《化學(xué)能與電能》課件1

1、科學(xué)視野科學(xué)視野 按利用能源的形態(tài)（直接利用或加按利用能源的形態(tài)（直接利用或加工）分類：一次能源和二次能源。工）分類：一次能源和二次能源。一次能源：煤炭、石油、天然氣、水力、一次能源：煤炭、石油、天然氣、水力、風(fēng)能、風(fēng)能、 柴草、太陽輻射、地?zé)?、核燃柴草、太陽輻射、地?zé)?、核燃等等料等等料二次能源：電能、蒸汽、汽油、煤氣、二次能源：電能、蒸汽、汽油、煤氣、液化氣、液化氣?氫能、沼氣、火藥、水煤氣氫能、沼氣、火藥、水煤氣等等火電站火電站一次能源經(jīng)加工、轉(zhuǎn)換得到的能源稱為一次能源經(jīng)加工、轉(zhuǎn)換得到的能源稱為二次能源二次能源二次能源二次能源導(dǎo)入新課 前一節(jié)我們探討的主要是化學(xué)能前一節(jié)我們探討的主要是化

2、學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能問題，那么物質(zhì)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能問題，那么物質(zhì)的化學(xué)能能否轉(zhuǎn)化為電能，若能轉(zhuǎn)化，又是如能否轉(zhuǎn)化為電能，若能轉(zhuǎn)化，又是如何轉(zhuǎn)化？何轉(zhuǎn)化？一、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能一、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能利用煤、石油、天然利用煤、石油、天然氣等自然界蘊(yùn)藏極為氣等自然界蘊(yùn)藏極為豐富的化石燃料來發(fā)豐富的化石燃料來發(fā)電稱為電稱為火力發(fā)電火力發(fā)電。2001我國發(fā)電總量構(gòu)成圖我國發(fā)電總量構(gòu)成圖1、火力發(fā)電、火力發(fā)電（1 1）火力發(fā)電工作原理示意圖）火力發(fā)電工作原理示意圖化學(xué)能化學(xué)能 熱能機(jī)械能電能熱能機(jī)械能電能燃燒燃燒蒸汽蒸汽發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)（2 2）火力發(fā)電的缺點：）火力發(fā)電的缺點：產(chǎn)生煙塵和廢氣，造成空氣污染；產(chǎn)生煙塵

3、和廢氣，造成空氣污染；SOSO2 2形成酸雨；形成酸雨；COCO2 2加劇溫室效應(yīng)；加劇溫室效應(yīng)；煤炭儲量有限，是非再生能源；煤炭儲量有限，是非再生能源；經(jīng)經(jīng)多次多次轉(zhuǎn)換，能量損耗大，燃料的利用率低。轉(zhuǎn)換，能量損耗大，燃料的利用率低。（3）火力發(fā)電的化學(xué)深層本質(zhì)分析）火力發(fā)電的化學(xué)深層本質(zhì)分析燃燒燃燒氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)氧化劑與還原劑之間發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移氧化劑與還原劑之間發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移火力發(fā)電火力發(fā)電將化學(xué)能經(jīng)一系列能量轉(zhuǎn)化為電能將化學(xué)能經(jīng)一系列能量轉(zhuǎn)化為電能舊鍵斷裂和新鍵形成、體系能量變化舊鍵斷裂和新鍵形成、體系能量變化過程過程關(guān)鍵關(guān)鍵本質(zhì)本質(zhì)本質(zhì)本質(zhì)引起引起質(zhì)疑 氧化劑與還原劑直接接觸進(jìn)

4、行反應(yīng)時，氧化劑與還原劑直接接觸進(jìn)行反應(yīng)時，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再進(jìn)過一系列能量轉(zhuǎn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再進(jìn)過一系列能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)才能轉(zhuǎn)化為電能。這樣能源利用率換環(huán)節(jié)才能轉(zhuǎn)化為電能。這樣能源利用率低?？傻汀？刹豢梢允寡趸€原反應(yīng)釋放的能量不可以使氧化還原反應(yīng)釋放的能量不通過熱能而直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苣兀坎煌ㄟ^熱能而直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苣?？思考與交流 1 1、要使氧化還原反應(yīng)釋放的能量不、要使氧化還原反應(yīng)釋放的能量不通過熱能而直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，所要解決通過熱能而直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，所要解決的第一問題是什么？的第一問題是什么？ 2 2、若將氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)分開在、若將氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)分開在不同區(qū)域進(jìn)行，那么，怎樣假設(shè)橋

5、梁使電不同區(qū)域進(jìn)行，那么，怎樣假設(shè)橋梁使電子從還原劑區(qū)域轉(zhuǎn)移到氧化劑區(qū)域，同時子從還原劑區(qū)域轉(zhuǎn)移到氧化劑區(qū)域，同時形成電流？形成電流？ 3 3、怎樣知道所架設(shè)的橋梁中有電子、怎樣知道所架設(shè)的橋梁中有電子流過？流過？ 現(xiàn)象現(xiàn)象銅片插入稀硫酸銅片插入稀硫酸鋅片插入稀硫酸鋅片插入稀硫酸鋅片和銅片上端鋅片和銅片上端連接在一起插入連接在一起插入稀硫酸稀硫酸實驗實驗24：用鋅片、銅片、稀硫酸、用鋅片、銅片、稀硫酸、燒杯、電流表、導(dǎo)線等按要求完成實燒杯、電流表、導(dǎo)線等按要求完成實驗。驗。銅片上無氣泡銅片上無氣泡鋅片上有氣泡鋅片上有氣泡銅片上有氣泡銅片上有氣泡, 鋅片溶解鋅片溶解,電流表電流表指針偏轉(zhuǎn)指針偏轉(zhuǎn)

6、：把把化學(xué)能化學(xué)能轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)化成電電能能的裝置的裝置原電池原電池2 2、原電池、原電池（1）定義（氧化反應(yīng)）（氧化反應(yīng)）（還原反應(yīng)）（還原反應(yīng)） （Zn）：）： Zn 2e- = Zn2+（Cu）：）：2H+2e- = H2 （銅片在這里起（銅片在這里起傳導(dǎo)電子傳導(dǎo)電子的作用）的作用）電極反應(yīng)式：電極反應(yīng)式：Zn+HZn+H2 2SOSO4 4=ZnSO=ZnSO4 4+H+H2 2電極總反應(yīng)：電極總反應(yīng)： ZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4原電池的工作原理：原電池的工作原理：負(fù)極負(fù)極正極正極（2）原電池工作原理）原電池工作原理：電子由負(fù)極流向正極，電子由負(fù)極流向正極， 電子與電流流向：

7、電子與電流流向：學(xué)與問學(xué)與問 ：陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極， 外電路外電路內(nèi)電路內(nèi)電路（3）原電池中電極的名稱）原電池中電極的名稱：電子流出的一極：電子流出的一極發(fā)生氧化反應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)：電子流入的一極：電子流入的一極發(fā)生還原反應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)負(fù)極負(fù)極正極正極電流由正極流向負(fù)極。電流由正極流向負(fù)極。電流由負(fù)極流向正極。電流由負(fù)極流向正極。 通過剛才的實驗我們可以體會到通過剛才的實驗我們可以體會到,化學(xué)化學(xué)能在原電池裝置中可以直接轉(zhuǎn)化為電能能在原電池裝置中可以直接轉(zhuǎn)化為電能,那那么么,符合什么條件的裝置符合什么條件的裝置才能構(gòu)成原電池呢才能構(gòu)成原電池呢?實驗探究

8、形成原電池的條件實驗探究形成原電池的條件活潑性不同的兩個電極活潑性不同的兩個電極負(fù)極：負(fù)極：較活潑的金屬較活潑的金屬正極：正極：較不活潑的金屬、石墨、金屬氧化物等較不活潑的金屬、石墨、金屬氧化物等形成條件一：形成條件一：形成條件二：形成條件二：電極材料均浸入電解質(zhì)溶液中電極材料均浸入電解質(zhì)溶液中形成條件三：形成條件三：必須形成閉合回路必須形成閉合回路一個自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)一個自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng) u2H2H+ + +Zn = H+Zn = H2 2 + Zn + Zn2+2+ 形成條件四：形成條件四：（4）構(gòu)成原電池的條件）構(gòu)成原電池的條件( 1 )( 1 )有兩種活動性不同的金屬或一種

9、有兩種活動性不同的金屬或一種 是非金屬單質(zhì)或金屬氧化物作電極。是非金屬單質(zhì)或金屬氧化物作電極。 （2 2）電極材料均插入電解質(zhì)溶液中。）電極材料均插入電解質(zhì)溶液中。 （3 3）兩極相連形成閉合電路。）兩極相連形成閉合電路。 （4 4）能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。）能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。下列各裝置能否形成原電池反應(yīng)？ ZnCuH2SO4 ZnCu 酒精酒精CuAgAgNO3CuZnH2SO4CuCuH2SO4CuZnCuSO4 ZnSO4CuZn CuSO4ZnSO4XXX練習(xí)：練習(xí)： 你能為她開一個藥方嗎？你能為她開一個藥方嗎？（5）如何書寫電極反應(yīng)方程式）如何書寫電極反應(yīng)方程式負(fù)極：負(fù)極：

10、 Zn -2e- = Zn 2+正極：正極： Cu2+ + 2e - = Cu 總反應(yīng)總反應(yīng): Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu CuAgAgNO3溶液溶液負(fù)極：負(fù)極：Cu-2e-Cu2+正極：正極：2Ag2Ag+ + + 2e- = 2Ag2AgCuSO4溶液溶液 NaCl溶液溶液負(fù)極：負(fù)極：2 2FeFe-4-4e- =2FeFe2+2+正極：正極：O2+2H2O+4 4e- =4OH-NaOH溶液溶液 請判斷右邊原電池的正、負(fù)極？請判斷右邊原電池的正、負(fù)極？并寫出并寫出電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式負(fù)極：負(fù)極：2Al +8OH2Al +8OH- - -6e-6e- - =2AlO=2A

11、lO2 2- -+4H+4H2 2O O正極正極：6H6H2 2O+6eO+6e- - =6OH=6OH- -+3H+3H2 2 練習(xí)練習(xí)： 利用利用Cu+2FeCl3 =CuCl2 +2FeCl2設(shè)計設(shè)計一個原電池，畫出示意圖，寫出電極反應(yīng)。一個原電池，畫出示意圖，寫出電極反應(yīng)。AFeClFeCl3 3溶液溶液負(fù)極：負(fù)極：Cu-2e-Cu2+正極：正極：2 Fe Fe3+3+2+2e- 2FeFe2+2+（6）原電池原理的應(yīng)用）原電池原理的應(yīng)用加快反應(yīng)速率加快反應(yīng)速率 例如，實驗室制例如，實驗室制H2時，可加入少量時，可加入少量CuSO4以加快反應(yīng)速率。以加快反應(yīng)速率。判斷金屬活動性的強(qiáng)弱判

12、斷金屬活動性的強(qiáng)弱 在一個原電池中作負(fù)極的金屬比作正極的在一個原電池中作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑金屬活潑 金屬溶解的一極比冒出氣體或金屬附著的金屬溶解的一極比冒出氣體或金屬附著的一極的金屬活潑性要強(qiáng)一極的金屬活潑性要強(qiáng)制作化學(xué)電源制作化學(xué)電源二、發(fā)展中的化學(xué)電源負(fù)極：負(fù)極：Zn - 2e- Zn2+正極：正極：2MnO2+2NH4+2e-Mn2O3+2NH3H2O負(fù)極：負(fù)極：Zn +2OH- -2e- Zn(OH)2正極：正極：2MnO2+2H2O+2e-MnO(OH)+ 2OH-Zn +2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)21、干電池、干電池酸性鋅錳電池酸性鋅錳電池堿性鋅錳

13、電池堿性鋅錳電池2、充電電池（又稱二次電池）、充電電池（又稱二次電池）（1）鉛蓄電池）鉛蓄電池鎳鎳鎘電池的負(fù)極為金屬鎘鎘電池的負(fù)極為金屬鎘(Cd)，正極為正極為NiO(OH)，電解液為，電解液為KOH溶液。溶液。負(fù)極：負(fù)極： Cd 2OH- 2e- Cd(OH)2正極：正極：2 2NiO(OH)2H2O2e- 2Ni(OH)2 2OH-總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：Cd2NiO(OH)2H2O 2Ni(OH)2Cd(OH)2(2)(2)鎳鎳鎘可充電電池鎘可充電電池 鋰離子充電電池鋰離子充電電池鋰亞硫電池：它使用金屬鋰亞硫電池：它使用金屬(Li)和石墨作電極，和石墨作電極，金屬鋰金屬鋰(Li)作負(fù)極，四氯

14、化鋁鋰作負(fù)極，四氯化鋁鋰(LiAlCl4)溶溶解在亞硫酰氯解在亞硫酰氯(SOCl2) 組成的電解質(zhì)溶液中，組成的電解質(zhì)溶液中，亞硫酰氯亞硫酰氯(SOCl2) 也作正極反應(yīng)物。也作正極反應(yīng)物。正極：正極：3SOCl28e-6Cl-SO32- 2S負(fù)極：負(fù)極：8Li8e- 8Li+ 總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：8Li3SOCl2 6LiClLi2SO32S鋰離子充電電池鋰離子充電電池負(fù)極負(fù)極： 2H2-4e-=4H+正極：正極：O2+4H+4e-=2H2O酸性氫氧燃料電池酸性氫氧燃料電池負(fù)極：負(fù)極：2H24OH-4e-4H2O正極：正極：O22H2O4e-4OH-堿性氫氧燃料電池堿性氫氧燃料電池銀銀鋅蓄電

15、池：正極殼填充鋅蓄電池：正極殼填充Ag2O和石墨，負(fù)和石墨，負(fù)極蓋填充鋅汞合金，電解液為極蓋填充鋅汞合金，電解液為KOH溶液。溶液。正極：正極：Ag2OH2O2e-2Ag2OH-負(fù)極：負(fù)極：Zn2OH- 2e- ZnOH2O總反應(yīng)式：總反應(yīng)式：Ag2OZnH2O 2AgZn(OH)2空氣電池空氣電池廢電池對環(huán)境的危害廢電池對環(huán)境的危害 電池中含有汞、鎘、鉛等有毒金屬。隨意電池中含有汞、鎘、鉛等有毒金屬。隨意丟棄廢電池會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。丟棄廢電池會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。有關(guān)資料顯示：有關(guān)資料顯示：一粒鈕扣電池能污染一粒鈕扣電池能污染60萬升水（這是一個人一生的萬升水（這是一個人一生的用水量）。用水量）。一節(jié)一號電池埋在地里，能使平方米的土地失去一節(jié)一號電池埋在地里，能使平方米的土地失去使用價值使用價值 。 中國電池的年產(chǎn)量中國電池的年產(chǎn)量180180多億只，占世界電池多億只，占世界電池總產(chǎn)量的總產(chǎn)量的3