《化学能与电能》课件3.ppt

1、第二章 化学反应与能量,第二节 化学能与电能,电能又称电力（二次能源） 二次能源： 经一次能源加工转移得到的能源 一次能源： 从自然界中直接取得的能源如:煤,石油,天然气等.,2001年我国发电总量构成图,火力发电占据绝大部分,什么是火力发电？ 火电站的工作原理如何?,火力发电工作原理示意图,火电站从开始到结束能量是如何转化的？,化石燃料,化学能,燃烧,热能,蒸汽,机械能,电能,发电机,一.发电站将化学能转化为电能,火力发电有哪些缺点?,讨论,存 在 缺 点,化学能 电能,？,化学史：化学能转变为电能的探索,1791年他在解剖时在实验室将悬有去了皮的青蛙腿的铜钩挂在铁架台上，当青蛙碰到铁杆时，

2、发现蛙腿会有肌肉抽搐的现象。伽伏尼认为动物的组织会产生电流，而金属是传递电流的导体。,他从独特的角度认为电流是由两种不同的金属产生的，经过一系列的实验，终于在1800年成功研制了世界上第一个能产生稳定电流的电池（见右图）。,（意大利生物学家伽伏尼）,（法国物理学家、化学家伏特）,锌表面有气泡产生，铜表面无明显现象,1.反应中，哪种物质失电子，哪种物质得电子,用导线将锌表面的电子引出来,Zn +2H+ = Zn 2+ +H2,.什么方法可使Zn与H+分开，不让H+直接在Zn表面得电子？,演示探究,Cu起传导电子的作用。,Zn + 2H+ = Zn 2+ +H2,大量气泡从铜片逸出，锌片部分溶解,

3、1.H+得到的电子是Cu失去的吗？ 2.在这个过程中Cu起什么作用？,3.你怎样才能知道导线中有电子通过？,可用电流表测电流及方向。,演示探究,化学能直接转化为电能,1.电子从Zn到H+经历了哪些途径？ 2.你认为这个过程能量是如何转化的？,锌表面无气泡， 铜表面有气泡， 电流表发生偏转。,二.化学能直接转化为电能,1.原电池的概念、前提,将化学能转化为电能的装置,概念:,前提:,能自发发生氧化还原反应,（一）、原电池,e-,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,（一）、原电池,2.工作原理：,（一）、原电池,3.正极、负极：,负极

4、,正极,Zn-2e-=Zn2+,2H+2e-=H2,氧化反应,还原反应,Zn+2H+=Zn2+H2（两个电极反应之和）,你是如何判定装置的正、负极？,思考与交流,4.如何书写电极反应方程式,负极（锌片）： Zn 2e - = Zn 2+,负极（锌片）： Zn 2e - = Zn 2+,正极（石墨）： 2H+2e - = H2 ,正极（铜片）： Cu2+ + 2e - = Cu,总反应: Zn + 2H+ = Zn 2+ + H2 ,总反应: Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu,电极反应方程式的书写方法,负极：较活泼金属（a） 电极反应：a-ne-=an+ (氧化反应) 正极：较不活泼

5、金属或非金属（b） 电极反应： Cm+ + me- = C(还原反应),回忆思考：通过以上实验想想原电池是由哪几部分组成的，构成原电池的条件又有哪些,组成：两电极、导线、电解质溶液以及容器,构成条件猜想：,电极有关-相同的电极材料,导线有关-切断导线,电解质溶液有关-非电解质,试着说说原电池的构成有什么条件？,*,*, ,实验探究,偏转,两极材料不同,有两种活泼性不同的金 属（或非金属）作电极,不偏转,实验探究,不偏转,溶液不同,电极材料均插入 电解质溶液中,偏转,实验探究,不偏转,电极材料不同,能自发地发生氧化还原反应,不偏转,容器不同,两极相连形成闭合回路,实验探究,1).有两种活泼性不同

6、的金属（或非金属） 作电极,3).能自发地发生氧化还原反应,5.原电池的构成条件,4).两极相连形成闭合回路,2).电极材料均插入电解质溶液中,小结,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,病 例 分 析,病 例 分 析,病 例 分 析,你能为她开一个药方吗？,1.下列装置中能组成原电池形成电流的是( ),习题一：,C,原电池的判断,Zn Cu,Fe C(石墨),Zn Cu,Zn Zn,Fe Cu,Si C(石墨),稀H2SO4 CuSO4 溶液 稀H2SO4 稀H2SO4 A B C D,Zn Cu,稀H2SO4 酒精 稀H2SO4 E F G H,

7、2.,2.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( ) A.Mg B.Fe C.Al D.Cu,原电池的工作原理,B,3.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的 PH( ) A.不 B先变大后变小 C逐渐变大 D.逐渐变小,C,习题二,习题三,4.一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu, 该反应的的原电池正确组合是( ),C,原电池构成条件,习题四,4.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

8、泡产生，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,B,利用原电池电极判断金属性强弱,发展中的化学电源,空气电池,锂电池,1、干电池（锌锰电池）,负极：Zn 2e- = Zn2+ 正极： 2NH4+ +2MnO2 + 2e- = 2NH3 + Mn2O3 + H2O,总反应：,Zn+2NH4+ +2MnO2 =Zn2+2NH3 +Mn2O3 + H2O,一、化学电源,总反应： Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O,负极：Pb + SO42- - 2e- = PbSO4,正极：PbO2 + 4H

9、+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O,2、充电电池,已知：PbSO4难溶于水,铅蓄电池构造示意图,汽车用的蓄电池,3、燃料电池：, 氢氧燃料电池,总反应：2H2 + O2 = 2H2O,碱性条件下,电解质溶液的酸碱性对电极反应的影响,负极：2H2 4e- = 4H+,正极：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O,酸性条件下,负极：2H2 + 4OH- 4e- = 4H2O,正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-, 有效地防止电解质溶液对外壳的腐蚀,总反应：2H2 + O2 = 2H2O,总反应：2H2 + O2 = 2H2O,改变燃料,H2,正极：2O2

10、 + 4H2O + 8e- = 8OH-,负极：CH4 + 10OH- 8e- = CO32- + 7H2O,CH4 +2O2 = CO2 + 2H2O,CH4 +2O2 + 2OH- = CO32- + 2H2O,CH4,O2,总反应：,Zn2+,Zn2+,Zn2+,Zn2+,Zn2+,Zn2+,Zn2+,e,e,e,e,e,e,e,e,e,e,e,e,e,e,Zn2+,Zn2+,Zn2+,Zn2+,e,e,e,e,e,e,e,e,e,e,e,Zn2+,e,e,K+,Cu2+,Cu2+,Cu2+,Cu2+,Cu2+,Cu2+,Cu2+,Cu2+,Cu2+,Cu2+,Cu2+,Cu2+,Cu2

11、+,Cu2+,K+,K+,NO3-,NO3-,NO3-,Zn2+,Zn2+,Zn2+,Zn2+,我们的骄傲,2009年2月 安徽奇瑞电动汽车下线,国内新能源汽车的先行者,Zn(s) + 2H+(aq) = Zn2+(aq) + H2(g) H 0,2、设计合理的原电池装置,二、设计原电池,1、选择合适的化学反应,Zn - 2e- = Zn2+,2H+ + 2e- = H2,【设计要点】 1、正负极、内电路、外电路各需要哪些仪器和药品？ 2、如何判断化学能转化为了电能？,Cu,Zn,Zn2+,H+,H+,Zn2e=Zn2+,2H+2e=H2,氧化反应,还原反应,负极,正极,电子沿导线传递，产生电

12、流,阳离子,失去电子,溶液中阳离子得到电子,阴离子,正极,负极,SO42-,原电池小结,较活泼金属,不活泼金属或石墨,工作原理：较活泼的金属发生氧化反应,电子从较活泼的金属(负极)通过外电路流向较不活泼的金属(正极)。,三、电池的发展史,电池的诞生,电池的诞生，基于人们对于获取持续而稳定的电流的需要。不过，发明电池的灵感是来源于一次青蛙的解剖实验，多少有些偶然。,第一个电池“伏达电池”,1799年，伏达把一块锌板和一块银板浸盐水里，发现连接两块金属的导线中有电流通过。用手触摸两端时，会感到强烈的电流刺激。伏达用这种方法成功的制成了世界上第一个电池“伏达电池”。,电池高速发展的年代 始于 20世

13、纪50年代,1、1950年代，碱性锌锰电池问世,2、 1960年代，燃料电池研制成功,3、 1970年代，锂电池开发成功,4、1980年代，氢镍电池问世,5、1990年代，锂离子电池被用于生活,电池的危害,废电池是危害我们生存环境的一大杀手！一粒小小的钮扣电池可污染600吨水，相当于一个人一生的饮水量！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，并造成永久性公害！,回收,湿电池与干电池,1860年法国的雷克兰士发明了世界广受使用的电池碳锌电池。负极和正极都被浸在氯化铵溶液中。此系统被称为“湿电池”。 1887年，英国人赫勒森发明了最早的干电池。由于此电池的电解液为糊状，不会溢漏，便于携带，因此获得了广泛应用。,在巴格达博物馆中，有一只简陋的约有两千年历史的小陶罐内有一根铜管，管内有一根下端由沥青包裹的铁棒。外观虽不起眼，却被誉为考古学领域最令人吃惊的发现。英国物理学家沃尔特温顿对它做了仔细研究。他说： “在铜制容器内放上一些酸，随便什么，醋也可以。”于是他把这根管子放入出土的陶罐里，再向瓶里倒进了酸性葡萄酒，在铜管和铁棒间连上有电流