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1、第二节第二节 化学能与电能化学能与电能能源：能源：流水流水风力风力石油石油天然气天然气蒸汽蒸汽电力电力原煤原煤能源的分类：能源的分类：直接从自然界取得的能源。直接从自然界取得的能源。 一次能源经过加工、转换得到的能源。一次能源经过加工、转换得到的能源。如：风力、原煤、天然气、石油、流水。如：风力、原煤、天然气、石油、流水。如：电力，蒸汽。如：电力，蒸汽。 一次能源：一次能源：二次能源：二次能源： 一、化学能与电能的转化：一、化学能与电能的转化：（一）火力发电：（一）火力发电：火电站工作原理示意图火电站工作原理示意图化学能化学能 燃烧燃烧热能热能 蒸汽蒸汽机械能机械能发电机发电机电能电能火力发电
2、有什么优点和缺点火力发电有什么优点和缺点我国煤炭资源丰富，廉价方便我国煤炭资源丰富，廉价方便存存在在优优点点电能清洁安全电能清洁安全快捷方便、节省时间快捷方便、节省时间存存在在缺缺点点煤炭资源毕竟有限、非可再生煤炭资源毕竟有限、非可再生排出大量温室效应气体排出大量温室效应气体可能导致酸雨并且有废气可能导致酸雨并且有废气能量转化效率低能量转化效率低有一定局限性有一定局限性问：如何把化学能直接转化为电能呢？问：如何把化学能直接转化为电能呢？思考与交流思考与交流【实验一实验一】分别把锌片和铜片插分别把锌片和铜片插入到稀入到稀H H2 2SOSO4 4中中, ,观察现象。观察现象。锌片：产生大量的气泡
3、锌片：产生大量的气泡铜片：无明显现象铜片：无明显现象【实验二实验二】再用导线把锌片和铜片连接起来，再用导线把锌片和铜片连接起来，观察观察铜片铜片上有无气泡产生？上有无气泡产生？在导线中间接入一个电流在导线中间接入一个电流表，观察电流表的指针是表，观察电流表的指针是否偏转否偏转? ? 铜片：产生气泡铜片：产生气泡电流表的电流表的指针发生偏转指针发生偏转（二）原电池（二）原电池1.1.概念：将概念：将化学能直接化学能直接转变为转变为电能电能的装置的装置AZnZn Cu CuSOSO4 42 2H H+ +H H+ +正极正极负极负极eI2.2.原电池的电极反应：原电池的电极反应：锌片：锌片：铜片铜
4、片：Zn - 2eZn - 2e- - = = ZnZn2+ 2+ 2H2H+ + + 2e+ 2e- - = H= H2 2 电池反应：电池反应： Zn + 2HZn + 2H+ + = Zn= Zn2+ 2+ + H+ H2 2氧化反应氧化反应还原反应还原反应（总反应）（总反应）( (负极负极) )( (正极正极) )3.3.原电池工作原理：原电池工作原理：ZnZn( (还原剂）失去电子还原剂）失去电子( (氧化反氧化反应应），经过导线传给），经过导线传给H H+ +( (氧化剂）氧化剂）H H+ +得电子得电子（还原反应），（还原反应），氧化反氧化反应和还原反应分别在两极完成。应和还原反
5、应分别在两极完成。4.4.原电池化学反应本质：原电池化学反应本质：氧化还原反应氧化还原反应实现了由化学能到电能的转化。实现了由化学能到电能的转化。（可以）（可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）第一组实验第一组实验探究形成原电池的条件：探究形成原电池的条件：第二组实验第二组实验（可以）（可以）（不可以）（不可以）第三组实验第三组实验（可以）（可以）（不可以）（不可以）5.5.形成原电池的条件：形成原电池的条件：闭合回路。闭合回路。两种两种活泼性不同活泼性不同的金属（或一种金属和另的金属（或一种金属和另一种非金属导体如：碳棒）构成电极。一种非金属导体如：碳棒）构成电极。电解质溶液。电解质溶液
6、。1.1.判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式. .( () )2H2H+ +2e+2e- -H H2 2负极：负极：总反应：总反应：正极：正极：ZnZn2e2e- -ZnZn2+2+Zn+2HZn+2H+ +ZnZn2+2+H+H2 2练习：练习：()2.2.请同学们根据原电池的原理，指出下列原请同学们根据原电池的原理，指出下列原电池的正极与负极分别是什么？写出电极反电池的正极与负极分别是什么？写出电极反应式和总反应方程式。应式和总反应方程式。判断原
7、电池正、负极的方法判断原电池正、负极的方法【归纳小结归纳小结】电子流动方向是由电子流动方向是由负极负极流向流向正极正极。负极负极: : 活泼的活泼的金属金属, , 失电子，失电子， 发生氧化反应发生氧化反应（一般是（一般是负极本身失电子负极本身失电子）正极正极: :活泼性较弱的金属（或导电的非金属），活泼性较弱的金属（或导电的非金属），得电子得电子, , 发生还原反应。发生还原反应。( (一般是一般是溶液中阳离子在正极上得电子溶液中阳离子在正极上得电子) )但也可能是但也可能是O O2 2在正极上得在正极上得电子或正极本身得电子电子或正极本身得电子氢氧燃料电池氢氧燃料电池电流是由电流是由正极正
8、极流向流向负极负极；正极：正极：负极：负极：总反应：总反应：FeFe2e 2e - - FeFe2+2+2 2AgAg+ + +2 2e e- - 2 2AgAgFe + 2AgFe + 2Ag+ + = Fe= Fe2+ 2+ + 2Ag+ 2Ag3.3.判断下面装置是否可以组成原电池，如果判断下面装置是否可以组成原电池，如果可以请写出电极反应和总反应。可以请写出电极反应和总反应。练习练习1 1：ZnZn片片,Ag,Ag片片,AgNO,AgNO3 3溶液为组装材料，设溶液为组装材料，设计原电池。计原电池。设计原电池：设计原电池： 利用下述反应：利用下述反应：2FeCl2FeCl3 3+Fe=
9、3FeCl+Fe=3FeCl2 2设计一个设计一个原电池装置。画出装置图；标明电极材料和原电池装置。画出装置图；标明电极材料和电解质溶液；写出电极反应式。电解质溶液；写出电极反应式。 负极（负极（Fe):2Fe - 2eFe):2Fe - 2e- - = Fe = Fe2+2+正极（正极（C): 2FeC): 2Fe3+3+2e+2e- - = 2Fe= 2Fe2+2+练习练习2:2:（先写出离子反应）（先写出离子反应）二、发展中的化学电源：二、发展中的化学电源：干电池干电池碱性电池碱性电池蓄电池蓄电池锂电池锂电池1.1.干电池：干电池： （一次性电池，不可逆）（一次性电池，不可逆）最早使用的
10、化学电池是锌锰电池最早使用的化学电池是锌锰电池正极：碳棒正极：碳棒负极：锌筒负极：锌筒负极反应：负极反应： Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+电解质：糊状电解质：糊状NHNH4 4ClClNHNH4 4ClCl显酸性显酸性，会腐蚀锌筒。，会腐蚀锌筒。为了充分有效地利用锌锰电池，用为了充分有效地利用锌锰电池，用KOHKOH代替代替NHNH4 4ClCl，制成了碱性电池，能提高性能，延长寿命制成了碱性电池，能提高性能，延长寿命2.2.充电电池充电电池( (又称二次电池又称二次电池) )在在放电时放电时所所进行进行的氧化还原反应，在充电时又逆向进行，的氧化还原反应，在充电时又逆向进行，使
11、生成物恢复原状，如此充放电可循环进行。使生成物恢复原状，如此充放电可循环进行。化学能化学能 电能电能放电放电充电充电充电电池是两极都参加反应的电池。它们的充电电池是两极都参加反应的电池。它们的负极是较活负极是较活泼的金属，正极一般是金属氧化物。泼的金属，正极一般是金属氧化物。（1 1）铅蓄电池：）铅蓄电池： Pb + SOPb + SO4 42-2- -2e -2e- - = PbSO = PbSO4 4 PbOPbO2 2 +4H+4H+ + + SO+ SO4 42-2- +2e +2e- - = PbSO = PbSO4 4 +2H+2H2 2O O负极：负极：正极：正极： 请写出总反应
12、式：请写出总反应式：负极负极正极正极电解质溶液电解质溶液最早使用的充电电池最早使用的充电电池PbOPbO2 2 + 2H + 2H2 2SO4 + Pb 2PbSOSO4 + Pb 2PbSO4 4 + 2H + 2H2 2O O放电放电充电充电（2 2）镍镉碱性蓄电池：）镍镉碱性蓄电池：负极：负极：CdCd正极：正极：NiO(OH)NiO(OH)电解质：电解质：KOHKOHCdCd是致癌物质，废弃镍镉电是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收会污染环境池如不回收会污染环境 镍镉碱性蓄电池镍镉碱性蓄电池锂电池锂电池（3 3）绿色电池：）绿色电池：锂离子电池锂离子电池特点：高能电池，电压高，质量轻，特点
13、：高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。贮存时间长等。用途：电脑、手表、心脏起搏器等。用途：电脑、手表、心脏起搏器等。锂是密度锂是密度最小最小的金属，活泼性的金属，活泼性很强很强3 3 燃料电池：燃料电池：工作原理：将工作原理：将燃料燃料和和氧化剂氧化剂（O O2 2）反应，放出化学能直）反应，放出化学能直接转化为电能。接转化为电能。氢氧燃料电池氢氧燃料电池：是以是以H H2 2为燃料，产物为为燃料，产物为H H2 2O O的一种高效低污染的的一种高效低污染的新型电池新型电池，主要用于航天领域。，主要用于航天领域。它它的电极材料一般为铂电极和活性炭电极（两极的电极材料一般为铂电极和活性炭电极
14、（两极均不参加反应），而是由外设备提供燃料和氧化均不参加反应），而是由外设备提供燃料和氧化剂，剂，反应时反应时H H2 2从负极进入，从负极进入，O O2 2从正极进入从正极进入，电解，电解质溶液一般为质溶液一般为40%40%的的KOHKOH溶液或稀硫酸溶液。溶液或稀硫酸溶液。负极：负极：正极：正极：放电总反应式：放电总反应式： （1 1）当电解质溶液为稀）当电解质溶液为稀H H2 2SOSO4 42H2H2 2 - 4e- 4e- -=4H=4H+ + O O2 2+ 4H+ 4H+ + + 4e + 4e- -= 2H= 2H2 2O O2H2H2 2 + O+ O2 2 = 2H = 2
15、H2 2O O负极：负极： 2H2H2 2 +4OH+4OH- - - 4e - 4e- -=4H=4H2 2O OO O2 2+2H+2H2 2O+ 4eO+ 4e- -= 4OH= 4OH- - 2H2H2 2 + O+ O2 2 = 2H = 2H2 2O O (2)(2)当电解质溶液为当电解质溶液为KOHKOH溶液：溶液：放电总反应式：放电总反应式： 正极：正极：甲烷燃料电池甲烷燃料电池碱性条件下：碱性条件下：负极负极：CHCH4 4 + 10OH+ 10OH - - - 8e - 8e- - = CO = CO3 32-2- + 7H + 7H2 2O O 正极：正极：2O2O2 2
16、 + 8e+ 8e- - + 4H+ 4H2 2O = 8OHO = 8OH- - 总反应：总反应：CHCH4 4 + 2O+ 2O2 2+2KOH = K+2KOH = K2 2COCO3 3+3H+3H2 2O O CHCH4 4 - O- O2 2 - - 电解质溶液：电解质溶液：KOHKOH酸性介质下：酸性介质下：负极：负极：CHCH4 4 - 8e - 8e- - + 2H + 2H2 2O = COO = CO2 2 + 8H + 8H+ + 正极：正极：2O2O2 2 + 8e+ 8e- - + 8H + 8H+ + = 4H= 4H2 2O O 总反应：总反应：2O2O2 2 + CH+ CH4 4 = 2H = 2H2 2O + COO + CO2 2