化学能与电能

1、1,化学能与电能,既然选择了远方便只顾风雨兼程。,2,一次能源 直接从自然界取得的能源 如流水、风力、原煤、石油、天然气、天然铀矿等,二次能源 一次能源经加工转换得到能源 如电力、蒸汽等,3,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，又称为电力。,4,我们身边的电器,5,资料：1990至2002年我国人均耗电量变化,我国人均耗电量在逐年上升！,6,一、电能的来源,2001年我国发电总量构成,2006年我国发电总量构成,7,化学能,火电站的工作原理,蒸汽机,发电机,煤炭,燃烧设备,1、化学能转化成电能的工作系统,8,【思考与交流】,燃料燃烧转化为电能后，社会中应用最广泛、使

2、用最方便。 电能清洁安全,又快捷方便.,火 力 发 电 有 什 么 优 点,9,火 力 发 电 有 什 么 缺 点,1.煤炭是非可再生资源，会造成能源危机,2. 排出大量的温室效应气体，部分废气可能导致酸雨,3.经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低,化学能 电能,直接？,我国煤炭热电转换率仅为33%左右，比发达国家低10个百分点,10,假设你是电力工程师，面对这些巨大的浪费，你会如何应对呢？,a、改进火力发电,b、研究新的发电方式,就是尝试将化学能直接转化为电能，就像 电池。其好处就是减少中间环节能损，高 效、清洁利用燃料，不浪费能源，更方便。,思考：,11,2、火力发电的化学深层本质分析,

3、燃烧,氧化还原反应,氧化剂与还原剂之间发生电子的转移,火力发电,将化学能经一系列能量转化为电能,旧键断裂和新键形成、体系能量变化,过程,关键,本质,本质,引起,12,氧化还原反应的本质,氧化剂+还原剂=还原产物+氧化产物 and q 煤的燃烧、金属与酸的反应等都是氧化剂与还原剂直接接触的反应，电子直接由还原剂转移到氧化剂，其中的电能不能为人类所使用！,e-,13,设计一种装置： 使氧化剂和还原剂分布在两个不同区域，并把电子转移用导线连出来形成电流,如何将氧化还原反应中转移的电子引出来为人类使用？,小 小 发 明 家,原电池,14,轻松一刻,15,病例分析,16,呵呵，原来是假牙作怪！,你能为她

4、开一个“药方”吗？,金牙和不锈钢牙与口腔唾液中的电解质够成原电池，形成微弱的电流连续地、长时间地刺激格林太太神经末梢，打乱了神经系统的正常状态，引起人体的不适。,17,病 例 分 析,18,你能为她开一个药方吗？,19,实验1 将铜片放入稀硫酸 将锌片放入稀硫酸,在锌片表面有气泡 铜片表面没有气泡,实验探究,请你先预测下列实验的现象，观察现象。,实验2 用导线将锌片、铜片连接起来 在导线中间接入一个电流表,铜片表面出现气泡,电流计指针偏转,a,20,电子由锌电极流出， 沿着外导线流到铜电极， h+在铜电极上得到电子 被还原成h2放出,（1） 为什么连接导线后铜片上会产生气泡？（2）为什么电流计

5、的指针会偏转？,动画模拟电子的流动,锌片导线 和 锌片电解液 的电势差（接触电压） 是不同的 锌片导线 的电势差要小于锌片 电解液 的电势差 所以 电子都是沿着导线传输的,21,e-,负极,锌片,铜片,氧化反应,还原反应,正极,总反应式：,得电子,电子流入,失电子,电子流出,二、原电池,将化学能直接转变成电能的装置，称为原电池,22,实验现象分析：,1.电流计指针为什么偏转？,解析：电子定向移动形成电流。,2.铜片表面为什么有气泡生成？,解析：锌失去的电子经过导线到了铜片上，溶液中的h+从铜片上得到电子生成h2,e,e,e,e,23,zn2e=zn2+,2h+2e=h2,氧化反应,还原反应,负

6、极,正极,阳离子,失去电子,溶液中阳离子得到电子,阴离子,正极,负极,原电池工作原理,较活泼金属,不活泼金属或石墨,24,原电池的原理：,外电路：,内电路：,阳离子正极,阴离子负极,这样整个电路构成了闭合回路，带电粒子的定向移动产生电流,25,c,h2so4,（不可以）,（不可以）,（可以）,（不可以）,26,三、原电池的形成条件 前提：能自发地发生氧化还原反应,1、两电极：两种活泼性不同的金属（或其中一种为能导电的非金属，如“碳棒”）作电极；其中较活泼金属为负极，较不活泼金属（或非金属）为正极（正极一般不参与电极反应，只起导电作用） 特殊ai-mg-naoh是al作负极 负极：电子流出的电极

7、(较活泼的金属) 正极：电子流入的电极(较不活泼的金属cu、石墨等),27,2、电解质溶液：与两极接触，能导电，能够与负极发生反应（或者溶解的其他物质与电极反应，如氧气） 3、形成闭合回路（导线相连或正负极直接接触）,28,29,实践活动 自制电池水果电池。如下图：,30,根据现象判断（溶解-负极；增重或有气泡-正极）,根据电极材料（活泼金属-负极；不活泼或非金属-正极）,根据电子流向或电流方向（外电路）（电子流出-负极； 电子流入-正极，电流正极到负极）,根据电极发生的反应（氧化反应-负极；还原反应-正极）,根据溶液中阴阳离子的移动方向（内电路） （阴离子移向-负极；阳离子移向-正极）,四、

8、如何判断原电池的正负极？,31,(2)负极：,(3)正极：,五、原电池的电极反应书写,正极：2h+ + 2e- = h2,失电子的一极,发生氧化反应,需判断什么物质发生了氧化反应，注明正负极，满足电荷守恒和原子守恒,得电子的一极,发生还原反应,需判断什么物质发生了还原反应,还有什么物质参与反应。,负极：zn 2e- = zn2+,(1)总反应：zn + 2h+ = h2 + zn2+,32,原电池原理的运用,1、加快氧化还原反应速率 实验室中用zn和稀酸反应制h2，常用粗锌构成原电池加快锌的腐蚀，使产生h2的速率更快 2、比较金属的活动性顺序 原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属

9、为正极，溶解-负极；增重或有气泡-正极 3、设计各种原电池(牺牲负极保护正极) 已知一个氧化还原反应首先找到氧化剂和还原剂，还原剂在负极上发生氧化反应，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原 4、社会运用制造化学电源,33,根据反应设计原电池，你有哪些可行方案? （ 2fe3+ + fe = 3 fe 2+ ）,fe,cu c ag,fecl3 fe(no3)3 fe2(so4)3,34,三、发展中的化学电源：,干电池,充电 电池,锂离子电池,镉镍电池,燃料电池,35,1、干电池,负极（锌筒）： 正极（石墨）：,zn -2e = zn2+,2mno2 + 2nh4 + + 2e = mn

10、2o3 + 2nh3 + h2o,zn +2nh4 + + 2mno2 = zn2+ + mn2o3 +2nh3 +h2o,总反应：,锌锰干电池,36,体积小、性能好的碱性锌锰电池应运 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 锌片改为锌粉，反应面积成倍增长，使放电电 流大幅度提高。（提高性能、延长寿命）,碱性电池,37,1、放电（使用）：原电池原理 氧化还原反应实现化学能转变为电能。 2、充电：电解池原理 放电时的氧化还原反应在充电时逆向进行（将电能转化为化学能）使电池恢复到放电前的状态。,2、充电电池（二次电池）,化学能 电能,放电,充电,在一次电池

11、基础上的发展，更经济适用，但由于在 制造工艺上的不足，充放电次数仍有限制，并且 是否使用得当，对其工作状态及寿命影响很大,38,负极（pb）： pb - 2e- + so42- =pbso4,正极（pbo2）： pbo2+4h+ +so42- +2e- =pbso4 +2h2o,原电池反应： pbo2 + 2h2so4 + pb = 2pbso4 + 2h2o,铅蓄电池结构,铅蓄电池and工作原理,39,（2）镍镉碱性蓄电池 优点：封闭式、体积小、便携、充电次数多（500次） 原理：cd+2nio(oh)+2h2o=2ni(oh)2+cd(oh)2 cd做负极， nio(oh)作正极，以koh

12、 为电解质 用途：收录机，无线对讲机，电动剃须刀等,40,电池回收,将废旧电池与其他 垃圾分类，集中回收,41,电池中含有大量的重金属-如锌、铅、镉、汞、 锰等。据专家测试，一节钮扣电池能污染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（镉）。希望我们不要乱扔电池，而是及时回收。,汞中毒水俣病，镉中毒痛痛病，两种工业公害病,42,（3）新一代可充电的绿色电池锂离子电池特点：高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等

13、。用途：电脑、手机、数码相机、手表、心脏起搏器等低耗电器的主流电源。,科学合理使用锂离子电池 不能过充、过放，买品牌的充电 器，一般都带过充保护，使用时 不要过放，就是不要把电完全 用完再充电，长期不用储存时， 要充满电再储存。,43,44,锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌（习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示）。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为“摇椅电池”。,45,负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。 充电时：xli + xe + 6c lixc6 放电时：lixc6 xli + xe + 6c,46,3、燃料电池,碱性氢氧燃料电池： 负极： 2h24oh 4e 4h2o （氧化反应） 正极： o2h2o4e4oh（还原反应） 总反应：2h2o22h2o,47,原理：燃料和氧化剂的化学能直接转化成电