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1、化学能与电能,既然选择了远方便只顾风雨兼程。,一次能源直接从自然界取得的能源 如流水、风力、原煤、石油、天然气、天然铀矿等,二次能源一次能源经加工转换得到能源 如电力、蒸汽等,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。,我们身边的电器,资料：1990至2002年我国人均耗电量变化,我国人均耗电量在逐年上升！,一、电能的来源,2001年我国发电总量构成,2006年我国发电总量构成,化学能,火电站的工作原理,蒸汽机,发电机,煤炭,燃烧设备,1、化学能转化成电能的工作系统,【思考与交流】,燃料燃烧转化为电能后，社会中应用最广泛、使用最方便。电能清洁安全,又快捷方便.
2、,火力发电有什么优点,火力发电有什么缺点,1.煤炭是非可再生资源，会造成能源危机,2.排出大量的温室效应气体，部分废气可能导致酸雨,3.经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低,化学能 电能,直接？,我国煤炭热电转换率仅为33%左右，比发达国家低10个百分点,假设你是电力工程师，面对这些巨大的浪费，你会如何应对呢？,a、改进火力发电,b、研究新的发电方式,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。,思考：,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
3、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,氧化还原反应的本质,氧化剂+还原剂=还原产物+氧化产物 and Q 煤的燃烧、金属与酸的反应等都是氧化剂与还原剂直接接触的反应，电子直接由还原剂转移到氧化剂，其中的电能不能为人类所使用！,e-,设计一种装置：使氧化剂和还原剂分布在两个不同区域，并把电子转移用导线连出来形成电流,如何将氧化还原反应中转移的电子引出来为人类使用？,小小发明家,原电池,轻松一刻,病例分析,呵呵，原来是假牙作怪！,你能为她开一个“药方”吗？,金牙和不锈钢牙与口腔唾液中的电解质够成原电池，形成微弱的电流连续地、长时间地刺激格林太太神经末梢，打乱了神经系统
4、的正常状态，引起人体的不适。,病 例 分 析,你能为她开一个药方吗？,实验1将铜片放入稀硫酸将锌片放入稀硫酸,在锌片表面有气泡铜片表面没有气泡,实验探究,请你先预测下列实验的现象，观察现象。,实验2用导线将锌片、铜片连接起来在导线中间接入一个电流表,铜片表面出现气泡,电流计指针偏转,A,电子由锌电极流出，沿着外导线流到铜电极，H+在铜电极上得到电子被还原成H2放出,（1）为什么连接导线后铜片上会产生气泡？（2）为什么电流计的指针会偏转？,动画模拟电子的流动,锌片导线 和 锌片电解液 的电势差（接触电压）是不同的 锌片导线 的电势差要小于锌片 电解液 的电势差 所以 电子都是沿着导线传输的,e-
5、,负极,锌片,铜片,氧化反应,还原反应,正极,总反应式：,得电子,电子流入,失电子,电子流出,二、原电池,将化学能直接转变成电能的装置，称为原电池,实验现象分析：,1.电流计指针为什么偏转？,解析：电子定向移动形成电流。,2.铜片表面为什么有气泡生成？,解析：锌失去的电子经过导线到了铜片上，溶液中的H+从铜片上得到电子生成H2,e,e,e,e,Zn2e=Zn2+,2H+2e=H2,氧化反应,还原反应,负极,正极,阳离子,失去电子,溶液中阳离子得到电子,阴离子,正极,负极,原电池工作原理,较活泼金属,不活泼金属或石墨,原电池的原理：,外电路：,内电路：,阳离子正极,阴离子负极,这样整个电路构成了
6、闭合回路，带电粒子的定向移动产生电流,C,H2SO4,（不可以）,（不可以）,（可以）,（不可以）,三、原电池的形成条件前提：能自发地发生氧化还原反应,1、两电极：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）特殊AI-Mg-NaOH是Al作负极 负极：电子流出的电极(较活泼的金属)正极：电子流入的电极(较不活泼的金属Cu、石墨等),2、电解质溶液：与两极接触，能导电，能够与负极发生反应（或者溶解的其他物质与电极反应，如氧气）3、形成闭合回路（导线相连或正负极直接接触）,实践活动
7、自制电池水果电池。如下图：,根据现象判断（溶解-负极；增重或有气泡-正极）,根据电极材料（活泼金属-负极；不活泼或非金属-正极）,根据电子流向或电流方向（外电路）（电子流出-负极；电子流入-正极，电流正极到负极）,根据电极发生的反应（氧化反应-负极；还原反应-正极）,根据溶液中阴阳离子的移动方向（内电路）（阴离子移向-负极；阳离子移向-正极）,四、如何判断原电池的正负极？,(2)负极：,(3)正极：,五、原电池的电极反应书写,正极：2H+2e-=H2,失电子的一极,发生氧化反应,需判断什么物质发生了氧化反应，注明正负极，满足电荷守恒和原子守恒,得电子的一极,发生还原反应,需判断什么物质发生了还
8、原反应,还有什么物质参与反应。,负极：Zn 2e-=Zn2+,(1)总反应：Zn+2H+=H2+Zn2+,原电池原理的运用,1、加快氧化还原反应速率 实验室中用Zn和稀酸反应制H2，常用粗锌构成原电池加快锌的腐蚀，使产生H2的速率更快2、比较金属的活动性顺序 原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极，溶解-负极；增重或有气泡-正极3、设计各种原电池(牺牲负极保护正极)已知一个氧化还原反应首先找到氧化剂和还原剂，还原剂在负极上发生氧化反应，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原4、社会运用制造化学电源,根据反应设计原电池，你有哪些可行方案?（2Fe3+Fe=3 Fe 2+）
9、,Fe,CuCAg,FeCl3Fe(NO3)3 Fe2(SO4)3,三、发展中的化学电源：,干电池,充电电池,锂离子电池,镉镍电池,燃料电池,1、干电池,负极（锌筒）：正极（石墨）：,Zn-2e=Zn2+,2MnO2+2NH4+2e=Mn2O3+2NH3+H2O,Zn+2NH4+2MnO2=Zn2+Mn2O3+2NH3+H2O,总反应：,锌锰干电池,体积小、性能好的碱性锌锰电池应运而生。这类电池的重要特征是电解液由原来的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。（提高性能、延长寿命）,碱性电池,1、放电（使用）：原电池原理 氧化还原反应实现化学
10、能转变为电能。2、充电：电解池原理 放电时的氧化还原反应在充电时逆向进行（将电能转化为化学能）使电池恢复到放电前的状态。,2、充电电池（二次电池）,化学能 电能,放电,充电,在一次电池基础上的发展，更经济适用，但由于在制造工艺上的不足，充放电次数仍有限制，并且是否使用得当，对其工作状态及寿命影响很大,负极（Pb）：Pb-2e-+SO42-=PbSO4,正极（PbO2）：PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O,原电池反应：PbO2+2H2SO4+Pb=2PbSO4+2H2O,铅蓄电池结构,铅蓄电池and工作原理,（2）镍镉碱性蓄电池优点：封闭式、体积小、便携、充电次数多（500
11、次）原理：Cd+2NiO(OH)+2H2O=2Ni(OH)2+Cd(OH)2 Cd做负极，NiO(OH)作正极，以KOH 为电解质用途：收录机，无线对讲机，电动剃须刀等,电池回收,将废旧电池与其他垃圾分类，集中回收,电池中含有大量的重金属-如锌、铅、镉、汞、锰等。据专家测试，一节钮扣电池能污染60万升水；一节一号电池烂在地里，能使一平方米的土地失去利用价值。若将废旧电池混入生活垃圾一起填埋，渗出的重金属物质就会渗透土壤、污染地下水，进而进入鱼类、农作物等，破坏人类的生存环境，间接威胁到人类的健康，有的还能致癌（镉）。希望我们不要乱扔电池，而是及时回收。,汞中毒水俣病，镉中毒痛痛病，两种工业公害
12、病,（3）新一代可充电的绿色电池锂离子电池特点：高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。用途：电脑、手机、数码相机、手表、心脏起搏器等低耗电器的主流电源。,科学合理使用锂离子电池不能过充、过放，买品牌的充电器，一般都带过充保护，使用时不要过放，就是不要把电完全用完再充电，长期不用储存时，要充满电再储存。,锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌
13、表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为“摇椅电池”。,负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。充电时：xLi+xe+6C LixC6 放电时：LixC6 xLi+xe+6C,3、燃料电池,碱性氢氧燃料电池：负极：2H24OH 4e 4H2O（氧化反应）正极：O2H2O4e4OH（还原反应）总反应：2H2O22H2O,原理：燃料和氧化剂的化学能直接转化成电能,优点：高效、环境友好的发电装置转化率理论可达85%-90%，实际40%-60%，排放气体为H2O或CO2（且CO2 排放量可比常规发电厂减少40%以上）较环保特点：反应物不是储存在电池内部，而是由外设备提供燃料和氧化剂,发展中的化学电源,传统电池,干电池（一次电池）锌锰电池,充电电池（二次电池）铅蓄电池,新型电池,镍镉电池,锂电池,燃料电池（火电与电池的综合）,镍氢电池,锂离子电池,应用,克服弊端,改进创新,
