第二節(jié) 化學(xué)能與電能2

第二節(jié)化學(xué)能與電能 第二章化學(xué)反應(yīng)與能量 電能 電力 二次能源 一次能源和二次能源 1 火力發(fā)電原理及過程 燃燒 蒸汽 發(fā)電機(jī) 一 化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化 火力發(fā)電優(yōu)點(diǎn) a 我國(guó)煤炭資源豐富 廉價(jià)方便 b 電能清潔安全 又快捷方便 火力發(fā)電缺點(diǎn) a 排出大量的溫室效應(yīng)氣體 b 有廢氣可能導(dǎo)致酸雨c 廢料廢水d 儲(chǔ)量有限e 能量轉(zhuǎn)換效率低 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 實(shí)驗(yàn)一 分別把鋅片和銅片插入到稀H2SO4中 觀察現(xiàn)象 一 原電池原理 鋅片上有氣泡 銅片上沒有氣泡 Zn 2H Zn2 H2 實(shí)驗(yàn)二 再用導(dǎo)線把鋅片和銅片連接起來 觀察銅片上有無氣泡產(chǎn)生 在導(dǎo)線中間接入一個(gè)電流表 觀察電流表的指針是否偏轉(zhuǎn) 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 銅片上有氣泡產(chǎn)生 鋅片不斷溶解 電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 導(dǎo)線中有電流通過電子流動(dòng) avi 原電池 負(fù)極出電子 電子回正極 2 變化 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 一 原電池1 定義 把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置 必發(fā)生失電子的氧化反應(yīng) 必發(fā)生得電子的還原反應(yīng) 失 得 Zn 2e Zn2 2H 2e H2 負(fù)極 正極 Zn 2H Zn2 H2 有氣體產(chǎn)生 Zn片溶解 4 原電池的構(gòu)成條件 兩種活潑性不同的金屬 或一種金屬和另一種非金屬導(dǎo)體 構(gòu)成電極 電解質(zhì)溶液 電極用導(dǎo)線相聯(lián)構(gòu)成閉合回路 3 化學(xué)電池的組成 正極 負(fù)極 電解質(zhì)溶液以及容器 5 原電池化學(xué)反應(yīng)本質(zhì) 較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng) 電子從較活潑的金屬 負(fù)極 通過外電路流向較不活潑的金屬 正極 氧化還原反應(yīng) 例1 銅 鋅 稀H2SO4組成的原電池電極反應(yīng)式 負(fù)極 Zn Zn 2e Zn2 氧化反應(yīng) 電極本身失去電子 正極 Cu 2H 2e H2 還原反應(yīng) 電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子得電子 注 得失電子相等 總反應(yīng)式 兩式相加2H Zn H2 Zn2 或Zn H2SO4 ZnSO4 H2 C H2SO4 不可以 不可以 可以 不可以 例2 病例分析 例3 病例分析 病例分析 你能為她開一個(gè)藥方嗎 6 判斷原電池正 負(fù)極的方法 由組成原電池的兩極材料判斷 一般是活潑的金屬為負(fù)極活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極 根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷 電流是由正極流向負(fù)極 電子流動(dòng)方向是由負(fù)極流向正極 根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷 原電池的負(fù)極總是失電子發(fā)生氧化反應(yīng) 正極總是得電子發(fā)生還原反應(yīng) 判斷下列裝置是否能構(gòu)成原電池 并寫出相應(yīng)的電極反應(yīng)及總反應(yīng) 1 Zn Zn與稀硫酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 3 Zn 石墨與稀硫酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 4 Fe Zn與稀硫酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 5 Cu Zn與乙醇進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 6 Cu Zn與一個(gè)西紅柿 或一個(gè)蘋果 進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 7 Cu Zn與兩個(gè)西紅柿進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 8 Cu Zn與橙汁進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 以上組合可以組成原電池 3 4 6 8 例1 例2 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 b c dB a c d bC c a b dD b d c a B 例3 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 CuFeCl3 Fe CFe NO3 3 Fe AgFe2 SO4 3 根據(jù)反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池 你有哪些可行方案 2Fe3 Fe 3Fe2 Fe CuCAg FeCl3Fe NO3 3Fe2 SO4 3 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) 二 發(fā)展中的化學(xué)電源 干電池 堿性電池 1 干電池結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)原理 1 干電池結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)原理 負(fù)極 Zn 2e Zn2 正極 2NH4 2e 2NH3 H2 Zn 2NH4 Zn2 2NH3 H2 電池總反應(yīng)式 特點(diǎn) a 一次性電池 不可逆b 用KOH代替NH4Cl能提高性能 延長(zhǎng)壽命 蓄電池 2 充電電池 又稱二次電池 2 充電電池 又稱二次電池 Pb PbO2 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 負(fù)極 Pb SO42 2e PbSO4 Pb PbO2 4H 2SO42 2PbSO4 2H2O 正極 PbO2 4H SO42 2e PbSO4 2H2O 鉛蓄電池 特點(diǎn) 電池總反應(yīng)式 二次電池 可再次充電使用 氫氧燃料電池 3 燃料電池 3 燃料電池 新型電池中 電極的導(dǎo)電材料一般多孔的金屬板 負(fù)極是通入還原劑的一方 正極是通入氧化劑的一方 氫氧燃料電池 電解質(zhì)溶液為30 的氫氧化鉀溶液 正極 O2 4e 2H2O 4OH 負(fù)極 2H2 4e 4OH 4H2O 總反應(yīng)式 2H2 O2 2H2O 特點(diǎn) 高效 環(huán)境污染少 外加設(shè)備供給氧化劑 例2 寫出甲烷燃料電池 電解質(zhì)溶液為氫氧化鉀溶液 的電極反應(yīng)式及總方程式 正極 2O2 8e 4H2O 8OH 負(fù)極 CH4 10OH 8e CO32 7H2O總反應(yīng) CH4 2O2 2OH CO32 3H2O 反應(yīng)后溶液的pH如何變化 4 鎳鉻電池 特點(diǎn) 比鉛蓄電池耐用 可密封反復(fù)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 例1 1969年美國(guó) 阿波羅11號(hào) 登月成功 飛船上使用的氫氧燃料電池是一種新型的化學(xué)電池 其構(gòu)造如圖示 兩個(gè)電極均由多孔性碳制成 通入的氣體由孔隙逸出 并在電極表面放電 1 a是極