化学能与电能 (3).ppt

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1、第一课时第一课时 能源是人类赖以生存和能源是人类赖以生存和发展的物质基础，我们每时发展的物质基础，我们每时每刻、分分秒秒都离不开它。每刻、分分秒秒都离不开它。迄今为止，人类所能利用的迄今为止，人类所能利用的能源主要是化学能、电能、能源主要是化学能、电能、以及核能等等。但是，由于以及核能等等。但是，由于人类大量开发和浪费资源，人类大量开发和浪费资源，造成了资源的不合理利用从造成了资源的不合理利用从而引发了不可回避的能源危而引发了不可回避的能源危机。机。16.6%2.1%5.1%76.2%我国化石燃料和水电能源消耗构成图我国化石燃料和水电能源消耗构成图揭阳华侨高级中学揭阳华侨高级中学 JIEYAN

2、G HUAQIAO HIGH SCHOOL第一节第一节:化学能与电能化学能与电能 一次能源：直接从自然界取得的能源。一次能源：直接从自然界取得的能源。二次能源：一次能源经过加工、转换得到能源。二次能源：一次能源经过加工、转换得到能源。蒸汽蒸汽电能电能水能水能风能风能石油石油天然气天然气原煤原煤指出下列哪些是二次能源？指出下列哪些是二次能源？揭阳华侨高级中学揭阳华侨高级中学 JIEYANG HUAQIAO HIGH SCHOOL第一节第一节:化学能与电能化学能与电能电能是现代社会电能是现代社会中应用最广泛、使用中应用最广泛、使用最方便、污染最小的最方便、污染最小的一种一种二次能源二次能源，又，又

3、称为电力。称为电力。揭阳华侨高级中学揭阳华侨高级中学 JIEYANG HUAQIAO HIGH SCHOOL第一节第一节:化学能与电能化学能与电能一、化学能与电能的相互转化一、化学能与电能的相互转化讨讨论：论：分析分析4040图图2828，谈谈火力发电的工作谈谈火力发电的工作原理原理，并指出其利与弊并指出其利与弊；火电站工作原理示意图火电站工作原理示意图化石燃料燃烧化石燃料燃烧 推动蒸汽机推动蒸汽机 加热水蒸气加热水蒸气 带动发电机带动发电机 化化学学能能 热热能能 机机械械能能 电电能能 利：利：投资较少，建厂快，技术成熟，投资较少，建厂快，技术成熟，安全性能安全性能 较高，原料较充分。较高

4、，原料较充分。弊：弊：对环境污染较重，所需原料是有对环境污染较重，所需原料是有限的不可再生的化石燃料，能源利用限的不可再生的化石燃料，能源利用率低。率低。化石燃料燃烧化石燃料燃烧 推动蒸汽机推动蒸汽机 加热水蒸气加热水蒸气 带动发电机带动发电机 化化学学能能 热热能能 机机械械能能 电电能能？能否找到一种装置将化学能能否找到一种装置将化学能直接直接转化为电能呢？转化为电能呢？思考：思考：1.1.电子的定向移动形成电流，电子的定向移动形成电流，在怎样的化在怎样的化学反应中存在电子的移动？怎样移动的？学反应中存在电子的移动？怎样移动的？2 2.我们能否在氧化剂与还原剂之间架设桥我们能否在氧化剂与还

5、原剂之间架设桥梁，将梁，将电子移动电子移动过程中产生的电流利用起过程中产生的电流利用起来？来？3 3.若要实现上述想法，你能否用铜片、锌片、若要实现上述想法，你能否用铜片、锌片、稀硫酸、稀硫酸、乙醇、碳棒、乙醇、碳棒、电流表等设计一电流表等设计一些些看能看能否产生电流的装置，并通过实验验证。否产生电流的装置，并通过实验验证。（2 2）若将若将ZnZn片片,Cu,Cu片用一导线片用一导线连接再浸在连接再浸在H H2 2SOSO4 4溶液中，有溶液中，有什么现象？为什么？什么现象？为什么？（1 1）将将ZnZn片片,Cu,Cu片分别平行插入片分别平行插入H H2 2SOSO4 4溶液中，各有什么现

6、象？溶液中，各有什么现象？为什么？为什么？H+在在铜铜表面得到的电子是否为铜本表面得到的电子是否为铜本身失去的？为什么？电子从哪来？身失去的？为什么？电子从哪来？演示讨论演示讨论（3）导线间接一电流计有何现象产生？为什么？1 1 1 1）电流计指针为什么会发生偏转？）电流计指针为什么会发生偏转？）电流计指针为什么会发生偏转？）电流计指针为什么会发生偏转？3 3)锌片的质量有无变化？溶液中锌片的质量有无变化？溶液中锌片的质量有无变化？溶液中锌片的质量有无变化？溶液中C(HC(H+)如何变化？如何变化？如何变化？如何变化？4)4)4)4)请分别写出锌片和铜片上变化的离子方程式，再请分别写出锌片和铜

7、片上变化的离子方程式，再请分别写出锌片和铜片上变化的离子方程式，再请分别写出锌片和铜片上变化的离子方程式，再写出总反应的离子方程式。写出总反应的离子方程式。写出总反应的离子方程式。写出总反应的离子方程式。2)2)从能量变化的角度分析这是一种什么装置？从能量变化的角度分析这是一种什么装置？从能量变化的角度分析这是一种什么装置？从能量变化的角度分析这是一种什么装置？外电路：外电路：电子电子由负极由负极正极，正极，电流电流由正极由正极负极。负极。内电路：内电路：阴离子移向负极，阴离子移向负极，阳离子移向正极；阳离子移向正极；e电子流向、电流流向：电子流向、电流流向：负极负极正极正极小结小结铜锌原电池

8、原理动画铜锌原电池原理动画1 1、原电池：、原电池：（1 1）定义：）定义：将将化学能化学能转变为转变为电能电能的装置。的装置。（2）反应本质：氧化还原反应氧化还原反应一、化学能转化为电能一、化学能转化为电能（3 3）原电池正负电极的判断方法原电池正负电极的判断方法负极：负极：正极：正极：电子电子流出流出，发生失电子的氧化反应，发生失电子的氧化反应电子电子流入流入，发生得电子的还原反应发生得电子的还原反应根据电极材料判断根据电极材料判断练习：判断下列原电池的正负极练习：判断下列原电池的正负极.ZnCu稀硫酸稀硫酸ZnFeA稀硫酸稀硫酸CZnFeCA稀硫酸稀硫酸A稀硫酸稀硫酸A负极负极:较活泼的

9、金属较活泼的金属正极正极:较不活泼的金属或非金属导体较不活泼的金属或非金属导体-+-+-+-+根据电子或电流流动方向判断（外电路）：根据电子或电流流动方向判断（外电路）：电子从负极流出 沿导线 流入正极电流从正极流出 沿导线 流入负极ee根据离子的定向移动方向（内电路）根据离子的定向移动方向（内电路）阳离子向正极移动阳离子向正极移动阴离子向负极移动阴离子向负极移动根据电极反应判断根据电极反应判断失电子的反应失电子的反应氧化反应氧化反应负极负极得电子的反应得电子的反应还原反应还原反应正极正极根据现象判断根据现象判断电极不断溶解：电极不断溶解：负极负极有气泡冒出、有固体析出：有气泡冒出、有固体析出

10、：正极正极根据离子方程式判断根据离子方程式判断Fe+2H+=Fe2+H2（负极）（在正极）2 2、原电池工作原理、原电池工作原理 在在负极负极，物质失去电子发生，物质失去电子发生氧化反应氧化反应；电子通过导体经外电路由负极传导至正极；电子通过导体经外电路由负极传导至正极；在在正极正极，物质得到电子发生，物质得到电子发生还原反应还原反应；电解质溶液中，电解质溶液中，阳离子阳离子向向正极正极移动，移动，阴离子阴离子向向负极负极移动。移动。铜锌原电池原理动画铜锌原电池原理动画负极负极正极正极电解质溶液电解质溶液阴阴阴阴离离离离子子子子还原反应还原反应还原反应还原反应氧化反应氧化反应氧化反应氧化反应阳

11、阳阳阳离离离离子子子子原电池工作原理图示原电池工作原理图示外电路外电路内电路内电路CH2SO4（不可以）（不可以）（不可以）（不可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）3 3、原电池的构成条件、原电池的构成条件1）两种活泼性不同的金属）两种活泼性不同的金属(或导电非金属或导电非金属)作作电极电极。3）两极相连形成）两极相连形成闭合回路闭合回路。2）电极材料均插到）电极材料均插到电解质溶液电解质溶液。（负极在电解质溶液中能够输出电子。）（负极在电解质溶液中能够输出电子。）A AB BC CD DE E练习练习1 下列哪些装置能构成原电池？下列哪些装置能构成原电池？F F稀硫酸稀硫酸ZnFe稀硫

12、酸稀硫酸AgCuA稀硫酸稀硫酸ZnCuZnH2SO4溶液GH2SO4溶液HC（石墨）ZnZnHCl 溶液ICFe酒精JZnPbCH3COOH溶液K实践活动实践活动自制电池自制电池水果电池。如下图：水果电池。如下图：4.原电池原理的应用原电池原理的应用加快反应速率：加快反应速率：（形成原电池反应，反应速率加快形成原电池反应，反应速率加快）例如，实验室制例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。以加快反应速率。揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的腐蚀。揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的腐蚀。钢铁中含有碳，可与钢铁中含有碳，可与

13、Fe组成原电池，发生原电组成原电池，发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀池反应而使钢铁遭到腐蚀 例例 X、Y、Z都都是是金金属属，把把X浸浸入入Z的的硝硝酸酸盐盐溶溶液液中中，X的的表表面面有有Z析析出出，X与与Y组组成成原原电电池池时时，Y是是电电池池的的负负极极。X、Y、Z三三种种金金属属的的活活动性顺序为动性顺序为()C因为因为X置换出置换出Z,所以金属性所以金属性负极的金属较活泼负极的金属较活泼,所以所以判断金属活动性的强弱判断金属活动性的强弱一般说来一般说来:活泼金属作负极活泼金属作负极,较不活泼的金属作正极较不活泼的金属作正极 请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：请结合组成原电池的条

14、件，将氧化还原反应：Fe+CuFe+Cu2+2+=Cu+Fe=Cu+Fe2+2+设计成一个原电池。设计成一个原电池。1、电解液：、电解液：。2、电极材、电极材料：料：正极正极 ，负极，负极 。3、电极反应式电极反应式：负极负极:.正极正极:.1 1、电解液：、电解液：硫酸铜、氯化铜、硝硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等可溶性铜盐溶液酸铜等可溶性铜盐溶液 2 2、电极材料：、电极材料：负极：铁，负极：铁，正正极极：铜铜、石石墨墨或或比比铁不活泼的其他金属铁不活泼的其他金属 Fe 2e-=Fe 2+Cu2+2e-=Cu 制作化学电源制作化学电源 练习练习 把把A,BA,B两种不同的未知活泼性的金属用导两种不

15、同的未知活泼性的金属用导线连接后同时插入稀硫酸中线连接后同时插入稀硫酸中,结果发现结果发现A A金属上金属上有气体产生有气体产生,则下列说法正确的是则下列说法正确的是()()A.AA.A为正极为正极,A,A较活泼较活泼B.BB.B为负极为负极,B,B较活泼较活泼C.AC.A上发生的是氧化反应上发生的是氧化反应D.AD.A的质量减小的质量减小B间接：间接：直接：直接：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动机发动机电能电能装置装置原电池原电池1.构成原电池的条件是什么？构成原电池的条件是什么？3.原电池的工作原理是什么？原电池的工作原理是什么？什么是原电池？什么是原电池？4.2.将化

16、学能转变为电能的装置将化学能转变为电能的装置原电池的正负极和电子流向如何判断？原电池的正负极和电子流向如何判断？化学能与电能化学能与电能第二课时第二课时复习回忆复习回忆1 1、简述原电池的工作原理；、简述原电池的工作原理；氧化还原反应中，还原剂和氧化剂之间通氧化还原反应中，还原剂和氧化剂之间通过外电路间接地进行电子转移：过外电路间接地进行电子转移：在在负极负极,物质物质失去电子失去电子发生发生氧化反应氧化反应；电子通过导体经外电路由负极传导至正极；电子通过导体经外电路由负极传导至正极；在在正极正极,物质物质得到电子得到电子发生发生还原反应还原反应；电解质溶液中电解质溶液中,阳离子阳离子向向正极

17、正极移动移动,阴离子阴离子向向负极负极移动。移动。2 2、简述构成原电池必要条件；、简述构成原电池必要条件；（1 1）两个电极）两个电极（2 2）电解质溶液）电解质溶液（3 3）形成闭合回路）形成闭合回路1）化学电池有三大类型：）化学电池有三大类型：、.一次性电池一次性电池 二次电池二次电池 燃料电池燃料电池 2）特点：）特点：一次电池：不可充电，一次电池：不可充电，如干电池（又称为锌锰电池，是最早使用的化学电池）如干电池（又称为锌锰电池，是最早使用的化学电池）二次电池：可循环利用，二次电池：可循环利用，放电过程是将放电过程是将 能转化为能转化为 能；能；充电过程是将充电过程是将 能转化为能转

18、化为 能。能。燃料电池：可不断充入氧化剂、还原剂连续使用，燃料电池：可不断充入氧化剂、还原剂连续使用，最理想的燃料是最理想的燃料是 。（1）产物为水，无污染）产物为水，无污染（2）与其它能源比，反应相同质量，放出能量多）与其它能源比，反应相同质量，放出能量多（3）来源广）来源广化学化学 电电 电电 化学化学H2 二、发展中的化学电源二、常见的化学电池二、常见的化学电池1.干电池干电池(一次性电池一次性电池)电极电极:ZnZn为负极为负极,碳棒为正极碳棒为正极电解液电解液：NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和淀粉糊和淀粉糊 另有黑色的另有黑色的MnOMnO2 2粉末，粉末，吸收正极产

19、生的吸收正极产生的H H2 2，防止产生极化现，防止产生极化现象。象。电极方程式：电极方程式：负极负极(Zn):(Zn):ZnZn2e2e-ZnZn2 2正极正极(C)(C)：2MnO2MnO2 2+2NH+2NH4 4+2e+2e-=Mn=Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O(1)锌锰干电池二、常见的化学电池二、常见的化学电池1.干电池干电池(一次性电池一次性电池)电极电极:ZnZn为负极为负极,碳棒为正极碳棒为正极电解液电解液：NHNH4 4ClCl、ZnClZnCl2 2和淀粉糊和淀粉糊 另有黑色的另有黑色的MnOMnO2 2粉末，粉末，吸收正极产生的吸收正极

20、产生的H H2 2，防止产生极化现，防止产生极化现象。象。电极方程式：电极方程式：负极负极(Zn):(Zn):ZnZn2e2e-ZnZn2 2正极正极(C)(C)：2MnO2MnO2 2+2NH+2NH4 4+2e+2e-=Mn=Mn2 2O O3 3+2NH+2NH3 3+H+H2 2O O(1)锌锰干电池(2)(2)碱性锌锰干电池碱性锌锰干电池 随着用电器朝着小型化、多随着用电器朝着小型化、多随着用电器朝着小型化、多随着用电器朝着小型化、多功能化发展的要求，对电池的发功能化发展的要求，对电池的发功能化发展的要求，对电池的发功能化发展的要求，对电池的发展也提出了小型化、多功能化发展也提出了小

21、型化、多功能化发展也提出了小型化、多功能化发展也提出了小型化、多功能化发展的要求。展的要求。展的要求。展的要求。体积小、性能好的碱性锌锰体积小、性能好的碱性锌锰体积小、性能好的碱性锌锰体积小、性能好的碱性锌锰电池应运而生。这类电池的重要特电池应运而生。这类电池的重要特电池应运而生。这类电池的重要特电池应运而生。这类电池的重要特征是征是征是征是电解质溶液电解质溶液电解质溶液电解质溶液由原来的中性变为由原来的中性变为由原来的中性变为由原来的中性变为离子导电性更好的离子导电性更好的离子导电性更好的离子导电性更好的碱性碱性碱性碱性，负极负极负极负极也由也由也由也由锌片改为锌片改为锌片改为锌片改为锌粉锌

22、粉锌粉锌粉，反应面积成倍增长，反应面积成倍增长，反应面积成倍增长，反应面积成倍增长，使放电电流大幅度提高。使放电电流大幅度提高。使放电电流大幅度提高。使放电电流大幅度提高。2 2、铅蓄电池（二次电池）、铅蓄电池（二次电池）铅蓄电池铅蓄电池:电极：电极：PbPb为负极为负极,PbO,PbO2 2为正极为正极.电解液电解液:30%30%的的H H2 2SOSO4 4溶液溶液 电极反应式电极反应式:放电时：放电时：为原电池为原电池 负极负极(Pb)(Pb)：PbPbSOSO4 42 2-2e2e-PbSOPbSO4 4 正极正极(PbO(PbO2 2)PbOPbO2 24H4HSOSO4 42 22

23、e2e-PbSOPbSO4 42H2H2 2O O总电池反应总电池反应:PbOPbO2 2PbPb2H2H2 2SOSO4 42PbSO2PbSO4 42H2H2 2O O充电时：充电时：为电解池为电解池 阴极阴极(Pb)(Pb)：PbSOPbSO4 4 2e2e-Pb PbSOSO4 42 2-阳极阳极(PbO(PbO2 2)PbSOPbSO4 42H2H2 2O O2e2e-PbOPbO2 24H4HSOSO4 42 2总电解反应总电解反应:2PbSO2PbSO4 42H2H2 2O O PbOPbO2 2PbPb2H2H2 2SOSO4 4通电通电3、锂电池、锂电池锂是密度最小的金属，用

24、锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大极相比较，使用寿命大大延长。延长。4、新型燃料电池、新型燃料电池 燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。界输入，同时将电极反应产物不断排出电池。氢氧燃料电池工作原理氢氧燃料电池工作原理氢氧氢氧燃料电池燃料电池电极电极:Pt制作的惰性电极制作的惰性电极反应原理反应原理:a.电解质溶液电解质溶液:KOH溶液溶液负极负极:正极

25、正极:总反应：总反应：b.电解质溶液电解质溶液:HCl(盐酸盐酸)负极负极:正极正极:总反应：总反应：2H2+4OH4e-4H2OO22H2O4e-4OH2H2O22H2O2H2-4e-=4H+O2+4H+4e-=2H2O2H2O22H2O银锌电池银锌电池ZnZn为负极为负极,Ag,Ag2 2O O为正极为正极 电解液电解液:KOH:KOH溶液溶液电极反应式电极反应式:负极负极:ZnZn2OH2OH2e2e-Zn(OH)Zn(OH)2 2 正极正极:AgAg2 2O OH H2 2O O2e2e-2Ag2Ag2OH2OH总反应式总反应式:ZnZnAgAg2 2O OH H2 2O O2Ag2AgZn(OH)Zn(OH)2 2氢氧燃料电池：氢氧燃料电池：2H2O22H2O银锌电池：银锌电池：ZnAg2OH2O2AgZn(OH)2PbPbO22H2SO4 2PbSO42H2O 放电放电放电放电充电充电充电充电铅蓄电池：铅蓄电池：