第2章第2节化学能与电能

第二章第二章 化学反应与能量化学反应与能量 谷城县第二中学谷城县第二中学 韩志涛韩志涛电能（电力）：二次能源电能（电力）：二次能源一次能源和二次能源一次能源和二次能源1,火力发电原理及过程火力发电原理及过程燃烧燃烧蒸汽蒸汽发电机发电机化学能化学能 热能热能 机械能机械能 电能电能一、化学能与电能的相互转化一、化学能与电能的相互转化a.我国煤炭资源丰富我国煤炭资源丰富,廉价方便廉价方便.b.电能清洁安全电能清洁安全,又快捷方便又快捷方便.a.排出大量的温室效应气体排出大量的温室效应气体.b.有废气可能导致酸雨有废气可能导致酸雨c.废料废水废料废水d.储量有限储量有限e.能量转换效率低能量转换效率低化学能电能化学能电能？（看书（看书P35页第二、三段，回答问题）页第二、三段，回答问题）1、当氧化剂和还原剂直接接触进行反应时，化学、当氧化剂和还原剂直接接触进行反应时，化学能要经过一系列能量转换才能转换为电能。能要经过一系列能量转换才能转换为电能。2、把氧化剂和还原剂分开，使氧化反应和还原反、把氧化剂和还原剂分开，使氧化反应和还原反应在两个不同区域进行。应在两个不同区域进行。3、需要在氧化剂和还原剂之间架设桥梁使电子从、需要在氧化剂和还原剂之间架设桥梁使电子从氧化剂区域流向还原剂区域。氧化剂区域流向还原剂区域。4、考虑氧化反应和还原反应发生的条件和环境，、考虑氧化反应和还原反应发生的条件和环境，化学物质的选择。化学物质的选择。5、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。【实验一实验一】分别把锌片和铜片插入到稀分别把锌片和铜片插入到稀H2SO4中中,观察现象。观察现象。一一,原原 电电 池池 原原 理理锌片上有气泡锌片上有气泡,铜片上没有气泡铜片上没有气泡Zn+2H+Zn2+H2【实验二实验二】再用导线把锌片和铜片连接起来，观察再用导线把锌片和铜片连接起来，观察铜片上有无气泡产生？铜片上有无气泡产生？在导线中间接入一个电流表，在导线中间接入一个电流表，观察电流表的指针是否偏转观察电流表的指针是否偏转?A 实验现象实验现象：铜片上有气泡产生，锌片不断：铜片上有气泡产生，锌片不断溶解，电流表的指针发生偏转。溶解，电流表的指针发生偏转。实验结论实验结论：导线中有电流通过导线中有电流通过电子流动电子流动.aviavi原电池原电池“负极出电子，电子回正极负极出电子，电子回正极”2、变化变化:活泼金属活泼金属发生氧化反应发生氧化反应向外线路提供向外线路提供电子电子原电池的负极；原电池的负极；不活泼金属（或石墨）不活泼金属（或石墨）发生还原反应发生还原反应接受外线路提供的电子接受外线路提供的电子原电池的正极。原电池的正极。一、原电池一、原电池1、定义定义:把把化学能化学能转变为转变为电能电能的装置的装置.必发生必发生失电子失电子的氧化的氧化反应反应必发生必发生得电子得电子的还原的还原反应反应电极电极材料材料现象现象电子电子得失得失电极反应电极反应原电池的原电池的电极电极Zn片片Cu片片总的离子反应方程式总的离子反应方程式失失得得Zn2e-Zn2+2H+2e-H2负极负极正极正极Zn+2H+Zn2+H2有气有气体产体产生生Zn片片溶解溶解 两种活泼性不同的金属（或一种金属和两种活泼性不同的金属（或一种金属和 另一种非金属导体）构成电极。另一种非金属导体）构成电极。电解质溶液。电解质溶液。电极用导线相联构成闭合回路。电极用导线相联构成闭合回路。3、化学电池的组成、化学电池的组成:正极、负极、电解质溶液以及容器。正极、负极、电解质溶液以及容器。5,原电池化学反应本质：原电池化学反应本质：较活泼的金属发生氧化反应，较活泼的金属发生氧化反应，电子电子从较活从较活泼的金属（泼的金属（负极负极）通过外电路流向通过外电路流向较不活泼的较不活泼的金属（金属（正极正极）氧化还原反应氧化还原反应例例1：铜铜.锌锌.稀稀H2SO4组成的原电池组成的原电池电极反应式电极反应式:负极负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+(氧化反应氧化反应)电极本身失去电子电极本身失去电子.正极正极(Cu):2H+2e-=H2 (还原反应还原反应)电解质溶液中的阳离子得电子电解质溶液中的阳离子得电子.注注:得失电子相等得失电子相等,总反应式总反应式:两式相加两式相加 2H+Zn=H2+Zn2+或或 Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 CH2SO4（不可以）（不可以）（不可以）（不可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）例例2病病 例例 分分 析析例例3 3病病 例例 分分 析析病病 例例 分分 析析 你能为她开一个药方吗？你能为她开一个药方吗？6,6,判断原电池正、负极的方法判断原电池正、负极的方法由组成原电池的两极材料判断：由组成原电池的两极材料判断：一般是活泼的金属为负极一般是活泼的金属为负极活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极根据电流方向或电子流动方向判断：根据电流方向或电子流动方向判断：电流是由正极流向负极；电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。电子流动方向是由负极流向正极。根据原电池两极发生的变化来判断：根据原电池两极发生的变化来判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。正极总是得电子发生还原反应。判断下列装置是否能构成原电池，判断下列装置是否能构成原电池，并写出相应的电极反应及总反应。并写出相应的电极反应及总反应。1,ZnZn与稀硫酸进行实验与稀硫酸进行实验.2,ZnZn与稀硫酸进行实验与稀硫酸进行实验.3,Zn石墨石墨与稀硫酸进行实验与稀硫酸进行实验.4,FeZn与稀硫酸进行实验与稀硫酸进行实验.5,CuZn与乙醇进行实验与乙醇进行实验.6,CuZn与一个西红柿与一个西红柿(或一个苹果或一个苹果)进行实验进行实验.7,CuZn与两个西红柿进行实验与两个西红柿进行实验.8,CuZn与橙汁进行实验与橙汁进行实验.以上组合可以组成原电池以上组合可以组成原电池3,4,6,8例例1例例2,把把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，相连时，a为负极；为负极；c、d相连时，电流由相连时，电流由d到到c；a、c相连时，相连时，c极上产生大量气泡，极上产生大量气泡，b、d相连时，相连时，b上有大量气泡产生，则四种金上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为：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例例3,请根据反应请根据反应:2Fe3+Fe =3 Fe 2+设计原电池，你有哪些可行方案设计原电池，你有哪些可行方案?Fe-Cu FeCl3Fe-C Fe(NO3)3Fe-Ag Fe2(SO4)3根据反应设计原电池，你有哪些可行方案根据反应设计原电池，你有哪些可行方案?（2Fe3+Fe =3 Fe 2+）负极负极正极正极电解质溶液电解质溶液FeCuCAgFeCl3Fe(NO3)3 Fe2(SO4)3锌片插入稀硫酸中，被锌片插入稀硫酸中，被腐蚀。（化学腐蚀）腐蚀。（化学腐蚀）锌片在锌锌片在锌,铜（稀硫酸）铜（稀硫酸）原电池中作为负极，也原电池中作为负极，也被腐蚀。（电化学腐蚀）被腐蚀。（电化学腐蚀）哪个更快？哪个更快？原电池的负极原电池的负极被腐蚀得更快。被腐蚀得更快。分析锌分析锌,铁（稀硫酸）原铁（稀硫酸）原电池中的电极反应。电池中的电极反应。你感受到作为正极，铁你感受到作为正极，铁被保护了吗？被保护了吗？原电池的金属原电池的金属正极被保护。正极被保护。二二,发展中的化学电源发展中的化学电源干电池碱性电池蓄电池锂离子电池燃料电池干电池碱性电池（1）干电池结构及电极反应原理）干电池结构及电极反应原理（1）干电池结构及电极反应原理）干电池结构及电极反应原理负极：负极：Zn 2e-=Zn2+正极：正极：2NH4+2e-=2NH3+H2Zn +2NH4+=Zn2+2NH3+H2电池总反应式：电池总反应式：特点：特点：a：一次性电池，不可逆一次性电池，不可逆b：用用KOH代替代替NH4Cl能提高能提高 性能，延长寿命性能，延长寿命蓄电池（2）充电电池）充电电池(又称二次电池又称二次电池)（2）充电电池）充电电池(又称二次电池又称二次电池)Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O(-)(+)负极负极:Pb+SO42-2e-=PbSO4 Pb+PbO2+4H+2SO42-=2PbSO4+2H2O正极正极:PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4+2H2O铅蓄电池铅蓄电池特点：特点：电池总反应式：电池总反应式：二次电池二次电池,可再次充电使用可再次充电使用氢氧燃料电池氢氧燃料电池(3)(3)燃料电池燃料电池(3)(3)燃料电池燃料电池 新型电池中，电极的导电材料一般多新型电池中，电极的导电材料一般多孔的金属板，负极是通入还原剂的一方，孔的金属板，负极是通入还原剂的一方，正极是通入氧化剂的一方。正极是通入氧化剂的一方。氢氧燃料电池，电解质溶液为氢氧燃料电池，电解质溶液为30%的氢的氢 氧化钾溶液氧化钾溶液.正极：正极：O2+4e+2H2O=4OH-负极：负极：2H2 4e+4OH-=4H2O总反应式：总反应式：2H2+O2=2H2O特点：特点：高效高效,环境污染少环境污染少,外加设备供给氧化剂外加设备供给氧化剂例例2,写出甲烷燃料电池（电解质溶液为氢氧写出甲烷燃料电池（电解质溶液为氢氧化钾溶液）的电极反应式及总方程式：化钾溶液）的电极反应式及总方程式：正极：正极：2O2O2 2+8e+8e-+4H+4H2 2O=8OHO=8OH-负极：负极：CHCH4 4+10OH+10OH-8e=CO-8e=CO3 32-2-+7H+7H2 2O O总反应：总反应：CHCH4 4+2O+2O2 2+2OH+2OH-=CO=CO3 32-2-+3H+3H2 2O O 反应后溶液的反应后溶液的pH如何变化？如何变化？4、镍铬电池、镍铬电池 特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。NiO2（S）+Cd（S）+2H2O（L）=Ni（OH）2（S）+Cd（OH）2（S）Ag2O（S）+Cd（S）+H2O（L）=2Ag（S）+Cd（OH）2（S）KOH溶液溶液H2O2H2Oa b例例1,1,19691969年美国年美国“阿波罗阿波罗1111号号”登月成功。飞船上使用登月成功。飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。在电极表面放电。1 1、a a是是 极，极，b b是是 极极电极反应式分别为：电极反应式分别为：负负正正 例例2,写出甲烷燃料电池（电解质溶写出甲烷燃料电池（电解质溶液为氢氧化钾溶液）的电极反应式及总液为氢氧化钾溶液）的电极反应式及总方程式：方程式：正极：正极：2O2O2 2+8e+8e-+4H+4H2 2O=8OHO=8OH-负极：负极：CHCH4 4+10OH+10OH-8e=CO-8e=CO3 32-2-+7H+7H2 2O O总反应：总反应：CHCH4 4+2O+2O2 2+2OH+2OH-=CO=CO3 32-2-+3H+3H2 2O O 反应后溶液的反应后溶液的pH如何变化？如何变化？熟能生巧多看、多读、动手、动脑多看、多读、动手、动脑 见多识广见多识广