化学能与电能课件上课讲义.ppt

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1、化学能与电能课件化学能与电能课件阅读教材阅读教材39-40页回答下列问题页回答下列问题1、何为一次能源、二次能源？、何为一次能源、二次能源？2、电能是一次能源还是二次能源？、电能是一次能源还是二次能源？3、根据、根据2001年我国发电总量构成图，我国年我国发电总量构成图，我国（）发电居于首位。）发电居于首位。4、火力发电的原理是什么？其关键是什么？、火力发电的原理是什么？其关键是什么？火力发电原理及过程火力发电原理及过程燃烧燃烧蒸汽蒸汽发电机发电机化学能化学能热能热能机械能机械能电能电能火力发电的化学深层本质分析火力发电的化学深层本质分析燃烧燃烧氧化还原反应氧化还原反应氧化剂与还原剂之间发生电

2、子的转移氧化剂与还原剂之间发生电子的转移火力发电火力发电将化学能经一系列能量转化为电能将化学能经一系列能量转化为电能旧键断裂和新键形成、体系能量变化旧键断裂和新键形成、体系能量变化过程过程关键关键本质本质本质本质引起引起稀硫酸稀硫酸ZnCu 将一将一Zn片、片、Cu片平行插入稀硫酸片平行插入稀硫酸中，有什么现象？中，有什么现象？写出有关反应的离写出有关反应的离子方程式。子方程式。稀硫酸稀硫酸ZnCu稀硫酸ZnCu现象现象(3)电流表指针有偏转电流表指针有偏转(2)铜片上有气泡产生铜片上有气泡产生(1)锌片不断溶解锌片不断溶解稀硫酸稀硫酸ZnCuZn2+e-e-H+H+Zn2e-=Zn2+总反应

3、：总反应：2H+2e-=H2Zn+2H+=Zn2+H2（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）锌片：锌片：铜片：铜片：Cu-Zn原电池：原电池：负极：负极：正极：正极：怎样才能构成一个原电池呢？怎样才能构成一个原电池呢？稀硫酸CuCu（B）（C）稀硫酸ZnC稀硫酸ZnZn（D）活泼性不同的两种金属活泼性不同的两种金属 (或金属与非金属导体或氧化物或金属与非金属导体或氧化物)做电做电极极前提条件：能自发的进行氧化还原反应前提条件：能自发的进行氧化还原反应稀硫酸CuC（A）酒精ZnCu（D）（E）硫酸铜溶液ZnCu两电极相连放在电解质溶液中，形两电极相连放在电解质溶液中，形成闭合回路。成闭

4、合回路。稀硫酸稀硫酸CuZn（G）（F）稀硫酸原电池电极名称的确定方法原电池电极名称的确定方法根据电极材料的性质确定。根据电极材料的性质确定。通常是通常是活泼金属是负极活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、，不活泼金属、碳棒、化合物是正极。化合物是正极。根据电极反应的本身确定。根据电极反应的本身确定。失电子的反应失电子的反应氧化反应氧化反应负极负极得电子的反应得电子的反应还原反应还原反应正极正极根据电子或电流流动方向（外电路）：根据电子或电流流动方向（外电路）：电子从负极流出 沿导线 流入正极电流从正极流出 沿导线 流入负极ee根据离子的定向移动（内电路）根据离子的定向移动（内电路）阳离子向正极移

5、动阳离子向正极移动阴离子向负极移动阴离子向负极移动根据离子方程式判断根据离子方程式判断Fe+2H+=Fe2+H2（负极）（在正极）稀硫酸ZnCu 将Zn片、Cu片上端连接插入稀硫酸中，可以形成原电池吗？原电池原理的应用：原电池原理的应用：1.加快反应速率加快反应速率2.判断金属活动性判断金属活动性3.广泛应用于制造各种化学电源广泛应用于制造各种化学电源常见的化学电源常见的化学电源 导导学学导导练练负负正正电解质电解质一次性一次性不能不能不可逆不可逆负极：负极：Zn 2e-=Zn2+正极：正极：2NH4 4+2e-=2NH3+H2总反应：总反应：Zn+2NH4+=Zn2+2NH3+H22MnO2

6、+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2其他干电池：其他干电池：碱性锌碱性锌-锰干电池、银锰干电池、银-锌纽锌纽扣电池等扣电池等优点：优点：携带方便携带方便缺点：缺点：电量小，污染大电量小，污染大干电池（负极）（负极）（正极）（正极）锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌普通锌-锰干电池的结构锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等干电池结构及电极反应原理干电池结构及电极反应原理基础知识学习基础知识学习核心要点透析核心要点透析随堂对点练习随堂对点练习(3)缺陷与改进：锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容缺陷与改进：锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容

7、易发生气涨或漏液，会导致电器设备的易发生气涨或漏液，会导致电器设备的 。改进措施：。改进措施：在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成 电池；电池；将电池将电池内的电解质内的电解质NH4Cl换成湿的换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制，并在构造上进行改进，制成成 性锌锰电池。性锌锰电池。腐蚀腐蚀防漏防漏碱碱基础知识学习基础知识学习核心要点透析核心要点透析随堂对点练习随堂对点练习2充电电池充电电池(1)充充电电池又称池又称 电池。充池。充电电池在放池在放电时所所进行行的的 反反应，在在充充电时又又 进行行，重重新新转化化为 ，使充，使充电、放、放电可在一定可在一定时间内

8、循内循环进行。行。二次二次氧化还原氧化还原逆向逆向生成物生成物反应物反应物（1 1）铅蓄电池）铅蓄电池最早使用的充电电池最早使用的充电电池正极材料上涂正极材料上涂有棕褐色的有棕褐色的PbOPbO2 2，负极材料是，负极材料是海绵状的金属海绵状的金属铅，两极浸在铅，两极浸在H H2 2SOSO4 4溶液中。溶液中。2.2.充电电池充电电池（又称二次电池，能够重复）（又称二次电池，能够重复）总反应：总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2OPb+PbO2+4H+2SO42-=2PbSO4+2H2O负极：负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极：正极：PbO2+2e-+4H+

9、SO42-=PbSO4+2H2O其他蓄电池：其他蓄电池：镍镍-镉蓄电池、银镉蓄电池、银-锌蓄电池等锌蓄电池等优点：优点：可反复使用可反复使用 缺点：缺点：污染大污染大2、铅蓄电池、铅蓄电池（1 1）铅蓄电池）铅蓄电池2.2.充电电池充电电池（又称二次电池，能够重复）（又称二次电池，能够重复）负极：负极：负极反应：负极反应：正极：正极：正极反应：正极反应：Pb+SOPb+SO4 42-2-2e-2e-=PbSO=PbSO4 4PbOPbO2 2+4H+4H+SO+SO4 42-2-+2e+2e-=PbSO=PbSO4 4+2H+2H2 2O OPbPbPbOPbO2 2铅蓄电池充电和放电的总反应

10、式：铅蓄电池充电和放电的总反应式：Pb+PbOPb+PbO2 2+H+H2 2SOSO4 4 2PbSO 2PbSO4 4+2H+2H2 2O O放电放电充电充电（2 2）镍镉充电电池：）镍镉充电电池：它是一种体积小，具有残留性记忆的充电电池，可重它是一种体积小，具有残留性记忆的充电电池，可重复使用复使用500500次以上。它以次以上。它以CdCd为负极，为负极，NiO(OH)NiO(OH)为正极，为正极，KOHKOH为电解液。广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、为电解液。广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等，电动剃须刀等，但有毒（镉致癌），废旧电池要回收处理，但有毒（镉致

11、癌），废旧电池要回收处理，防止污染环境。防止污染环境。2NiO(OH)+Cd+2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2 充电充电放电放电写出电极反应式写出电极反应式负极负极(Cd)(Cd)正极正极(NiO(NiO（OH)OH)Cd-2eCd-2e-+2OH+2OH-=Cd(OH)=Cd(OH)2 2 2NiO(OH)+2e2NiO(OH)+2e-+2H+2H2 2O=2Ni(OH)O=2Ni(OH)2 2+2OH+2OH-用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。优点：质量作负极相比较，使用寿命大大延长。优点：质量轻、

12、电压高、工效高和贮存寿命长。用途：用于轻、电压高、工效高和贮存寿命长。用途：用于电脑、照相机、手表、心脏起搏器上，及火箭、电脑、照相机、手表、心脏起搏器上，及火箭、导弹等的动力电源。导弹等的动力电源。3.3.锂电池锂电池负负 极：极：Li e-Li 正正 极：极：MnO2Lie-LiMnO2 总反应：总反应：LiMnO2LiMnO2 新一代可充电的绿色电池。新一代可充电的绿色电池。废电池对环境的危害电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。随意丢弃电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。随意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。废电池会对环境造成严重的污染。上世纪上世纪50年代，震惊世界的日本年代，震惊世界的日本“

13、水俣水俣病病”就是因汞中毒引起的。就是因汞中毒引起的。基础知识学习基础知识学习核心要点透析核心要点透析随堂对点练习随堂对点练习3燃料电池燃料电池(1)燃燃料料电池池是是通通过 与与 分分别在在两两个个电极极上上发生生 反反应，将，将 能直接能直接转化化为 能的装置。能的装置。(2)燃燃料料电池池与与火火力力发电相相比比，其其燃燃料料的的利利用用率率 、能能量量转化化 率率 。与与 干干 电 池池 或或 者者 蓄蓄 电 池池 的的 主主 要要 差差 别 在在 于于 反反 应 物物 ，而是由外，而是由外设装装备提供提供 和和 等等,同同时将将电极极反反应产物物不不断断排排出出电池池。电池池起起着着

14、类似于似于试管、管、烧杯等反杯等反应器的作用。器的作用。燃料燃料氧化剂氧化剂氧化还原氧化还原化学化学电电高高高高不是储存在电池内部不是储存在电池内部燃料燃料氧化剂氧化剂基础知识学习基础知识学习核心要点透析核心要点透析随堂对点练习随堂对点练习（3）燃料电池）燃料电池氢氧燃料电池结构氢氧燃料电池结构氢氧燃料电池：氢氧燃料电池：负极：负极：2H24OH4e4H2O（氧化反应）（氧化反应）正极：正极：O22H2O4e4OH（还原反应）（还原反应）总反应：总反应：2H2O22H2O练习：练习：下列装置哪些可以形成原电池下列装置哪些可以形成原电池?AAAAAAAZn CuFe C(石墨石墨)Zn CuZn

15、 ZnFe 陶瓷陶瓷Fe CuSi C(石墨石墨)稀稀H2SO4 CuSO4 溶液溶液 稀稀H2SO4 稀稀H2SO4 A B C DZn CuA稀稀H2SO4 CuSO4溶液溶液 酒精酒精 稀稀H2SO4 E F G H练习练习1：判断原电池的正负极判断原电池的正负极AAMg AlFe Cu Fe Cu稀稀H2SO4 NaOH 溶液溶液 稀稀HNO3 浓浓HNO3 A B C DMg AlAA H2SO4(aq)CuSO4(aq)ZnCu负极负极():.正极正极():.总反应式总反应式:.负极负极():.正极正极():.总反应式总反应式:.练习练习2：请在图上标出电子的流动方向和电流方向请在

16、图上标出电子的流动方向和电流方向,并判断正负极，写出电极反应式和总反应式并判断正负极，写出电极反应式和总反应式.AgFeZn Zn2e-=Zn2+Cu Cu2+2e-=Cu Zn+Cu2+=Zn2+CuFe Fe2e-=Fe 2+Ag 2H+2e-=H2 Fe+2H+=Fe 2+H2 Ie-e-I练习练习3：把把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若线两两相连组成原电池。若a、b相连时，相连时，a为负极；为负极；c、d相连时，电流由相连时，电流由d到到c；a、c相连时，相连时，c极上产生大量气极上产生大量气泡，泡，b、d相连时，相连时，b

17、上有大量气泡产生，则四种金属的上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为：活动性顺序由强到弱的为：()Aa b c d Ba c d b Cc a b.d Db d c a B 请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：Fe+CuFe+Cu2+2+=Cu+Fe=Cu+Fe2+2+设计成一个原电池。设计成一个原电池。1、电解液：、电解液：。2、电极材、电极材料：料：正极正极 ，负极，负极 。3、电极反应式电极反应式：负极负极:.正极正极:.1 1、电解液：、电解液：硫酸铜、氯化铜、硝硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等可溶性铜盐溶液酸铜等可溶性铜盐溶液 2 2

18、、电极材料：、电极材料：负极：铁，负极：铁，正正极极：铜铜、石石墨墨或或比比铁不活泼的其他金属铁不活泼的其他金属 拓拓 展：展：Fe 2e-=Fe 2+Cu2+2e-=Cu 思思 考考 题题请根据反应请根据反应 2Fe3+Fe =3 Fe 2+设计原电池，你有哪些可行方案设计原电池，你有哪些可行方案?Fe-CuFeCl3Fe-CFe(NO3)3Fe-AgFe(SO4)3AlAl作作_极极,Cu,Cu作作_极极电极反应式是：电极反应式是：负极负极 _ 正极正极 _总反应式总反应式_四、原电池电极反应式的书写四、原电池电极反应式的书写例题例题2Al和和Cu作电极所构成的原电池作电极所构成的原电池,

19、电解质溶电解质溶液为稀硫酸液为稀硫酸负正2Al-6e-=2Al3+6H+6e-=3H22Al+6H2Al+6H+=2Al=2Al3+3+3H+3H2 2 例题例题3Al和和Cu作电极所构成的原电池作电极所构成的原电池,电解质溶液为浓硝酸电解质溶液为浓硝酸 AlAl作作_极极 CuCu作作_极极电极反应式是：电极反应式是：负极负极 _ 正极正极 _总反应式总反应式_Cu+4HCu+4H+2NO+2NO3 3-=Cu=Cu2+2+2NO+2NO2 2+2H+2H2 2O O正正负负2NO2NO3 3-+4H+4H+2e+2e-=2NO=2NO2 2+2H2OCu-2eCu-2e-=Cu=Cu2+2

20、+找出反应原理。写出化学方程式。找出反应原理。写出化学方程式。利用氧化还原反应知识，找出氧化剂、还原利用氧化还原反应知识，找出氧化剂、还原剂剂 和电子转移数。和电子转移数。负极：还原剂氧化产物负极：还原剂氧化产物正极：氧化剂还原产物正极：氧化剂还原产物验证：两电极反应式相加所得式子和原化学验证：两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。方程式相同，则书写正确。四、电极反应方程式书写：四、电极反应方程式书写：正极反应式正极反应式+负极反应式负极反应式=电池的总反应式电池的总反应式 补充：原电池补充：原电池电极反应式的书写电极反应式的书写燃料电池的电极反应式书写规律燃料电池的电极反应

21、式书写规律:写出燃烧反应的化学方程式；写出燃烧反应的化学方程式；根据电解液改写燃料电池总反应；根据电解液改写燃料电池总反应；写出负极的电极反应式写出负极的电极反应式(一般较简单一般较简单);由燃料电池总反应减去负极的电极反由燃料电池总反应减去负极的电极反应式得正极的电极反应式。应式得正极的电极反应式。变式：变式：如把如把KOH溶液改为稀溶液改为稀H2SO4作作电解质溶液电解质溶液,则电极反应式分别为则电极反应式分别为:2H24e一一=4H+O2+4e一一+4H+=2H2O补充：燃料电池补充：燃料电池电极反应式的书写电极反应式的书写负极负极:正极正极:（总反应式：（总反应式：2H2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O）结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！41