第二章第二节化学能与电能.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2-2,化学能与电能,1780,年，伽伐尼,(,Galvani,L,.),青蛙抽搐实验。,解释“青蛙腿为什么会抽搐”这一实验现象呢？,病 例 分 析,病 例 分 析,电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种,二次能源,，又称为,电力,。,一、化学能与电能的相互转化,2001,年我国发电总量构成图,估计在,2050,年,火电,仍居首位,火电，又称为,火力发电,。那么，火究竟是如何转化为电？,化学能 热能 机械能 电能,燃烧,蒸汽,发电机,1,、火力发电的原理分析。,2,、火力发电的化学深层本质分析,燃烧,氧化还原反应,氧化剂与还原剂之间发生电子的转移,火力发电,将化学能经一系列能量转化为电能,旧键断裂和新键形成、体系能量变化,过程,关键,本质,本质,引起,3,、火力发电的利弊分析。,利,弊,a.,我国煤炭资源丰富,廉价方便,.,b.,电能清洁安全,又快捷方便,.,a.,排出大量的温室效应气体,.,b.,有废气可能导致酸雨,c.,废料废水,d.,储量有限,e.,能量转换效率低,思考：假设你是电力工程师，面对这些利与弊，你会如何应对呢？,a,、改进火力发电,方式之一就是尝试将化学能直接转化为电能。就像电池。其好处就是减少中间环节能损，高效、清洁利用燃料，不浪费能源，更方便。,b,、研究新的发电方式,4,、原电池,原,电池原理实验,实验步骤,实验现象,1,、锌片插入稀硫酸,2,、铜片插入稀硫酸,3,、锌片、铜片上端连接在一起插入稀硫酸,4,、锌片、铜片之间连电流表插入稀硫酸,锌片上有,气泡产生,无,现象,铜片上,产生气泡,电流计发生偏转,这种装置的反应与,Zn,与稀硫酸直接作用有什么不同？由这种装置能起到什么样的作用？,铜片上为什么会有气泡产生？,发生了什么反应,?,电流表的偏转方向与电子移动方向一致。,原电池,1,、概念：把化学能直接转化为电能的装置。,动画演示,原理分析,发生了一个氧化还原反应：,Zn +2H,+,=Zn,2+,+H,2,将氧化还原反应中还原剂失去的电子经过导线传给氧化剂，使氧化反应和还原反应分别在两极上进行，产生电流,.,原电池的电极反应与名称：,正极,：,负极：,总反应：,n,+,n,e,-,（得,e,-,还原反应）,n,e,-,n,（失,e,-,氧化反应）,Cu,Zn,电子的运动：,电子的定向移动形成电流。,电子流出的一极是,负极,（,Zn,）,电子流入的一极是,正极,（,Cu,）,H,2,SO,4,Zn,Zn,2+,e,-,e,-,Zn,2+,e,-,Zn,2+,e,-,Zn,2+,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,Zn,2+,e,-,Zn,2+,e,-,Zn,2+,e,-,SO,4,2-,e,-,SO,4,2-,eSO,4,2-,e,-,SO,4,2-,e,-,H,+,氧化反应,还原反应,外电路,内电路,负极,Zn,正极,Cu,金属失电子变成阳离子进入,H,+,得电子生成氢气放出,电解质溶液,e,带电粒子的流动方向：,1,、外电路,电子从负极流向正极,电流从正极流向负极,2,、内电路（电解质溶液）,阳离子趋向正极,阴离子趋向负极,序号,第一组实验,装置,能否构成原电池,构成原电池条件一,活动性不同的两个电极,实验探究：原电池的组成条件,不能 能 不能,实验序号,第二组实验,实验装置,能否构成原电池,构成原电池的条件二,不能 能 不 能 能,电极必须插在电解质溶液中,实验序号,第三组实验,实验装置,能否构成原电池,构成原电池条件三,能 不能,两极相连形成闭合回路,原电池的构成条件,1,、有两种活动性不同的金属（或非金属导体）,作电极,负极：较活泼金属，失电子，发生氧化反应,正极：较不活泼金属或非金属导体，发生,还原反应,2,、电极材料均插入电解质溶液中,3,、形成闭合回路,4,、一般较简单的原电池中，负极金属能够自发的,和电解质溶液发生氧化还原反应。,两极一液成回路,练习,判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式,.,(,),(,),(,),2H,+,+2e,-,H,2,负极：,总反应：,正极,：,Zn,2e,-,Zn,2+,Zn+2H,Zn,2+,+H,2,(,),(,),负极,：,正极,：,总,反应,：,正极：,负极,：,总反应：,Zn,2e,-,Zn,2+,2H,+,+2e,-,H,2,Zn+2H,+,Zn,2+,+H,2,Fe,2e,-,Fe,2+,Cu,2+,+2e,-,Cu,Fe+Cu,2+,Fe,2+,+Cu,Fe+CuSO,4,Cu+FeSO,4,(,),(,),负极：,正极：,总反应：,Zn,2e,-,Zn,2+,Cu,2+,+2e,-,Cu,Zn+Cu,2+,Zn,2+,+Cu,或,Zn+CuSO,4,ZnSO,4,+Cu,(,),(,),负极：,正极：,总反应：,Fe,2e,-,Fe,2+,2H,+,2e,-,H,2,Fe+2H,+,Fe,2+,+H,2,或,Fe+H,2,SO,4,FeSO,4,+H,2,解释“青蛙腿为什么会抽搐”这一实验现象呢？,1791,年意大利生理学家,伽伐尼（,Galvani,）发现了以金属片接触青蛙肌肉时，有收缩的现象发生。当时,Galvani,误以为此现象为青蛙肌肉所产生的动物电流所致。,伏打,电池,在,1800,年意大利的物理学家,Volta,则透过不同的金属间以一液体相接所形成的伏特电池，说明了青蛙肌肉的收缩实际上是因不同金属片间的电位差透过青蛙肌肉作为电解液而产生的电流所致。,自由女神的外壳为铜，内层支架为铁，中间用油毛毡隔开。时间长了，设计者预先没想到的事发生了：那层油毛毡失去了隔离作用，而大西洋潮湿的夹带盐分的空气向女神不断地吹来，无数的,在女神身上形成，结果加速了铁的腐蚀。尽管女神有万般灵验，现在也自身难保。怎样免除她的厄运呢？,原电池,救救,自由女神！,病 例 分 析,病 例 分 析,病 例 分 析,你能为她开一个药方吗？,2,、,把,a,、,b,、,c,、,d,四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若,a,、,b,相连时，,a,为负极；,c,、,d,相连时，电流由,d,到,c,；,a,、,c,相连时，,c,极上产生大量气泡，,b,、,d,相连时，,b,上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为：,(),A,a b c d B,a c d b,C,c a b.d D,b d c a,B,3,、,如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入,CuSO,4,溶液，片刻后可观察到的现象是,(,D,),A.,铁圈和银圈左右摇摆不定；,B.,保持平衡状态；,C.,铁圈向下倾斜；,D.,银圈向下倾斜；,4,、,根据,Zn+Cu,2+,=Zn,2+,+Cu,的反应原理设计一个原电池，当,Zn,为负极时，正极可以选用的金属材料的是（,）,A,镁,B,石墨,C,铝,D,铅,D,原电池正负极的判断方法：,1,、根据组成原电池的两极材料判断,一般是活动性较强的金属为负极；活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极。,2,、根据电流方向或电子流动方向判断,电流从正极流向负极，电子从负极流向正极。,3,、根据原电池中电解质溶液内离子的定向移动方向判断,阳离子移向正极，阴离子移向负极。,4,、根据原电池两极发生的变化来判断,负极失电子，发生氧化反应；正极得电子发生还原反应。,5,、根据现象判断,一般溶解的一极为负极，增重或有气泡放出的一极为正极。,原电池原理的应用：,1,、加快氧化还原反应速率,实验室用,Zn,和稀硫酸反应制取,H,2,，常用粗锌，它产生,H,2,的速率快。因为粗锌中的杂质和锌、稀硫酸形成原电池。,思考：纯铁和生铁哪个更容易生锈？,2,、比较金属的活动性强弱,一般活动性强的金属为负极。,电极方程式的书写,1,、两极得失电子数相等；,2,、电极反应式常用“,”,不用“”；,3,、电极反应式中若有气体需加“”；,4,、原电池的总反应式，一般把正极和负极的电极反应式相加而得。,5,、若电解质为弱电解质，在电极反应式中应写参加反应的离子，而在原电池的总反应中应把离子改为相应的弱电解质。,二、发展中的化学电源,干电池,碱性电池,蓄电池,锂离子电池,燃料电池,化学电池,一次电池,二次电池,燃料电池,碱性锌锰电池,铅蓄电池,氢氧燃料电池等,锂离子电池,银锌蓄电池,普通,锌锰,干电池,锌银纽扣电池,化学电池的分类,普通锌锰电池,碱性电池,锌筒,石墨棒,MnO2,和,C,普通锌,-,锰干电池的结构,NH,4,Cl,、,ZnCl,2,和,H,2,O,等,1,、,普通干电池,电池反应：,Zn+,2MnO,2,+2NH,4,+,=Zn,2+,+2MnO(OH)+2NH,3,氢氧化氧锰,负极：（,Zn,）：,Zn 2e-=Zn,2+,正极,:,（,MnO,2,和,C,）：,2MnO,2,+2NH,4,+,+2e,-,=2MnO(OH)+2NH,3,优点：制作简单、价格便宜。,缺点：放电时间短，电压下降快。,2,、碱性锌锰干电池,电解质：,KOH,负极：,Zn,Zn+2OH,-,-,2e,-,=Zn(OH),2,正极：,MnO,2,2MnO,2,+2H,2O+2e,-,=2MnO,（,OH,）,+2OH,-,缺点：,多数只能一次使用，不能充电；价格较贵,优点：,比能量和储存时间有所提高，适用于大电流,和连续放电,电池反应：,Zn+2MnO,2,+2H,2,O=2MnO,（,OH,）,+Zn(OH),2,单位质量的电极材料放出电能的大小,可充电电池也称为,_,电池，,可以反复,_,电和,_,电，,是电池发展的一个重要方向。,二次,放,充,可充电电池,铅蓄电池,锂,电池,二次电池,3,、二次电池,铅蓄电池,放电过程,负极：,氧化反应,Pb+SO,4,2-,-2e,-,=PbSO,4,正极：,还原反应,PbO,2,+4H,+,+SO,4,2-,+2e,-,=PbSO,4,+2H,2,O,放电过程总反应：,Pb,+PbO,2,+2H,2,SO,4,=2PbSO,4,+2H,2,O,充电过程,阴极,(,接电源负极,),：,还原反应,PbSO,4,+2e,-,=,Pb,+SO,4,2-,阳极,(,接电源正极,),：,氧化反应,PbSO,4,+2H,2,O-2e,-,=PbO,2,+4H,+,+SO,4,2-,充电过程总反应：,2PbSO,4,+2H,2,O=Pb+PbO,2,+2H,2,SO,4,铅蓄电池的充放电过程,：,Pb+PbO,2,+2H,2,SO,4,2PbSO,4,+2H,2,O,放电,充电,4,、镍铬充电电池,特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用,。,负极：,Cd+2OH,-,-2e,-,=Cd(OH),2,正极：,2NiO(OH)+2H,2,O+2e,-,=2Ni(OH),2,+2OH,-,电池反应：,Cd,+2NiO(OH)+2H,2,O=Cd(OH),2,+2Ni(OH),2,Cd,是致癌物质，注意回收！,燃料电池,是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。（氢气、,烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池）,氢氧燃料电池,酸性电解质：,碱性电解质,负极,:2H,2,-,4e,-,+4OH,-,=4H,2,O,正极,:O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,总反应,:2H,2,+O,2,=2H,2,O,负极：,2H,2,-,4e,-,=4H,+,正极：,O,2,+4H,+,+4e,-,=2H,2,O,总反应：,2H,2,+O,2,=2H,2,O,燃料电池,练习,1:,碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌,-,锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：,Zn,s,2MnO,2,s,H,2,O,l,Zn,OH,2,s,Mn,2,O,3,s,下列说法错误的是 （）,A,电池工作时，锌失去电子,B,电池正极电极反应式为：,2MnO,2,s,H,2,O,l,2e,Mn,2,O,3,s,2OH,aq,C,电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极,D,外电路中每通过,0,2 mol,电子，锌的质量理论上减小,6,5 g,C,练习,2,：,航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为,2H,2,+O,2,=2H,2,O,，,酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为,2H,2,-4e,-,=4H,+,，,则其正极反应式为,。碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为,O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,，,则其负极反应可表示为,。,O,2,+4e,-,+4H,+,=2H,2,O,2H,2,-4e,-,+4OH,-,=4H,2,O,练习,3,：锌、铜电极插入氯化钠溶液中构成的原电池，写出电极方程式。,负极：,2 Zn 4e,-,=2Zn,2+,正极：,O,2,+2H,2,O+4e,-,=4OH,-,总反应：,2 Zn+O,2,+2H,2,O=2Zn,（,OH,）,2,减 少 污 染,节 约 资 源,