第二章第二節(jié)化學(xué)能與電能

1、2-2 化學(xué)能與電能,1780年，伽伐尼(Galvani,L.) 青蛙抽搐實(shí)驗(yàn),解釋“青蛙腿為什么會(huì)抽搐”這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢,病 例 分 析,病 例 分 析,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(chēng)為電力,一、化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化,2001年我國(guó)發(fā)電總量構(gòu)成圖,估計(jì)在2050年火電仍居首位,火電，又稱(chēng)為火力發(fā)電。那么，火究竟是如何轉(zhuǎn)化為電,1、火力發(fā)電的原理分析,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(guò)程,關(guān)鍵,本質(zhì),本質(zhì),引起,3、火力發(fā)電的利

2、弊分析,利,弊,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,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,思考：假設(shè)你是電力工程師，面對(duì)這些利與弊，你會(huì)如何應(yīng)對(duì)呢,a、改進(jìn)火力發(fā)電,方式之一就是嘗試將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。就像電池。其好處就是減少中間環(huán)節(jié)能損，高效、清潔利用燃料，不浪費(fèi)能源，更方便,4、原電池,原電池原理實(shí)驗(yàn),鋅片上有氣泡產(chǎn)生,無(wú)現(xiàn)象,銅片上產(chǎn)生氣泡,電流計(jì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),這種裝置的反應(yīng)與Zn與稀硫酸直接作用有什么不同？由這種裝置能起到什么樣的作用,銅片上為什么會(huì)有氣泡產(chǎn)生,發(fā)生了什么反應(yīng),電流表的偏轉(zhuǎn)方向與

3、電子移動(dòng)方向一致,原電池 1、概念：把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 動(dòng)畫(huà)演示 原理分析 發(fā)生了一個(gè)氧化還原反應(yīng),Zn + 2H+=Zn2+ + H2,將氧化還原反應(yīng)中還原劑失去的電子經(jīng)過(guò)導(dǎo)線傳給氧化劑，使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極上進(jìn)行，產(chǎn)生電流,原電池的電極反應(yīng)與名稱(chēng),正極： 負(fù)極： 總反應(yīng),n +n,e-（得e-還原反應(yīng),n e-n（失e-氧化反應(yīng),Cu,Zn,電子的運(yùn)動(dòng),電子的定向移動(dòng)形成電流,電子流出的一極是,負(fù)極（Zn,電子流入的一極是,正極（Cu,H2SO4,Zn,e,e,e,e,e,e,氧化反應(yīng),還原反應(yīng),外電路,內(nèi)電路,金屬失電子變成陽(yáng)離子進(jìn)入,H+得電子生成氫氣放出,帶電粒

4、子的流動(dòng)方向： 1、外電路 電子從負(fù)極流向正極 電流從正極流向負(fù)極 2、內(nèi)電路（電解質(zhì)溶液） 陽(yáng)離子趨向正極 陰離子趨向負(fù)極,活動(dòng)性不同的兩個(gè)電極,實(shí)驗(yàn)探究：原電池的組成條件,不能 能 不能,不能 能 不 能 能,電極必須插在電解質(zhì)溶液中,能 不能,兩極相連形成閉合回路,原電池的構(gòu)成條件 1、有兩種活動(dòng)性不同的金屬（或非金屬導(dǎo)體） 作電極 負(fù)極：較活潑金屬，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng) 正極：較不活潑金屬或非金屬導(dǎo)體，發(fā)生 還原反應(yīng) 2、電極材料均插入電解質(zhì)溶液中 3、形成閉合回路 4、一般較簡(jiǎn)單的原電池中，負(fù)極金屬能夠自發(fā)的 和電解質(zhì)溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)。 兩極一液成回路,練習(xí),判斷下列哪些裝置構(gòu)成

5、了原電池？若不是，請(qǐng)說(shuō)明理由；若是，請(qǐng)指出正負(fù)極名稱(chēng)，并寫(xiě)出電極反應(yīng)式,2H+2e-H2,負(fù)極,總反應(yīng),正極,Zn2e-Zn2,Zn+2H+Zn2+H2,負(fù)極,正極,總反應(yīng),正極,負(fù)極,總反應(yīng),Zn2e-Zn2,2H+2e-H2,Zn+2H+Zn2+H2,Fe2e-Fe2,Cu2+2e-Cu,Fe+Cu2+Fe2+Cu,Fe+CuSO4Cu+FeSO4,負(fù)極,正極,總反應(yīng),Zn2e-Zn2,Cu2+2e-Cu,Zn+Cu2+Zn2+Cu,或 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu,負(fù)極,正極,總反應(yīng),Fe2e-Fe2,2H+2e-H2,Fe+2H+ Fe2+H2,或 Fe+H2SO4FeSO4+H2

6、,解釋“青蛙腿為什么會(huì)抽搐”這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢,1791 年意大利生理學(xué)家伽伐尼（Galvani）發(fā)現(xiàn)了以金屬片接觸青蛙肌肉時(shí)，有收縮的現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)時(shí) Galvani 誤以為此現(xiàn)象為青蛙肌肉所產(chǎn)生的動(dòng)物電流所致,伏打電池,在 1800 年意大利的物理學(xué)家 Volta則透過(guò)不同的金屬間以一液體相接所形成的伏特電池，說(shuō)明了青蛙肌肉的收縮實(shí)際上是因不同金屬片間的電位差透過(guò)青蛙肌肉作為電解液而產(chǎn)生的電流所致,自由女神的外殼為銅，內(nèi)層支架為鐵，中間用油毛氈隔開(kāi)。時(shí)間長(zhǎng)了，設(shè)計(jì)者預(yù)先沒(méi)想到的事發(fā)生了：那層油毛氈失去了隔離作用，而大西洋潮濕的夾帶鹽分的空氣向女神不斷地吹來(lái)，無(wú)數(shù)的 在女神身上形成，結(jié)果加速了鐵的

7、腐蝕。盡管女神有萬(wàn)般靈驗(yàn)，現(xiàn)在也自身難保。怎樣免除她的厄運(yùn)呢,原電池,救救自由女神,病 例 分 析,病 例 分 析,病 例 分 析,你能為她開(kāi)一個(gè)藥方嗎,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： ( ) Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a,B,3,如圖所示，在鐵圈和銀圈的焊接處，用一根棉線將其懸在盛水的燒杯中，使之平衡；小心的向燒杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可觀察

8、到的現(xiàn)象是,D,A. 鐵圈和銀圈左右搖擺不定； B. 保持平衡狀態(tài)； C. 鐵圈向下傾斜； D. 銀圈向下傾斜,D,原電池正負(fù)極的判斷方法： 1、根據(jù)組成原電池的兩極材料判斷 一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬為負(fù)極；活動(dòng)性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。 2、根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷 電流從正極流向負(fù)極，電子從負(fù)極流向正極。 3、根據(jù)原電池中電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向移動(dòng)方向判斷 陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。 4、根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來(lái)判斷 負(fù)極失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)。 5、根據(jù)現(xiàn)象判斷 一般溶解的一極為負(fù)極，增重或有氣泡放出的一極為正極,原電池原理的應(yīng)用： 1、加快氧

9、化還原反應(yīng)速率 實(shí)驗(yàn)室用Zn和稀硫酸反應(yīng)制取H2，常用粗鋅，它產(chǎn)生H2的速率快。因?yàn)榇咒\中的雜質(zhì)和鋅、稀硫酸形成原電池。 思考：純鐵和生鐵哪個(gè)更容易生銹？ 2、比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱 一般活動(dòng)性強(qiáng)的金屬為負(fù)極,電極方程式的書(shū)寫(xiě) 1、兩極得失電子數(shù)相等； 2、電極反應(yīng)式常用“”,不用“”； 3、電極反應(yīng)式中若有氣體需加“”； 4、原電池的總反應(yīng)式，一般把正極和負(fù)極的電極反應(yīng)式相加而得。 5、若電解質(zhì)為弱電解質(zhì)，在電極反應(yīng)式中應(yīng)寫(xiě)參加反應(yīng)的離子，而在原電池的總反應(yīng)中應(yīng)把離子改為相應(yīng)的弱電解質(zhì),二、發(fā)展中的化學(xué)電源,化學(xué)電池,一次電池,二次電池,燃料電池,堿性鋅錳電池,鉛蓄電池,氫氧燃料電池等,鋰離子

10、電池,銀鋅蓄電池,普通鋅錳干電池,鋅銀紐扣電池,化學(xué)電池的分類(lèi),普通鋅錳電池,堿性電池,1、普通干電池,電池反應(yīng)： Zn+ 2MnO2+2NH4+= Zn2+ + 2MnO(OH)+ 2NH3,氫氧化氧錳,負(fù)極：（Zn）：Zn 2e- = Zn2,正極: （MnO2和C）： 2MnO2+2NH4+2e-=2MnO(OH)+2NH3,優(yōu)點(diǎn)：制作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。 缺點(diǎn)：放電時(shí)間短，電壓下降快,2、堿性鋅錳干電池,缺點(diǎn)：多數(shù)只能一次使用，不能充電；價(jià)格較貴,優(yōu)點(diǎn)：比能量和儲(chǔ)存時(shí)間有所提高，適用于大電流 和連續(xù)放電,單位質(zhì)量的電極材料放出電能的大小,可充電電池也稱(chēng)為_(kāi)電池， 可以反復(fù)_電和_電， 是電

11、池發(fā)展的一個(gè)重要方向,二次,放,充,可充電電池,鉛蓄電池,鋰電池,二次電池,3、二次電池鉛蓄電池,放電過(guò)程 負(fù)極：氧化反應(yīng) Pb+SO42- 2e- = PbSO4 正極：還原反應(yīng) PbO2+ 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O 放電過(guò)程總反應(yīng)： Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O 充電過(guò)程 陰極(接電源負(fù)極)：還原反應(yīng) PbSO4 + 2e- = Pb + SO42- 陽(yáng)極(接電源正極)：氧化反應(yīng) PbSO4 + 2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ + SO42- 充電過(guò)程總反應(yīng)： 2PbSO4+2H2O=Pb+PbO

12、2+2H2SO4,鉛蓄電池的充放電過(guò)程,Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O,4、鎳鉻充電電池,特點(diǎn)：比鉛蓄電池耐用，可密封反復(fù)使用,負(fù)極：Cd+2OH-2e-=Cd(OH)2 正極：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH- 電池反應(yīng)： Cd+ 2NiO(OH)+2H2O= Cd(OH)2+2Ni(OH)2,Cd是致癌物質(zhì)，注意回收,燃料電池是一種連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的化學(xué)電池。（氫氣、烴、肼、甲醇、氨、煤氣燃料電池,氫氧燃料電池,酸性電解質(zhì),堿性電解質(zhì) 負(fù)極: 2H2-4e-+4OH-=4H2O 正極: O2+2H2O+4e-=4O

13、H- 總反應(yīng): 2H2+O2=2H2O,負(fù)極： 2H2-4e-=4H,正極： O2+4H+4e-=2H2O,總反應(yīng)：2H2+O2=2H2O,燃料電池,練習(xí)1: 堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅-錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電流總反應(yīng)式為： Zns2MnO2sH2OlZnOH2sMn2O3s 下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 （ ） A 電池工作時(shí)，鋅失去電子 B 電池正極電極反應(yīng)式為： 2MnO2sH2Ol2eMn2O3s2OHaq C 電池工作時(shí)，電子由正極通過(guò)外電路流向負(fù)極 D 外電路中每通過(guò)02 mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小65 g,C,練習(xí)2：航天技術(shù)上使用的氫氧燃料電池具有高能、輕便、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。氫氧燃料電池有酸式和堿式兩種，它們放電時(shí)的總反應(yīng)都可以表示為2H2+O2=2H2O，酸式電池中電解質(zhì)是酸，其負(fù)極反應(yīng)可表示為2H2-4e-=4H