化學(xué)必修二化學(xué)能與電能ppt課件

1、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,第二節(jié) 化學(xué)能與電能,學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1.掌握原電池的形成條件，理解原電池的工作原理； 2.能夠正確地判斷原電池的兩極，能夠正確地書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)及總反應(yīng); 3.了解常見(jiàn)化學(xué)電源的種類及特點(diǎn)，能夠認(rèn)識(shí)和書(shū)寫(xiě)幾種新型電池的電極及電極反應(yīng),能源,流水,風(fēng)力,石油,天然氣,蒸汽,電力,原煤,能源的分類,直接從自然界取得的能源,一次能源經(jīng)過(guò)加工、轉(zhuǎn)換得到的能源,如：風(fēng)力、原煤、天然氣、石油、流水,如：電力，蒸汽,一次能源,二次能源,2001年我國(guó)發(fā)電總量構(gòu)成圖,一、化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化,一）火力發(fā)電,火電站工作原理示意圖,化學(xué)能,熱能,機(jī)械能,電能,火力發(fā)電有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),我國(guó)煤炭資源豐

2、富，廉價(jià)方便,存在優(yōu)點(diǎn),電能清潔安全,快捷方便、節(jié)省時(shí)間,存在缺點(diǎn),煤炭資源畢竟有限、非可再生,排出大量溫室效應(yīng)氣體,可能導(dǎo)致酸雨并且有廢氣,能量轉(zhuǎn)化效率低,有一定局限性,問(wèn)：如何把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能呢,思考與交流,實(shí)驗(yàn)一】分別把鋅片和銅片插入到稀H2SO4中,觀察現(xiàn)象,鋅片：產(chǎn)生大量的氣泡,銅片：無(wú)明顯現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)二】再用導(dǎo)線把鋅片和銅片連接起來(lái)，觀察銅片上有無(wú)氣泡產(chǎn)生,二）原電池,1.概念：將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置,2.原電池的電極反應(yīng),鋅片,銅片,Zn - 2e- = Zn2,2H+ + 2e- = H2,電池反應(yīng),Zn + 2H+ = Zn2+ + H2,氧化反應(yīng),還原反應(yīng),總反應(yīng)

3、,負(fù)極,正極,銅鋅原電池的工作原理： 鋅失去的電子通過(guò)外電路流向銅片，H在銅片上得到電子，從而形成電流,12,還原劑(Zn)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng),氧化劑(H+)在銅極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng),還原劑失去的電子從鋅極流出,流入銅極,經(jīng)外電路,Zn2,H,SO42,電流方向,原電池工作原理,原電池工作原理,實(shí)現(xiàn)了由化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)化,B,跟蹤練習(xí),4.原電池本質(zhì),氧化還原反應(yīng) 反應(yīng)類型。 負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。 電子的移動(dòng)方向。 從負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線流向正極。 離子的移動(dòng)方向。 陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng),可以,可以,不可以,第一組實(shí)驗(yàn),探究形成原電池的條件,第二組實(shí)驗(yàn),可以

4、,不可以,第三組實(shí)驗(yàn),可以,不可以,原電池的形成條件,4) 形成閉合回路。 （兩電極用導(dǎo)線連接，或接觸。,1）能自發(fā)地發(fā)生的氧化還原反應(yīng)： 電極和電解質(zhì)溶液 兩電極上分別有還原劑和氧化劑（燃料電池,2）電解質(zhì)溶液： 參與電極反應(yīng)或構(gòu)成內(nèi)電路,3）兩導(dǎo)體作電極： 活動(dòng)性不同的金屬（或一種金屬和一種非金屬導(dǎo) 體石墨），與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的活潑金屬為負(fù)極。 兩不活潑的導(dǎo)體石墨或Pt等。（燃料電池電極,酒精,下列裝置是否能構(gòu)成原電池,1.判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，請(qǐng)說(shuō)明理由；若是，請(qǐng)指出正負(fù)極名稱，并寫(xiě)出電極反應(yīng)式,2H+2e-H2,負(fù)極,總反應(yīng),正極,Zn2e-Zn2,Zn+2H+Zn2+

5、H2,練習(xí),正極,負(fù)極,總反應(yīng),Fe2e - Fe2,2Ag+2e- 2Ag,Fe + 2Ag+ = Fe2+ + 2Ag,3.判斷下面裝置是否可以組成原電池，如果可以請(qǐng)寫(xiě)出電極反應(yīng)和總反應(yīng),如圖所示的裝置，在盛有水的燒杯中，鐵圈和銀圈的連接處吊著一根絕緣的細(xì)絲，使之平衡。小心地往燒杯中央滴入CuSO4溶液。 片刻后可觀察到的現(xiàn)象是_。 A鐵圈和銀圈左右搖擺不定 B保持平衡狀態(tài)不變 C鐵圈向下傾斜 D銀圈向下傾斜,D,原電池的正負(fù)極的判斷方法,電子流出的極 電子流入的極,負(fù)極 正極,較活潑的電極材料 較不活潑的電極材料,質(zhì)量增加的電極 工作后 質(zhì)量減少的電極,負(fù)極 正極,正極 負(fù)極,工作后，有

6、氣泡冒出的電極為正極,發(fā)生氧化反應(yīng)的極 發(fā)生還原反應(yīng)的極,負(fù)極 正極,方法四,小結(jié),二.原電池的構(gòu)成,一.原電池：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,1.可自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng) 2.兩個(gè)電極 3. 內(nèi)部有離子導(dǎo)電體（通常是電解質(zhì)溶液） 4.形成閉合電路,三.原電池的工作原理,四.原電池正負(fù)極的判斷方法,練習(xí)1：Zn片,Ag片,AgNO3溶液為組裝材料，設(shè)計(jì)原電池,設(shè)計(jì)原電池,利用下述反應(yīng)：2FeCl3+Fe=3FeCl2設(shè)計(jì)一個(gè)原電池裝置。畫(huà)出裝置圖；標(biāo)明電極材料和電解質(zhì)溶液；寫(xiě)出電極反應(yīng)式,負(fù)極（Fe):2Fe - 2e- = Fe2,正極（C): 2Fe3+2e- = 2Fe2,練習(xí)2,先寫(xiě)出離子

7、反應(yīng),練習(xí) 有A、B、C、D四種金屬分別浸入稀H2SO4中，A、B產(chǎn)生氣泡緩慢而C、D產(chǎn)生氣泡較激烈；把A、B兩種金屬用導(dǎo)線連接后浸入稀H2SO4中，氣泡從A金屬表面析出，把C、D兩種金屬用導(dǎo)線連接后浸入稀H2SO4中組成原電池，電流由CD，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可知A、B、C、D四種金屬的活動(dòng)性順序,DCBA,二、發(fā)展中的化學(xué)電源,堿性電池,蓄電池,鋰電池,1、干電池,干電池是一種伏打電池,利用某種吸收劑(如木屑或明膠)使內(nèi)含物成為不會(huì)外溢的糊狀。常用作手電筒照明、收音機(jī)等的電源,酸性鋅錳干電池是最早進(jìn)入市場(chǎng)的實(shí)用電池,1）普通鋅錳干電池,優(yōu)點(diǎn)：制作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜,缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，電壓下降快,二、

8、發(fā)展中的化學(xué)電源,1.干電池,石墨,NH4Cl,鋅錳干電池結(jié)構(gòu),一次電池：放電之后不能充電的電池 （內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)是不可逆的,2）堿性干電池,堿性電池是個(gè)人音響、照相機(jī)等地首選電源,堿性電池,電解液:酸性 NH4Cl堿性KOH（離子導(dǎo)電性更好） 負(fù)極：鋅片鋅粉（反應(yīng)面積成倍增長(zhǎng)，使放電電流大幅度提高,優(yōu)點(diǎn)：比能量和儲(chǔ)存時(shí)間有所提高，適用于大電流和連續(xù)放電,二、發(fā)展中的化學(xué)電源,1.干電池,1）一次性電池,2）普通鋅錳電池,Zn-2e- =Zn2,3）堿性鋅錳電池,課本P39、設(shè)計(jì)P43,NH4Cl,Zn-2e-+2OH- =Zn(OH)2,KOH,使用壽命短，易泄漏,使用壽命長(zhǎng)，不易泄漏,

9、4）應(yīng)用,卡式錄音機(jī)、閃光燈、電動(dòng)玩具、袖珍電視機(jī)等,2MnO2+2NH4+2e-=Mn2O3+2NH3+H2O,2MnO2 + 2H2O + 2 e- = 2MnO（OH） + 2OH,Zn,C,Zn,C,鋅錳電池電極反應(yīng),負(fù)極： 正極,Zn 2e- = Zn2,2NH4+ + 2e- = 2NH3 + H2,總反應(yīng),Zn+2NH4+ =Zn2+ 2NH3 + H2,鋅-錳干電池在使用過(guò)程中，鋅會(huì)逐漸溶解， 鋅外殼變薄，最后內(nèi)部的糊狀電解質(zhì)泄露出來(lái)，對(duì) 電器腐蝕,為了防止泄露，在外殼套上金屬筒或塑料筒， 制成防漏電池,P42【思考與交流,為什么鋅錳干電池放置過(guò)久會(huì)失效,為了延長(zhǎng)電池壽命和提高

10、其性能，人們將電池內(nèi)的電解質(zhì) 換成濕的 ，制成了 電池,NH4Cl,KOH,堿性鋅錳,負(fù)極：Zn +2OH- 2e- = Zn(OH)2,2、充電電池,2、充電電池：氧化還原反應(yīng)在充電時(shí)可以逆向進(jìn)行,1、充電電池又稱二次電池，能夠重復(fù)使用至一定的周期,手機(jī)專用電池,攝像機(jī)專用電池,筆記本電腦專用電池,用途：目前汽車上使用的電瓶大多仍是鉛蓄電池，它還廣泛用于國(guó)防、生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域,鉛蓄電池：最早使用的充電電池,1）鉛蓄電池,2、充電電池,二次電池：氧化還原反應(yīng)在充電時(shí) 可以逆向進(jìn)行,鉛蓄電池,負(fù)極,正極,總反應(yīng),放電：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,充電：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,電解質(zhì),優(yōu)缺點(diǎn)： 應(yīng)用,可充電，比干

11、電池使用 壽命長(zhǎng)；但體積大，有污染,汽車上使用的電瓶等,鉛蓄電池,放電時(shí),正極材料是 負(fù)極材料是 ，電解質(zhì)是,PbO2,Pb,H2SO4,負(fù)極： 正極： 總反應(yīng),Pb + SO42-2e-PbSO4,PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- PbSO4 + 2H2O,鎳鎘充電電池,負(fù)極： 正極： 電解質(zhì)： 優(yōu)缺點(diǎn)： 應(yīng)用,Cd,NiO(OH,KOH,具有殘留性記憶，可重復(fù)使用500次以上，體積小；但鎘有致癌作用,如不回收，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重污染,廣泛用于收錄機(jī)、無(wú)線對(duì)講機(jī)、電子閃光燈、 電動(dòng)剃須刀等,鎳 鎘 電 池,鎘有致癌作用，有被鎳氫電池取代的趨勢(shì),鋰離子電池,鋰離子電池是新一代可充電的綠

12、色電池。 特點(diǎn)：高能電池，電壓高，質(zhì)量輕，貯存時(shí)間長(zhǎng)等。 用途：現(xiàn)已成為筆記本電腦、移動(dòng)電話、攝像機(jī)、手表、心臟起搏器等低功耗電器的主流,筆記本電腦專用電池,鋰電池（有機(jī)溶劑電解液,負(fù)極：2Li-2e=2Li+ 正極：I2+2e=2I 總反應(yīng)：2Li+I2=2LiI,跟相同質(zhì)量的其它金屬作負(fù)極相比，使用壽命延長(zhǎng)，高能、質(zhì)輕、電壓高、工作效率高、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng),發(fā)展中的電池,3、燃料電池高效、環(huán)境友好的化學(xué)電池,它的電極材料一般為活性電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極， 活性炭電極等。 (例如：H2和O2的燃料電池，CH4和O2的燃料電池,燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化

13、學(xué)電池,小型高性能燃料電池,氫氧燃料電池工作原理,總反應(yīng)：2H2 + O2 =2H2 O,通入的氣體在電極表面放電，電池只是作為一個(gè)反應(yīng)器。 與其它電池區(qū)別：反應(yīng)物不是儲(chǔ)存在電池內(nèi),用途：氫氧燃料電池目前已應(yīng)用于航天、軍事通訊、 電視中繼站等領(lǐng)域,2H2 - 4e- = 4H,O2 + 4e- + 2H2O = 4OH,2H2 - 4e- = 4H,O2 + 4e- + 4H+ = 4H2O,2H2 - 4e- +4OH- = 4H2O,O2 + 4e- + 2H2O = 4OH,氫氧燃料電池的電極反應(yīng),一定要會(huì)判斷：酸性有H+ (肯定沒(méi)OH- ）； 堿性有OH- (肯定沒(méi) H+,甲烷氧氣燃料電池 該電池用鉑片插入KOH溶液中作電極，在兩極上分別通甲烷和氧氣 負(fù)極： 正極： 放電總反應(yīng)式,CH4+10OH8e=CO32+7H2O,2O2+4H2O+8e= 8OH,CH4+ 2O2+2KOH =K2CO3 +3H2O,Al空氣海水電池 負(fù)極： 正極： 放電總反應(yīng)式,4Al 12e =