《化学能与电能》.ppt

《《化学能与电能》.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《化学能与电能》.ppt（52页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、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二次能源二次能源二次能源二次能源 将将ZnZn片插入片插入H H2 2SOSO4 4溶液中溶液中有什么现象？为什么？有什么现象？为什么？将将CuCu片插入片插入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？演示讨论演示讨论若将若将ZnZn片片,Cu,Cu片用一导线连片用一导线连接再浸在接再浸在H H2 2SOSO4 4溶液中，有什溶液中，有什么现象？为什么？么现象？为什么？将将ZnZn片片,Cu,Cu片平行插入片平行插入H H2 2SOSO4 4溶溶液中，有什么现象？为什么？液中，有什么现象？为什么？Z

2、n-2e-=Zn2+氧化反应氧化反应 2H+2e-=H2还原反应还原反应负极负极正极正极总反应：总反应：Zn + 2 H+ = Zn2+ + H2e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（2）反应本质：氧化还原反应氧化还原反应（3 3）原电池电极名称及确定方法：）原电池电极名称及确定方法：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电子电子流入流入，发生得电子的还原反应（一般：（一般：活泼金属活泼金属）（一般：（一般：较不活泼金属或非金属导电材料较不活泼金属或非金属导电材料）活泼金属活泼金属向外线路提供电子向外线路提供电子发生氧化反应发生氧化反应原

3、电池原电池的负极；的负极；不活泼金属（或石墨等非金属导体）不活泼金属（或石墨等非金属导体）接受外线路提供接受外线路提供的电子的电子发生还原反应发生还原反应原电池的正极。原电池的正极。 原电池电极名称的确定方法原电池电极名称的确定方法根据电极材料的性质确定。根据电极材料的性质确定。根据电极反应的本身确定。根据电极反应的本身确定。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练习：银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它练习：银锌电池是广泛用作各种电子仪器的电源，它的反应可表示为：的反应可表示为：Ag2O+Zn+H2O 2Ag+2Zn(OH)2请判

4、断此电池中，负极上发生反应的物质是（请判断此电池中，负极上发生反应的物质是（ ）A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD根据电子或电流流动方向（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 流入负极根据离子的定向移动（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离子方程式判断Fe+2H+=Fe2+H2（负极） （在正极）负极负极: 较活泼的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ZnCu-+稀硫酸稀硫酸ZnFeA稀硫酸稀硫酸CZnFeCA稀硫酸稀硫酸-+-+-+A交流与思考交流与思考稀硫酸

5、稀硫酸1）自发的氧化还原反应）自发的氧化还原反应。2）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。4）两极相连形成）两极相连形成闭合回路闭合回路。3）电极材料均插到）电极材料均插到电解质溶液电解质溶液中中。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？稀硫酸稀硫酸ZnFe稀硫酸稀硫酸AgCuA稀硫酸稀硫酸ZnCu H2SO4 (aq) CuSO4 (aq) ZnCu负极负极( ): .正极正极( ): .总反应式总反应式: .负极负极( ): .正极正极( ): .总反应式总反应式: .练习练习2：请在图上标出电子的流动方向和电流方向

6、请在图上标出电子的流动方向和电流方向,并判断正负极，写出电极反应式和总反应式并判断正负极，写出电极反应式和总反应式. AgFeZn Zn2e - = Zn2+ Cu Cu2+ +2e - = Cu Zn+Cu2+ = Zn2 + CuFe Fe2e - = Fe 2+ Ag 2H+2e - = H2 Fe+2H+ = Fe 2+ +H2 Ie-e-I4.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

7、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 防止钢铁腐蚀：防止钢铁腐蚀：在钢铁的表面焊接比在钢铁的表面焊接比Fe更更活泼的金属（如活泼的金属（如Zn），组成原电池后，使），组成原电池后，使Fe成为原电池的正极而得到保护。成为原电池的正极而得到保护。钢铁的析氢腐蚀：钢铁的析氢腐蚀： 负极：负极：Fe 2e- = Fe2+ 正极：正极：2H+ + 2e- = H2钢铁的吸氧腐蚀：钢铁的吸氧腐蚀： 负极：负极：2F

8、e 4e- = 2Fe2+ 正极：正极：2H2O + O2 + 4e- = 4OH-例例 X、Y、Z都是金属，把都是金属，把X浸入浸入Z的硝酸盐溶的硝酸盐溶液中，液中，X的表面有的表面有Z析出，析出，X与与Y组成原电池时，组成原电池时，Y是电池的负极。是电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性三种金属的活动性顺序为顺序为( )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

9、电池的条件，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， 正极：铜、石墨或比正极：铜、石墨或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

10、化学电源练习练习把把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，相连时，a为负极；为负极；c、d相连时，电流由相连时，电流由d到到c；a、c相连相连时，时，c极上产生大量气泡，极上产生大量气泡，b、d相连时，相连时，b上有上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为弱的为 ( ) Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a B 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同的未知活泼性的金属用导线连接后同时插

11、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练习练习 由碳棒、铁片和由碳棒、铁片和200mL稀稀H2SO4组成的原组成的原电池中，当在碳棒上共放出电池中，当在碳棒上共放出3.36L（标准状况）（标准状况）气体时，求消耗铁多少克？有多少个电子通过了气体时，求消耗铁多少克？有多少个电子通过了电线？电线？ 解解:负

12、极反应负极反应: Fe 2e = Fe2+ 正极反应：正极反应： 2H+ + 2e = H2 总反应：总反应： Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 56g 22.4Lm(Fe) 3.36Lm(Fe)= 8.4g 电子数电子数= 8.4g56g/mol2mol6.021023/mol = 1.8061023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.将化学能转变为电能的装置将化学能转变为电

13、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作业：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

14、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、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

15、：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： 负极负极(Pb) (Pb) ：PbPbSOSO4 42-2-2e2e- -PbSOPbSO4 4 正极正极(PbO(PbO2 2)

16、) PbOPbO2 24H4HSOSO4 42 22e2e- -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： 阴极阴极(Pb)(Pb)： PbSOPbSO4 4 2e2e- - PbPbSOSO4 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 2PbPb2H2

17、H2 2SOSO4 4通电通电PbPbO22H2SO4 2PbSO42H2O 3、锂电池、锂电池4、新型燃料电池、新型燃料电池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-4H2OO22H2O 4e-4OH 2H2O22H2O2H2-4e-=4H+O2+4H+4e- =2H2O2H2O22H2O甲烷燃料电池甲烷燃料电池电极为金属铂，在两极分别通入甲烷和氧气。电极为金属铂，

18、在两极分别通入甲烷和氧气。电解质为电解质为KOH电极反应：负极：电极反应：负极： 正极：正极： 总反应式总反应式:电解质为稀硫酸电解质为稀硫酸电极反应：负极：电极反应：负极： 正极：正极： 总反应式总反应式:CH4 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+O2 + 4H+ + 4e- = 2H2OCH4 + 2O2 = CO2 + 2H2OCH4 + 10OH- 8e- = CO32- + 7H2OO2 + 2H2O + 4e- = 4OH-CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O，电过程体现原电池原理，充电过程体现电解池原理。电过程体现原电池原理，充电过程体现电解池

19、原理。金属的电化学腐蚀（了解）金属的电化学腐蚀（了解）（一）金属腐蚀（一）金属腐蚀1.1.概念：概念：金属或合金与周围接触到的气体或液体进金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。行化学反应而腐蚀损耗的过程。2.2.金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质金属原子失去电子变成阳离子而损耗金属原子失去电子变成阳离子而损耗3.3.金属腐蚀的分类：金属腐蚀的分类：化学腐蚀和电化学腐蚀化学腐蚀和电化学腐蚀绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀化学腐蚀化学腐蚀与与电电化学腐蚀化学腐蚀的比较的比较电化学

20、电化学腐蚀腐蚀比比化学腐蚀化学腐蚀普遍得多普遍得多金属跟接触到的物质金属跟接触到的物质直接发生化学反应直接发生化学反应不纯金属跟接触的电解不纯金属跟接触的电解质溶液发生原电池反应质溶液发生原电池反应无电流无电流无原电池无原电池构成无数微小原电池构成无数微小原电池有弱电流有弱电流金属被腐蚀金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀金属原子失去电子变成阳离子而损耗金属原子失去电子变成阳离子而损耗钢铁的电化学腐蚀钢铁的电化学腐蚀钢铁表面吸附的水膜酸钢铁表面吸附的水膜酸性较強时性较強时Fe - 2e- = Fe2+2H+ + 2e- = H2Fe+ 2H+ = Fe2+ H2钢铁表面吸附的水膜酸钢铁表

21、面吸附的水膜酸性较弱或呈中性时性较弱或呈中性时Fe - 2e- = Fe2+O22H2O4e-=4OH-Fe2+2OH-=Fe(OH)24Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)34Fe(OH)3Fe2O3xH2O(铁锈铁锈)+(3-x)H2O吸氧腐蚀比析氢腐蚀吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍得多普遍得多金属的防护金属的防护方方 法：法：1.1.改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）2.2.在金属表面覆盖保护层：在金属表面覆盖保护层：（1）在表面刷一层油漆；）在表面刷一层油漆；（2）在表面涂上机油；）在表面涂上机油；（3）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；）在表面镀一

22、层其他耐腐蚀金属；（4）在表面烧制搪瓷）在表面烧制搪瓷 ；（5）使金属表面形成致密的氧化膜）使金属表面形成致密的氧化膜 。3 3. .电化学保护法电化学保护法 ：（1）牺牲阳极的阴极保护法）牺牲阳极的阴极保护法(原电池原理接原电池原理接一个更活泼的金属一个更活泼的金属) （2）外加电流的阴极保护法（电解池原理）外加电流的阴极保护法（电解池原理） 不纯的金属或合金，在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀，活泼不纯的金属或合金，在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗，金属腐蚀的快慢与下列二种因素有关：金属因被腐蚀而损耗，金属腐蚀的快慢与下列二种因素有关：1）与构成微电池的材料有关，

23、）与构成微电池的材料有关，两极材料的活动性差别越大，两极材料的活动性差别越大，电动势越大，氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就电动势越大，氧化还原反应的速度越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快；越快；2）与金属所接触的电解质强弱有关，）与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。快于在弱电解质溶液中的腐蚀。一般说来可用下列原则判断：一般说来可用下列原则判断：（电解原理引起的腐蚀）原电池原理引起的腐蚀（电解原理引起的腐蚀）

24、原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀银锌电池银锌电池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铝铝空气空气海水电池海水电池负极：负极：4Al -12e4Al -12e- - 4Al4Al3+3+正极：正极：3O3O2 2 + 6H+ 6H2 20 + 12e0 + 12e- - 120H120H- -电池总反应式为：电池总反应式为：4Al+3O4Al+3O2 2+6H+6H2 20=4Al(OH)0=4Al(OH)3 319911991年，我国首创以铝年，我国首创以铝- -空气空气- -海水为材料海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯以取组成的新型电池，用作航海标志灯以取之不尽的海水为电解质之不尽的海水为电解质