化学能与电能(精品)

1、第一节第一节 化学能与电能化学能与电能阅读课本阅读课本39页资料卡片能源的分类页资料卡片能源的分类一一 化学能转化为电能化学能转化为电能20012001年我国发电总量构成图年我国发电总量构成图火力发电占据绝大部分火力发电占据绝大部分什么是火力发电？什么是火力发电？火电站的工作原理如何火电站的工作原理如何? ?火电站从开始到结束能量是如何转化的？火电站从开始到结束能量是如何转化的？师生师生互动互动化石燃料化石燃料化学能化学能燃烧燃烧热能热能蒸汽蒸汽机械能机械能电能电能发电机发电机一一 原电池原电池 （1）定义定义 ：将化学能转变为电能的装置：将化学能转变为电能的装置【讨论】要有电能产生，必须产生

2、电流，如何形成电流？导线要有电能产生，必须产生电流，如何形成电流？导线中电流怎么产生？中电流怎么产生？哪类反应有电子转移？哪类反应有电子转移？是否只要有氧化还原反应就会有电流产生？从以下是否只要有氧化还原反应就会有电流产生？从以下几个装置讨论？几个装置讨论？试着说说原电池的构成有什么条件？试着说说原电池的构成有什么条件？A AZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4ZnZnH H2 2SOSO4 4A AZnZnCuCu酒精酒精ZnZnH H2 2SOSO4 4A ACuCuH H2 2SOSO4 4*A AZnZnZnZnH H2 2SOSO4 4A AZnZnCuCuHClHCl A A

3、C CCuCuHClHCl（2）原电池构成条件）原电池构成条件（1）两个活泼性不同的金属做电极）两个活泼性不同的金属做电极（4）能自发进行的氧化还原反应）能自发进行的氧化还原反应（2）有能导电的电解质溶液）有能导电的电解质溶液（3）形成闭合回路）形成闭合回路【讨论】氧化还原反应中电子怎么转移？氧化还原反应中电子怎么转移？物理上电子从负极流向正极，你能确定氧化还原反应物理上电子从负极流向正极，你能确定氧化还原反应中谁是负极，谁是正极么？中谁是负极，谁是正极么？负极发生什么反应，正极发生什么反应？负极发生什么反应，正极发生什么反应？还原剂还原剂氧化剂氧化剂负极负极正极正极氧化反应氧化反应还原反应还

4、原反应以原电以原电CU-Zn池为例池为例（3）原电池中电子）原电池中电子 离子移动方向离子移动方向（1）电子：由负极经外电路流向正极）电子：由负极经外电路流向正极（2）离子：阳离子向正极做定向移动）离子：阳离子向正极做定向移动 阴离子向负极做定向移动阴离子向负极做定向移动（4）电极反应式书写）电极反应式书写总反应：总反应：2H+2e-=H2Zn2e-=Zn2+Zn+2H+=Zn2+H2Zn+H2SO4=ZnSO4+H2(离子方程式）离子方程式）（化学方程式）（化学方程式）电极反应电极反应正极：正极：负极：负极：（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）（5）活泼金属单质一般做负极，参加电

5、活泼金属单质一般做负极，参加电极反应。极反应。 较不活泼的金属单质或金属氧化物较不活泼的金属单质或金属氧化物或石墨碳棒做正极，只有金属氧化物可能或石墨碳棒做正极，只有金属氧化物可能参加电池反应。一般溶液中的阳离子参加参加电池反应。一般溶液中的阳离子参加正极反应。正极反应。（6）原电池原理的应用）原电池原理的应用制作电池制作电池 金属防腐金属防腐 提高化学反应速率。提高化学反应速率。1. 1.下列装置中能组成原电池形成电流的是下列装置中能组成原电池形成电流的是( )( )AZnCuH2SO4CuZnA酒精酒精ZnH2SO4ACuH2SO4ACuCuH2SO42.2.某金属能跟稀盐酸作用放出氢气，

6、该金属某金属能跟稀盐酸作用放出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是( )( )A.Mg B.Fe C.Al D.CuA.Mg B.Fe C.Al D.Cu3.3.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的电解质溶液的 PH( )PH( )A.A.不不 B B先变大后变小先变大后变小 C C逐渐变大逐渐变大 D.D.逐渐变小逐渐变小C( )ABCD正极正极ZnCuCuFe负极负极CuZnZnZn电解质溶液电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl5.5.把把a a、b b、c c、d d四块金属片浸入稀硫酸

7、中，用四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若导线两两相连组成原电池。若a a、b b相连时，相连时，a a为为负极；负极；c c、d d相连时，电流由相连时，电流由d d到到c c；a a、c c相连时，相连时，c c极上产生大量气泡，极上产生大量气泡，b b、d d相连时，相连时，b b上有大量上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为的为( )( ) A Aa b c d Ba b c d Ba c d b a c d b C Cc a b d Dc a b d Db d c ab d c a 思考思考 什么类型的化学反应可设

8、计成原电池？什么类型的化学反应可设计成原电池？ 理论上讲，常温下可自发进行的理论上讲，常温下可自发进行的氧化氧化还原反应还原反应都能设计成原电池。都能设计成原电池。电极材料电子流向反应类型组 成 负 极 正 极 电解质相对活泼相对活泼的金属的金属流出电子流出电子氧化反应氧化反应酸酸、碱、碱或盐的或盐的溶液溶液相对不活泼的相对不活泼的金属金属（或能导（或能导电的非金属）电的非金属）流入电子流入电子还原反应还原反应原电池的组成原电池的组成 普通锌锰电池普通锌锰电池碱性电池碱性电池 镍镍镉镉电电池池小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池 锂离子电池锂离子电池 镍氢电池镍氢电池 二二 发展中的化学电源发

9、展中的化学电源 上图是锌锰干电池上图是锌锰干电池干电池负极：负极：Zn 2e- - = Zn2+（负极）（负极）（正极）（正极）2NH4 4+ 2e- = 2NH3+H2总反应：总反应：Zn +2NH4+= Zn2+ 2NH3+H22MnO2+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2正极：正极：锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌普通锌- -锰干电池的结构锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等干电池负极：负极：Zn 2e- - = Zn2+（负极）（负极）（正极）（正极）正极：正极：2NH4 4+ 2e- = 2NH3+H2总反应：总反应：Zn +

10、2NH4+= Zn2+ 2NH3+H22MnO2+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2其他干电池：其他干电池： 碱性碱性锌锌- -锰干电池、锰干电池、银银- -锌锌纽扣电池等纽扣电池等优点：优点：携带方便携带方便缺点：缺点：电量小，污染大电量小，污染大锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通锌普通锌- -锰干电池的结构锰干电池的结构NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等2、蓄电池、蓄电池（1 1）铅蓄电池：）铅蓄电池：最早使用的充电电池。最早使用的充电电池。正极材料上正极材料上涂有棕褐色涂有棕褐色的的PbOPbO2 2，负极负极材料是海绵材料是海绵状的金属铅，状的

11、金属铅，两极浸在两极浸在H H2 2SOSO4 4溶液中。溶液中。写出电极反写出电极反应式。应式。铅蓄电池总反应：总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2OPb+PbO2+4H+2SO42- -=2PbSO4+2H2O负极：负极：Pb- -2e- -+SO42- -=PbSO4正极：正极：PbO2+2e- -+4H+SO42- -=PbSO4+2H2O其他蓄电池：其他蓄电池：镍镍- -镉镉蓄电池、蓄电池、银银- -锌锌蓄电池等蓄电池等优点：优点：可反复使用可反复使用 缺点：缺点：污染大污染大(2)银锌电池银锌电池正极壳填充正极壳填充AgAg2 2O O和石墨，负极盖填充锌汞合

12、金，和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液电解质溶液KOHKOH。反应式为：反应式为：2Ag+Zn(OH)2Ag+Zn(OH)2 2 Zn+Ag Zn+Ag2 2O+HO+H2 2O O 写出电极反应式。写出电极反应式。充电充电放电放电(3)镉镍电池镉镍电池NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放放电电充充电电负极材料：负极材料：CdCd ，正极材料正极材料：涂有：涂有NiONiO2 2 ，电解电解质：质：KOHKOH溶液溶液。反应式如下：。反应式如下：写出电极反应式。写出电极反应式。(4)锂电池锂电池特点：体积小特点：体积小 质量轻质量轻 相同质量时放点时相同质量时放点

13、时间长间长 它是一种体积少，具有残留性记忆的它是一种体积少，具有残留性记忆的 充电电池，可重复使用充电电池，可重复使用500500次以上。次以上。燃料电池：燃料电池：把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的化为电能的“能量转换器能量转换器”。燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置。如，H2燃烧生成物是H2O；CH4燃烧生成物是CO2和H2O。燃料电池与干电池或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，源源不断的提供燃料和氧化剂等，使反应能连续进行。3、燃料电池、燃料电池（1 1）氢氧燃料电池）氢氧燃料电池Pt电极H2O2氢氧燃料电池

14、模拟氢氧燃料电池模拟KOH氢氧氢氧燃料电池燃料电池电极电极:Pt制作的惰性电极制作的惰性电极反应原理反应原理:a.电解质溶液电解质溶液:KOH溶液溶液负极负极:正极正极: 总反应：总反应：b.电解质溶液电解质溶液: HCl (盐酸盐酸)负极负极 : 正极正极:总反应：总反应： 2H2+4OH4e-4H2OO22H2O 4e-4OH 2H2O22H2O2H2-4e-=4H+O2+4H+4e- =2H2O2H2O22H2O 常见的燃料电池还有常见的燃料电池还有甲烷甲烷燃料电池、燃料电池、铝铝- -空气空气燃料电池、燃料电池、熔融盐熔融盐燃料电池等燃料电池等优点：优点：效率高、无污染，装置可持续使用

15、效率高、无污染，装置可持续使用锂锂电池电池干电池干电池叠层电池叠层电池纽扣电池纽扣电池各类电池各类电池减减 少少 污污 染染节节 约约 资资 源源小小 结结 由化学方程式书写电极反应式：由化学方程式书写电极反应式：找出氧化反应和还原反应的物质，确找出氧化反应和还原反应的物质，确定正负极反应的物质；定正负极反应的物质；利用电荷守恒分别写出电极反应式；利用电荷守恒分别写出电极反应式；验证：两电极反应式相加所得式子和验证：两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。原化学方程式相同，则书写正确。 化学电源的分类化学电源的分类类 型一次电池二次电池燃料电池只能使用一次，不只能使用一次，不能充电复原