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關(guān)于高中化學(xué)必修第二章第二節(jié)化學(xué)能與電能水電站直接從自然界取得的能源稱為一次能源第2頁,共58頁,星期六,2024年,5月
電能是現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用最廣泛、使用最方便、污染最小的一種二次能源,又稱為電力。第3頁,共58頁,星期六,2024年,5月火電站一次能源經(jīng)加工、轉(zhuǎn)換得到的能源稱為二次能源第4頁,共58頁,星期六,2024年,5月
化學(xué)能熱能機(jī)械能電能燃燒蒸汽發(fā)電機(jī)一、化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化第5頁,共58頁,星期六,2024年,5月2、火力發(fā)電的化學(xué)深層本質(zhì)分析燃燒氧化還原反應(yīng)氧化劑與還原劑之間發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移火力發(fā)電將化學(xué)能經(jīng)一系列能量轉(zhuǎn)化為電能舊鍵斷裂和新鍵形成、體系能量變化過程關(guān)鍵本質(zhì)本質(zhì)引起第6頁,共58頁,星期六,2024年,5月發(fā)電站將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能火力發(fā)電有哪些缺點(diǎn)?討論第7頁,共58頁,星期六,2024年,5月存在缺點(diǎn)排出大量溫室氣體可能導(dǎo)致酸雨能量轉(zhuǎn)化效率低煤炭是非可再生資源第8頁,共58頁,星期六,2024年,5月
化學(xué)能電能
?第9頁,共58頁,星期六,2024年,5月化學(xué)能電能?(看書P35頁第二、三段,回答問題)1、當(dāng)氧化劑和還原劑直接接觸進(jìn)行反應(yīng)時(shí),化學(xué)能要經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)換才能轉(zhuǎn)換為電能。2、把氧化劑和還原劑分開,使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在兩個(gè)不同區(qū)域進(jìn)行。3、需要在氧化劑和還原劑之間架設(shè)橋梁使電子從氧化劑區(qū)域流向還原劑區(qū)域。4、考慮氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)發(fā)生的條件和環(huán)境,化學(xué)物質(zhì)的選擇。5、從電學(xué)角度考慮儀器選擇和組裝問題。第10頁,共58頁,星期六,2024年,5月現(xiàn)象銅片鋅片電流表Zn片表面沒有氣泡產(chǎn)生,鋅片溶解Cu片有氣泡產(chǎn)生電流表指針偏轉(zhuǎn)結(jié)論:有電流產(chǎn)生
[實(shí)驗(yàn)2-4]實(shí)驗(yàn)探究請(qǐng)將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄在課本P38表中:第11頁,共58頁,星期六,2024年,5月
外電路:電子由負(fù)極流向正極,電流由正極流向負(fù)極內(nèi)電路:陰離子移向負(fù)極,陽離子移向正極,電流由負(fù)極流向正極e-電荷流向電流流向:負(fù)極正極學(xué)與問P41第12頁,共58頁,星期六,2024年,5月一、原電池1、定義:把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置.原電池原理AZnCuSO42-H+H+第13頁,共58頁,星期六,2024年,5月[實(shí)驗(yàn)]原電池原理探究步驟討論與交流1.將Zn片插入稀H2SO4Zn片和Cu片上現(xiàn)象有何差別?2.將Cu片插入稀H2SO43.Zn片和Cu片接觸插入稀H2SO4(不接電流表)Cu片上有何現(xiàn)象?推測(cè)原因.4.Zn片和Cu片用導(dǎo)線連接(中間接電流表)插入稀H2SO4(偏向?)電流表指針有何變化?說明了什么?5.嘗試用干電池判斷實(shí)驗(yàn)中的正負(fù)極說明你判斷的方法?第14頁,共58頁,星期六,2024年,5月
離子方程式思考問題尋找答案你對(duì)問題2的想法稀H2SO4ZnCu鋅表面有氣泡產(chǎn)生,銅表面無明顯現(xiàn)象1.反應(yīng)中,哪種物質(zhì)失電子,哪種物質(zhì)得電子?演示探究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象用導(dǎo)線將鋅表面的電子引出來Zn+2H+=Zn2++H2↑2.什么方法可使Zn與H+分開,不讓H+直接在Zn表面得電子?第15頁,共58頁,星期六,2024年,5月
離子方程式思考問題尋找答案組內(nèi)交流列出想法
演示探究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象Cu起傳導(dǎo)電子的作用??捎秒娏鞅頊y(cè)電流及方向。Zn+2H+=Zn2++H2↑稀H2SO4ZnCu大量氣泡從銅片逸出,鋅片部分溶解1.H+得到的電子是Cu失去的嗎?2.在這個(gè)過程中Cu起什么作用?3.你怎樣才能知道導(dǎo)線中有電子通過?第16頁,共58頁,星期六,2024年,5月
解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象思考問題尋找答案組內(nèi)交流列出想法演示探究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能1.電子從Zn到H+經(jīng)歷了哪些途徑?2.你認(rèn)為這個(gè)過程能量是如何轉(zhuǎn)化的?鋅表面無氣泡,銅表面有氣泡,電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn)。電子由Zn導(dǎo)線銅片H+定向移動(dòng)產(chǎn)生電流,故電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)AZnCu稀H2SO4第17頁,共58頁,星期六,2024年,5月(氧化反應(yīng))(還原反應(yīng))Zn片:Zn-2e-=Zn2+Cu片:2H++2e-=H2
↑(銅片在這里起傳導(dǎo)電子的作用)電極反應(yīng)式:Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑電極反應(yīng)總式:Zn+2H+==Zn2++H2↑
2e-2.Zn-Cu-H2SO4原電池的工作原理:第18頁,共58頁,星期六,2024年,5月“負(fù)極出電子,電子回正極”3、原電池化學(xué)反應(yīng)本質(zhì):氧化還原反應(yīng)負(fù)極:還原性相對(duì)較強(qiáng)的材料正極:還原性相對(duì)較弱的材料活潑金屬→發(fā)生氧化反應(yīng)→向外線路提供電子→原電池的負(fù)極;不活潑金屬(或石墨)→發(fā)生還原反應(yīng)→接受外線路提供的電子→原電池的正極。
第19頁,共58頁,星期六,2024年,5月CH2SO4(不可以)(可以)條件一:有活潑性不同的兩種金屬或非金屬第20頁,共58頁,星期六,2024年,5月(可以)(不可以)形成條件二:電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中;實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件第21頁,共58頁,星期六,2024年,5月實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件形成條件三:必須形成閉合回路(不可以)第22頁,共58頁,星期六,2024年,5月AZnCuH2SO4ACCuH2SO4原電池右圖裝置電流表指針偏轉(zhuǎn)區(qū)別結(jié)論不偏轉(zhuǎn)電極材料不同電池總反應(yīng)應(yīng)該是能自發(fā)地發(fā)生的氧化還原反應(yīng)第23頁,共58頁,星期六,2024年,5月構(gòu)成原電池的條件★有兩種活動(dòng)性不同的金屬(或非金屬單質(zhì))作電極★電極材料均插入電解質(zhì)溶液中★兩極相連形成閉合電路★能自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)第24頁,共58頁,星期六,2024年,5月練習(xí)⒈判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池?若不是,請(qǐng)說明理由.①②③(×)(×)(√)④(√)⑤(×)第25頁,共58頁,星期六,2024年,5月4、原電池電極名稱的確定方法①根據(jù)電極材料的性質(zhì)確定。通常是活潑金屬是負(fù)極,不活潑金屬、碳棒、化合物是正極。②根據(jù)電極反應(yīng)特點(diǎn)確定。失電子的反應(yīng)→氧化反應(yīng)→負(fù)極得電子的反應(yīng)→還原反應(yīng)→正極例:銀鋅電池是廣泛用作各種電子儀器的電源,它的反應(yīng)可表示為:Ag2O+Zn+H2O=2Ag+2Zn(OH)2請(qǐng)判斷此電池中,負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是()A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD第26頁,共58頁,星期六,2024年,5月③根據(jù)電子或電流流動(dòng)方向(外電路):電子從負(fù)極流出沿導(dǎo)線流入正極電流從正極流出沿導(dǎo)線流入負(fù)極ee④、根據(jù)離子的定向移動(dòng)(內(nèi)電路)陽離子向正極移動(dòng)陰離子向負(fù)極移動(dòng)第27頁,共58頁,星期六,2024年,5月⑤根據(jù)離子方程式判斷Fe+2H+=Fe2++H2(負(fù)極)(在正極)第28頁,共58頁,星期六,2024年,5月5.如何書寫電極反應(yīng)方程式負(fù)極(鋅片):
Zn-2e-=Zn2+負(fù)極(鋅片):
Zn-2e-=Zn2+正極(石墨):
2H++2e-=H2↑正極(銅片):
Cu2++2e-=Cu總反應(yīng):Zn+2H+=Zn2++H2↑總反應(yīng):
Zn+Cu2+=Zn2++Cu第29頁,共58頁,星期六,2024年,5月電極反應(yīng)方程式的書寫方法負(fù)極:較活潑金屬(a)電極反應(yīng):a-ne-=an+(氧化反應(yīng))正極:較不活潑金屬或非金屬(b)電極反應(yīng):Cm++me-=C(還原反應(yīng))第30頁,共58頁,星期六,2024年,5月H2SO4(aq)CuSO4(aq)ZnCu負(fù)極():.正極():.總反應(yīng)式:.負(fù)極():.正極():.總反應(yīng)式:.例:請(qǐng)?jiān)趫D上標(biāo)出電子的流動(dòng)方向和電流方向,并判斷正負(fù)極,寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式.AgFeZnZn-2e-=Zn2+
CuCu2++2e-=Cu
Zn+Cu2+
=Zn2++
CuFeFe-2e-=Fe2+
Ag2H++2e-=H2↑
Fe+2H+=Fe2++H2↑
Ie-e-I第31頁,共58頁,星期六,2024年,5月練習(xí)2.下列裝置哪些可以形成原電池?形成原電池的寫出電極反應(yīng)式,并指出電子流動(dòng)方向。第32頁,共58頁,星期六,2024年,5月
請(qǐng)結(jié)合組成原電池的條件,將氧化還原反應(yīng):Fe+Cu2+=Cu+Fe2+設(shè)計(jì)成一個(gè)原電池。1、電解液:
。2、電極材料:正極
,負(fù)極
。3、電極反應(yīng)式:負(fù)極:.正極:.1、電解液:硫酸銅、氯化銅、硝酸銅等可溶性銅鹽溶液2、電極材料:負(fù)極:鐵,正極:銅、石墨或比鐵不活潑的其他金屬
拓展:
Fe-2e-=Fe2+Cu2++2e-=Cu
第33頁,共58頁,星期六,2024年,5月小結(jié)
由化學(xué)方程式書寫電極反應(yīng)式:①找出發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的物質(zhì),確定正負(fù)極反應(yīng)的物質(zhì);②利用電荷守恒分別寫出電極反應(yīng)式;③驗(yàn)證:兩電極反應(yīng)式相加所得式子和原化學(xué)方程式相同,則書寫正確。
第34頁,共58頁,星期六,2024年,5月思考題請(qǐng)根據(jù)反應(yīng)2Fe3++Fe
=3Fe2+設(shè)計(jì)原電池,你有哪些可行方案?Fe-CuFeCl3Fe-CFe(NO3)3Fe-AgFe(SO4)3第35頁,共58頁,星期六,2024年,5月化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化電能化學(xué)能原電池電解池第36頁,共58頁,星期六,2024年,5月鋅片插入稀硫酸中,被腐蝕。(化學(xué)腐蝕)鋅片在鋅,銅(稀硫酸)原電池中作為負(fù)極,也被腐蝕。(電化學(xué)腐蝕)哪個(gè)更快?原電池的負(fù)極被腐蝕得更快。分析鋅,鐵(稀硫酸)原電池中的電極反應(yīng)。你感受到作為正極,鐵被保護(hù)了嗎?原電池的金屬正極被保護(hù)。第37頁,共58頁,星期六,2024年,5月原電池原理的應(yīng)用
①制作化學(xué)電源②加快反應(yīng)速率:
例如,實(shí)驗(yàn)室制H2時(shí),由于鋅太純,反應(yīng)一般較慢,可加入少量CuSO4以加快反應(yīng)速率。③判斷金屬活動(dòng)性的強(qiáng)弱④揭示鋼鐵腐蝕的原因及防止鋼鐵的腐蝕。
鋼鐵中含有碳,可與Fe組成原電池,發(fā)生原電池反應(yīng)而使鋼鐵遭到腐蝕第38頁,共58頁,星期六,2024年,5月
防止鋼鐵腐蝕:在鋼鐵的表面焊接比Fe更活潑的金屬(如Zn),組成原電池后,使Fe成為原電池的正極而得到保護(hù)。鋼鐵的析氫腐蝕:負(fù)極:Fe–2e-=Fe2+
正極:2H++2e-=H2↑鋼鐵的吸氧腐蝕:負(fù)極:2Fe–4e-=2Fe2+
正極:2H2O+O2+4e-=4OH-第39頁,共58頁,星期六,2024年,5月練習(xí)3、把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中,用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時(shí),a為負(fù)極;c、d相連時(shí),電流由d到c;a、c相連時(shí),c極上產(chǎn)生大量氣泡,b、d相連時(shí),b上有大量氣泡產(chǎn)生,則四種金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱的為:()A.a(chǎn)>b>c>dB.a(chǎn)>c>d>bC.c>a>b.>dD.b>d>c>aB第40頁,共58頁,星期六,2024年,5月二、發(fā)展中的化學(xué)電源干電池堿性電池蓄電池鋰離子電池燃料電池第41頁,共58頁,星期六,2024年,5月負(fù)極:Zn–2e-=Zn2+正極:2NH4++2e-=2NH3+H2總反應(yīng):Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H22MnO2+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=[Zn(NH3)4]Cl2其他干電池:堿性鋅-錳干電池、銀-鋅紐扣電池等優(yōu)點(diǎn):攜帶方便缺點(diǎn):電量小,污染大干電池(負(fù)極)(正極)鋅筒石墨棒MnO2和C普通鋅-錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2
和
H2O等1、干電池結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)原理第42頁,共58頁,星期六,2024年,5月總反應(yīng):Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2OPb+PbO2+4H++2SO42-=2PbSO4+2H2O負(fù)極:Pb-2e-+SO42-=PbSO4正極:PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O其他蓄電池:鎳-鎘蓄電池、銀-鋅蓄電池等優(yōu)點(diǎn):可反復(fù)使用
缺點(diǎn):污染大2、鉛蓄電池第43頁,共58頁,星期六,2024年,5月3、銀鋅電池正極殼填充Ag2O和石墨,負(fù)極蓋填充鋅汞合金,電解質(zhì)溶液KOH。反應(yīng)式為:2Ag+Zn(OH)2
Zn+Ag2O+H2O
充電放電1970-1975,開發(fā)了先進(jìn)的銀鋅、鎳鎘電池技術(shù)。1975-1983,為美國海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。1979-1987,為美國國家能源部發(fā)展電動(dòng)車用的鎳鋅電池。1998-1992,為美國海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水艇。第44頁,共58頁,星期六,2024年,5月4、鎘鎳電池NiO2+Cd+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2
放電充電負(fù)極材料:Cd,正極材料:涂有NiO2
,電解質(zhì):KOH溶液。反應(yīng)式如下:第45頁,共58頁,星期六,2024年,5月5、鋰電池
鋰是密度最小的金屬,用鋰作為電池的負(fù)極,跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負(fù)極相比較,使用壽命大大延長。第46頁,共58頁,星期六,2024年,5月6、新型燃料電池
燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi),而是在工作時(shí),不斷從外界輸入,同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池第47頁,共58頁,星期六,2024年,5月第48頁,共58頁,星期六,2024年,5月氫氧燃料電池:負(fù)極:2H2+4OH—-4e—
=4H2O(氧化反應(yīng))正極:O2+H2O+4e—=4OH—(還原反應(yīng))總反應(yīng):2H2+O2=2H2O第49頁,共58頁,星期六,2024年,5月其他電池空氣電池第50頁,共58頁,星期六,
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