化学能与电能第一课时

1、第二节第二节 化学能与电能化学能与电能 第一课时第一课时2022-3-282 探究探究分析分析火力发电利与弊分析。火力发电利与弊分析。要素：要素： (1)(1)电力在当今社会的应用和作用。电力在当今社会的应用和作用。 (2)(2)我国目前和未来发电总量构成。我国目前和未来发电总量构成。 (3)(3)火力发电的原理分析。火力发电的原理分析。（4 4）火力发电对环境的污染。）火力发电对环境的污染。 (5)(5)燃烧的氧化还原反应本质。燃烧的氧化还原反应本质。2001年我国发电量构成图年我国发电量构成图 资料：若用火力资料：若用火力发电每年可向空发电每年可向空气中排放二氧化气中排放二氧化碳碳1 1亿

2、吨，二氧化亿吨，二氧化硫硫200200万吨，一氧万吨，一氧化碳化碳1 1万吨，氮氧万吨，氮氧化合物化合物3737万吨，万吨，工业废渣约工业废渣约12001200万吨以上。万吨以上。 火力发电厂工作原理火力发电厂工作原理 火力发电厂能量转化：火力发电厂能量转化：化学能化学能热能热能机械能机械能电能。电能。问题：问题： 燃烧反应是否是氧化还原反应？氧化燃烧反应是否是氧化还原反应？氧化还原反应的还原反应的本质本质又是什么？又是什么？氧化剂与还原剂之间发生氧化剂与还原剂之间发生电子转移电子转移，引起化，引起化学键的重新结合，伴随体系能量的变化。学键的重新结合，伴随体系能量的变化。思考：能否将化学能直接

3、转化为电能？思考：能否将化学能直接转化为电能？ 提问提问 大家看到了什么大家看到了什么现象？现象？动动手做实验, 将将Zn片插入片插入H2SO4溶液溶液中有什么现象？为什么？中有什么现象？为什么？, 将将Cu片插入片插入H2SO4溶液溶液中有什么现象？为什么？中有什么现象？为什么？演示探究演示探究，若将若将Zn片片,Cu片用一导线片用一导线连接再浸在连接再浸在H2SO4溶液中，有溶液中，有什么现象？为什么？什么现象？为什么？，将一将一Zn片片,Cu片平行插入片平行插入H2SO4溶液中，有什么现象？溶液中，有什么现象？为什么？为什么？，导线间接一电流计有何导线间接一电流计有何现象产生？为什么？现

4、象产生？为什么？，用一干电池连接电流计用一干电池连接电流计验证电子流向，确定验证电子流向，确定Zn片片, Cu片的正负极是怎样的？片的正负极是怎样的？的的化学能化学能 转化为转化为装置装置就叫就叫 原电池原电池。把把电能电能原电池原电池、锌片：锌片： ZnZn2e2eZnZn2+2+（氧化反应）（氧化反应）铜片：铜片： 2H2H+ +2e+2eH H2 2（还原反应）（还原反应） 电子由锌片经导线流向铜片电子由锌片经导线流向铜片练习：写出练习：写出中中 锌片和铜片上变化的离子方程锌片和铜片上变化的离子方程式、反应类型及电子流向。式、反应类型及电子流向。 原电池的工作原理是什么？原电池的工作原理

5、是什么？氧化反应氧化反应Zn-2e-=Zn2+ 铜锌原电池铜锌原电池电解质溶液电解质溶液失失e,沿导线传递，有电流产生沿导线传递，有电流产生还原反应还原反应2H+2e-=H2阴离子阴离子阳离子阳离子总反应：总反应：负极负极正极正极 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）ZnFeCCuCZnFeZn稀稀H2 SO4稀稀H2 SO4稀稀H2 SO4乙醇乙醇GGGG 按下列要求进行实验，观察现象解释原

6、因。按下列要求进行实验，观察现象解释原因。探究实验探究实验ZnZnZnFe稀H2 SO4稀H2 SO4GG 若两个电极分若两个电极分别插在两个西红别插在两个西红柿上呢？柿上呢？2、构成原电池的条件是什么？、构成原电池的条件是什么？（3）两电极都）两电极都插入电解质溶液插入电解质溶液（酸、碱、盐）（酸、碱、盐）中构成中构成闭合回路闭合回路 。（4）在电极表面发生有电子转移的反应，）在电极表面发生有电子转移的反应，即即氧化还原反应。氧化还原反应。（1）有活泼性）有活泼性不同不同的的两种金属两种金属或者或者一种金一种金属属与与一种非金属导体（如石墨）一种非金属导体（如石墨）做电极，做电极，(2) 两

7、电极用导线连接或直接接触。两电极用导线连接或直接接触。明明 确确、正负两极上进出电子总数相等，椐此正负两极上进出电子总数相等，椐此电子电子守恒守恒原理可进行两极上物质变化的计算。原理可进行两极上物质变化的计算。、利用原电池原理利用原电池原理 可可制作各种电池制作各种电池，如干，如干电池、铅蓄电池、银锌电池、锂电池、氢电池、铅蓄电池、银锌电池、锂电池、氢氧燃料电池氧燃料电池。原电池的工作原理是将氧化、还原两反应原电池的工作原理是将氧化、还原两反应分割在正负两极分割在正负两极同时不同地同时不同地进行，电子从进行，电子从负极定向流入正极，从而产生了电流。负极定向流入正极，从而产生了电流。练练习习判断

8、下列哪些装置构成了原电池？若不是，判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式写出电极反应式.()()()2H+2e-H2负极：负极：总反应：总反应：正极正极：Zn2e-Zn2+Zn+2H+Zn2+H2()()负极负极：正极正极：总总反应反应：正极：正极：负极负极：总反应：总反应：Zn2e-Zn2+2H+2e-H2Zn+2H+Zn2+H2Fe2e-Fe2+Cu2+2e-CuFe+Cu2+Fe2+CuFe+CuSO4Cu+FeSO4 ()()负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：Zn2e-Zn2+Cu2+2e-

9、CuZn+Cu2+Zn2+Cu或或 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu()()负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：Fe2e-Fe2+2H+2e-H2Fe+2H+ Fe2+H2或或 Fe+H2SO4FeSO4+H22.如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是溶液，片刻后可观察到的现象是( D )A. 铁圈和银圈左右摇摆不定；铁圈和银圈左右摇摆不定；B. 保持平衡状态；保持平衡状态；C. 铁圈向下倾斜；铁圈向下倾

10、斜；D. 银圈向下倾斜；银圈向下倾斜；思考思考 什么类型的化学反应可设计成原电池？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。2022-3-2822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 发展中的化学电源2022-3-2823 上图是锌锰干电池上图是锌锰干电池2022-3-2824酸性干电池负极：负极：Zn 2e- - = Zn2+（负极）（负极）（正极）（正极）正极：正极：2NH4 4+ 2

11、e- = 2NH3+H2总反应：总反应：Zn +2NH4+= Zn2+ 2NH3+H22MnO2+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2其他干电池：其他干电池： 碱性锌碱性锌- -锰干电池、锰干电池、银银- -锌纽扣电池等锌纽扣电池等优点：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2022-3-2825 随着用电器朝着随着用电器朝着小型化、多功能化发小型化、多功能化发展的要求，对电池的展的要求，对电池的发展也提出了小型化、发展也

12、提出了小型化、多功能化发展的要求。多功能化发展的要求。 体积小、性能好的体积小、性能好的碱性锌锰电池碱性锌锰电池应运应运而生。这类电池的重要特征是电解液由原来而生。这类电池的重要特征是电解液由原来的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。流大幅度提高。2022-3-28262、蓄电池、蓄电池（1 1）铅蓄电池）铅蓄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，状的金属铅，两极浸在两极浸在H H2 2S

13、OSO4 4溶液中。溶液中。写出电极反写出电极反应式。应式。2022-3-2827铅蓄电池铅蓄电池2022-3-2828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- -镉蓄电池、银镉蓄电池、银- -锌蓄电池等锌蓄电池等优点：优点：可反复使用可反复使用 缺点：缺点：污染大污染大2022-3-2829镉镍电池镉镍电池NiO2+Cd+2H2O

14、Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放放电电充充电电负极材料：负极材料：Cd Cd ，正极材料：涂有，正极材料：涂有NiONiO2 2 ，电解，电解质：质：KOHKOH溶液。反应式如下：溶液。反应式如下：2022-3-2830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 充电充电放电放电1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 1

15、975-1983, 为美国海军生产潜水艇用银锌电池。为美国海军生产潜水艇用银锌电池。 1979-1987,为为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。 1998-1992, 为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。2022-3-2831锂电池锂电池 锂是密度最小的金属，用锂作为电锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。负极相比较，使用寿命大大延长。2022-3-2832氢氧燃料电池氢氧燃料电池2022-3-2833氢氧燃料电池氢氧燃料电池航天技术上使用的一种电池，它具有高能、航天技术上使用的一种电池，它具有高能、轻便、环境友好等优点。用轻便、环境友好等优点。用PtPt做电极，做电极，KOHKOH溶液等做电解液，因其反应与氢氧燃烧相似，溶液等做电解液，因其反应与氢氧燃烧相似，故称为氢氧燃烧电池。故称为氢氧燃烧电池。2022-3-2834Pt电极H2O2KOH2022-3-2835燃料电池把能源中燃料燃烧反应的化学能直接把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的转化为电能的“能量转换器能量转换器”。2 H2 + O2 = 2 H2