化学能与电能新.doc

【本周教学内容】化学能与电能。【重点内容讲解】知识回顾1、在化学反应中，物质中化学能的变化通常表现为热量的变化，即化学能与热能的相互转化。2、金属活动性顺序表：K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、（H）、Cu、Hg、Ag、Pt、Au 3、在氧化还原反应中：氧化剂得电子，发生还原反应，还原剂失电子，发生氧化反应。知识引入直接从自然界取得的能源称为一次能源，如流水、风力、原煤、石油、天然气、天然铀矿等。经过加工、转换得到的能源称为二次能源，如电力、蒸汽等。化石燃料主要包括原煤、石油、天然气等，属于非再生能源。燃煤发电的能量转换过程： 化学能热能机械能电能。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，又称电力。例如，日常生活中使用的手提电脑、手机、相机、摄像机这一切都依赖于电池的应用。那么，电池是怎样把化学能转变为电能的呢？氧化还原反应的本质是氧化剂与还原剂之间发生电子转移的过程，电子转移引起化学键的重新组合，伴随着体系能量的变化。要使氧化还原反应释放的能量不通过热能而直接转化为电能，就要设计一种装置，使氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行。把可产生的电能以化学能的形式储存起来，这就是原电池，这种装置可以将氧化还原反应的能量储存起来，类似于水库的蓄能。一、原电池工作原理及组成条件1、原电池的定义将化学能转变为电能的装置叫做原电池。2、原理以Zn(H2SO4)Cu原电池为例负极（一）：Zn - 2e = Zn2+（氧化反应）正极（+）：2H+ + 2e = H2(还原反应) 负极（-）：相对活泼金属失电子氧化反应电子流出正极（+）：相对不活泼金属得电子还原反应电子流入原电池工作原理相当于将氧化还原反应中电子转移通过用电器，产生电能，因此原电池的作用为将化学能转化成电能。3、组成条件：组成原电池必须具备三个条件：提供两个活泼性不同的电极（不活泼电极可以为石墨）两个电极必须直接和电解质溶液接触，电解质中阴离子向负极方向移，阳离子向正极方向移动，阴阳离子定向移动成内电路必须有导线将两电极连接，形成闭合通路二、根据氧化还原反应设计原电池步骤：（1）写出正极、负极电极反应式；（化合价升高在负极反应；化合价降低在正极反应。）（2）选正、负极材料，电解质溶液。负极：反应中失去电子的金属单质正极：选取活泼性比负极弱的金属或石墨（最好是石墨）电解质溶液：选取反应中含阳离子的电解质溶液三、原电池的应用（金属活泼性的判断）金属活动性顺序表；原电池的负极（电子流出的电极，质量减少的电极）的金属更活泼 ；原电池的正极（电子流入的电极，质量不变或增加的电极，冒气泡的电极）为较不活泼金属。四、发展中的化学电源1、干电池（锌锰电池）(1)普通锌锰电池 人们最早使用的化学电池是锌锰电池，它是一种一次性电池，放电之后不能充电（内部的氧化还原反应是不可逆的）。正极是石墨，负极是锌筒，电解质溶液是含MnO2和NH4Cl的淀粉糊。负极：Zn 2e - Zn 2+；参与正极反应的是MnO2和NH4+(2)碱性干电池将普通干电池中的电解质NH4Cl换成湿KOH，并在构造上作了改进。2、充电电池（二次电池）（1）铅蓄电池最早使用的充电电池是铅蓄电池，又称为电瓶，它在充放电时进行的氧化还原反应是可以逆向进行的，到一定周期终止。它是以Pb为负极，以PbO2为正极，以H2SO4溶液为电解质。铅蓄电池充电和放电的总化学方程式：放电时电极反应：负极：Pb + SO42-2e-PbSO4； 正极：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- PbSO4 + 2H2O(2)镍镉电池以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质，其寿命比铅蓄电池长，由于镍镉电池对健康和环境污染比较严重，人们又研制出了镍氢电池。(3)人们利用元素周期表中A族最轻的金属，制造了新一代可充电的绿色电池锂电池，其具有质量轻、电动势大、寿命长、没有记忆等特点，它广泛成为笔记本电脑、移动电话等低功耗电器的主流电源。3、燃料电池燃料燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，可以利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂 (如O2)反应所放出的热能直接转变为电能。燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置。燃料电池如果以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳，燃料电池与干电池和蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是用外加的设备，源源不断地提供燃料和氧化剂，使反应能连续进行。氢氧燃料电池：它是一种高效、不污染环境的发电装置。它的电极材料一般为活性电极，具有很强的催化活性，如铂电极，活性炭电极等。总反应：2H2 + O22H2O，电极反应为（电解质溶液为KOH溶液）：负极：2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O正极：O2 + 2H2O + 4e- =4OH-。小结1、化学电池的反应本质是氧化还原反应2、形成原电池四要素（构成条件的再理解）：（1）有两个活泼性不同的金属或非金属（石墨）作电极；（2）形成闭合电路；（3）能自发发生氧化还原反应；（4）有电解质溶液。【例题分析】1、下图各装置中，不能构成原电池的是解析：根据构成原电池的几个条件可以发现，D答案是错误的，没有构成闭合回路。答案：D2、 造地球卫星用到的一种高能电池银锌蓄电池，其电池的电极反应式为Zn+2OH-2e-=ZnO+H2，Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-。据此判断氧化银是 A.负极，并被氧化 B.正极，并被还原 C.负极，并被还原 D.正极，并被氧化解析：Ag2O反应后变为Ag，化合价降低被还原，发生还原反应，所以为正极答案：B3、 把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池:若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为正极；b、d相连时，b为正极。则这4种金属的活动性顺序由大到小可能为A. abcd B. acdb C. cabd D. bdca解析：在原电池中，较活泼的金属做负极。答案：B4、 随着人们生活质量的不断提高，废电池必需集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是A.利用电池外壳的金属材料B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源造成污染C.不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D.回收其中石墨电极解析：注意重金属的污染和回收利用。答案：B5、燃烧电池是利用燃烧（如H2、CO、CH4等）跟氧气或空气反应，将化学能转化为电能的装置。电解质溶液是强碱溶液。下列关于甲烷的燃料电池说法中正确的为：A.负极反应：O2+2H2O+4e-=4OH-B.负极反应：CH4+10OH-8e-=CO32-+7H2OC.随着放电进行，溶液的pH值增大D.放电时溶液中的阴离子向负极移动解析：负极应该发生氧化反应，所以A错误，B正确；反应消耗OH-所以PH减小，C错误，放电时，负极发生氧化反应失电子，生成的离子带正电，所以吸引溶液中的阴离子向负极移动。答案：BD6、阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池，其电池反应式为：2H2+O2=2H2O，电解质溶液为KOH溶液，反应保持在一定温度下，使生成H2O蒸发，下列叙述正确的是：A.H2为正极，O2