《化学能与电能》课件1

科学视野科学视野 按利用能源的形态（直接利用或加按利用能源的形态（直接利用或加工）分类：一次能源和二次能源。工）分类：一次能源和二次能源。一次能源：煤炭、石油、天然气、水力、一次能源：煤炭、石油、天然气、水力、风能、风能、 柴草、太阳辐射、地热、核燃柴草、太阳辐射、地热、核燃等等料等等料二次能源：电能、蒸汽、汽油、煤气、二次能源：电能、蒸汽、汽油、煤气、液化气、液化气、 氢能、沼气、火药、水煤气氢能、沼气、火药、水煤气等等火电站火电站一次能源经加工、转换得到的能源称为一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源二次能源二次能源二次能源导入新课 前一节我们探讨的主要是化学能前一节我们探讨的主要是化学能转化为热能问题，那么物质的化学能转化为热能问题，那么物质的化学能能否转化为电能，若能转化，又是如能否转化为电能，若能转化，又是如何转化？何转化？一、化学能转化为电能一、化学能转化为电能利用煤、石油、天然利用煤、石油、天然气等自然界蕴藏极为气等自然界蕴藏极为丰富的化石燃料来发丰富的化石燃料来发电称为电称为火力发电火力发电。2001我国发电总量构成图我国发电总量构成图1、火力发电、火力发电（1 1）火力发电工作原理示意图）火力发电工作原理示意图化学能化学能 热能机械能电能热能机械能电能燃烧燃烧蒸汽蒸汽发电机发电机（2 2）火力发电的缺点：）火力发电的缺点：产生烟尘和废气，造成空气污染；产生烟尘和废气，造成空气污染；SOSO2 2形成酸雨；形成酸雨；COCO2 2加剧温室效应；加剧温室效应；煤炭储量有限，是非再生能源；煤炭储量有限，是非再生能源；经经多次多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低。转换，能量损耗大，燃料的利用率低。（3）火力发电的化学深层本质分析）火力发电的化学深层本质分析燃烧燃烧氧化还原反应氧化还原反应氧化剂与还原剂之间发生电子的转移氧化剂与还原剂之间发生电子的转移火力发电火力发电将化学能经一系列能量转化为电能将化学能经一系列能量转化为电能旧键断裂和新键形成、体系能量变化旧键断裂和新键形成、体系能量变化过程过程关键关键本质本质本质本质引起引起质疑 氧化剂与还原剂直接接触进行反应时，氧化剂与还原剂直接接触进行反应时，化学能转化为热能，再进过一系列能量转化学能转化为热能，再进过一系列能量转换环节才能转化为电能。这样能源利用率换环节才能转化为电能。这样能源利用率低。可低。可不可以使氧化还原反应释放的能量不可以使氧化还原反应释放的能量不通过热能而直接转变为电能呢？不通过热能而直接转变为电能呢？思考与交流 1 1、要使氧化还原反应释放的能量不、要使氧化还原反应释放的能量不通过热能而直接转变为电能，所要解决通过热能而直接转变为电能，所要解决的第一问题是什么？的第一问题是什么？ 2 2、若将氧化反应与还原反应分开在、若将氧化反应与还原反应分开在不同区域进行，那么，怎样假设桥梁使电不同区域进行，那么，怎样假设桥梁使电子从还原剂区域转移到氧化剂区域，同时子从还原剂区域转移到氧化剂区域，同时形成电流？形成电流？ 3 3、怎样知道所架设的桥梁中有电子、怎样知道所架设的桥梁中有电子流过？流过？ 现象现象铜片插入稀硫酸铜片插入稀硫酸锌片插入稀硫酸锌片插入稀硫酸锌片和铜片上端锌片和铜片上端连接在一起插入连接在一起插入稀硫酸稀硫酸实验实验24：用锌片、铜片、稀硫酸、用锌片、铜片、稀硫酸、烧杯、电流表、导线等按要求完成实烧杯、电流表、导线等按要求完成实验。验。铜片上无气泡铜片上无气泡锌片上有气泡锌片上有气泡铜片上有气泡铜片上有气泡, 锌片溶解锌片溶解,电流表电流表指针偏转指针偏转：把把化学能化学能转化成转化成电电能能的装置的装置原电池原电池2 2、原电池、原电池（1）定义（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应） （Zn）：）： Zn 2e- = Zn2+（Cu）：）：2H+2e- = H2 （铜片在这里起（铜片在这里起传导电子传导电子的作用）的作用）电极反应式：电极反应式：Zn+HZn+H2 2SOSO4 4=ZnSO=ZnSO4 4+H+H2 2电极总反应：电极总反应： ZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4原电池的工作原理：原电池的工作原理：负极负极正极正极（2）原电池工作原理）原电池工作原理：电子由负极流向正极，电子由负极流向正极， 电子与电流流向：电子与电流流向：学与问学与问 ：阴离子移向负极，阳离子移向正极，阴离子移向负极，阳离子移向正极， 外电路外电路内电路内电路（3）原电池中电极的名称）原电池中电极的名称：电子流出的一极：电子流出的一极发生氧化反应发生氧化反应：电子流入的一极：电子流入的一极发生还原反应发生还原反应负极负极正极正极电流由正极流向负极。电流由正极流向负极。电流由负极流向正极。电流由负极流向正极。 通过刚才的实验我们可以体会到通过刚才的实验我们可以体会到,化学化学能在原电池装置中可以直接转化为电能能在原电池装置中可以直接转化为电能,那那么么,符合什么条件的装置符合什么条件的装置才能构成原电池呢才能构成原电池呢?实验探究形成原电池的条件实验探究形成原电池的条件活泼性不同的两个电极活泼性不同的两个电极负极：负极：较活泼的金属较活泼的金属正极：正极：较不活泼的金属、石墨、金属氧化物等较不活泼的金属、石墨、金属氧化物等形成条件一：形成条件一：形成条件二：形成条件二：电极材料均浸入电解质溶液中电极材料均浸入电解质溶液中形成条件三：形成条件三：必须形成闭合回路必须形成闭合回路一个自发进行的氧化还原反应一个自发进行的氧化还原反应 u2H2H+ + +Zn = H+Zn = H2 2 + Zn + Zn2+2+ 形成条件四：形成条件四：（4）构成原电池的条件）构成原电池的条件( 1 )( 1 )有两种活动性不同的金属或一种有两种活动性不同的金属或一种 是非金属单质或金属氧化物作电极。是非金属单质或金属氧化物作电极。 （2 2）电极材料均插入电解质溶液中。）电极材料均插入电解质溶液中。 （3 3）两极相连形成闭合电路。）两极相连形成闭合电路。 （4 4）能自发进行的氧化还原反应。）能自发进行的氧化还原反应。下列各装置能否形成原电池反应？ ZnCuH2SO4 ZnCu 酒精酒精CuAgAgNO3CuZnH2SO4CuCuH2SO4CuZnCuSO4 ZnSO4CuZn CuSO4ZnSO4XXX练习：练习： 你能为她开一个药方吗？你能为她开一个药方吗？（5）如何书写电极反应方程式）如何书写电极反应方程式负极：负极： Zn -2e- = Zn 2+正极：正极： Cu2+ + 2e - = Cu 总反应总反应: Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu CuAgAgNO3溶液溶液负极：负极：Cu-2e-Cu2+正极：正极：2Ag2Ag+ + + 2e- = 2Ag2AgCuSO4溶液溶液 NaCl溶液溶液负极：负极：2 2FeFe-4-4e- =2FeFe2+2+正极：正极：O2+2H2O+4 4e- =4OH-NaOH溶液溶液 请判断右边原电池的正、负极？请判断右边原电池的正、负极？并写出并写出电极反应式电极反应式负极：负极：2Al +8OH2Al +8OH- - -6e-6e- - =2AlO=2AlO2 2- -+4H+4H2 2O O正极正极：6H6H2 2O+6eO+6e- - =6OH=6OH- -+3H+3H2 2 练习练习： 利用利用Cu+2FeCl3 =CuCl2 +2FeCl2设计设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。一个原电池，画出示意图，写出电极反应。AFeClFeCl3 3溶液溶液负极：负极：Cu-2e-Cu2+正极：正极：2 Fe Fe3+3+2+2e- 2FeFe2+2+（6）原电池原理的应用）原电池原理的应用加快反应速率加快反应速率 例如，实验室制例如，实验室制H2时，可加入少量时，可加入少量CuSO4以加快反应速率。以加快反应速率。判断金属活动性的强弱判断金属活动性的强弱 在一个原电池中作负极的金属比作正极的在一个原电池中作负极的金属比作正极的金属活泼金属活泼 金属溶解的一极比冒出气体或金属附着的金属溶解的一极比冒出气体或金属附着的一极的金属活泼性要强一极的金属活泼性要强制作化学电源制作化学电源二、发展中的化学电源负极：负极：Zn - 2e- Zn2+正极：正极：2MnO2+2NH4+2e-Mn2O3+2NH3H2O负极：负极：Zn +2OH- -2e- Zn(OH)2正极：正极：2MnO2+2H2O+2e-MnO(OH)+ 2OH-Zn +2MnO2+2H2O2MnO(OH)+Zn(OH)21、干电池、干电池酸性锌锰电池酸性锌锰电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池2、充电电池（又称二次电池）、充电电池（又称二次电池）（1）铅蓄电池）铅蓄电池镍镍镉电池的负极为金属镉镉电池的负极为金属镉(Cd)，正极为正极为NiO(OH)，电解液为，电解液为KOH溶液。溶液。负极：负极： Cd 2OH- 2e- Cd(OH)2正极：正极：2 2NiO(OH)2H2O2e- 2Ni(OH)2 2OH-总反应式：总反应式：Cd2NiO(OH)2H2O 2Ni(OH)2Cd(OH)2(2)(2)镍镍镉可充电电池镉可充电电池 锂离子充电电池锂离子充电电池锂亚硫电池：它使用金属锂亚硫电池：它使用金属(Li)和石墨作电极，和石墨作电极，金属锂金属锂(Li)作负极，四氯化铝锂作负极，四氯化铝锂(LiAlCl4)溶溶解在亚硫酰氯解在亚硫酰氯(SOCl2) 组成的电解质溶液中，组成的电解质溶液中，亚硫酰氯亚硫酰氯(SOCl2) 也作正极反应物。也作正极反应物。正极：正极：3SOCl28e-6Cl-SO32- 2S负极：负极：8Li8e- 8Li+ 总反应式：总反应式：8Li3SOCl2 6LiClLi2SO32S锂离子充电电池锂离子充电电池负极负极： 2H2-4e-=4H+正极：正极：O2+4H+4e-=2H2O酸性氢氧燃料电池酸性氢氧燃料电池负极：负极：2H24OH-4e-4H2O正极：正极：O22H2O4e-4OH-碱性氢氧燃料电池碱性氢氧燃料电池银银锌蓄电池：正极壳填充锌蓄电池：正极壳填充Ag2O和石墨，负和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解液为极盖填充锌汞合金，电解液为KOH溶液。溶液。正极：正极：Ag2OH2O2e-2Ag2OH-负极：负极：Zn2OH- 2e- ZnOH2O总反应式：总反应式：Ag2OZnH2O 2AgZn(OH)2空气电池空气电池废电池对环境的危害废电池对环境的危害 电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。随意电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。随意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。丢弃废电池会对环境造成严重的污染。有关资料显示：有关资料显示：一粒钮扣电池能污染一粒钮扣电池能污染60万升水（这是一个人一生的万升水（这是一个人一生的用水量）。用水量）。一节一号电池埋在地里，能使平方米的土地失去一节一号电池埋在地里，能使平方米的土地失去使用价值使用价值 。 中国电池的年产量中国电池的年产量180180多亿只，占世界电池多亿只，占世界电池总产量的总产量的3030以上，年消费量达以上，年消费量达70708080亿只，亿只，但回收率却不足。但回收率却不足。 在在Cu-Zn原电池中，原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为溶液的浓度为0.125mol/L , 若工作一段若工作一段时间后，从装置中共收集到时间后，从装置中共收集到 0.168L升升气体，则流过导线的电子为气体，则流过导线的电子为_mol45ABCD正极正极ZnCuCuFe负极负极CuZnZnZn电解质溶液电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4HCl典型例题：典型例题：