化學(xué)能與電能1

1、 原電池是意大利科學(xué)家伏打原電池是意大利科學(xué)家伏打于于17991799年捕捉到原電池的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)年捕捉到原電池的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并加以研究，發(fā)明了世界上象，并加以研究，發(fā)明了世界上第一個(gè)電池第一個(gè)電池伏打電池，伏打伏打電池，伏打電池使人類從靜電時(shí)代走向動(dòng)電電池使人類從靜電時(shí)代走向動(dòng)電時(shí)代時(shí)代伏打電池是實(shí)用電池的開端伏打電池是實(shí)用電池的開端一、化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化一、化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化化學(xué)能化學(xué)能 熱能熱能 機(jī)械能機(jī)械能 電能電能在火力發(fā)電的過(guò)程中發(fā)生了在火力發(fā)電的過(guò)程中發(fā)生了哪些形式的能量轉(zhuǎn)化？哪些形式的能量轉(zhuǎn)化？燃燒燃燒蒸汽蒸汽發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)（一）、火力發(fā)電的原理及過(guò)程（一）、火力發(fā)電的原理及過(guò)程

2、若每個(gè)環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)化率為若每個(gè)環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)化率為60則最終的總能量利用率為多少？則最終的總能量利用率為多少？燃煤發(fā)電的過(guò)程是將化學(xué)能間接轉(zhuǎn)化為電能。燃煤發(fā)電的過(guò)程是將化學(xué)能間接轉(zhuǎn)化為電能。 科學(xué)探究一科學(xué)探究一 實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)探究：如何將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能？如何將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能？ 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)11：將鋅片、銅片分別插入稀硫酸中；現(xiàn)象？：將鋅片、銅片分別插入稀硫酸中；現(xiàn)象？Zn稀H2SO4Cu稀H2SO4 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)22：將鋅片、銅片同時(shí)平行插入稀硫酸中；：將鋅片、銅片同時(shí)平行插入稀硫酸中；現(xiàn)象？現(xiàn)象？ 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)33：鋅片、銅片用導(dǎo)線連接后，插入稀硫酸：鋅片、銅片用導(dǎo)線連接后，插入稀硫酸中；現(xiàn)象

3、？中；現(xiàn)象？思考：將實(shí)驗(yàn)、步驟對(duì)照，找到它們思考：將實(shí)驗(yàn)、步驟對(duì)照，找到它們的不同點(diǎn)的不同點(diǎn),分析現(xiàn)象的差異與操作的不同有什么分析現(xiàn)象的差異與操作的不同有什么關(guān)系關(guān)系?實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)3中銅片上生成的氣泡是什么氣體？是怎中銅片上生成的氣泡是什么氣體？是怎樣生成的？樣生成的？所需的電子從何而來(lái)？怎樣證明？所需的電子從何而來(lái)？怎樣證明？如何證明裝置中產(chǎn)生電流？如何證明裝置中產(chǎn)生電流？ 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)44：鋅片、：鋅片、銅片間接電流表后，插銅片間接電流表后，插入稀硫酸中，觀察現(xiàn)象入稀硫酸中，觀察現(xiàn)象；原電池原電池化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置產(chǎn)生了電能產(chǎn)生了電能有電流產(chǎn)生有電流產(chǎn)生靈敏電流計(jì)

4、指針偏轉(zhuǎn)靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)反應(yīng)過(guò)程中，消耗了什么？產(chǎn)反應(yīng)過(guò)程中，消耗了什么？產(chǎn)生了什么？有沒(méi)有能量變化？生了什么？有沒(méi)有能量變化？如何變化？如何變化？原電池的微觀演示原電池的微觀演示稀硫酸鋅片銅片概念及原理概念及原理把把化學(xué)能化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)殡娔茈娔艿难b置叫做原電池。的裝置叫做原電池。 概念：概念：工作原理：工作原理：氧化還原氧化還原反應(yīng)。反應(yīng)。原原電電池池2鋅片：鋅片：Zn 2e- = Zn 2+ 銅片：銅片：2H+ +2e- =H2 總總反應(yīng)反應(yīng)：Zn + 2H+ = Zn 2+ + H2 eeeZn Zn 2+2+鋅片銅片稀硫酸eeH+HHH+SO42-氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)還原反應(yīng)

5、I I 正正極極負(fù)負(fù)極極正極正極負(fù)極負(fù)極工作原理：工作原理：氧化還原氧化還原反應(yīng)。反應(yīng)。外電路：電子由負(fù)極流向正極（外電路：電子由負(fù)極流向正極（ZnCu）；）；電流由正極流向負(fù)極（電流由正極流向負(fù)極（CuZn）內(nèi)電路：陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極；內(nèi)電路：陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極；電流由負(fù)極流向正極電流由負(fù)極流向正極.負(fù)極：發(fā)生氧化反應(yīng)，電子流出的一極。負(fù)極：發(fā)生氧化反應(yīng)，電子流出的一極。正極：發(fā)生還原反應(yīng)，電子流入的一極正極：發(fā)生還原反應(yīng)，電子流入的一極對(duì)比實(shí)驗(yàn)對(duì)比實(shí)驗(yàn)1 1：ZnZn片與片與CuCu片連接放入稀硫酸中片連接放入稀硫酸中, ,觀察現(xiàn)象；觀察現(xiàn)象；C C棒與棒與CuCu

6、片平行連接放入稀硫酸片平行連接放入稀硫酸中，觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)。中，觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)。CCu 稀硫酸稀硫酸CuZn 稀硫酸稀硫酸條件一：條件一： 科學(xué)探究二科學(xué)探究二 實(shí)驗(yàn)探究：原電池的構(gòu)成條件實(shí)驗(yàn)探究：原電池的構(gòu)成條件 對(duì)比實(shí)驗(yàn)對(duì)比實(shí)驗(yàn)2 2：ZnZn片與片與ZnZn片連接放入稀硫酸中，片連接放入稀硫酸中，觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)；觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)；ZnZn片與片與CuCu片連接片連接插入稀硫酸觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)插入稀硫酸觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)ZnZn 稀硫酸稀硫酸CuZn 稀硫酸稀硫酸條件二：條件二：對(duì)比實(shí)驗(yàn)對(duì)比實(shí)驗(yàn)3 3：ZnZn片與片與C C片平行連接放入硫酸溶片平行

7、連接放入硫酸溶液中，觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)；液中，觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)；ZnZn片與片與C C片平行連接放入乙醇溶液中，觀察電流表指片平行連接放入乙醇溶液中，觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)。針是否偏轉(zhuǎn)。CZn乙醇溶液乙醇溶液CZn 稀硫酸稀硫酸條件三：電極材料均插入電解質(zhì)溶條件三：電極材料均插入電解質(zhì)溶液中液中實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4 4：ZnZn片與片與CuCu片連接放入同一燒杯的稀片連接放入同一燒杯的稀硫酸中硫酸中, ,觀察現(xiàn)象；觀察現(xiàn)象；ZnZn片與片與CuCu片連接分別放片連接分別放入兩只盛有稀硫酸的燒杯中，觀察電流表指入兩只盛有稀硫酸的燒杯中，觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)。針是否偏轉(zhuǎn)。CuZn 稀硫酸稀硫酸C

8、uZn稀硫酸稀硫酸條件四：條件四：、活動(dòng)性不同的兩極材料、活動(dòng)性不同的兩極材料負(fù)極：電子流出（氧化反應(yīng)）負(fù)極：電子流出（氧化反應(yīng)） 較活潑金屬較活潑金屬正極：電子流入（還原反應(yīng)）正極：電子流入（還原反應(yīng)） 不活潑金屬不活潑金屬或非金屬導(dǎo)體等或非金屬導(dǎo)體等 、電解質(zhì)溶液、電解質(zhì)溶液酸：稀硫酸酸：稀硫酸 堿：堿：NaOH溶液溶液 鹽：食鹽水鹽：食鹽水、形成閉合回路、形成閉合回路能自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應(yīng)能自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應(yīng)兩極一液成回路兩極一液成回路氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)化學(xué)化學(xué)電電負(fù)負(fù)正正氧化氧化還原還原 知識(shí)檢閱知識(shí)檢閱 原電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)屬于原電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)屬于 ，原電池將原電

9、池將 能轉(zhuǎn)化為能轉(zhuǎn)化為 能。其中，電子流能。其中，電子流出的一極是原電池的出的一極是原電池的 極，該極發(fā)生極，該極發(fā)生 反應(yīng)，電子流入的一極是原電池的反應(yīng)，電子流入的一極是原電池的 極，極，該極發(fā)生該極發(fā)生 反應(yīng)。反應(yīng)。下列裝置中哪些可以形成原電池？下列裝置中哪些可以形成原電池？CuZn酒精酒精（2）ZnFeH2SO4溶液溶液（1）CuZnCuSO4溶液溶液（3） 知識(shí)檢閱知識(shí)檢閱 （4）H2SO4溶液溶液知識(shí)檢閱知識(shí)檢閱把a(bǔ)、b、c、d 4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)，d極上產(chǎn)生大量氣泡；a、c相連時(shí)，電流由c經(jīng)導(dǎo)線流向a；b、d相連

10、電子由d經(jīng)導(dǎo)線流向b，則此4種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?（ ）(A)abcd (B)acdb(C)cabd (D)bdca二、發(fā)展中的化學(xué)電源二、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負(fù)極：負(fù)極：Zn2e- -=Zn2+正極：正極：2NH4 4+2e-=2NH3+H2總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn+2NH4+=Zn2+2NH3+H22MnO2+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2其他干電池：其他干電池： 堿性鋅堿性鋅- -錳干電池、錳干電池、銀銀- -鋅紐扣電池等鋅紐扣電池等優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：攜帶方便攜帶方便缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：電量小，污染大電量小，污染大干電池（負(fù)極

11、）（負(fù)極）（正極）（正極）鋅筒鋅筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通鋅普通鋅- -錳干電池的結(jié)構(gòu)錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2和和 H2O等等（1）、干電池結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)原理干電池結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)原理1、化學(xué)電池、化學(xué)電池總反應(yīng)：總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2OPb+PbO2+4H+2SO42- -=2PbSO4+2H2O負(fù)極：負(fù)極：Pb- -2e- -+SO42- -=PbSO4正極：正極：PbO2+2e- -+4H+SO42- -=PbSO4+2H2O其他蓄電池：其他蓄電池：鎳鎳- -鎘蓄電池、銀鎘蓄電池、銀- -鋅蓄電池等鋅蓄電池等優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可反復(fù)使用可反復(fù)

12、使用 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：污染大污染大（2）、鉛蓄電池）、鉛蓄電池（3）、銀鋅電池）、銀鋅電池正極殼填充正極殼填充AgAg2 2O O和石墨，負(fù)極蓋填充鋅汞合金，和石墨，負(fù)極蓋填充鋅汞合金，電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液KOHKOH。反應(yīng)式為：。反應(yīng)式為：2Ag+Zn(OH)2Ag+Zn(OH)2 2 Zn+Ag Zn+Ag2 2O+HO+H2 2O O 充電充電放電放電1970-1975,開發(fā)了先進(jìn)的銀鋅、鎳鎘電池技術(shù)。開發(fā)了先進(jìn)的銀鋅、鎳鎘電池技術(shù)。1975-1983,為美國(guó)海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。為美國(guó)海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。1979-1987,為為美國(guó)國(guó)家能源部發(fā)展電動(dòng)車用的鎳鋅電池。美國(guó)國(guó)家能源部

13、發(fā)展電動(dòng)車用的鎳鋅電池。1998-1992,為美國(guó)海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水艇。為美國(guó)海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水艇。（4）、鎘鎳電池）、鎘鎳電池NiO2+Cd+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2放放電電充充電電負(fù)極材料：負(fù)極材料：CdCd ，正極材料正極材料：涂有：涂有NiONiO2 2 ，電解，電解質(zhì)：質(zhì)：KOHKOH溶液溶液。反應(yīng)式如下：。反應(yīng)式如下：（5）、鋰電池）、鋰電池鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，跟用池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量相同質(zhì)量的其他金屬作的其他金屬作負(fù)極相比較，使用壽命大大延長(zhǎng)。負(fù)極相比較，使用壽命大大延長(zhǎng)。（

14、6）、新型燃料電池）、新型燃料電池燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全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)物不斷排出電池界輸入，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池氫氧燃料電池氫氧燃料電池：負(fù)極：負(fù)極：2H24OH 4e 4H2O（氧化反應(yīng)）（氧化反應(yīng)）正極：正極：O2H2O4e4OH（還原反應(yīng)）（還原反應(yīng)）總反應(yīng)：總反應(yīng)：2H2O22H2O空氣電池空氣電池2、環(huán)保問(wèn)題、環(huán)保問(wèn)題電池的危害及回收利用電池的危害及回收利用 中國(guó)電池的年產(chǎn)量中國(guó)電池的年產(chǎn)量180多億只，占多億只，占世界電池總產(chǎn)量的世界電池總產(chǎn)

15、量的30以上，年消以上，年消費(fèi)量達(dá)超費(fèi)量達(dá)超100億只，但回收率卻不億只，但回收率卻不足。足。減減 少少 污污 染染 節(jié)節(jié) 約約 資資 源源隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，廢電隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，廢電池必須進(jìn)行集中處理的問(wèn)題被提到議事日池必須進(jìn)行集中處理的問(wèn)題被提到議事日程，其首要原因是（程，其首要原因是（）A利用電池外殼的金屬材料利用電池外殼的金屬材料B防止電池中汞、鎘和鉛等重金屬防止電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子對(duì)土壤和水源的污染離子對(duì)土壤和水源的污染C不使電池中滲泄的電解液腐蝕其不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品他物品D回收其中石墨電極回收其中石墨電極練習(xí)與鞏固BH2O電解質(zhì)電極b電極

16、aH2O2(空氣) 氫氧燃料電池可以應(yīng)用在航天飛機(jī)上，氫氧燃料電池可以應(yīng)用在航天飛機(jī)上，其反應(yīng)原理如圖所示。下列關(guān)于氫氧燃料其反應(yīng)原理如圖所示。下列關(guān)于氫氧燃料電池的說(shuō)法正確的是（電池的說(shuō)法正確的是（ ）A A、該電池將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、該電池將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B B、該電池中電極、該電池中電極a a是正極是正極C C、外電路中電子由電極、外電路中電子由電極b b通過(guò)導(dǎo)線流向電極通過(guò)導(dǎo)線流向電極a aD D、該電池工作時(shí)的總反應(yīng)式為、該電池工作時(shí)的總反應(yīng)式為;2H;2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O化學(xué)電源的分類化學(xué)電源的分類類 型一次電池二次電池燃料電池只能使用一次，不只能使用

17、一次，不能充電復(fù)原繼續(xù)使能充電復(fù)原繼續(xù)使用的化學(xué)電池用的化學(xué)電池酸（或堿）性鋅酸（或堿）性鋅- -錳錳干電池、銀干電池、銀- -鋅紐扣鋅紐扣電池電池放電放電后能充電復(fù)后能充電復(fù)原繼續(xù)使用的化學(xué)原繼續(xù)使用的化學(xué)電池電池鉛蓄電池、鎳鉛蓄電池、鎳- -鎘蓄鎘蓄電池、銀電池、銀- -鋅蓄電池、鋅蓄電池、鋰電池鋰電池將燃料燃燒的化學(xué)將燃料燃燒的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能能直接轉(zhuǎn)變成電能的電池的電池氫氧燃料電池、鋁氫氧燃料電池、鋁- -空氣燃料電池、熔空氣燃料電池、熔融鹽燃料電池融鹽燃料電池 含 義示 例迅猛發(fā)展的綠色環(huán)保電池是指近年來(lái)研制、開發(fā)和已迅猛發(fā)展的綠色環(huán)保電池是指近年來(lái)研制、開發(fā)和已 投入使投入使用

18、的高性能、無(wú)污染電池。用的高性能、無(wú)污染電池。金屬氫化物鎳電池金屬氫化物鎳電池與鎘鎳電池有相與鎘鎳電池有相同的工作電壓同的工作電壓(12(12伏伏) )，但由于采用了，但由于采用了稀土合金或稀土合金或TiNiTiNi合金儲(chǔ)氫合金儲(chǔ)氫材料作為材料作為 負(fù)極活性物質(zhì)負(fù)極活性物質(zhì)，取代了致癌物質(zhì)鎘，使其，取代了致癌物質(zhì)鎘，使其 成為一種成為一種綠色環(huán)保電池。綠色環(huán)保電池。 鋰離子蓄電池鋰離子蓄電池系由系由碳作負(fù)極，嵌鋰的金屬氧碳作負(fù)極，嵌鋰的金屬氧化物作化物作 正極和有機(jī)電解質(zhì)構(gòu)成正極和有機(jī)電解質(zhì)構(gòu)成，其工作電壓為，其工作電壓為3636伏，因此一伏，因此一個(gè)個(gè) 鋰離子電池相當(dāng)三個(gè)鎘鎳或金屬氫化物鎳電池鋰離子電池相當(dāng)三