“Zn-稀H2SO4-Cu”组成的原电池（如左下图）进行简单改装？课堂练习A稀H2SO4锌片铜片ZnSO4ZnCuH2SO4A练习：判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，说明理由；若是，指出正负极名称并写出电极反应式。(A)(B)(C)(D)练习：试将氧化还原反应2Fe3++Fe=3Fe2+设计成能持续产生电流的原电池。小结2.两个电极相连插入电解质溶液中并形成闭合电路;把化学能直接转化为电能的装置。1.有两块金属(或非金属)导体作电极;二.构成原电池的基本条件：一.原电池：3.有可自发进行的氧化还原反应。三.加入盐桥后由两个半电池组成的原电池工作原理：1.用还原性较强的物质(如：活泼金属)作负极，向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作正极，从外电路得到电子。2.原电池在放电时，负极上的电子经过导线流向正极，而氧化性较强的物质从正极上得到电子，两极之间再通过盐桥及池内溶液中的阴、阳离子定向运动形成的内电路构成有稳定电流的闭合回路。选修4第四章电化学基础第二节化学电源［学与问］在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其它应用吗？电池化学电池太阳能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置用途广泛的电池用于“神六”的太阳能电池笔记本电脑专用电池手机专用电池摄像机专用电池各式各样的纽扣电池小型高性能燃料电池用于汽车的铅蓄电池和燃料电池太阳能电池阅读课文P74页并回答问题：1、化学电池与其它能源相比有哪些优点？2、判断电池的优劣标准主要是什么？3、目前化学电池主要分哪几大类？能量转换效率高，供能稳定可靠，可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作单位质量或单位体积所能输出电能的多少，即比能量的大小；输出功率的大小即比功率的大小以及电池的存储时间的长短。除特殊情况外，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，其质量好。化学电池一次电池二次电池燃料电池氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池铅蓄电池锌银蓄电池镍镉电池锂离子电池普通干电池碱性锌锰电池锌银纽扣电池电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用。又称充电电池或蓄电池。放电后经充电可使电池中的活性物质获得重生，恢复工作能力，可多次重复使用。是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能的化学电源，又称连续电池。一、一次电池——干电池(-)Zn│NH4Cl+ZnCl2│MnO2,C(+)负极(Zn)：Zn–2e-=Zn2+正极(MnO2和C)：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-电池总反应：Zn+2MnO2+2NH4Cl=2MnOOH+Zn(NH3)2Cl2普通锌锰电池锌筒石墨棒MnO2和C普通锌锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2和H2O等结构原理碱性锌锰电池构造示意图碱性电池(-)Zn│KOH│MnO2(+)负极(Zn)：Zn+2OH--2e-=Zn(OH)2正极(MnO2)：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-电池总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2优缺点简析：只能一次使用，不能充电；价格较贵；比能量和储存时间有所提高，适用于大电流和连续放电。一、一次电池——锌银电池(纽扣电池)(-)Zn│KOH│Ag2O(+)负极(Zn)：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O正极(Ag2O)：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-电池总反应：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag二、二次电池——铅蓄电池(-)Pb│H2SO4│PbO2(+)负极(Pb)：Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极(PbO2)：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O电池总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O阅读P76了解铅蓄电池的充电原理及铅蓄电池的优缺点。放电原理充电原理①放电过程负极：氧化反应Pb(s)+SO42-(aq)-2e-=PbSO4(s)正极：还原反应PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2e-=2PbSO4(s)+2H2O(l)放电过程总反应：Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)=2PbSO4(s)+2H2O(l)②充电过程阴极(接电源负极)：还原反应PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)阳极(接电源正极)：氧化反应2PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉其它二次电池：镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池、空气铝电池……铅蓄电池的充放电过程：2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)充电放电铅蓄电池的优缺点简析：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。二、二次电池——锂电池用于心脏起搏器电源的锂电池，不但体积小巧、电压稳定、工作效率高，使用时间长达10年之久！新华社伦敦3月12日电英国锡里斯电力公司成功研制出功率为1千瓦的环保燃料电池，可以充当家用“电站”，为普通家庭提供电力和热水。这种新型燃料电池体积非常小，可以握在掌心里。这是电池世界的又一创举！《中国环境报》消息:2006年3月12日