《化學能與電能》課件1

1、科學視野科學視野 按利用能源的形態(tài)（直接利用或加按利用能源的形態(tài)（直接利用或加工）分類：一次能源和二次能源。工）分類：一次能源和二次能源。一次能源：煤炭、石油、天然氣、水力、一次能源：煤炭、石油、天然氣、水力、風能、風能、 柴草、太陽輻射、地熱、核燃柴草、太陽輻射、地熱、核燃等等料等等料二次能源：電能、蒸汽、汽油、煤氣、二次能源：電能、蒸汽、汽油、煤氣、液化氣、液化氣、 氫能、沼氣、火藥、水煤氣氫能、沼氣、火藥、水煤氣等等火電站火電站一次能源經加工、轉換得到的能源稱為一次能源經加工、轉換得到的能源稱為二次能源二次能源二次能源二次能源導入新課 前一節(jié)我們探討的主要是化學能前一節(jié)我們探討的主要是化

2、學能轉化為熱能問題，那么物質的化學能轉化為熱能問題，那么物質的化學能能否轉化為電能，若能轉化，又是如能否轉化為電能，若能轉化，又是如何轉化？何轉化？一、化學能轉化為電能一、化學能轉化為電能利用煤、石油、天然利用煤、石油、天然氣等自然界蘊藏極為氣等自然界蘊藏極為豐富的化石燃料來發(fā)豐富的化石燃料來發(fā)電稱為電稱為火力發(fā)電火力發(fā)電。2001我國發(fā)電總量構成圖我國發(fā)電總量構成圖1、火力發(fā)電、火力發(fā)電（1 1）火力發(fā)電工作原理示意圖）火力發(fā)電工作原理示意圖化學能化學能 熱能機械能電能熱能機械能電能燃燒燃燒蒸汽蒸汽發(fā)電機發(fā)電機（2 2）火力發(fā)電的缺點：）火力發(fā)電的缺點：產生煙塵和廢氣，造成空氣污染；產生煙塵

3、和廢氣，造成空氣污染；SOSO2 2形成酸雨；形成酸雨；COCO2 2加劇溫室效應；加劇溫室效應；煤炭儲量有限，是非再生能源；煤炭儲量有限，是非再生能源；經經多次多次轉換，能量損耗大，燃料的利用率低。轉換，能量損耗大，燃料的利用率低。（3）火力發(fā)電的化學深層本質分析）火力發(fā)電的化學深層本質分析燃燒燃燒氧化還原反應氧化還原反應氧化劑與還原劑之間發(fā)生電子的轉移氧化劑與還原劑之間發(fā)生電子的轉移火力發(fā)電火力發(fā)電將化學能經一系列能量轉化為電能將化學能經一系列能量轉化為電能舊鍵斷裂和新鍵形成、體系能量變化舊鍵斷裂和新鍵形成、體系能量變化過程過程關鍵關鍵本質本質本質本質引起引起質疑 氧化劑與還原劑直接接觸進

4、行反應時，氧化劑與還原劑直接接觸進行反應時，化學能轉化為熱能，再進過一系列能量轉化學能轉化為熱能，再進過一系列能量轉換環(huán)節(jié)才能轉化為電能。這樣能源利用率換環(huán)節(jié)才能轉化為電能。這樣能源利用率低。可低。可不可以使氧化還原反應釋放的能量不可以使氧化還原反應釋放的能量不通過熱能而直接轉變?yōu)殡娔苣?？不通過熱能而直接轉變?yōu)殡娔苣?？思考與交流 1 1、要使氧化還原反應釋放的能量不、要使氧化還原反應釋放的能量不通過熱能而直接轉變?yōu)殡娔?，所要解決通過熱能而直接轉變?yōu)殡娔?，所要解決的第一問題是什么？的第一問題是什么？ 2 2、若將氧化反應與還原反應分開在、若將氧化反應與還原反應分開在不同區(qū)域進行，那么，怎樣假設橋

5、梁使電不同區(qū)域進行，那么，怎樣假設橋梁使電子從還原劑區(qū)域轉移到氧化劑區(qū)域，同時子從還原劑區(qū)域轉移到氧化劑區(qū)域，同時形成電流？形成電流？ 3 3、怎樣知道所架設的橋梁中有電子、怎樣知道所架設的橋梁中有電子流過？流過？ 現(xiàn)象現(xiàn)象銅片插入稀硫酸銅片插入稀硫酸鋅片插入稀硫酸鋅片插入稀硫酸鋅片和銅片上端鋅片和銅片上端連接在一起插入連接在一起插入稀硫酸稀硫酸實驗實驗24：用鋅片、銅片、稀硫酸、用鋅片、銅片、稀硫酸、燒杯、電流表、導線等按要求完成實燒杯、電流表、導線等按要求完成實驗。驗。銅片上無氣泡銅片上無氣泡鋅片上有氣泡鋅片上有氣泡銅片上有氣泡銅片上有氣泡, 鋅片溶解鋅片溶解,電流表電流表指針偏轉指針偏轉

6、：把把化學能化學能轉化成轉化成電電能能的裝置的裝置原電池原電池2 2、原電池、原電池（1）定義（氧化反應）（氧化反應）（還原反應）（還原反應） （Zn）：）： Zn 2e- = Zn2+（Cu）：）：2H+2e- = H2 （銅片在這里起（銅片在這里起傳導電子傳導電子的作用）的作用）電極反應式：電極反應式：Zn+HZn+H2 2SOSO4 4=ZnSO=ZnSO4 4+H+H2 2電極總反應：電極總反應： ZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4原電池的工作原理：原電池的工作原理：負極負極正極正極（2）原電池工作原理）原電池工作原理：電子由負極流向正極，電子由負極流向正極， 電子與電流流向：

7、電子與電流流向：學與問學與問 ：陰離子移向負極，陽離子移向正極，陰離子移向負極，陽離子移向正極， 外電路外電路內電路內電路（3）原電池中電極的名稱）原電池中電極的名稱：電子流出的一極：電子流出的一極發(fā)生氧化反應發(fā)生氧化反應：電子流入的一極：電子流入的一極發(fā)生還原反應發(fā)生還原反應負極負極正極正極電流由正極流向負極。電流由正極流向負極。電流由負極流向正極。電流由負極流向正極。 通過剛才的實驗我們可以體會到通過剛才的實驗我們可以體會到,化學化學能在原電池裝置中可以直接轉化為電能能在原電池裝置中可以直接轉化為電能,那那么么,符合什么條件的裝置符合什么條件的裝置才能構成原電池呢才能構成原電池呢?實驗探究

8、形成原電池的條件實驗探究形成原電池的條件活潑性不同的兩個電極活潑性不同的兩個電極負極：負極：較活潑的金屬較活潑的金屬正極：正極：較不活潑的金屬、石墨、金屬氧化物等較不活潑的金屬、石墨、金屬氧化物等形成條件一：形成條件一：形成條件二：形成條件二：電極材料均浸入電解質溶液中電極材料均浸入電解質溶液中形成條件三：形成條件三：必須形成閉合回路必須形成閉合回路一個自發(fā)進行的氧化還原反應一個自發(fā)進行的氧化還原反應 u2H2H+ + +Zn = H+Zn = H2 2 + Zn + Zn2+2+ 形成條件四：形成條件四：（4）構成原電池的條件）構成原電池的條件( 1 )( 1 )有兩種活動性不同的金屬或一種

9、有兩種活動性不同的金屬或一種 是非金屬單質或金屬氧化物作電極。是非金屬單質或金屬氧化物作電極。 （2 2）電極材料均插入電解質溶液中。）電極材料均插入電解質溶液中。 （3 3）兩極相連形成閉合電路。）兩極相連形成閉合電路。 （4 4）能自發(fā)進行的氧化還原反應。）能自發(fā)進行的氧化還原反應。下列各裝置能否形成原電池反應？ ZnCuH2SO4 ZnCu 酒精酒精CuAgAgNO3CuZnH2SO4CuCuH2SO4CuZnCuSO4 ZnSO4CuZn CuSO4ZnSO4XXX練習：練習： 你能為她開一個藥方嗎？你能為她開一個藥方嗎？（5）如何書寫電極反應方程式）如何書寫電極反應方程式負極：負極：

10、 Zn -2e- = Zn 2+正極：正極： Cu2+ + 2e - = Cu 總反應總反應: Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu CuAgAgNO3溶液溶液負極：負極：Cu-2e-Cu2+正極：正極：2Ag2Ag+ + + 2e- = 2Ag2AgCuSO4溶液溶液 NaCl溶液溶液負極：負極：2 2FeFe-4-4e- =2FeFe2+2+正極：正極：O2+2H2O+4 4e- =4OH-NaOH溶液溶液 請判斷右邊原電池的正、負極？請判斷右邊原電池的正、負極？并寫出并寫出電極反應式電極反應式負極：負極：2Al +8OH2Al +8OH- - -6e-6e- - =2AlO=2A

11、lO2 2- -+4H+4H2 2O O正極正極：6H6H2 2O+6eO+6e- - =6OH=6OH- -+3H+3H2 2 練習練習： 利用利用Cu+2FeCl3 =CuCl2 +2FeCl2設計設計一個原電池，畫出示意圖，寫出電極反應。一個原電池，畫出示意圖，寫出電極反應。AFeClFeCl3 3溶液溶液負極：負極：Cu-2e-Cu2+正極：正極：2 Fe Fe3+3+2+2e- 2FeFe2+2+（6）原電池原理的應用）原電池原理的應用加快反應速率加快反應速率 例如，實驗室制例如，實驗室制H2時，可加入少量時，可加入少量CuSO4以加快反應速率。以加快反應速率。判斷金屬活動性的強弱判

12、斷金屬活動性的強弱 在一個原電池中作負極的金屬比作正極的在一個原電池中作負極的金屬比作正極的金屬活潑金屬活潑 金屬溶解的一極比冒出氣體或金屬附著的金屬溶解的一極比冒出氣體或金屬附著的一極的金屬活潑性要強一極的金屬活潑性要強制作化學電源制作化學電源二、發(fā)展中的化學電源負極：負極：Zn - 2e- Zn2+正極：正極：2MnO2+2NH4+2e-Mn2O3+2NH3H2O負極：負極：Zn +2OH- -2e- Zn(OH)2正極：正極：2MnO2+2H2O+2e-MnO(OH)+ 2OH-Zn +2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)21、干電池、干電池酸性鋅錳電池酸性鋅錳電池堿性鋅錳

13、電池堿性鋅錳電池2、充電電池（又稱二次電池）、充電電池（又稱二次電池）（1）鉛蓄電池）鉛蓄電池鎳鎳鎘電池的負極為金屬鎘鎘電池的負極為金屬鎘(Cd)，正極為正極為NiO(OH)，電解液為，電解液為KOH溶液。溶液。負極：負極： Cd 2OH- 2e- Cd(OH)2正極：正極：2 2NiO(OH)2H2O2e- 2Ni(OH)2 2OH-總反應式：總反應式：Cd2NiO(OH)2H2O 2Ni(OH)2Cd(OH)2(2)(2)鎳鎳鎘可充電電池鎘可充電電池 鋰離子充電電池鋰離子充電電池鋰亞硫電池：它使用金屬鋰亞硫電池：它使用金屬(Li)和石墨作電極，和石墨作電極，金屬鋰金屬鋰(Li)作負極，四氯

14、化鋁鋰作負極，四氯化鋁鋰(LiAlCl4)溶溶解在亞硫酰氯解在亞硫酰氯(SOCl2) 組成的電解質溶液中，組成的電解質溶液中，亞硫酰氯亞硫酰氯(SOCl2) 也作正極反應物。也作正極反應物。正極：正極：3SOCl28e-6Cl-SO32- 2S負極：負極：8Li8e- 8Li+ 總反應式：總反應式：8Li3SOCl2 6LiClLi2SO32S鋰離子充電電池鋰離子充電電池負極負極： 2H2-4e-=4H+正極：正極：O2+4H+4e-=2H2O酸性氫氧燃料電池酸性氫氧燃料電池負極：負極：2H24OH-4e-4H2O正極：正極：O22H2O4e-4OH-堿性氫氧燃料電池堿性氫氧燃料電池銀銀鋅蓄電

15、池：正極殼填充鋅蓄電池：正極殼填充Ag2O和石墨，負和石墨，負極蓋填充鋅汞合金，電解液為極蓋填充鋅汞合金，電解液為KOH溶液。溶液。正極：正極：Ag2OH2O2e-2Ag2OH-負極：負極：Zn2OH- 2e- ZnOH2O總反應式：總反應式：Ag2OZnH2O 2AgZn(OH)2空氣電池空氣電池廢電池對環(huán)境的危害廢電池對環(huán)境的危害 電池中含有汞、鎘、鉛等有毒金屬。隨意電池中含有汞、鎘、鉛等有毒金屬。隨意丟棄廢電池會對環(huán)境造成嚴重的污染。丟棄廢電池會對環(huán)境造成嚴重的污染。有關資料顯示：有關資料顯示：一粒鈕扣電池能污染一粒鈕扣電池能污染60萬升水（這是一個人一生的萬升水（這是一個人一生的用水量）。用水量）。一節(jié)一號電池埋在地里，能使平方米的土地失去一節(jié)一號電池埋在地里，能使平方米的土地失去使用價值使用價值 。 中國電池的年產量中國電池的年產量180180多億只，占世界電池多億只，占世界電池總產量的總產量的3