高一化學(xué)化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化.ppt

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1、第三單元 化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化,第一課時 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,（分析火力發(fā)電的利與弊）,,,, 將Zn片插入H2SO4溶液中有什么現(xiàn)象？為什么？,, 將Cu片插入H2SO4溶液中有什么現(xiàn)象？為什么？,,演示探究,，若將Zn片,Cu片用一導(dǎo)線連接再浸在H2SO4溶液中，有什么現(xiàn)象？為什么？,，將一Zn片,Cu片平行插入H2SO4溶液中，有什么現(xiàn)象？為什么？,,,，導(dǎo)線間接一電流計有何現(xiàn)象產(chǎn)生？為什么？,，用一干電池連接電流計驗證電子流向，確定Zn片, Cu片的正負(fù)極是怎樣的？,,,銅片上沒有明顯現(xiàn)象，鋅片上有無色氣體產(chǎn)生。,銅片上沒有明顯現(xiàn)象，鋅片上有無色氣體產(chǎn)生。,銅片上有無色氣體產(chǎn)生，鋅片無明顯

2、現(xiàn)象。,銅片上有無色氣體產(chǎn)生，鋅片無明顯現(xiàn)象，電流計發(fā)生偏轉(zhuǎn)。,H+在銅片上得到電子被還原成氫氣。,H+在銅片上得到電子被還原成氫氣，說明有電子從鋅片流入到銅片.,原電池,問題探究 1、你能找到原電池的正負(fù)極嗎? 這一原電池在工作時的電流流動 方向是怎樣的？,定義:把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。,電子由鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片，電流由銅片流出，從鋅片流入。,、 鋅片： Zn2eZn2+（氧化反應(yīng)） 銅片： 2H++2eH2（還原反應(yīng)）,問題探究 2、你知道原電池的工作原理嗎？ 能不能寫出在二個電極上的離子反 應(yīng)方程式？,原電池的工作原理：氧化還原反應(yīng),氧化反應(yīng),Zn2e- Zn2+,2H+ + 2e-H

3、2,負(fù)極,正極,Zn+2H+Zn2++H2,鋅銅原電池原理,還原反應(yīng),還原劑(Zn)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng),氧化劑(H+)在銅極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng),還原劑失去的電子從鋅極流出,流入銅極.,經(jīng)外電路,,,,,Zn2+,H+,,SO42-,,,,電流方向,,意大利物理學(xué)家 亞歷山德羅.伏打 (Alessandro Volta),伏打電池,1.原電池： 將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置,,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,原電池的原理：,氧化還原反應(yīng),總反應(yīng)：,2H++2e-=H2,Zn2e-=Zn2+,Zn+2H+=Zn2++H2,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,(離子方程式）,（化學(xué)方程式）,正極：,負(fù)極：,

4、（氧化反應(yīng)）,（還原反應(yīng)）,2.電極反應(yīng),實驗探究形成原電池的條件,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,,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,形成條件三：必須形成閉合回路,實驗探究形成原電池的條件,實驗探究形成原電池的條件,,形成條件四：必須存在自發(fā)的氧化還原反應(yīng),3.構(gòu)成原電池的條件,(1)有活潑性不同的兩個電極,(2)兩電極都接觸電解質(zhì)溶液,（3）正極、負(fù)極、電解質(zhì)溶液構(gòu)成閉合回路,( 4 )在電極表面上能發(fā)生自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。,,電解質(zhì)溶液,失e，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生,陽離子,負(fù)極,正極,陽離子,原電池工作

5、原理：,,動腦動手,有下列材料：Zn片、Cu片、導(dǎo)線、水果 、 電流計，請設(shè)計一個裝置使電流計指針發(fā)生 偏轉(zhuǎn)。,本節(jié)要點: 1，原電池概念。 2，構(gòu)成原電池的條件。 3，原電池的正負(fù)極和電子流向判斷。 4，原電池的工作原理。,例題：,把A、B、C、D4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，D上產(chǎn)生大量氣泡； A、C相連時，電流由C經(jīng)導(dǎo)線流向A； B、D相連時，電子由D經(jīng)導(dǎo)線流向B， 則此4種金屬的活動性由強到弱的順序為（ ） ABCD ACDB CABD BACD,,AB,CD,AC,DB,(),(),(),2H++2e-H2,負(fù)極

6、：,總反應(yīng)：,正極：,Zn2e-Zn2+,Zn+2H+Zn2++H2,(),(),負(fù)極：,正極：,總反應(yīng)：,正極：,負(fù)極：,總反應(yīng)：,Zn2e- Zn2+,2H++2e- H2,Zn+2H+Zn2++H2,Fe2e - Fe2+,Cu2++2e- Cu,Fe+Cu2+Fe2++Cu,、、、、四種金屬，將和用導(dǎo)線連接起來，浸入電解質(zhì)溶液中，不易腐蝕。將、分別放入等濃度鹽酸中，比反應(yīng)劇烈。將浸入的鹽溶液中無明顯變化，如果把浸入的鹽溶液中，有金屬析出。其活動順序為：（ ） 、 、 、 、,B,3、一個原電池的總反應(yīng)的離子方程式是Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu，該反應(yīng)

7、的原電池的組成正確的是（ ）,C,二、原電池原理的應(yīng)用,二、 原電池原理的應(yīng)用：,1、研制分析化學(xué)電源；,2、促進(jìn)某些氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，加快反應(yīng)速率,3、尋找鋼鐵防腐蝕的方法,4、原電池的設(shè)計 ,閱讀教材39頁 資料卡 分析鋼鐵電化學(xué)腐蝕 的原因，探討防止鋼鐵的方法及原理。,鋼鐵的吸氧腐蝕,原理：在潮濕空氣中鋼鐵表面形成無數(shù)微小的原電池。 負(fù)極：Fe2e=Fe2+ 正極：2H20+O2+4e=4OH Fe2+ +2OH =Fe（OH）2 4Fe（OH）2 +2H20+O2 = 4Fe（OH）3 2Fe（OH）3=Fe2O3+3H2O,鋼鐵的防腐蝕：,4、 原電池的設(shè)計,（1） 請結(jié)合組成原

8、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、電解液： 。 2、電極材料： 正極 ，負(fù)極 。 3、電極反應(yīng)式 ： 負(fù)極: . 正極: .,4. 原電池的設(shè)計,（2） 將氧化還原反應(yīng)：Cu+2FeCl3= 2FeCl2 +CuCl2 設(shè)計成一個原電池。,1、電解液： 。 2、電極材料： 正極 ，負(fù)極 。 3、電極反應(yīng)式 ： 負(fù)極: . 正極: .,4. 原電池的設(shè)計,（3） 將氧化還原反應(yīng)：2Al+6HCl=2AlCl3+3H2 設(shè)計成一個原

9、電池。,1、電解液： 。 2、電極材料： 正極 ，負(fù)極 。 3、電極反應(yīng)式 ： 負(fù)極: . 正極: .,4. 原電池的設(shè)計,（4） 將氧化還原反應(yīng)：Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2 設(shè)計成一個原電池。,1、電解液： 。 2、電極材料： 正極 ，負(fù)極 。 3、電極反應(yīng)式 ： 負(fù)極: . 正極: .,問題探究 將銅棒和鋁棒用導(dǎo)線連接后 插入濃硝酸中,是否構(gòu)成了原電池?,若構(gòu)成了原電池,負(fù)極材料是什么? 電極反應(yīng)式?,4.化學(xué)電源,（1）一次電池（如干電池）:用過后不能復(fù)原 （2）二次

10、電池（如蓄電池）:充電后能繼續(xù)使用 （3）燃料電池 （4）海水電池,負(fù)極（鋅筒）：Zn-2e-=Zn2+ 正極（石墨）：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O 總反應(yīng)：Zn+ 2MnO2+2NH4+=Zn2++ Mn2O3+2NH3+H2O,干電池 Zn- Mn普通干電池,（1）一次電池,鋅錳堿性電池是一種新型的干電池。 正極材料為MnO2 ,負(fù)極材料為Zn， 還原產(chǎn)物為MnOOH,電解質(zhì)是KOH溶液， 總： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnOOH 請寫出電極反應(yīng)式并分析其工作原理。,負(fù)極：Zn + 2OH2e- = Zn(OH)2 正極

11、：2MnO2 + 2H2O + 2 e- = 2MnO（OH） + 2OH 總反應(yīng)： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnO（OH）,堿性Zn- Mn干電池,銀鋅電池鈕扣電池該電池使用壽命較長，廣泛用于電子表和電子計算機。其電極分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)為KOH溶液。發(fā)生反應(yīng)后生成Ag和ZnO,其電極反應(yīng)式為：,負(fù)極：Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O 正極：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-,銀鋅紐扣電池,總反應(yīng)式為：Zn+Ag2O=ZnO+2Ag,（2）二次電池,鉛蓄電池,（1）電極材料及原料 （2）電解質(zhì)溶液 （3）電極反應(yīng)式：,正極：PbO2

12、 負(fù)極：Pb,H2SO4溶液,負(fù)極（Pb）: Pb- 2e-+ SO4 2 - =PbSO4,Pb+PbO2+2H2SO4 =2PbSO4 +2H2O,正極（PbO2）: PbO2+4H++SO42 -+ 2e-= PbSO4 +2H2O,總反應(yīng)：,負(fù)極：Pb+SO42- =PbSO4+2e- 正極：PbO2+SO42-+4H++2e - =PbSO4+ 2H2O 電池總反應(yīng)：Pb+ PbO2+2SO42- +4H+ =2PbSO4+2H2O,陰極： PbSO4 +2e- Pb+SO42- 陽極： PbSO4+ 2H2O PbO2+SO42-+4H++2e- 電池總反應(yīng)：2PbSO4+2H

13、2O Pb+ PbO2+2SO42- +4H+,鉛蓄電池的放電過程原電池,鉛蓄電池的充電過程電解池,鉛蓄電池的充放電過程,把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器”,,優(yōu)點：效率高、無污染，裝置可持續(xù)使用,燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷從外界輸入，同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池,（3）新型燃料電池,教材40頁,燃料電池,負(fù)極：2H2+4OH--4e-=4H2O 正極：O2+2H2O+4e-=4OH- 總反應(yīng)：O2+2H2=2H2O,常見的燃料電池有氫氧燃料電池、甲烷燃料電池、鋁-空氣燃料電池、熔融鹽燃料電池等。,如圖電池反應(yīng),（4）

14、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2050倍。電極 反應(yīng)式為： 負(fù)極： 正極： 電池總反應(yīng)：,4Al - 12e-= 4Al 3+,3O2+ 6H2O +12e-= 12 OH -,4Al+3O2+ 6H2O = 4Al (OH)3,怎樣書寫燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式？ 書寫步驟：（1）寫出燃燒反應(yīng)，根據(jù)電解液改寫燃料電池總反應(yīng)； （2）寫出正極的電極反應(yīng)式(一般較簡單); （3）由燃料電池總反應(yīng)減去正極的電極反應(yīng)式得負(fù)極的電極反應(yīng)式。,正

15、極反應(yīng)一般為酸性介質(zhì) 堿性介質(zhì),O2+4H++4e=2H2O,O2+2H2O+4e=4OH-,CH4、O2、NaOH組成的燃料電池 1.燃燒總化學(xué)反應(yīng)： CH4+2O2CO2+2H2O 2.燃料電池總反應(yīng)： 3.正極： 4.負(fù)極：,CH4+2OH-+2O2 = CO3 2 -+3H2O,2O2+4H2O+8e= 8OH-,CH4+10OH--8e= CO32-+7H2O,甲醇燃料電池是由甲醇和氧氣及強堿電解質(zhì)溶液構(gòu)成的新型手機電池，電量可達(dá)現(xiàn)用鎳氫或鋰電池的十倍，可連續(xù)使用一個月才充一次電。據(jù)此回答：,(1)甲醇是 極, 電極反應(yīng)式是: ; (2)電池反應(yīng)的

16、離子方程式:,2CH3OH+16OH--12e=2CO32-+12H2O,2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O.,負(fù),第二課時 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,在生產(chǎn)和生活中我們不但要利用化學(xué)反應(yīng)，使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，而且要利用化學(xué)反應(yīng)使電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能一般通過電解的方法來完成。我們已學(xué)過的化學(xué)課程里涉及利用電解反應(yīng)來制取新物質(zhì)的例子嗎？,電解水,水,H2、O2,2H2O==2H2 +O2 ,電解食鹽水,H2O、NaCl,NaOH 、 H2 、 Cl2,2NaCl +2H2O= 2NaOH +H2 + Cl2 ,電解融熔 氯化鈉,NaCl,Na、 Cl2,2NaC

17、l = 2NaCl+ Cl2 ,電解融熔 氧化鋁,Al2O3,Al 、 O2,2Al2O3==2Al +3 O2 ,在U形管中加入飽和氯化銅溶液，用石墨棒作電極，接通電源，電解數(shù)分鐘后，觀察現(xiàn)象。,（1）接電源負(fù)極的石墨棒上有 ， 電極反應(yīng)為。 （2）接電源正極的石墨棒上有 ， 電極反應(yīng)為。 （3）電解反應(yīng)的化學(xué)方程式。 （4）在上述電解反應(yīng)中，被氧化的物質(zhì)是， 被還原的物質(zhì)是。 （5）比較電解飽和氯化鈉溶液與電解飽和氯化銅溶液， 有什么不同？為什么？,有銅析出,Cu2+ + 2e- = Cu,有Cl2放出,2Cl- - 2e- = Cl2,CuCl2 == Cu + Cl2 ,C

18、uCl2,CuCl2,因參與電解的微粒不同。,,,,,三.電解原理及電解池,3.電極名稱和電極反應(yīng)與電源負(fù)極相連的電極叫陰極，陰極上發(fā)生還原反應(yīng)。 與電源正極相連的電極叫陽極，陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)。,構(gòu)成電解池有什么條件？,構(gòu)成條件: （1）與外加電源相連的兩個電極 （2）有電解質(zhì)溶液 （3）形成閉合回路,1.電解:使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰、陽兩極引起 氧化還原反應(yīng)的過程.,2.電解池:借助于電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置， 即把 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置叫電解池或電解槽,陰極:與電源負(fù)極相連， 電子流入，發(fā)生還原反應(yīng),陽極:與電源正極相連， 電子流出，發(fā)生氧化反應(yīng),4. 電極的判斷,5. 電

19、子、離子的流向,電子從陽極通過電源流向陰極 陽離子在電解質(zhì)溶液中移向陰極 陰離子在電解質(zhì)溶液中移向陽極,比較原電池、電解池的異同點。,原電池、電解池的比較,,,例題1： 下列裝置中屬于原電池的是 （ ） 屬于電解池的是 （ ）,B,C D,怎樣區(qū)分原電池、電解池？,原電池、電解池的區(qū)分關(guān)鍵看是否有外接電源；,練習(xí),分析下圖，哪個是原電池，哪個是電解池。,多池組合判斷： 無外電源：一池為原電池，其余為電解池； 有外電源：全部為電解池或電鍍池、精煉池。,6.電極產(chǎn)物的判斷及電極反應(yīng)的書寫,陽極:先看電極后看溶液 (1) 活潑金屬電極:金屬電極失電子（除金和鉑) (2) 惰性電極:溶液中

20、陰離子失去電子, 失電子能力為: S2- I - Br - Cl - OH - 含氧酸根F- 陰極: 溶液中陽離子得電子,得電子能力為: Ag+ Fe3+ Cu2+ H+ （酸） Pb2+ Sn2+ Fe2+ Zn2+ H+ （水） Al3+ Mg2+ ,陰極： ___電子，發(fā)生____反應(yīng)，離子_____越強，反應(yīng)越容易。 常見陽離子放電順序： Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+ 陽極：___電子，發(fā)生____反應(yīng)，離子_____越強，反應(yīng)越容易。 當(dāng)陽極為惰性電極(石墨、鉑、金)時,常見陰離子放電順序： S2- I- Br- Cl- OH- 含氧酸根 F,得

21、,還原,氧化性,失,氧化,還原性,離子放電規(guī)律,,,記 筆 記,,分析電解反應(yīng)的一般思路,溶液中存在的離子,兩極上的電極反應(yīng),離子的移動方向及放電順序,,,判斷電解池的陰、陽極,,,,,,電解Na2SO4溶液的分析,陰極,,,,,,,,,,,,,,陽極,氧氣,氫 氣,,,陽極: 4OH-- 4e- = 2H2O+O2,陰極: 4H ++ 4e- = 2H2,變大,不 變,加 H2O,2H2O === 2H2 +O2 ,通電,如電解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液時其電極反應(yīng)式為：,電解后溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，若要恢復(fù)原來的濃度，只需加入一定量的水即可。,用惰性電極電解電解

22、質(zhì)溶液規(guī)律,(1)電解水型：,,,,,電解CuCl2溶液的分析,陰極,,,,,,,,,,,,,,,陽極,,,,,氯 氣,銅,CuCl2 Cu+Cl2 ,陽極：2Cl--2 e- =Cl2,陰極：Cu2++ 2e-=2Cu,減小,增 大,加 CuCl2,如電解鹽酸、CuCl2溶液等,電解后溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，若要恢復(fù)原來的組成和濃度，需加入一定量的溶質(zhì)(通入一定量的HCl氣體),電解鹽酸,(2)電解本身：,,,,,電解CuSO4溶液的分析,陰極,,,,,,,,,,,,,,,陽極,,,,,氧 氣,銅,2CuSO4+ 2H2O 2Cu +O2 + 2H2SO4,陰極：Cu2++ 2e-

23、=Cu,減小,加 CuO,,陽極: 4OH-- 4e- = 2H2O+O2,減 小,如電解CuSO4溶液、AgNO3溶液等。,電解后原溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，若要恢復(fù)原來的組成和濃度，需加入一定量金屬氧化物。,電解CuSO4溶液,(3)放氧生酸型：,,,,,電解NaCl溶液的分析,,,,,,,,,,,,,,,陰極,陽極,氫 氣,氯氣,陽極: 2Cl-- 2e- = Cl 2,陰極: 2H ++ 2e- = H2,2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 + Cl2 ,減小,增 大,加 HCl,如電解NaCl、KCl、MgCl2溶液等。,電解后原溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，若要恢復(fù)原來的組成和

24、濃度，需通入一定量的HCl氣體。,(4)放氫生堿型：,2.（2002廣東10）在原電池和電解池的電極上所發(fā)生的反應(yīng)，同屬氧化反應(yīng)或同屬還原反應(yīng)的是 A.原電池的正極和電解池的陽極所發(fā)生的反應(yīng) B.原電池的正極和電解池的陰極所發(fā)生的反應(yīng) C.原電池的負(fù)極和電解池的陽極所發(fā)生的反應(yīng) D.原電池的負(fù)極和電解池的陰極所發(fā)生的反應(yīng),高考題例析,B C,3. （05全國卷I）11關(guān)于電解NaCl水溶液，下列敘述 正確的是 A電解時在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉 B若在陽極附近的溶液中滴入KI試液，溶液呈棕色 C若在陰極附近的溶液中滴入酚酞試液，溶液呈無色 D電解一段時間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中，充分

25、 攪拌后溶液呈中性,B,4.（2003上海16右圖是電解CuCl2溶液的裝置， 其中c、d為石墨電極。則下列有關(guān)的判斷正確的 是 A.a為負(fù)極、b為正極 B.a為陽極、b為陰極 C.電解過程中，d電極質(zhì)量增加 D.電解過程中，氯離子濃度不變,C,（2）活潑金屬的冶煉 鈉的制取 鎂的制取 鋁的制取,（1）氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水,7.電解原理的應(yīng)用,（3）電鍍銅,(1) 電鍍是利用電解原理在某些鍍件上鍍上一層其他金屬或合金的過程，是電解的一個重要應(yīng)用。,(2) 電鍍池的形成條件 陰極：待鍍金屬制品 陽極：鍍層金屬 電鍍液：含有鍍層金屬陽離子的可溶性鹽溶液,實驗現(xiàn)象,陽極： 陰極：,銅變小,有紅色固體產(chǎn)生,反應(yīng)方程式,Cu2e- Cu2+,Cu2++2e-Cu,電鍍液的組成及酸堿性不會變化,（4）銅的電解精煉,、粗銅所含的雜質(zhì),Zn、Fe、Ni、Ag、Au等,、粗銅的精煉,以粗銅為陽極，以純銅為陰極， 以CuSO4溶液為電解液進(jìn)行電解,陽極： Zn 2eZn2+ Fe2eFe2+ Ni 2eNi2+ Cu2eCu2+,陰極： Cu2+ +2eCu,長時間電解后必須補充電解液,,,,要點一：原電池、電解池、電鍍池的比較,