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第3节 化学能转化为电能电池,第1章 化学反应与能量转化,水电站,直接从自然界取得的能源称为一次能源,火电站,一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源。,火力发电中能量是如何转化的呢？,科学视野,燃烧,发电机,化学能,热能,机械能,电能,1780年意大利著名生物学家伽伐尼在解剖青蛙时，已死去的青蛙竟然发生了抽搐。伽伐尼做了如下实验： 实验1: 用一枝铜钩插入死青蛙的脊髓中，再挂在铁栏杆上，当青蛙腿碰到铁栏杆时，就发生抽搐。 实验2:将青蛙放到铜制的解剖盘里，当解剖刀接触蛙腿时，蛙腿发生抽搐。 他根据实验得出：青蛙自身肌肉和神经里的“生物电”是导致抽搐的原因。1791年，伽伐尼发表了论肌肉中的生物电论文，引起广泛关注。,科学史话,伏打与电池的发明,善于质疑的意大利物理学家伏打，提出了疑问：为什么只有青蛙腿和铜器和铁器接触时才发生抽搐？实验如下： 实验1:将青蛙腿放在铜盘里，用解剖刀去接触，蛙腿抽搐。 实验2:将青蛙腿放在木盘里，用解剖刀去接触，蛙腿不动。 经过一番研究，伏打用实验推翻了伽伐尼的结论，他发现两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿就会抽搐，蛙腿只是起了显示电流通过的作用，所谓特殊的“动物电”是不存在的。,联想到肌肉、神经类似于能导电的电解质的溶液，那么，电解质溶液与活泼性不同的金属作用会不会产生电流呢？,实 验1,将锌片和铜片平行插入稀硫酸溶液中，观察实验现象；再使锌片和铜片接触，观察实验现象。,你的头脑中产生了什么疑问？,做一个合理的假设解释你的疑问！,假设：电子从锌片跑到铜片上,如 何 证 明？,实验现象：,电流计指针发生偏转， Cu片上有气泡产生,将锌片和铜片用导线连接起来，在导线之间接入电流表。平行插入稀硫酸溶液中观察实验现象。(注意观察铜片表面和电流计指针),实 验2,电流产生啦！,原电池的定义,这种将化学能直接转化为电能 的装置叫做原电池。,从能量变化的角度分析这是什么装置?,G,e,e,负极,正极,1电子从哪里来，到哪里去？ 2在锌片和铜片表面分别发生了哪些变化？ 3. 电池的正极和负极分别是什么？判断依据是什么？ 溶液中有哪些看不见的动作？,氧化反应,Zn-2e-=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液,失e-，沿导线传递，有电流产生,还原反应,2H+2e- =H2,阴离子,阳离子,负极,正极,阳离子,归 纳 与 整 理,电极反应总式：,氧化还原反应,原电池反应本质：,伏打指出，伽伐尼实验中连接起来的是两种不同的金属(他称为第一类导体或干导体)和含液体的青蛙肌肉(他称为第二类导体或湿导体)。伏打把不同的金属板浸入同一种电解液里，组成了第一个直流电源伏打电池。他用几个容器盛了盐水，把插在盐水里的铜板、锌板连接起来，电流就产生了。,活动2,根据已具备的氧化还原反应知识和上述信息，试 说明化学电池由几部分组成，它的组成条件是什么？,讨论一下吧！,实验探究形成原电池的条件,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,形成条件一： 活泼性不同的两个电极,负极：较活泼的金属 正极：较不活泼的金属、石墨等,第一组实验,（可以）,（不可以）,形成条件二：电极需插进电解质溶液中；,第二组实验,实验探究形成原电池的条件,第三组实验,实验探究形成原电池的条件,形成条件三：必须形成闭合回路,（不可以）,原电池的形成条件, 电极材料均插入电解质溶液中, 两极相连形成闭合电路,1. 电极,2. 溶液,3. 回路,归 纳 与 整 理,两极一液成回路,实 践 活 动,方式：最好先独立设计，并动手试验，边做边改进，也可与邻座同学相互讨论和观摩，或请老师指导。,如果你还有疑问，请选做“活动二”实验探究” 然后用下列材料：电极（Zn片、Cu片、石墨棒、Fe钉等可任选）导线、土豆（2个）、电流计，设计一个装置使电流计指针发生偏转。,完成探究：完成活动探究表 解决问题：了解一个真正的电池，看看哪 些地方运用到今天大家的研究 成果。,课 后 作 业,化学电源,我们所学的原电池的缺点： 实用电池的特点：,反应一段时间后，铜极上聚集了许多氢气泡， 把铜极与硫酸隔开就不再产生电流，且携带不 方便。,能产生稳定且具有较高电压的电流； 安全且携带方便； 能适用特殊用途； 便于回收处理，不污染环境或对环境产生影响小。,（3）燃料电池 又称为连续电池，一般以天然燃料或其它可燃物质如氢气、甲醇、天然气、煤气等作为负极的反应物质，以氧气作为正极反应物质组成燃料电池。,化学电源分类,（2）二次化学电源 二次电池在放电后经充电可使电池中的活性物质恢复工作能力。铅蓄电池和可充电电池都是二次电池。,（1）一次化学电源 电池中的反应物质进行一次氧化还原反应并放电之后，就不能再次利用，如干电池。,认识几种电池,锂电池,干电池,叠层电池,纽扣电池,各类电池,1.干电池（普通锌锰电池）,电极反应方程式：,负极：,正极：,Zn 2e- = Zn2+,2MnO2 + 2NH4+ + 2e- = Mn2O3 + 2NH3 + H2O,反应总的方程式,2MnO2+2NH4+ Zn=Mn2O3+2NH3+H2O+Zn2+,碱性锌锰干电池以氢氧化钾代替氯化铵 做电解质，结构如图138所示，,其电极反应为：,2、蓄电池,(铅蓄电池),正极材料上涂有棕褐色的PbO2，负极材料是海绵状的金属铅，两极浸在H2SO4溶液中。写出电极反应式。,铅蓄电池是二次电池，能放电又能充电。 放电是原电池原理； 充电是电解原理,3、新型燃料电池,原理相同： 工作时发生的仍然是氧化还原反应 特点： 工作时氧化剂和还原剂是从外界不断输入的，同时将电极产物不断排出电池。 燃料电池是名副其实的把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”。能量转换率很高。,燃料电池,3.氢氧燃料电池,交流研讨 图1-3一10为一种氢氧燃料电池结构 示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极 材料为石墨，氢气和氧气(或空气)源源 不断地通到电极上。请你写出该电池的 电极反应和电池反应。,氢氧燃料电池的电极反应为：,电池反应为：,燃料电池优点:,能量利用效率高、可连续使用和污染轻等优点,在酸性条件下，氢氧燃料电池中的电极反应：,在碱性条件下，氢氧燃料电池中的电极反应：,例,例,35,三、金属的腐蚀与防护,36,铁与酸反应，铁被腐蚀。腐蚀速率较慢。,铁作负极（阳极）被腐蚀腐蚀速率较快。,实验一：（按下图进行实验）请比较下列现象的异？,图一,37,金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到的破坏，称为金属腐蚀。,化学腐蚀,电化学腐蚀,1、金属的腐蚀的电化学原理,38,（1）、化学腐蚀与电化腐蚀,39,实验二：按下图进行对比实验,图二,A,指针无偏转,指针偏转,指针偏转,40,负极： Fe - 2e- = Fe2+,正极： 2H+ 2e- =H2,溶液反应： Fe2+ 2OH- =Fe(OH)2 4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O =4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n) H2O,正极： O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,请写出下列电极方程式？,A,A,41,钢铁的析氢腐蚀示意图,钢铁的吸氧腐蚀示意图,42,（2）、析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）,2H+ 2e- =H2,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,Fe - 2e- = Fe2+,Fe2+ 2OH- =Fe(OH)2 4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3nH2O+(3-n) H2O,水膜酸度较高,水膜酸性很弱或中性,43,铜板上的铁铆钉为什么特别容易生锈？,44,练习,银质奖章较长时间后变黑， 形成黑锈，可以采用抛光的方法恢复光泽，抛光的简单方法是：将变质的奖章放入盛有食盐的铝锅中，放置一段时间后，黑锈就被除去,而银不会损失。 （1）形成黑锈的原因： （2）除锈的原理：,4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O,45,在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下： 电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀,小结,46,改变金属内部的组织结构，制成合金(如不锈钢）。 在金属表面覆盖保护层。如油漆、油脂等，电镀Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜作保护层。 电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。,2、金属的防护,（1）、金属防护的几种重要方法,原理：隔绝金属与外界空气、电解质溶液的接触。,47,（2）、牺牲阳极的阴极保护法：,48,（3）、外加电源的阴极保护法：,49,小结,在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下： 电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀 防腐措施由好到坏的顺序如下： 外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法有一般防腐条件保护无防腐条件,50,例：,下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是,(5),(2),(1),(3),(4),51,改变金属的内部组织结构 防腐,2000年5月，保利集团在香港拍卖会上花费3000多万港币购回在火烧圆明园时流失的国宝：铜铸的牛首、猴首和虎首，普通铜器时间稍久容易出现铜绿，其主要成分是Cu2(OH)2CO3这三件1760年铜铸的国宝在240 年后看上去仍然熠熠生辉不生锈，下列对起原因的分析，最可能的是（ D ）,A.,C.,铜的金属活动性比氢小，因此不宜被氧化；,B.,D.,它们的表面都电镀上了一层耐腐蚀的黄金；,环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去；,它们是含一定比例金、银、锡、锌的合金；,练 习,
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