高一化學(xué)必修二第二章第二節(jié)化學(xué)能與電能

1、第二節(jié) 化學(xué)能與電能,2018年4月11日,水電站,直接從自然界取得的能源稱為一次能源,電能是現(xiàn)代社會中應(yīng)用最廣泛、使用最方便、污染最小的一種二次能源，又稱為電力,火電站,一次能源經(jīng)加工、轉(zhuǎn)換得到的能源稱為二次能源,2001年我國發(fā)電總量構(gòu)成圖,火力發(fā)電占據(jù)絕大部分,什么是火力發(fā)電？ 火電站的工作原理如何,1,火力發(fā)電原理及過程,燃燒,蒸汽,發(fā)電機(jī),一、化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化,火力發(fā)電的原理分析,2、火力發(fā)電的化學(xué)深層本質(zhì)分析,燃燒,氧化還原反應(yīng),氧化劑與還原劑之間發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移,火力發(fā)電,將化學(xué)能經(jīng)一系列能量轉(zhuǎn)化為電能,舊鍵斷裂和新鍵形成、體系能量變化,過程,關(guān)鍵,本質(zhì),本質(zhì),引起,火力發(fā)電

2、優(yōu)點(diǎn),a.我國煤炭資源豐富,廉價方便. b.電能清潔安全,又快捷方便,火力發(fā)電缺點(diǎn),a.排出大量的溫室效應(yīng)氣體. b.有廢氣可能導(dǎo)致酸雨 c.廢料廢水 d.儲量有限 e.能量轉(zhuǎn)換效率低,化學(xué)能 電能,1、當(dāng)氧化劑和還原劑直接接觸進(jìn)行反應(yīng)時，化學(xué)能要經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)換才能轉(zhuǎn)換為電能。 2、把氧化劑和還原劑分開，使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在兩個不同區(qū)域進(jìn)行。 3、需要在氧化劑和還原劑之間架設(shè)橋梁使電子從氧化劑區(qū)域流向還原劑區(qū)域。 4、考慮氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)發(fā)生的條件和環(huán)境，化學(xué)物質(zhì)的選擇。 5、從電學(xué)角度考慮儀器選擇和組裝問題,鋅表面有氣泡產(chǎn)生，銅表面無明顯現(xiàn)象,1.反應(yīng)中，哪種物質(zhì)失電子，哪種物質(zhì)得電

3、子,用導(dǎo)線將鋅表面的電子引出來,Zn +2H+ = Zn 2+ +H2,什么方法可使Zn與H+分開，不讓H+直接在Zn表面得電子,演示探究,Cu起傳導(dǎo)電子的作用。 可用電流表測電流及方向,Zn + 2H+ = Zn 2+ +H2,大量氣泡從銅片逸出，鋅片部分溶解,1.H+得到的電子是Cu失去的嗎？ 2.在這個過程中Cu起什么作用？ 3.你怎樣才能知道導(dǎo)線中有電子通過,演示探究,化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,1.電子從Zn到H+經(jīng)歷了哪些途徑？ 2.你認(rèn)為這個過程能量是如何轉(zhuǎn)化的,鋅表面無氣泡， 銅表面有氣泡， 電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn),實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：銅片上有氣泡產(chǎn)生，鋅片不斷溶 解，電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn),實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

4、導(dǎo)線中有電流通過,二.化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,1.原電池的概念、前提,將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,概念,2.前提,能自發(fā)發(fā)生氧化還原反應(yīng),3.原電池的工作原理,能量轉(zhuǎn)變,化學(xué)反應(yīng),將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移 (負(fù)極失去電子經(jīng)過導(dǎo)線定向的流入正極,Zn-2e-=Zn2,2H+2e-=H2,Zn+2H+=Zn2+H2,負(fù)極,正極,還原反應(yīng),氧化反應(yīng),失,得,Zn2e- Zn2,2H+ + 2e-H2,負(fù)極,正極,Zn+2H+Zn2+H2,有氣體產(chǎn)生,Zn片溶解,鋅銅原電池原理,負(fù)極出電子，電子回正極,Zn2,負(fù)極,正極,Zn,Cu,電流表,4.原電池化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)： 較活潑的金屬發(fā)生

5、氧化反應(yīng)，電子從較活潑的金屬（負(fù)極）通過外電路流向較不活潑的金屬（正極,氧化還原反應(yīng),外電路：電子由負(fù)極流向正極， 電流由正極流向負(fù)極 內(nèi)電路：陰離子移向負(fù)極，陽離 子移向正極，電流由負(fù) 極流向正極,5.電荷流向電流流向,負(fù)極,正極,6.原電池形成條件,兩種活潑性不同的金屬（或其中一種為能導(dǎo)電的非金屬，如“碳棒”）作電極。 其中較活潑金屬為負(fù)極。較不活潑金屬（或非金屬）為正極（正極一般不參與電極反應(yīng)，只起導(dǎo)電作用）。 電解質(zhì)溶液 形成閉合電路 能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng),兩極一液一連線,試著說說原電池的構(gòu)成有什么條件,實(shí)驗(yàn)探究,偏轉(zhuǎn),兩極材料不同,有兩種活潑性不同的金 屬（或非金屬）作電極,不偏

6、轉(zhuǎn),實(shí)驗(yàn)探究,不偏轉(zhuǎn),溶液不同,電極材料均插入 電解質(zhì)溶液中,偏轉(zhuǎn),實(shí)驗(yàn)探究,不偏轉(zhuǎn),電極材料不同,能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng),不偏轉(zhuǎn),容器不同,兩極相連形成閉合回路,實(shí)驗(yàn)探究,C,H2SO4,不可以,不可以,可以,不可以,例2,條件一：有活潑性不同的兩種金屬或非金屬,可以,不可以,形成條件二：電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中,實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件,實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件,形成條件三：必須形成閉合回路,不可以,7.如何書寫電極反應(yīng)方程式,負(fù)極（鋅片）： Zn 2e - = Zn 2,負(fù)極（鋅片）： Zn 2e - = Zn 2,正極（石墨）： 2H+2e - = H2,正極（銅片）： Cu2+ +

7、2e - = Cu,總反應(yīng): Zn + 2H+ = Zn 2+ + H2,總反應(yīng): Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu,電極反應(yīng)方程式的書寫方法,負(fù)極：較活潑金屬（a） 電極反應(yīng)：a-ne-=an+ (氧化反應(yīng)) 正極：較不活潑金屬或非金屬（b） 電極反應(yīng)： Cm+ + me- = C(還原反應(yīng)) 要求書寫時，正負(fù)極得失電子數(shù)相等,正極電極反應(yīng)式+負(fù)極電極反應(yīng)式=總反應(yīng)方程式 已知其中兩個可以求第三個 金屬陽離子放電順序： K+Ca2+Na+Mg2+Al3+(水中氫) H+ Zn2+Fe2+Sn2+Pb2+(酸中氫)H+Cu2+ Fe3+ Hg2+Ag,特例,鎂鋁原電池硫酸作電解質(zhì)的

8、電極反應(yīng)式是什么？還有氫氧化鈉作電解質(zhì)又怎么寫？ 硫酸做電解質(zhì)：負(fù)極：Mg-2e-=Mg2+正極：2H+2e- =H2總反應(yīng)：Mg+ 2H+ =Mg2+ + H2 NaOH做電解質(zhì)：負(fù)極：2Al-6e-+8OH- = 2AlO2-+4H2O正極：6H2O+6e-=3H2 + 6OH- 總反應(yīng)： 2Al+2OH- +2H2O = 2AlO2- + 3H2,Zn-Al原電池，誰做負(fù)極,小結(jié),化 學(xué) 能 與 電 能,間接,直接,裝置,原電池,概 念,構(gòu)成條件,工作原理,8.原電池電極名稱的確定方法,1）、根據(jù)電極材料的性質(zhì)確定,通常是活潑金屬是負(fù)極，不活潑金屬、碳棒、化合物是正極,2）、根據(jù)電極反應(yīng)

9、的本身確定,失電子的反應(yīng)氧化反應(yīng)負(fù)極 得電子的反應(yīng)還原反應(yīng)正極,練習(xí)：銀鋅電池是廣泛用作各種電子儀器的電源，它的反應(yīng)可表示為：Ag2O+Zn+H2O 2Ag+2Zn(OH)2請判斷此電池中，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（ ） A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn,D,3）、根據(jù)電子或電流流動方向（外電路,e,e,4）、根據(jù)離子的定向移動（內(nèi)電路,陽離子向正極移動,陰離子向負(fù)極移動,5）、根據(jù)離子方程式判斷,負(fù)極,在正極,6）、負(fù)極往往會溶解，正極往往會產(chǎn)生氣泡或者增重,9. 原電池原理的應(yīng)用,制作化學(xué)電源：各種電池 加快反應(yīng)速率： 例如:實(shí)驗(yàn)室制H2時，由于鋅太純，反應(yīng)一般較慢，可加

10、入少量CuSO4以加快反應(yīng)速率。 判斷金屬活動性的強(qiáng)弱 揭示鋼鐵腐蝕的原因及防止鋼鐵的腐蝕。 因?yàn)殇撹F中含有碳，可與Fe組成原電池，發(fā)生原電池反應(yīng)而使鋼鐵遭到腐蝕,鋼鐵的電化學(xué)腐蝕方程式：吸氧，析氫,析氫腐蝕:條件:水膜酸性較強(qiáng)負(fù)極:Fe-2e -=Fe2+正極:2H+ +2e -=H2析氧腐蝕:條件:水膜酸性較弱或呈中性負(fù)極:Fe-2e- =Fe2+正極:2H2O+O2+4e-=4OH- Fe2+2OH-=Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O,10.原電池設(shè)計思路,釋放能量的氧化還原反應(yīng)（放熱反應(yīng),通常須兩活性不同的電極,

11、電解質(zhì)溶液,還原劑在負(fù)極失電子，發(fā)生氧化反 應(yīng)；氧 化劑在正極得電子,發(fā)生還原反應(yīng),化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化,例：請根據(jù)反應(yīng): 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+ 設(shè)計原電池，你有哪些可行方案,Fe-Cu FeCl3,Fe-C Fe(NO3)3,Fe-Ag Fe2(SO4)3,根據(jù)反應(yīng)設(shè)計原電池，你有哪些可行方案? （ 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+,Fe,Cu C Ag,FeCl3 Fe(NO3)3 Fe2(SO4)3,鋅片插入稀硫酸中，被腐蝕。（化學(xué)腐蝕,鋅片在鋅,銅（稀硫酸）原電池中作為負(fù)極，也被腐蝕。（電化學(xué)腐蝕,哪個更快,原電池的負(fù)極被腐蝕得更快,分析鋅,鐵（稀硫酸）原

12、電池中的電極反應(yīng),你感受到作為正極，鐵被保護(hù)了嗎,原電池的金屬正極被保護(hù),1.下列裝置中能組成原電池形成電流的是(,習(xí)題一,C,原電池的判斷,2.某金屬能跟稀鹽酸作用放出氫氣，該金屬與鋅組成原電池時，鋅為負(fù)極，此金屬是( ) A.Mg B.Fe C.Al D.Cu,原電池的工作原理,B,3.由銅鋅和稀硫酸組成的原電池工作時，電解質(zhì)溶液的 PH( ) A.不 B先變大后變小 C逐漸變大 D.逐漸變小,C,習(xí)題二,習(xí)題三,5.一個電池反應(yīng)的離子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu, 該反應(yīng)的的原電池正確組合是(,C,原電池構(gòu)成條件,習(xí)題四,4.把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩

13、兩相連組成原電池。若a、b相連時，a為負(fù)極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時，c極上產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動性順序由強(qiáng)到弱的為( ) Aa b c d Ba c d b Cc a b d Db d c a,B,利用原電池電極判斷金屬性強(qiáng)弱,可是令她百思不解的是自從車禍后,她常常感到頭暈、頭痛、夜間失眠、心情煩躁醫(yī)生絞盡了腦汁，格林太太的病情仍未見好轉(zhuǎn) 一位年輕的化學(xué)家來看望格林太太時，為格林太太揭開了病因,請你當(dāng)醫(yī)生,病 例 分 析,你能為她開一個藥方嗎,三、發(fā)展中的化學(xué)電源,鋰電池,鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬

14、作負(fù)極相比較，使用壽命大大延長,干電池,堿性電池,1、干電池結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)原理,1）干電池結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)原理,負(fù)極：Zn 2e- = Zn2,正極：2NH4+ + 2e- = 2NH3+H2,Zn + 2NH4+ = Zn2+2NH3+H2,電池總反應(yīng)式,特點(diǎn),a：一次性電池，不可逆 b：用KOH代替NH4Cl能提高 性能，延長壽命,汽車用蓄電池,鋰離子電池,鋰離子電池：它是新一代可充電的綠色電池，現(xiàn)已成為筆記本電腦、移動電話、攝像機(jī)等低功耗電器的主流,2.充電電池,2）充電電池(又稱二次電池,Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O (-) (,負(fù)極: Pb +S

15、O42- - 2e- = PbSO4,Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- = 2PbSO4 + 2H2O,正極:PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O,鉛蓄電池,特點(diǎn),電池總反應(yīng)式,二次電池,可再次充電使用,鎳鉻電池,特點(diǎn)：比鉛蓄電池耐用，可密封反復(fù)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）2（S,3.新型燃料電池,燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時，不斷從外界輸入，同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池,

16、高二化學(xué)氫氧燃料電池實(shí)驗(yàn)視頻.mp4,氫氧燃料電池,燃料電池,氫氧燃料電池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)怎么寫,氫氧燃料電池（中性介質(zhì)）正極：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-負(fù)極：2H2 - 4e- = 4H+ 總反應(yīng)式：2H2 + O2 = 2H2O氫氧燃料電池（酸性介質(zhì)）正極：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O負(fù)極：2H2 - 4e- = 4H+總反應(yīng)式：2H2 + O2 = 2H2O氫氧燃料電池（堿性介質(zhì)）正極：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 負(fù)極：2H2 - 4e- + 4OH- = 4H2O總反應(yīng)式：2H2 + O2 = 2H2O,例2, 寫出甲烷燃料電池（電解質(zhì)溶液為氫氧 化鉀溶液）的電極反應(yīng)式及總方程式,正極： 2O2 + 8e- + 4H2O = 8OH- 負(fù)極 CH4 + 10OH- -8e- = CO32- + 7H2O 總反應(yīng)：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O,反應(yīng)后溶液的pH