化學(xué)能與電能課件

化學(xué)能與電能化學(xué)能和電能是生活中常見的兩種能量形式。化學(xué)能儲(chǔ)存在化學(xué)物質(zhì)中，通過化學(xué)反應(yīng)釋放。電能則是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量。兩者之間可以相互轉(zhuǎn)化。課程目標(biāo)了解化學(xué)能化學(xué)能的概念及其在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。掌握電能電能的產(chǎn)生、傳輸和應(yīng)用，以及化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化?；瘜W(xué)能概述化學(xué)能的定義化學(xué)能是指儲(chǔ)存在化學(xué)物質(zhì)內(nèi)部的能量，當(dāng)化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，這種能量就會(huì)釋放出來。化學(xué)能的表現(xiàn)形式化學(xué)能以化學(xué)鍵的形式儲(chǔ)存在物質(zhì)內(nèi)部，化學(xué)鍵的斷裂和形成伴隨著能量的釋放或吸收?；瘜W(xué)能的轉(zhuǎn)化化學(xué)能可以通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，例如熱能、電能、光能等?；瘜W(xué)反應(yīng)與化學(xué)能1化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)是物質(zhì)發(fā)生變化的過程，在這個(gè)過程中，舊化學(xué)鍵斷裂，新化學(xué)鍵形成，從而導(dǎo)致物質(zhì)的組成和性質(zhì)發(fā)生改變。2化學(xué)能化學(xué)能是指儲(chǔ)存在化學(xué)物質(zhì)中的能量，化學(xué)鍵的斷裂和形成會(huì)伴隨著能量的變化，能量的釋放或吸收就體現(xiàn)為化學(xué)能的變化。3化學(xué)能與化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)過程中化學(xué)能的變化是化學(xué)反應(yīng)發(fā)生和進(jìn)行的本質(zhì)，化學(xué)能的釋放或吸收決定了反應(yīng)的熱效應(yīng)，即反應(yīng)是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)?；瘜W(xué)能的來源化石燃料煤炭、石油和天然氣是常見的化石燃料，它們?cè)诘叵陆?jīng)過數(shù)百萬年的地質(zhì)作用形成。太陽能太陽能電池將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能，電能再通過電化學(xué)反應(yīng)存儲(chǔ)為化學(xué)能。核能核能可以通過核裂變反應(yīng)釋放巨大的能量，可用于發(fā)電，并最終轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。生物質(zhì)能生物質(zhì)能是指從生物體中獲取的能量，如木材、農(nóng)作物秸稈等，可直接燃燒或轉(zhuǎn)化為生物燃料?；瘜W(xué)能的轉(zhuǎn)化方式1化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能燃燒2化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能電池3化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能發(fā)動(dòng)機(jī)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量是自然界中常見的現(xiàn)象，也是人類利用能量的主要途徑。電池的工作原理1化學(xué)反應(yīng)電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)2電子流動(dòng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電子流動(dòng)3電流產(chǎn)生電子流動(dòng)形成電流4能量轉(zhuǎn)換化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電池內(nèi)部存在正負(fù)極，正負(fù)極之間存在電解質(zhì)?；瘜W(xué)反應(yīng)發(fā)生在正負(fù)極，產(chǎn)生電子流動(dòng)。電子流經(jīng)外部電路，形成電流。電流可以用來驅(qū)動(dòng)電器。這就是電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程。常見電池類型11.堿性電池堿性電池是日常生活中最常見的電池類型之一。它們提供比普通碳鋅電池更長(zhǎng)的使用壽命和更高的能量密度。22.鋰電池鋰電池具有高能量密度、輕便性和長(zhǎng)循環(huán)壽命的優(yōu)點(diǎn)。它們廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，例如筆記本電腦、手機(jī)和電動(dòng)汽車。33.鉛酸電池鉛酸電池以其可靠性和低成本而聞名，通常用于汽車、摩托車和應(yīng)急電源系統(tǒng)。44.燃料電池燃料電池將氫氣或其他燃料與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電能。它們具有高效率和零排放的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來能源的重要選擇。干電池干電池是一種常見的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。其內(nèi)部含有鋅錳電池，其中鋅作為負(fù)極，二氧化錳作為正極，電解質(zhì)為氯化銨或氫氧化鉀溶液。工作原理為化學(xué)反應(yīng)釋放電子，形成電流。它通常用于小型電子設(shè)備，如遙控器、手電筒等。干電池的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，便于攜帶，使用方便，但缺點(diǎn)是容量較小，使用壽命有限，并且會(huì)產(chǎn)生廢棄電池污染環(huán)境。蓄電池蓄電池是一種可充電的電池。通過化學(xué)反應(yīng)將電能存儲(chǔ)起來，并在需要時(shí)釋放出來。鉛酸蓄電池是常見的蓄電池類型，廣泛應(yīng)用于汽車、電動(dòng)自行車等領(lǐng)域。燃料電池燃料電池是一種將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。燃料電池的關(guān)鍵部件是電解質(zhì)，它允許帶電粒子在電極之間流動(dòng)。燃料電池的優(yōu)點(diǎn)在于效率高，清潔環(huán)保，可持續(xù)性強(qiáng)。太陽能電池太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。它利用光電效應(yīng)，光照射在半導(dǎo)體材料上產(chǎn)生電流。太陽能電池廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如太陽能發(fā)電、太陽能熱水器、太陽能汽車等。太陽能電池的效率取決于材料的特性、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及其他因素。目前，常見的太陽能電池類型包括晶體硅電池、薄膜電池等?；瘜W(xué)能與電能的換算單位化學(xué)能電能焦耳(J)1焦耳1焦耳千瓦時(shí)(kWh)3.6×10^6焦耳3.6×10^6焦耳卡路里(cal)4.184焦耳4.184焦耳化學(xué)能是電能的來源化學(xué)能轉(zhuǎn)化化學(xué)能可以通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能，比如電池的工作原理就是基于化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)釋放的能量可以用來驅(qū)動(dòng)電子移動(dòng)，從而產(chǎn)生電流，例如燃料電池。能量轉(zhuǎn)化化學(xué)反應(yīng)可以將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，電能可以用來做功，例如驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車。電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能電能可以用來驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)，例如電解水生成氫氣和氧氣，以及電鍍過程中金屬離子的還原反應(yīng)?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，例如在電池中，化學(xué)反應(yīng)釋放的能量轉(zhuǎn)化為電能，為各種設(shè)備供電。轉(zhuǎn)換過程電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)換過程通常涉及電化學(xué)反應(yīng)，即化學(xué)能與電能之間的相互轉(zhuǎn)換。能量守恒電能和化學(xué)能之間轉(zhuǎn)換過程遵循能量守恒定律，能量不會(huì)憑空消失，也不會(huì)憑空產(chǎn)生。化學(xué)反應(yīng)與電化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)是物質(zhì)發(fā)生變化的過程，涉及原子和分子的重新排列。電化學(xué)反應(yīng)則是指在電極表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，其過程伴隨著電子轉(zhuǎn)移。1化學(xué)反應(yīng)原子和分子重新排列2電化學(xué)反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移3電極表面化學(xué)反應(yīng)發(fā)生電極電勢(shì)電極電勢(shì)是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，金屬或非金屬電極與其溶液中離子之間發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)的電勢(shì)差。電極電勢(shì)的大小反映了金屬或非金屬的活性，電極電勢(shì)越正，金屬或非金屬越容易被氧化，活性越強(qiáng)。電化學(xué)腐蝕金屬與電解質(zhì)溶液金屬與電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，金屬表面會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致金屬表面被腐蝕。電化學(xué)腐蝕過程金屬表面形成微電池，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，金屬失去電子，發(fā)生腐蝕。陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電子被消耗。腐蝕產(chǎn)物腐蝕產(chǎn)物通常為金屬氧化物、氫氧化物或鹽類，這些物質(zhì)會(huì)覆蓋在金屬表面，加速腐蝕過程。影響因素電化學(xué)腐蝕受到多種因素的影響，包括金屬種類、電解質(zhì)溶液的濃度、溫度、氧氣濃度等。防護(hù)措施涂層保護(hù)通過在金屬表面涂上油漆、油脂或其他保護(hù)層，隔離金屬與腐蝕介質(zhì)的接觸。電化學(xué)保護(hù)利用電化學(xué)原理，通過陰極保護(hù)或陽極保護(hù)來抑制金屬腐蝕。材料選擇選擇耐腐蝕性強(qiáng)的金屬或合金，例如不銹鋼、鋁合金等。環(huán)境控制控制環(huán)境中的濕度、溫度和腐蝕性氣體含量，減少腐蝕發(fā)生的可能性。電鍍技術(shù)1電鍍?cè)砝秒娊庠恚诮饘僦破繁砻娉练e一層金屬鍍層。2電鍍過程將待鍍金屬制品作為陰極，鍍層金屬作為陽極，在電解液中通電，使陽極金屬離子析出，沉積到陰極表面形成鍍層。3電鍍應(yīng)用提高金屬制品表面耐腐蝕性、耐磨性、裝飾性，例如鍍金、鍍銀、鍍鉻等。電解槽的工作原理直流電電解槽需要直流電作為能量來源，驅(qū)動(dòng)電解過程。電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液是電解過程中的關(guān)鍵，提供離子導(dǎo)電通路，促進(jìn)電解反應(yīng)。電極電解槽中包含正負(fù)兩極，分別連接到直流電源的正負(fù)極，形成電場(chǎng)。電解反應(yīng)電解質(zhì)溶液中的離子在電場(chǎng)作用下遷移，在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生新的物質(zhì)。產(chǎn)物電解反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物可以通過電極收集，或在溶液中分離出來。電解質(zhì)溶液水溶液水溶液是電解質(zhì)溶液最常見類型，水作為溶劑，溶解電解質(zhì)形成離子，實(shí)現(xiàn)電流傳導(dǎo)。熔融鹽當(dāng)電解質(zhì)以熔融狀態(tài)存在時(shí)，離子可以自由移動(dòng)，使熔融鹽具備導(dǎo)電性。固體電解質(zhì)固體電解質(zhì)通常為陶瓷材料，內(nèi)部離子可以遷移，具有特定應(yīng)用場(chǎng)景，例如固態(tài)電池。電解的應(yīng)用金屬冶煉電解是提取活性金屬的關(guān)鍵技術(shù)，例如鋁、鈉、鎂等的生產(chǎn)。制備氣體電解水可以產(chǎn)生氫氣和氧氣，為可再生能源的開發(fā)提供了新的途徑。電鍍電鍍可以改變金屬表面的特性，提高耐腐蝕性，美觀性等，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。電解水處理電解可去除水中雜質(zhì)，凈化水質(zhì)，改善飲用水安全。電池的充放電過程1充電過程將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，將電能存儲(chǔ)在電池內(nèi)部2放電過程將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，為設(shè)備供電3循環(huán)過程持續(xù)的充放電，直到電池壽命結(jié)束充電過程中，電流會(huì)使電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲(chǔ)在電池內(nèi)部。放電時(shí)，這些化學(xué)反應(yīng)會(huì)逆轉(zhuǎn)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，為外部電路供電。充放電循環(huán)會(huì)消耗電池的化學(xué)物質(zhì)，最終導(dǎo)致電池失效。電池的維護(hù)和保養(yǎng)定期清潔定期清潔電池表面，避免灰塵和污垢影響電池性能，延長(zhǎng)使用壽命。避免過度充電過度充電會(huì)損傷電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)，縮短電池壽命，注意控制充電時(shí)間和電流。避免過度放電過度放電會(huì)造成電池極板硫化，影響電池容量，應(yīng)及時(shí)充電，保持電量充足。存放環(huán)境電池應(yīng)存放在干燥、通風(fēng)、陰涼處，避免高溫和潮濕環(huán)境，防止電池自放電和腐蝕。電池的選擇和使用電池類型選擇合適的電池類型取決于應(yīng)用場(chǎng)景，如手機(jī)、筆記本電腦或電動(dòng)汽車。容量容量是指電池儲(chǔ)存的能量，選擇合適的容量取決于使用時(shí)長(zhǎng)和電力需求。電壓電壓應(yīng)與設(shè)備的電壓要求匹配，確保設(shè)備正常工作。安全選擇安全可靠的電池，避免因質(zhì)量問題造成安全隱患。電池的環(huán)境影響廢舊電池污染廢舊電池含有重金屬，如汞、鎘和鉛，污染環(huán)境，對(duì)土壤和水體造成危害。環(huán)境保護(hù)電池的生產(chǎn)和回收過程會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，需要加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)措施，減少污染排放?？沙掷m(xù)發(fā)展發(fā)展環(huán)保電池技術(shù)，減少環(huán)境污染，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，是未來的重要方向?；瘜W(xué)能與電能的發(fā)展趨勢(shì)1高能量密度電池例如：鋰硫電池、金屬空氣電池2儲(chǔ)能技術(shù)例如：超級(jí)電容器、液流電池3燃料電池技術(shù)例如：氫燃料電池、甲醇燃料電