化學能與電能第一課時

1、第二節(jié)第二節(jié) 化學能與電能化學能與電能 第一課時第一課時2022-3-12 探究探究分析分析火力發(fā)電利與弊分析。火力發(fā)電利與弊分析。要素：要素： (1)(1)電力在當今社會的應(yīng)用和作用。電力在當今社會的應(yīng)用和作用。 (2)(2)我國目前和未來發(fā)電總量構(gòu)成。我國目前和未來發(fā)電總量構(gòu)成。 (3)(3)火力發(fā)電的原理分析。火力發(fā)電的原理分析。（4 4）火力發(fā)電對環(huán)境的污染。）火力發(fā)電對環(huán)境的污染。 (5)(5)燃燒的氧化還原反應(yīng)本質(zhì)。燃燒的氧化還原反應(yīng)本質(zhì)。2001年我國發(fā)電量構(gòu)成圖年我國發(fā)電量構(gòu)成圖 資料：若用火力資料：若用火力發(fā)電每年可向空發(fā)電每年可向空氣中排放二氧化氣中排放二氧化碳碳1 1億噸

2、，二氧化億噸，二氧化硫硫200200萬噸，一氧萬噸，一氧化碳化碳1 1萬噸，氮氧萬噸，氮氧化合物化合物3737萬噸，萬噸，工業(yè)廢渣約工業(yè)廢渣約12001200萬噸以上。萬噸以上。 火力發(fā)電廠工作原理火力發(fā)電廠工作原理 火力發(fā)電廠能量轉(zhuǎn)化：火力發(fā)電廠能量轉(zhuǎn)化：化學能化學能熱能熱能機械能機械能電能。電能。問題：問題： 燃燒反應(yīng)是否是氧化還原反應(yīng)？氧化燃燒反應(yīng)是否是氧化還原反應(yīng)？氧化還原反應(yīng)的還原反應(yīng)的本質(zhì)本質(zhì)又是什么？又是什么？氧化劑與還原劑之間發(fā)生氧化劑與還原劑之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移電子轉(zhuǎn)移，引起化，引起化學鍵的重新結(jié)合，伴隨體系能量的變化。學鍵的重新結(jié)合，伴隨體系能量的變化。思考：能否將化學能直接轉(zhuǎn)

3、化為電能？思考：能否將化學能直接轉(zhuǎn)化為電能？ 提問提問 大家看到了什么大家看到了什么現(xiàn)象？現(xiàn)象？動動手做實驗, 將將Zn片插入片插入H2SO4溶液溶液中有什么現(xiàn)象？為什么？中有什么現(xiàn)象？為什么？, 將將Cu片插入片插入H2SO4溶液溶液中有什么現(xiàn)象？為什么？中有什么現(xiàn)象？為什么？演示探究演示探究，若將若將Zn片片,Cu片用一導(dǎo)線片用一導(dǎo)線連接再浸在連接再浸在H2SO4溶液中，有溶液中，有什么現(xiàn)象？為什么？什么現(xiàn)象？為什么？，將一將一Zn片片,Cu片平行插入片平行插入H2SO4溶液中，有什么現(xiàn)象？溶液中，有什么現(xiàn)象？為什么？為什么？，導(dǎo)線間接一電流計有何導(dǎo)線間接一電流計有何現(xiàn)象產(chǎn)生？為什么？現(xiàn)象

4、產(chǎn)生？為什么？，用一干電池連接電流計用一干電池連接電流計驗證電子流向，確定驗證電子流向，確定Zn片片, Cu片的正負極是怎樣的？片的正負極是怎樣的？的的化學能化學能 轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為裝置裝置就叫就叫 原電池原電池。把把電能電能原電池原電池、鋅片：鋅片： ZnZn2e2eZnZn2+2+（氧化反應(yīng)）（氧化反應(yīng)）銅片：銅片： 2H2H+ +2e+2eH H2 2（還原反應(yīng)）（還原反應(yīng)） 電子由鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片電子由鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片練習：寫出練習：寫出中中 鋅片和銅片上變化的離子方程鋅片和銅片上變化的離子方程式、反應(yīng)類型及電子流向。式、反應(yīng)類型及電子流向。 原電池的工作原理是什么？原電池的工作原理是

5、什么？氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)Zn-2e-=Zn2+ 銅鋅原電池銅鋅原電池電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液失失e,沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生還原反應(yīng)還原反應(yīng)2H+2e-=H2陰離子陰離子陽離子陽離子總反應(yīng)：總反應(yīng)：負極負極正極正極 2H+2e-=H2Zn2e-=Zn2+Zn+2H+=Zn2+H2Zn+H2SO4=ZnSO4+H2(離子方程式）離子方程式）（化學方程式）（化學方程式）電極反應(yīng)電極反應(yīng)正極：正極：負極：負極：（氧化反應(yīng)）（氧化反應(yīng)）（還原反應(yīng)）（還原反應(yīng)）ZnFeCCuCZnFeZn稀稀H2 SO4稀稀H2 SO4稀稀H2 SO4乙醇乙醇GGGG 按下列要求進行實驗，觀察現(xiàn)象解釋原因

6、。按下列要求進行實驗，觀察現(xiàn)象解釋原因。探究實驗探究實驗ZnZnZnFe稀H2 SO4稀H2 SO4GG 若兩個電極分若兩個電極分別插在兩個西紅別插在兩個西紅柿上呢？柿上呢？2、構(gòu)成原電池的條件是什么？、構(gòu)成原電池的條件是什么？（3）兩電極都）兩電極都插入電解質(zhì)溶液插入電解質(zhì)溶液（酸、堿、鹽）（酸、堿、鹽）中構(gòu)成中構(gòu)成閉合回路閉合回路 。（4）在電極表面發(fā)生有電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)，）在電極表面發(fā)生有電子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)，即即氧化還原反應(yīng)。氧化還原反應(yīng)。（1）有活潑性）有活潑性不同不同的的兩種金屬兩種金屬或者或者一種金一種金屬屬與與一種非金屬導(dǎo)體（如石墨）一種非金屬導(dǎo)體（如石墨）做電極，做電極，(2) 兩電

7、極用導(dǎo)線連接或直接接觸。兩電極用導(dǎo)線連接或直接接觸。明明 確確、正負兩極上進出電子總數(shù)相等，椐此正負兩極上進出電子總數(shù)相等，椐此電子電子守恒守恒原理可進行兩極上物質(zhì)變化的計算。原理可進行兩極上物質(zhì)變化的計算。、利用原電池原理利用原電池原理 可可制作各種電池制作各種電池，如干，如干電池、鉛蓄電池、銀鋅電池、鋰電池、氫電池、鉛蓄電池、銀鋅電池、鋰電池、氫氧燃料電池氧燃料電池。原電池的工作原理是將氧化、還原兩反應(yīng)原電池的工作原理是將氧化、還原兩反應(yīng)分割在正負兩極分割在正負兩極同時不同地同時不同地進行，電子從進行，電子從負極定向流入正極，從而產(chǎn)生了電流。負極定向流入正極，從而產(chǎn)生了電流。練練習習判斷下

8、列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，請說明理由；若是，請指出正負極名稱，并請說明理由；若是，請指出正負極名稱，并寫出電極反應(yīng)式寫出電極反應(yīng)式.()()()2H+2e-H2負極：負極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：正極正極：Zn2e-Zn2+Zn+2H+Zn2+H2()()負極負極：正極正極：總總反應(yīng)反應(yīng)：正極：正極：負極負極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn2e-Zn2+2H+2e-H2Zn+2H+Zn2+H2Fe2e-Fe2+Cu2+2e-CuFe+Cu2+Fe2+CuFe+CuSO4Cu+FeSO4 ()()負極：負極：正極：正極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn2e-Zn2+Cu2+2e-C

9、uZn+Cu2+Zn2+Cu或或 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu()()負極：負極：正極：正極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：Fe2e-Fe2+2H+2e-H2Fe+2H+ Fe2+H2或或 Fe+H2SO4FeSO4+H22.如圖所示，在鐵圈和銀圈的焊接處，用一根棉線將其懸在如圖所示，在鐵圈和銀圈的焊接處，用一根棉線將其懸在盛水的燒杯中，使之平衡；小心的向燒杯中央滴入盛水的燒杯中，使之平衡；小心的向燒杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可觀察到的現(xiàn)象是溶液，片刻后可觀察到的現(xiàn)象是( D )A. 鐵圈和銀圈左右搖擺不定；鐵圈和銀圈左右搖擺不定；B. 保持平衡狀態(tài)；保持平衡狀態(tài)；C. 鐵圈向下傾斜；鐵圈向下傾斜

10、；D. 銀圈向下傾斜；銀圈向下傾斜；思考思考 什么類型的化學反應(yīng)可設(shè)計成原電池？什么類型的化學反應(yīng)可設(shè)計成原電池？ 理論上講，常溫下可自發(fā)進行的理論上講，常溫下可自發(fā)進行的氧化氧化還原反應(yīng)還原反應(yīng)都能設(shè)計成原電池。都能設(shè)計成原電池。2022-3-122普通鋅錳電池普通鋅錳電池堿性電池堿性電池 鎳鎳鎘鎘電電池池小型高性能燃料電池小型高性能燃料電池 鋰離子電池鋰離子電池 鎳氫電池鎳氫電池 發(fā)展中的化學電源2022-3-123 上圖是鋅錳干電池上圖是鋅錳干電池2022-3-124酸性干電池負極：負極：Zn 2e- - = Zn2+（負極）（負極）（正極）（正極）正極：正極：2NH4 4+ 2e- =

11、 2NH3+H2總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn +2NH4+= Zn2+ 2NH3+H22MnO2+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2其他干電池：其他干電池： 堿性鋅堿性鋅- -錳干電池、錳干電池、銀銀- -鋅紐扣電池等鋅紐扣電池等優(yōu)點：優(yōu)點：攜帶方便攜帶方便缺點：缺點：電量小，污染大電量小，污染大鋅筒鋅筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通鋅普通鋅- -錳干電池的結(jié)構(gòu)錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等2022-3-125 隨著用電器朝著隨著用電器朝著小型化、多功能化發(fā)小型化、多功能化發(fā)展的要求，對電池的展的要求，對電池的發(fā)展也提出了小型化、發(fā)展也提出了小型

12、化、多功能化發(fā)展的要求。多功能化發(fā)展的要求。 體積小、性能好的體積小、性能好的堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池應(yīng)運應(yīng)運而生。這類電池的重要特征是電解液由原來而生。這類電池的重要特征是電解液由原來的中性變?yōu)殡x子導(dǎo)電性更好的堿性，負極也由的中性變?yōu)殡x子導(dǎo)電性更好的堿性，負極也由鋅片改為鋅粉，反應(yīng)面積成倍增長，使放電電鋅片改為鋅粉，反應(yīng)面積成倍增長，使放電電流大幅度提高。流大幅度提高。2022-3-1262、蓄電池、蓄電池（1 1）鉛蓄電池）鉛蓄電池正極材料上正極材料上涂有棕褐色涂有棕褐色的的PbOPbO2 2，負極，負極材料是海綿材料是海綿狀的金屬鉛，狀的金屬鉛，兩極浸在兩極浸在H H2 2SOSO4 4

13、溶液中。溶液中。寫出電極反寫出電極反應(yīng)式。應(yīng)式。2022-3-127鉛蓄電池鉛蓄電池2022-3-128鉛蓄電池總反應(yīng)：總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2OPb+PbO2+4H+2SO42- -=2PbSO4+2H2O負極：負極：Pb- -2e- -+SO42- -=PbSO4正極：正極：PbO2+2e- -+4H+SO42- -=PbSO4+2H2O其他蓄電池：其他蓄電池：鎳鎳- -鎘蓄電池、銀鎘蓄電池、銀- -鋅蓄電池等鋅蓄電池等優(yōu)點：優(yōu)點：可反復(fù)使用可反復(fù)使用 缺點：缺點：污染大污染大2022-3-129鎘鎳電池鎘鎳電池NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+

14、Cd(OH)2 放放電電充充電電負極材料：負極材料：Cd Cd ，正極材料：涂有，正極材料：涂有NiONiO2 2 ，電解，電解質(zhì)：質(zhì)：KOHKOH溶液。反應(yīng)式如下：溶液。反應(yīng)式如下：2022-3-130銀鋅電池銀鋅電池正極殼填充正極殼填充AgAg2 2O O和石墨，負極蓋填充鋅汞合金，和石墨，負極蓋填充鋅汞合金，電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液KOHKOH。反應(yīng)式為：。反應(yīng)式為：2Ag+Zn(OH)2Ag+Zn(OH)2 2 Zn+Ag Zn+Ag2 2O+HO+H2 2O O 充電充電放電放電1970-1975, 開發(fā)了先進的銀鋅、鎳鎘電池技術(shù)。開發(fā)了先進的銀鋅、鎳鎘電池技術(shù)。 1975-1983,

15、為美國海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。為美國海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。 1979-1987,為為美國國家能源部發(fā)展電動車用的鎳鋅電池。美國國家能源部發(fā)展電動車用的鎳鋅電池。 1998-1992, 為美國海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水艇。為美國海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水艇。2022-3-131鋰電池鋰電池 鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作池的負極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負極相比較，使用壽命大大延長。負極相比較，使用壽命大大延長。2022-3-132氫氧燃料電池氫氧燃料電池2022-3-133氫氧燃料電池氫氧燃料電池航天技術(shù)上使用的一種電池，它具有高能、航天技術(shù)上使用的一種電池，它具有高能、輕便、環(huán)境友好等優(yōu)點。用輕便、環(huán)境友好等優(yōu)點。用PtPt做電極，做電極，KOHKOH溶液等做電解液，因其反應(yīng)與氫氧燃燒相似，溶液等做電解液，因其反應(yīng)與氫氧燃燒相似，故稱為氫氧燃燒電池。故稱為氫氧燃燒電池。2022-3-134Pt電極H2O2KOH2022-3-135燃料電池把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學能直接把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器能量轉(zhuǎn)換器”。2 H2 + O2 = 2 H