《化學(xué)能與電能》11

新課標(biāo)人教版化學(xué)必修Ⅱ第二章第二節(jié)化學(xué)能與電能

(第１課時(shí)）有些人把能源分為一次能源和二次能源，請(qǐng)問(wèn)太陽(yáng)能和電能屬于那一類呢？一次能源：直接從自然界取得的能源，例如流水、風(fēng)力、原煤、石油、天然氣、天然鈾礦等。想一想二次能源：一次能源經(jīng)過(guò)加工、轉(zhuǎn)換得到的能源，例如電力、蒸汽等。【資料卡片】在我們學(xué)習(xí)、生活、工作中用到哪些電器？

電能是現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用最廣泛、使用最方便、污染最小的一種二次能源，又稱為電力。2001年我國(guó)發(fā)電總量構(gòu)成估計(jì)在2050年火電仍居首位一、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能1、火力發(fā)電原理及過(guò)程看圖，簡(jiǎn)述火力發(fā)電的工作原理？燃燒蒸汽發(fā)電機(jī)化學(xué)能熱能

機(jī)械能

電能火力發(fā)電優(yōu)點(diǎn):a.我國(guó)煤炭資源豐富,廉價(jià)方便;b.電能清潔安全,又快捷方便。火力發(fā)電缺點(diǎn):a.排出大量的溫室效應(yīng)氣體b.有廢氣可能導(dǎo)致酸雨c.廢料廢水d.儲(chǔ)量有限e.能量轉(zhuǎn)換效率低1.請(qǐng)大家根據(jù)圖2-8分析火力發(fā)電具有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？思考：2.煤燃燒的本質(zhì)是什么？3.能否將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芄┪覀兪褂媚?？氧化劑與還原劑之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，即氧化還原反應(yīng)思考：閱讀P40有關(guān)內(nèi)容，再觀看實(shí)驗(yàn)。一、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能2、化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的原理與裝置現(xiàn)象:【實(shí)驗(yàn)2-4-1】分別把鋅片和銅片插入到稀H2SO4中,觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象：鋅片上有氣泡,銅片上沒(méi)有氣泡Zn+2H+

＝Zn2++H2↑【實(shí)驗(yàn)2-4-2】再用導(dǎo)線把鋅片和銅片連接起來(lái)，觀察銅片上有無(wú)氣泡產(chǎn)生？在導(dǎo)線中間接入一個(gè)電流表，觀察電流表的指針是否偏轉(zhuǎn)?A[實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象]銅片上有氣泡產(chǎn)生，鋅片不斷溶解，電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。[實(shí)驗(yàn)結(jié)論]有電流產(chǎn)生，裝置中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。2、原電池學(xué)與問(wèn)根據(jù)你所了解的電學(xué)知識(shí)，你知道電子是怎樣流動(dòng)的嗎？你如何判定裝置的正、負(fù)極？(1)定義:將化學(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。2、原電池

(1）定義:把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置負(fù)極：電子流出的一極，發(fā)生氧化反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)：正極：電子流入的一極，發(fā)生還原反應(yīng)正極反應(yīng)：稀H2SO4ZnCu總反應(yīng)式：Zn+2H+=Zn2++H2↑Zn－2e-＝Zn2+2H++2e-＝H2↑①活潑金屬→發(fā)生氧化反應(yīng)→向外線路提供電子→原電池的負(fù)極；②不活潑金屬（或石墨）→發(fā)生還原反應(yīng)→接受外線路提供的電子→原電池的正極。③溶液中陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。稀H2SO4ZnCu（2）原電池的工作原理：氧化還原反應(yīng)(4）原電池的構(gòu)成條件

練習(xí)：請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)原電池的原理，指出下列原電池的正極與負(fù)極分別是什么？寫出電極反應(yīng)方程式和總反應(yīng)方程式；標(biāo)出電子、陰陽(yáng)離子移動(dòng)方向。負(fù)極反應(yīng)：Fe-2e-=Fe2+

正極反應(yīng)：Cu2++2e-=Cu總反應(yīng)式：Fe+Cu2+=Fe2++Cu+--e-SO42-Cu2+實(shí)驗(yàn)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(gè)電極負(fù)極：較活潑的金屬正極：較不活潑的金屬、石墨等第一組實(shí)驗(yàn)（可以）（不可以）形成條件二：電極需插在電解質(zhì)溶液中；實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件第二組實(shí)驗(yàn)形成條件三：必須形成閉合回路（不可以）（可以）實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件第三組實(shí)驗(yàn)①兩種活潑性不同的金屬（或一種金屬和另一種非金屬導(dǎo)體）構(gòu)成電極；②兩電極插入電解質(zhì)溶液；③電極用導(dǎo)線相聯(lián)構(gòu)成閉合回路；④一個(gè)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。(4）原電池的構(gòu)成條件原電池工作原理：小結(jié)電解質(zhì)溶液失e-，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生陽(yáng)離子負(fù)極正極陰離子

下列裝置中能組成原電池形成的是()CAZnCuH2SO4CuZnA酒精ABZnH2SO4ACuH2SO4CDACuCuH2SO4課堂練習(xí)室溫室溫(5)判斷原電池正、負(fù)極的方法①由組成原電池的兩極材料判斷：一般是活潑的金屬為負(fù)極；活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。②根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷：電流是由正極流向負(fù)極；電子流動(dòng)方向是由負(fù)極流向正極。③根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來(lái)判斷：原電池的負(fù)極總是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極總是得電子發(fā)生還原反應(yīng)。④根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象來(lái)判斷：不斷溶解，質(zhì)量減少為負(fù)極；有氣體產(chǎn)生,或質(zhì)量增加或不變?yōu)檎龢O。小練習(xí)1．哪種裝置可以形成原電池？2．指出正、負(fù)極及所發(fā)生的反應(yīng)？3．電子的流動(dòng)方向如何？練習(xí)科學(xué)探究1(P41)有下列材料：Zn片（2片）、Cu片（2片）、導(dǎo)線、水果（西紅柿、蘋果等）、電流計(jì)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)裝置使電流計(jì)指針發(fā)生轉(zhuǎn)，并畫出設(shè)計(jì)草圖。Zn水果電池科學(xué)探究2你知道了嗎哈哈！化學(xué)也能解決醫(yī)學(xué)問(wèn)題？（6）原電池原理的應(yīng)用①制作干電池、蓄電池、高能電池等。以原電池進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的速率大于以非原電池形式進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。②

加快氧化還原反應(yīng)速率

如相同條件下，純鋅粒和粗鋅粒與同濃度的稀硫酸反應(yīng)的速率一樣嗎？為什么？例:把a(bǔ)、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(shí)，a為負(fù)極；c、d相連時(shí)，電流由d到c；a、c相連時(shí)，c極上產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時(shí)，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱的為（）A．a(chǎn)>b>c>dB．a(chǎn)>c>d>bC．c>a>b.>dD．b>d>c>aB（6）原電池原理的應(yīng)用③比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱

例：請(qǐng)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(jì)成一個(gè)原電池。1、電解液：2、電極材料：負(fù)極

，正極

。3、電極反應(yīng)式：負(fù)極:.正極:

.

Fe－2e-=Fe2+Cu2++2e-=Cu鐵銅、石墨或比鐵不活潑的其他金屬硫酸銅、氯化銅、硝酸銅等可溶性銅鹽溶液④設(shè)計(jì)原電池一個(gè)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（）CABCD正極ZnCuCuFe負(fù)極CuZnZnZn電解質(zhì)溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl練習(xí)練習(xí)：請(qǐng)根據(jù)反應(yīng):2Fe3++Fe

=3Fe2+設(shè)計(jì)原電池，你有哪些可行方案?Fe-CuFeCl3Fe-CFe(NO3)3Fe-AgFe2(SO4)3正負(fù)極材料電解質(zhì)溶液正極反應(yīng)：負(fù)極反應(yīng)：2Fe3++2e-=2Fe2+

Fe-2e-=2Fe2-二、發(fā)展中的化學(xué)電源干電池堿性電池蓄電池鋰離子電池燃料電池銀鋅鈕扣電池干電池堿性電池（1）干電池結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)原理二、發(fā)展中的化學(xué)電源1、干電池鋅錳干電池：屬于一次性電池負(fù)極（鋅筒）：Zn-2e-=Zn2+

正極（石墨）：2NH4++2e-=2NH3↑+2H2↑總反應(yīng)：Zn+2NH4+=Zn2++2NH3↑+2H2↑特點(diǎn)：a：一次性電池，不可逆b：用KOH代替NH4Cl能提高性能，延長(zhǎng)壽命廣泛用于卡式錄音機(jī)、閃光燈、電動(dòng)玩具、袖珍電視機(jī)等。用途：2、充電電池：充電電池又稱二次電池，能夠重復(fù)使用至一定的周期。鉛蓄電池：最早使用的充電電池，它是用硬橡膠或透明塑料制成長(zhǎng)方形外殼，在正極板上有一層棕褐色的PbO2，負(fù)極板是海綿狀的金屬鉛，兩極均浸入硫酸溶液中。鉛蓄電池:負(fù)極:Pb+SO42--2e-==PbSO4

正極:PbO2+4H++SO42-+2e-==PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O(-)(+)Pb+PbO2+4H++2SO42-==2PbSO4+2H2O特點(diǎn)：電池總反應(yīng)式：二次電池,可再次充電使用

鎳鎘充電電池：它是一種體積少，具有殘留性記憶的充電電池，可重復(fù)使用500次以上。它以Cd為負(fù)極，NiO(OH)為正極，KOH為電解液。廣泛用于收錄機(jī)、無(wú)線對(duì)講機(jī)、電子閃光燈、電動(dòng)剃須刀等，但有毒。鋰離子電池：它是新一代可充電的綠色電池現(xiàn)已成為筆記本電腦、移動(dòng)電話、攝像機(jī)等低功耗電器的主流。燃料電池：它是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置。它的電極材料一般為活性電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極，活性炭電極等。燃料電池由3個(gè)主要部分組成：燃料電極（負(fù)極）；電解液；空氣／氧氣電極（正極）。3、燃料電池氫氧燃料電池的工作原理是：負(fù)極氫氣被氧化失去電子，或稱“燃燒掉了”。這些電子流到電池的正極，同時(shí)，余下的氫離子通過(guò)電解液被送到正極。在正極，與氧氣發(fā)生反應(yīng)并從正極吸收電子。這一反應(yīng)的產(chǎn)品是電流、熱量和水。氫氧燃料電池氫氧燃料電池，電解質(zhì)溶液為30%的氫氧化鉀溶液。正極：O2+4e-+2H2O===4OH-

負(fù)極：2H2

–4e-+4OH-===4H2O總反應(yīng)式：2H2+O2==2H2O特點(diǎn)：高效,環(huán)境污染少,外加設(shè)備供給氧化劑介質(zhì)電池反應(yīng)：

2H2+Ｏ２=2H2O

酸性負(fù)極正極中性負(fù)極

正極堿性負(fù)極正極2H2-4e-=4H+

O2+2H2O+4e-=4OH-2H2-4e-=4H+

O2+4H+

+4e-=2H2O2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-【知識(shí)拓展】新型燃料電池：該電池用金屬鉑片插入KOH溶液中作電極，又在兩極上分別通甲烷和氧氣。電極反應(yīng)：負(fù)極：CH4+10OH--8e-＝CO32-+7H2O正極：2O2+4H2O+8e-＝8OH-總反應(yīng)：

CH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O1、銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源,它的充電和放電過(guò)程可以表示為：

在此電池放電時(shí),負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（

）

(A)Ag

(B)Zn(OH)2

(C)Ag2O

(D)Zn放電充電2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2OD練習(xí)2、堿性電池具有容量大、放