第一节-化学能与电能分析.ppt

1、第二节 化学能与电能,蓄电池,1、火力发电工作原理示意图,2.火力发电的能量转化：,化学能,燃烧,热能,蒸汽,机械能,发电机,电能,一、火力发电过程中的能量转化,？,一、原电池的工作原理,Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2 ,转移2e-,如何利用氧化还原反应来实现化学能到电能的直接转换？,电子的定向移动形成电流，如何来实现电子的 定向移动？,演示探究,锌表面有气泡， 电流表不发生偏转。,Zn + 2H+ = Zn 2+ +H2,演示探究,锌片部分溶解， 铜片表面有气泡， 电流表发生偏转。,Zn + 2H+ = Zn 2+ +H2,一、原电池的工作原理,较活泼金属,较不活泼金属,负

2、极,正 极,发生氧化反应,发生还原反应,电子流出，阴离子流向,电子流入，阳离子流向,3、电极名称：,1、电极反应式,Zn片：,Zn 2e- = Zn2+ 氧化反应,Cu片：,2H+ +2e- = H2 还原反应,2、总反应式（两个电极反应之和）,Zn + 2H+ = Zn2+ + H2,原电池反应的本质是: 氧化还原反应,一、原电池的工作原理,定义：,原电池是将化学能直接转化为电能的装置。,1、如图所示，下列关于该装置 的叙述正确的是（ ）,稀硫酸,A.铜是负极，铜片上有气泡产生 B.铜片质量逐渐减小 C.电流从锌片经导线流向铜片 D.氢离子在铜片表面被还原,D,4、探究形成原电池的条件,结论

3、：电极材料均浸入电解质溶液中,如果更换Cu-Zn原电池的部分材料，那么电流计的指针是否依旧会偏转？,4、探究形成原电池的条件,结论：,两极相连形成闭合电路,4、探究形成原电池的条件,结论：,有两种活动性不同的电极,原电池的构成条件： 有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体如碳棒）做电极。 两极材料均插入电解质溶液中。 两极相连形成闭合回路。,两极一液一连线,4、探究形成原电池的条件,前提必须是一个自发的氧化还原反应,C,F,G,例题2：下列哪些装置能构成原电池,B,D,化 学 能 与 电 能,间接：,直接：,装置,原电池,概念,构成条件,工作原理,能自发地发生氧化还原反应;有两种活泼性不同

4、的电极；电极材料均插入电解质溶液中; 形成闭合电路,较活泼的金属失电子发生氧化反应，电子从较活泼的金属(负极)流向较不活泼的金属(正极).,正极(Cu)：,负极(Zn)：,Zn2e- Zn2+,2H2e - H2,总反应式：,Zn 2HZn2+ H2,5、原电池中电极反应式的书写：,电子流入的电极，正极通常是不活泼金属或石墨电极。电解质溶液中阳离子在该电极上得电子，发生还原反应。 表示正极反应的式子叫做正极反应式。如：m+ + me- = ,电子流出的电极，负极通常是活泼金属。较活泼金属失电子，发生氧化反应。表示负极反应的式子叫做负极反应式。如：-ne-=n+,正极：,负极：,电池中的整个氧化

5、还原反应，它是两个电极反应式之和。,电池的总反应式：,负极：, 正极 ：, 总反应式：,Zn,Zn - 2e- = Zn2+,2H+ + 2e- = H2,C,负极：, 正极 ：, 总反应式：,Cu,Cu - 2e- = Cu2+,2Ag+ + 2e- = 2Ag,Cu + 2Ag+= Cu2+ 2Ag,C,Zn 2HZn2+ H2,还原反应,氧化反应,还原反应,氧化反应,练习：,练习：下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是哪个？写出电极反应及总反应。,6、原电池的正负极的判断方法,微观判断 （根据电子流动方向）,电子流出的极 电子流入的极,负极 正极,较活泼的电极材料 较不活泼

6、的电极材料,质量增加 工作后 质量减少,负极 正极,正极 负极,工作后，有气泡冒出的电极为正极,发生氧化反应 发生还原反应,宏观判断： 根据电极材料 根据原电池电极发生 的反应 根据电极增重还是减重 根据电极有气泡冒出：,负极 正极,指出下列原电池的正负极.,练习：,正极： 负极：,判断下列原电池的正负极？,Al Mg,Mg Al,Al Cu,(金属活泼性),(Mg不与NaOH反应),(Al发生钝化),1. 把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，

7、则四种金属的活动性顺序由强到弱的为 ( ) Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a,练习,B,(3)设计原电池 在设计原电池时，若给出的是离子反应方程式，如：2Fe3+Cu = Cu2+2Fe2 1、电解液：硫酸铁、氯化铁、硝酸铁等可溶性铜盐溶液 2、电极材料： 负极：铜 正极：石墨或比铜不活泼的其他金属 3、电极反应式 负极： Cu - 2e - = Cu 2+ 正极：2Fe3+ + 2e - = 2 Fe2+,二、发展中的化学电源,三、常见的化学电池,1.干电池(一次性电池),电极:Zn为负极,碳棒为正极,电解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊,另有黑色

8、的MnO2粉末，吸收正极产生的H2.,电极方程式：,负极(Zn):Zn2e-Zn2,正极(C)：2MnO2 + 2NH4+ + 2e-= Mn2O3+2NH3+H2O,(1)锌锰干电池,缺点：使用寿命短，易泄露,锌-锰干电池在使用过程中，锌会逐渐溶解， 锌外壳变薄，最后内部的糊状电解质泄露出来，对 电器腐蚀。 为了防止泄露，在外壳套上金属筒或塑料筒，制成防漏电池。 为了延长电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质 换成湿的 ，制成了 电池。,P42【思考与交流】,为什么锌锰干电池放置过久会失效？,NH4Cl,KOH,碱性锌锰,负极：Zn +OH- 2e- = Zn(OH)2,2）碱性干电池,

9、碱性电池是个人音响、照相机等地首选电源。,碱性电池,电解液:酸性 NH4Cl碱性KOH（离子导电性更好） 负极：锌片锌粉（反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高）,优点：能量储存时间有所提高，不易泄露,负极（Zn）：Zn-2e-+2OH- = Zn(OH)2 正极（MnO2）： 2MnO2 + 2H2O + 2 e- = 2MnO(OH) + 2OH- 电解质：KOH 总反应： Zn + 2MnO2 + 2H2O = Zn(OH)2 + 2MnO(OH),2下列有关电池叙述正确的是 A水果电池是高效环保的家用电池 B锌锰干电池是一种常用的二次电池 C锌锰干电池碳棒是负极，锌片是正极 D锌锰干电

10、池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄,D,2、充电电池（二次电池）,充电电池：氧化还原反应在充电时可以逆向进行。,手机专用电池,摄像机专用电池,笔记本电脑专用电池,用途：目前汽车上使用的电瓶大多仍是铅蓄电池，它还广泛用于国防、生产、生活等领域。,（1）铅蓄电池,铅蓄电池,铅蓄电池,负极？（Pb),正极？,总反应：,电解质？,Pb + SO42- - 2 e-PbSO4,(PbO2),PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- PbSO4 + 2H2O,H2SO4,2）镍镉充电电池：,负极： 正极： 电解质： 优缺点： 应用：,Cd,NiO(OH),KOH,具有残留性记忆，可重复使用500次以上

11、，体积小；但镉有致癌作用,如不回收，会产生严重污染,广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、 电动剃须刀等,镍 镉 电 池,镉有致癌作用，有被镍氢电池取代的趋势。,锂电池（有机溶剂电解液） 负极：Li - e- = Li+ 正极：其他导体,发展中的电池,特点：高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。 锂电池是新一代可充电的绿色电池。 用途：现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机、手表、心脏起搏器等低功耗电器的主流。,笔记本电脑专用电池,电池中含有大量的重金属如锌、铅、镉、汞、锰等。据专家测试，一节纽扣电池能污染60万升水；一节一号电池烂在地里，能使一平方米的土地失去利用价值。若将废旧电池混入生活

12、垃圾一起填埋，渗出的重金属物质就会渗透土壤、污染地下水，进而进入鱼类、农作物等，破坏人类的生存环境，间接威胁到人类的健康，有的还能致癌。所以我们不要乱扔电池，要及时回收。,废旧电池的回收利用,3、燃料电池高效、环境友好的化学电池,1）H2和O2的燃料电池 2）CH4和O2的燃料电池,小型高性能燃料电池,氢氧燃料电池工作原理：,总反应：2H2 + O2 =2H2 O,与其它电池区别：反应物不是储存在电池内。,用途：航天、军事通讯、电视中继站等领域,燃料电池,负极H2：,2H2-4e- =4H+,正极O2：,O2+2H2O +4e- =4OH-,H+,OH-,H2O,2H2 - 4e- = 4H+

13、,O2 + 4e- + 4H+ = 4H2O,2H2 - 4e- +4OH- = 4H2O,O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-,*氢氧燃料电池的电极反应,一定要会判断：酸性有H+ (肯定没OH- ）； 碱性有OH- (肯定没 H+ ）,甲烷氧气燃料电池 该电池用铂片插入KOH溶液中作电极，在两极上分别通甲烷和氧气 负极： 正极： 放电总反应式：,CH4+10OH- -8e- = CO32- + 7H2O,2O2+4H2O+8e-= 8OH-,CH4+ 2O2+2KOH =K2CO3 +3H2O,3.下列电池中不属于二次电池的是 ( ) A.碱性锌锰电池 B.铅蓄电池 C.镍镉电池 D

14、.锂离子电池 4.随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行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的污染 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,B,A,5.据报道，锌电池可能取代目前广泛应用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为：2Zn+O22ZnO，原料为锌粒.电解质和空气，则下列叙述正确的是( ) A.锌为正极，空气进入负极反应 B.负极反应为Zn2e-Zn2+ C.正极发生氧化反应 D.电解液肯定不是强酸,BD,6.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能

15、量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为Li + MnO2=LiMnO2,下列说法正确的是（ ） A、 Li是正极，电极反应为Li e- = Li+ B、 Li是负极，电极反应为Li e- = Li+ C、 Li是负极，电极反应为MnO2 + e- = MnO2 D、 Li是负极，电极反应为Li 2e- = Li2+,B,8下列化学电池不易造成环境污染的是 A氢氧燃料电池 B锌锰电池 C镍镉电池 D铅蓄电池,A,9：1969年美国“阿波罗11号”登月成功。飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并在

16、电极表面放电。 1、a是 极， b是 极,2、外电路电子流向：,负,正,ab,10.已知空气-锌电池的电极反应为： 锌片：Zn+2OH- -2e- =ZnO+H2O 石墨：O2+2H2O+4e- =4OH- 根据此判断，锌片是( )。 A.负极，并被氧化 B.负极，并被还原 C.正极，并被氧化 D.正极，并被还原 11.银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为 2Ag+Zn(OH) 2Ag2O+Zn+H2O，在此电池放电时， 负极上发生反应的物质是( ) A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2OD.Zn,充电 放电,A,D,12对于锌一铜一稀硫酸组成的原电池装置中，当导线中有1 mol电子通过时，理论上的两极变化是( )。 锌片溶解了32.5 g锌片增重32.5 g铜片上析出l g H2 铜片上析出1 mol H2 A和 B和 C和 D和,A,13、一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧