《化学能与电能》ppt课件.ppt

第二节 化学能与电能,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。,化石燃料,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,2001年我国发电总量构成,1.火力发电原理及过程,燃烧,蒸汽,发电机,一、化学能转化为电能,火力发电的原理分析,讨 论：,分析40图28，谈谈火力发电的利与弊。,火力发电优点:,1.我国煤炭资源丰富,廉价方便.2.电能清洁安全,又快捷方便.,火力发电缺点:,1.排出大量的温室效应气体.2.有废气可能导致酸雨3.废料4.废水5.能量转换效率低,思 考,火力发电要经过一系列能量转换才能将化学能转换为电能，能否发明一种装置将化学能直接转化为电能呢？,能,电池,探究实验,实验一 把一块锌片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中,观察实验,记录现象(注意两块金属片不要相接触),现象：锌片逐渐溶解且 表面有气泡铜片表面无气泡,原因：Zn+2H+=Zn2+H2Cu不与稀H2SO4反应,实验二 用导线把实验一中的锌片和铜片连接起来,观察实验现象并记录,现象：铜片表面有气泡锌片部分溶解,?,实验三 如图所示在导线中间连接一个灵敏电流计,观察电流计的指针是否发生偏转?,现象：电流计指针偏转,原因：有电流形成,思考与交流：,实验三中的灵敏电流计的指针发生了偏转，说明装置中产生了电流，那么电流是如何产生的？,Zn2+,+,负极,正极,-,Zn,Cu,电流表,分析：,锌片：Zn-2e-= Zn2+,铜片：2H+2e-= H2 ,该装置实现了将化学能转化为电能，我们将这种装置称之为原电池。,(氧化反应),(还原反应),定义：能把化学能转变为电能的装 置，叫做原电池。,原电池的电极,2.原电池,思 考,构成原电池需要哪些条件呢？,实验探究 形成原电池的条件,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,实验探究形成原电池的条件,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）,构成原电池的条件,有两种活动性不同的金属（或非金属单质） 作电极电极材料均插入电解质溶液中两极相连形成闭合电路,原电池化学反应本质：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）,判断原电池正、负极的方法,由组成原电池的两极材料判断：,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,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：,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。,原电池,“负极出电子，电子回正极”,2、变化: 活泼金属发生氧化反应向外线路提供电子原电池的负极； 不活泼金属（或石墨）发生还原反应接受外线路提供的电子原电池的正极。,小结：原电池1、定义:把化学能转变为电能的装置.,必发生失电子的氧化反应,必发生得电子的还原反应,4、原电池的构成条件,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。电解质溶液。电极用导线相联构成闭合回路。,3、原电池的组成:正极、负极、电解质溶液以及容器。,5,原电池化学反应本质： 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）,氧化还原反应,6,判断原电池正、负极的方法,由组成原电池的两极材料判断：,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,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：,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。,下列装置中能组成原电池形成电流的是( ),习题：,C,你知道了吗？,哈哈！化学也能解决医学问题？,二、发展中的化学电源,复习：原电池 1、定义:把化学能转变为电能的装置.,2、变化: 活泼金属发生氧化反应向外线路提供电子原电池的负极； 不活泼金属（或石墨）发生还原反应接受外线路提供的电子原电池的正极。,3、原电池的构成条件,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。电解质溶液。电极用导线相联构成闭合回路。,4、判断原电池正、负极的方法,由组成原电池的两极材料判断：,根据电流方向或电子流动方向判断：,根据原电池两极发生的变化来判断：,判断下列几个学生设计的装置，能形成原电池的是？,写出下列原电池的电极反应、总反应,1、CuFe与稀硫酸2、Zn石墨与稀硫酸3、Fel与稀硫酸4、CuZn与CuCl2溶液5、FeZn与一个西红柿6、Cu石墨与FeCl3溶液7、 FeZn与CuCl2溶液,二、发展中的化学电源,1.干电池锌锰电池：属于一次性电池，负极反应为:正极反应为: 2NH4+ 2e- 2NH3 + H2广泛用于卡式录音机、闪光灯、电动玩具、袖珍电视机等。,2.充电电池： 充电电池又称二次电池，能够重复使用至一定的周期。 (1) 铅蓄电池：最早使用的充电电池，它是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极板是海绵状的金属铅，两极均浸入硫酸溶液中。,铅蓄电池电极反应：负极：Pb + SO42-2e-PbSO4正极：PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e-PbSO4 + 2H2O,铅蓄电池充电和放电的总化学方程式：PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O,放电充电,(2) 镍镉充电电池：它是一种体积少，具有残留性记忆的充电电池，可重复使用500次以上。它以Cd为负极，NiO(OH)为正极，KOH为电解液。广泛用于收录机、无线对讲机、电子闪光灯、电动剃须刀等，但有毒。,(3)锂离子电池：它是新一代可充电的绿色电池现已成为笔记本电脑、移动电话、摄像机等低功耗电器的主流。,锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。,燃料电池：它是一种高效、环境友好的发电装置。它的电极材料一般为活性电极，具有很强的催化活性，如铂电极，活性炭电极等。燃料电池由3个主要部分组成：燃料电极（负极） ；电解液 ；空气氧气电极（正极） 。,3、燃料电池,氢燃料电池的工作原理是：负极氢气被氧化失去电子，或称“燃烧掉了”。这些负电子流到电池的正极，同时，余下的氢离子通过电解液被送到正极。 在正极，与氧气发生反应并从正极吸收电子。这一反应的产品是电流、热量和水。,新型燃料电池,燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池,新型燃料电池：该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应：负极：CH4 + 10OH- - 8e-CO32- + 7H2O正极：2O2 + 4H2O + 8e-8OH-总反应： CH4 + 2O2 + 2KOHK2CO3 + 3H2O,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O,2H2 +4OH- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,【知识拓展】,4.其他电池,空气电池,原电池原理的应用：,)利用原电池原理设计新型化学电池；)改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；)进行金属活动性强弱比较；)电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。,练习1：下列装置哪些可以形成原电池?,Zn Cu,Fe C(石墨),Zn Cu,Zn Zn,Fe 陶瓷,Fe Cu,Si C(石墨),稀H2SO4 CuSO4 溶液 稀H2SO4 稀H2SO4 A B C D,Zn Cu,稀H2SO4 CuSO4溶液 酒精 稀H2SO4 E F G H,H2SO4 (aq),CuSO4 (aq),负极( ): .正极( ): .总反应式: .,负极( ): .正极( ): .总反应式: .,练习2：请在图上标出电子的流动方向和电流方向,并判断正负极，写出电极反应式和总反应式.,Ag,Fe,Zn Zn2e - = Zn2+ Cu Cu2+ +2e - = Cu Zn+Cu2+ = Zn2 + Cu,Fe Fe2e - = Fe 2+ Ag 2H+2e - = H2 Fe+2H+ = Fe 2+ +H2,请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+设计成一个原电池。,1、电解液： 。2、电极材料： 正极 ，负极 。3、电极反应式 ：负极: .正极: .,1、电解液： 硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等可溶性铜盐溶液 2、电极材料： 负极：铁， 正极：铜、石墨或比铁不活泼的其他金属,拓 展：,Fe 2e - = Fe 2+ Cu2+ +2e - = Cu,思 考 题,请根据反应 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+设计原电池，你有哪些可行方案?,Fe-Cu FeCl3,Fe-C Fe(NO3)3,Fe-Ag Fe(SO4)3,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,练 习,