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1、第二节 化学能与电能,2018年4月11日,水电站,直接从自然界取得的能源称为一次能源,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。,火电站,一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源,2001年我国发电总量构成图,火力发电占据绝大部分,什么是火力发电？火电站的工作原理如何?,1,火力发电原理及过程,燃烧,蒸汽,发电机,一、化学能与电能的相互转化,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,火力
2、发电优点:,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.,火力发电缺点:,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,化学能 电能,？,1、当氧化剂和还原剂直接接触进行反应时，化学能要经过一系列能量转换才能转换为电能。2、把氧化剂和还原剂分开，使氧化反应和还原反应在两个不同区域进行。3、需要在氧化剂和还原剂之间架设桥梁使电子从氧化剂区域流向还原剂区域。4、考虑氧化反应和还原反应发生的条件和环境，化学物质的选择。5、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。,锌表面有气泡产生，铜表面无明显现象,1.反应中，哪种物质失电子，哪种物质得电子
3、,用导线将锌表面的电子引出来,Zn +2H+ = Zn 2+ +H2,.什么方法可使Zn与H+分开，不让H+直接在Zn表面得电子？,演示探究,Cu起传导电子的作用。可用电流表测电流及方向。,Zn + 2H+ = Zn 2+ +H2,大量气泡从铜片逸出，锌片部分溶解,1.H+得到的电子是Cu失去的吗？2.在这个过程中Cu起什么作用？3.你怎样才能知道导线中有电子通过？,演示探究,化学能直接转化为电能,1.电子从Zn到H+经历了哪些途径？2.你认为这个过程能量是如何转化的？,锌表面无气泡，铜表面有气泡，电流表发生偏转。,实验现象：铜片上有气泡产生，锌片不断溶解，电流表的指针发生偏转。,实验结论：导
4、线中有电流通过,二.化学能直接转化为电能,1.原电池的概念、前提,将化学能转化为电能的装置,概念:,2.前提:,能自发发生氧化还原反应,3.原电池的工作原理,能量转变,化学反应,将化学能直接转化为电能,氧化还原反应中电子转移 (负极失去电子经过导线定向的流入正极),Zn-2e-=Zn2+,2H+2e-=H2,Zn+2H+=Zn2+H2,负极,正极,还原反应,氧化反应,失,得,Zn2e- Zn2+,2H+ + 2e-H2,负极,正极,Zn+2H+Zn2+H2,有气体产生,Zn片溶解,锌铜原电池原理,负极出电子，电子回正极,Zn2+,+,负极,正极,-,Zn,Cu,电流表,4.原电池化学反应本质：
5、 较活泼的金属发生氧化反应，电子从较活泼的金属（负极）通过外电路流向较不活泼的金属（正极）,氧化还原反应,外电路：电子由负极流向正极， 电流由正极流向负极内电路：阴离子移向负极，阳离 子移向正极，电流由负 极流向正极,5.电荷流向电流流向：,负极,正极,6.原电池形成条件：, 两种活泼性不同的金属（或其中一种为能导电的非金属，如“碳棒”）作电极。 其中较活泼金属为负极。较不活泼金属（或非金属）为正极（正极一般不参与电极反应，只起导电作用）。 电解质溶液 形成闭合电路 能自发地发生氧化还原反应,两极一液一连线,试着说说原电池的构成有什么条件？,*,*, ,实验探究,偏转,两极材料不同,有两种活泼
6、性不同的金属（或非金属）作电极,不偏转,实验探究,不偏转,溶液不同,电极材料均插入电解质溶液中,偏转,实验探究,不偏转,电极材料不同,能自发地发生氧化还原反应,不偏转,容器不同,两极相连形成闭合回路,实验探究,C,H2SO4,（不可以）,（不可以）,（可以）,（不可以）,例2,条件一：有活泼性不同的两种金属或非金属,（可以）,（不可以）,形成条件二：电极需插进电解质溶液中；,实验探究形成原电池的条件,实验探究形成原电池的条件,形成条件三：必须形成闭合回路,（不可以）,7.如何书写电极反应方程式,负极（锌片）： Zn 2e - = Zn 2+,负极（锌片）： Zn 2e - = Zn 2+,正极
7、（石墨）： 2H+2e - = H2 ,正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu,总反应: Zn + 2H+ = Zn 2+ + H2 ,总反应: Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu,电极反应方程式的书写方法,负极：较活泼金属（a） 电极反应：a-ne-=an+ (氧化反应)正极：较不活泼金属或非金属（b） 电极反应： Cm+ + me- = C(还原反应) 要求书写时，正负极得失电子数相等。,正极电极反应式+负极电极反应式=总反应方程式已知其中两个可以求第三个金属阳离子放电顺序：K+Ca2+Na+Mg2+Al3+(水中氢) H+ Zn2+Fe2+Sn2+Pb2+(酸中氢)H
8、+Cu2+ Fe3+ Hg2+Ag +,特例,镁铝原电池硫酸作电解质的电极反应式是什么？还有氢氧化钠作电解质又怎么写？硫酸做电解质：负极：Mg-2e-=Mg2+正极：2H+2e- =H2总反应：Mg+ 2H+ =Mg2+ + H2NaOH做电解质：负极：2Al-6e-+8OH- = 2AlO2-+4H2O正极：6H2O+6e-=3H2 + 6OH-总反应： 2Al+2OH- +2H2O = 2AlO2- + 3H2 ,Zn-Al原电池，谁做负极？,小结,化学能与电能,间接：,直接：,装置,原电池,概念,构成条件,工作原理,8.原电池电极名称的确定方法,（1）、根据电极材料的性质确定。,通常是活
9、泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、化合物是正极。,（2）、根据电极反应的本身确定。,失电子的反应氧化反应负极得电子的反应还原反应正极,练习：银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它的反应可表示为：Ag2O+Zn+H2O 2Ag+2Zn(OH)2请判断此电池中，负极上发生反应的物质是（ ）A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn,D,（3）、根据电子或电流流动方向（外电路）：,e,e,（4）、根据离子的定向移动（内电路）,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,（5）、根据离子方程式判断,（负极）,（在正极）,（ 6）、负极往往会溶解，正极往往会产生气泡或者增重,9. 原电池原理的应用：,
10、制作化学电源：各种电池加快反应速率： 例如:实验室制H2时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。判断金属活动性的强弱揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的腐蚀。 因为钢铁中含有碳，可与Fe组成原电池，发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀。,钢铁的电化学腐蚀方程式：吸氧，析氢,析氢腐蚀:条件:水膜酸性较强负极:Fe-2e -=Fe2+正极:2H+ +2e -=H2析氧腐蚀:条件:水膜酸性较弱或呈中性负极:Fe-2e- =Fe2+正极:2H2O+O2+4e-=4OH- Fe2+2OH-=Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3+3H
11、2O,10.原电池设计思路：,释放能量的氧化还原反应（放热反应）, 通常须两活性不同的电极, 电解质溶液, 还原剂在负极失电子，发生氧化反 应；氧 化剂在正极得电子,发生还原反应,化学能与电能的相互转化,例：请根据反应: 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+设计原电池，你有哪些可行方案?,Fe-Cu FeCl3,Fe-C Fe(NO3)3,Fe-Ag Fe2(SO4)3,根据反应设计原电池，你有哪些可行方案? （ 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+ ）,Fe,CuCAg,FeCl3Fe(NO3)3 Fe2(SO4)3,锌片插入稀硫酸中，被腐蚀。（化学腐蚀）,锌片在锌,铜（稀硫酸）原电
12、池中作为负极，也被腐蚀。（电化学腐蚀）,哪个更快？,原电池的负极被腐蚀得更快。,分析锌,铁（稀硫酸）原电池中的电极反应。,你感受到作为正极，铁被保护了吗？,原电池的金属正极被保护。,1.下列装置中能组成原电池形成电流的是( ),习题一：,C,原电池的判断,2.某金属能跟稀盐酸作用放出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是( )A.Mg B.Fe C.Al D.Cu,原电池的工作原理,B,3.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 PH( )A.不 B先变大后变小 C逐渐变大 D.逐渐变小,C,习题二,习题三,5.一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu,
13、该反应的的原电池正确组合是( ),C,原电池构成条件,习题四,4.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( ) Aa b c d Ba c d b Cc a b d Db d c a,B,利用原电池电极判断金属性强弱,可是令她百思不解的是自从车祸后,她常常感到头晕、头痛、夜间失眠、心情烦躁医生绞尽了脑汁，格林太太的病情仍未见好转 一位年轻的化学家来看望格林太太时，为格林太太揭开了病因！,请你当医生,病 例 分 析
14、,你能为她开一个药方吗？,三、发展中的化学电源,锂电池,锂是密度最小的金属，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。,干电池,碱性电池,1、干电池结构及电极反应原理,（1）干电池结构及电极反应原理,负极：Zn 2e- = Zn2+,正极：2NH4+ + 2e- = 2NH3+H2,Zn + 2NH4+ = Zn2+2NH3+H2,电池总反应式：,特点：,a：一次性电池，不可逆b：用KOH代替NH4Cl能提高 性能，延长寿命,汽车用蓄电池,锂离子电池,锂离子电池：它是新一代可充电的绿色电池，现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机等低功耗电器的主流。,2.充电电池,
15、（2）充电电池(又称二次电池),Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O(-) (+),负极: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4,Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- = 2PbSO4 + 2H2O,正极:PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O,铅蓄电池,特点：,电池总反应式：,二次电池,可再次充电使用,镍铬电池,特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。,NiO2（S）+Cd（S）+2H2O（L）=Ni（OH）2（S）+Cd（OH）2（S）,Ag2O（S）+Cd（S）+H2O（L）=2Ag（S）+Cd（OH）
16、2（S）,3.新型燃料电池,燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池,高二化学氢氧燃料电池实验视频.mp4,氢氧燃料电池,燃料电池,氢氧燃料电池的电极反应式和总反应怎么写？,氢氧燃料电池（中性介质）正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-负极：2H2 - 4e- = 4H+ 总反应式：2H2 + O2 = 2H2O氢氧燃料电池（酸性介质）正极：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O负极：2H2 - 4e- = 4H+总反应式：2H2 + O2 = 2H2O氢氧燃料电池（碱性介质）正极：O2 + 2H2O + 4
17、e- = 4OH- 负极：2H2 - 4e- + 4OH- = 4H2O总反应式：2H2 + O2 = 2H2O,例2, 写出甲烷燃料电池（电解质溶液为氢氧化钾溶液）的电极反应式及总方程式：,正极： 2O2 + 8e- + 4H2O = 8OH-负极 CH4 + 10OH- -8e- = CO32- + 7H2O总反应：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O,反应后溶液的pH如何变化？,酸性介质： 正极：O2+4H+ +4e- =2H2O负极：CH4+2H2O -8e-=CO2+8H+ 总反应： CH4+2O2=CO2+2H2O,甲醇燃料电池在碱性条件下和酸性条件下各电极的反应,酸性条件下负极 ： CH3OH - e- H2O= CO2正极 ： O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O.总反应：CH3OH O2CO2H2O碱性条件下正极：O2 + 4e- +H2O=负极：CH3OH - e-=CO32-H2O总反应：2CH3O242CO32-6H2O,其他电池,空气电池,
