必修1化学能与电能.ppt

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1、化学能与电能化学能与电能电能是现代社会中电能是现代社会中应用最广泛、使用应用最广泛、使用最方便、污染最小最方便、污染最小的一种二次能源。的一种二次能源。2001年我国发电总量构成图年我国发电总量构成图估计在估计在2050年火电仍居首位年火电仍居首位火电，又称为火电，又称为火力发电。那火力发电。那么，火究竟是么，火究竟是如何转化为电如何转化为电？化学能化学能 热能热能 机械能机械能 电能电能燃烧燃烧蒸汽蒸汽发电机发电机火力发电的原理分析火力发电的原理分析能不能直接转化？能不能直接转化？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。一、原电池原电池的雏形原电池的雏形178

2、0年，伽伐尼年，伽伐尼(Galvani,L.)青蛙抽搐实验。青蛙抽搐实验。理论解释：理论解释：生物电生物电 伏打对生物电观点的质疑伏打对生物电观点的质疑 （Volta,A.1745-1827）1800年建立伏打电堆模型。年建立伏打电堆模型。伏打电池是伏打电池是实用电池的开端。实用电池的开端。如何改进？历史上第一个原电池是由历史上第一个原电池是由历史上第一个原电池是由历史上第一个原电池是由伏打在伏打在伏打在伏打在1818世纪末发明的。当时世纪末发明的。当时世纪末发明的。当时世纪末发明的。当时这个电池是由一些金属（铜、这个电池是由一些金属（铜、这个电池是由一些金属（铜、这个电池是由一些金属（铜、银

3、、锌）片和湿的硬纸片组成。银、锌）片和湿的硬纸片组成。银、锌）片和湿的硬纸片组成。银、锌）片和湿的硬纸片组成。用水（盐水更好）把这些硬圆用水（盐水更好）把这些硬圆用水（盐水更好）把这些硬圆用水（盐水更好）把这些硬圆纸片浸湿，先在桌上放一块银纸片浸湿，先在桌上放一块银纸片浸湿，先在桌上放一块银纸片浸湿，先在桌上放一块银片，再放上一块锌片，然后在片，再放上一块锌片，然后在片，再放上一块锌片，然后在片，再放上一块锌片，然后在它的上面放一个湿润的硬纸片，它的上面放一个湿润的硬纸片，它的上面放一个湿润的硬纸片，它的上面放一个湿润的硬纸片，再在上面放一块银片和锌片及再在上面放一块银片和锌片及再在上面放一块

4、银片和锌片及再在上面放一块银片和锌片及硬纸片，如此循环放置，直至硬纸片，如此循环放置，直至硬纸片，如此循环放置，直至硬纸片，如此循环放置，直至一定高度，就组成了电堆。这一定高度，就组成了电堆。这一定高度，就组成了电堆。这一定高度，就组成了电堆。这是历史上最原始的电池，也称是历史上最原始的电池，也称是历史上最原始的电池，也称是历史上最原始的电池，也称作原电池。作原电池。作原电池。作原电池。意大利物理学和化学家意大利物理学和化学家意大利物理学和化学家意大利物理学和化学家伏打伏打伏打伏打（1745-18271745-1827）将将ZnZn片插入片插入H H2 2SOSO4 4溶液中溶液中有什么现象？

5、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（接入一个电流计）再浸在接（接入一个电流计）再浸在H H2 2SOSO4 4溶液中，有什么现象？溶液中，有什么现象？为什么？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？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。一、原电池Zn-2e-=Zn2+氧化反应氧化反应 2H+2e-

6、=H2还原反应还原反应负极负极正极正极 Cu Zn反应类型反应类型电极反应电极反应电极电极材料材料电极电极2 2、工作原理：、工作原理：总反应：总反应：Zn+2H+=Zn2+H2Zn-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 Cu Zn反应类型反应类型电极反应电极反应电极电极材料材料电极电极ZnCuA A-+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请根据下列原电池正负构造特点，请根据下列原电池正负构造特点，总结出如何判断原电池的正负极总结出如何判断原电池的正负极.稀硫酸稀硫酸3 3、原电池电极确定

7、方法：、原电池电极确定方法：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）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+H2O2Ag+2Zn(OH)2请判断此电池中，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.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD4、原电池的构成条件1）氧化还原反应）氧化还原反应。2）两种活泼

8、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。（导线相连或直接接触）（导线相连或直接接触）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 2：请在图上标出电子的流动方向和电流方向请在图上

9、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-I负极负极正极正极Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2还原剂还原剂(Zn)失去电失去电子，发生氧化反应子，发生氧化反应氧化剂氧化剂(H+)在铜极上在铜极上得到电子，发生还得到电子，发生还原反应原反应电子从锌片流出电子从锌片流出流入铜片流入铜片经外电路经外电路电流方向电流方向电流方向：正极电流方向：正极负

10、极负极 外电路外电路化学电源：化学电源：干电池、蓄电池、燃料电池干电池、蓄电池、燃料电池 加快反应速率：加快反应速率：实验室用粗锌和稀硫酸制氢气实验室用粗锌和稀硫酸制氢气金属防腐蚀：金属防腐蚀：用更活泼的金属与被保护金属用更活泼的金属与被保护金属相连或让金属与电源负极相连均可防止金属腐相连或让金属与电源负极相连均可防止金属腐蚀蚀 4.原电池原理的应用原电池原理的应用二、发展中的化学电源二、发展中的化学电源干电池碱性电池蓄电池锂离子电池燃料电池 1800年建立伏打电堆模型。年建立伏打电堆模型。伏打电池是伏打电池是实用电池的开端。实用电池的开端。二、常见的化学电池二、常见的化学电池1.干电池干电池

11、(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(1)(1)锌锰干电池锌锰干电池Zn +2NH4+=Zn2+2NH3+H2电池总反应式：电池总反应式：缺点：缺点：a：一次性电池，不可逆：一次性电池，不可逆b：寿命短：寿命短(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、多功能化发展的要求。体积小、性能好的碱性锌锰电池应运而生。这类电池的重要特征是电解质溶液由原来的中性变为离子导电性更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增长

12、，使放电电流大幅度提高。2、充电电池（二次电池）、充电电池（二次电池）（1）铅蓄电池）铅蓄电池铅蓄电池铅蓄电池:总电池反应总电池反应:PbOPbO2 2PbPb2H2H2 2SOSO4 42PbSO2PbSO4 42H2H2 2O O 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:负极负极(Pb)(Pb)：PbPbSOSO4 42-2-2e2e-PbSOPbSO4 4 正极正极(PbO(PbO2 2)：PbOPbO2 24H4HSOSO4 42 22e2e-PbSOPbSO4 42H2

13、H2 2O O（2）锂电池）锂电池 锂是密度最小的金属，用锂作为电池的负极，跟用相同质量的其他金属作负极相比较，使用寿命大大延长。用于心脏起搏器电源的锂电池，不但体用于心脏起搏器电源的锂电池，不但体积小巧、电压稳定、工作效率高，使用时间积小巧、电压稳定、工作效率高，使用时间长达长达1010年之久！年之久！3、燃料电池、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燃

14、料电池氢氧燃料电池电极电极: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:HCl(盐酸盐酸)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:KOH溶液溶液负极负极:正极正极:总反应：总反应：2H2+4OH4e-4H2OO22H2O4e-4OH2H2O22H2O2H2-4e-=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，在两极分别通入甲烷和氧气。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:电解质为电解质为KOH电极反应：负

15、极：电极反应：负极：正极：正极：总反应式总反应式:CH4 8e-+2H2O=CO2+8H+2O2+8H+8e-=4H2OCH4+2O2=CO2+2H2OCH4+10OH-8e-=CO32-+7H2O2O2+4H2O+8e-=8OH-CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O钢铁的电化学腐蚀钢铁的电化学腐蚀比较项目比较项目析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀发生条件发生条件电电极极反反应应负极负极正极正极总反应总反应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普遍得多吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍得多