化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化.ppt

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1、第二章 化學(xué)反應(yīng)與能量 化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化 演示探究 實驗現(xiàn)象 實驗結(jié)論 實 驗 1 實 驗 2 實 驗 3 實 驗 4 銅片上沒有明顯現(xiàn)象,鋅片 上有無色氣體產(chǎn)生。 銅片與稀硫酸不反應(yīng), 2H+Zn=Zn2+H2 演示探究 實驗現(xiàn)象 實驗結(jié)論 實 驗 1 實 驗 2 實 驗 3 實 驗 4 銅片上沒有明顯現(xiàn)象,鋅片 上有無色氣體產(chǎn)生。 銅片上沒有明顯現(xiàn)象,鋅片 上有無色氣體產(chǎn)生。 銅片與稀硫酸不反應(yīng), 2H+Zn=Zn2+H2 銅片與稀硫酸不反應(yīng), 2H+Zn=Zn2+H2 演示探究 實驗現(xiàn)象 實驗結(jié)論 實 驗 1 實 驗 2 實 驗 3 實 驗 4 銅片上沒有明顯現(xiàn)象,鋅片 上有無色氣體產(chǎn)

2、生。 銅片上沒有明顯現(xiàn)象,鋅片 上有無色氣體產(chǎn)生。 銅片上有無色氣體產(chǎn)生,鋅 片無明顯現(xiàn)象。 H+在銅片上得到電子被 還原成氫氣。 銅片與稀硫酸不反應(yīng), 2H+Zn=Zn2+H2 銅片與稀硫酸不反應(yīng), 2H+Zn=Zn2+H2 演示探究 實驗現(xiàn)象 實驗結(jié)論 實 驗 1 實 驗 2 實 驗 3 實 驗 4 銅片上沒有明顯現(xiàn)象,鋅片 上有無色氣體產(chǎn)生。 銅片上沒有明顯現(xiàn)象,鋅片 上有無色氣體產(chǎn)生。 銅片上有無色氣體產(chǎn)生,鋅 片無明顯現(xiàn)象。 銅片上有無色氣體產(chǎn)生,鋅 片無明顯現(xiàn)象,電流計發(fā)生 偏轉(zhuǎn)。 H+在銅片上得到電子被 還原成氫氣。 H+在銅片上得到電子被 還原成氫氣,說明有 電 子從鋅片流入到

3、銅片 . 銅片與稀硫酸不反應(yīng), 2H+Zn=Zn2+H2 銅片與稀硫酸不反應(yīng), 2H+Zn=Zn2+H2 原電池 問題探究 1、你能找到原電池的正負(fù)極嗎 ? 這一原電池在工作時的電流流動 方向是怎樣的? 定義 :把 化學(xué)能 轉(zhuǎn)變?yōu)?電能 的裝置。 電子由鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片,電流由銅 片流出,從鋅片流入。 、 鋅片: Zn 2e Zn2+(氧化反應(yīng)) 銅片: 2H+2e H2 (還原反應(yīng)) 問題探究 2、你知道原電池的工作原理嗎? 能不能寫出在二個電極上的離子反 應(yīng)方程式? 原電池的工作原理: 氧化還原反應(yīng) 電極 材料 電極反應(yīng) 反應(yīng)類型 原電池的 電極 Zn片 Cu片 電池總 反應(yīng) 氧化 反應(yīng)

4、 Zn 2e - Zn2+ 2H+ + 2e- H2 負(fù)極 正極 Zn+2H+ Zn2+H2 鋅銅原電池原理 還原 反應(yīng) 外電路 : 電子 由負(fù)極 正極, 電流 由正極 負(fù)極 。 內(nèi)電路: 陰離子 移向負(fù)極 , 陽離子 移向正極; e 電 子 流向 、 電流流向: 負(fù)極 正極 小結(jié) 銅鋅原電池原理動畫 1、原電池: ( 1)定義: 將 化學(xué)能 轉(zhuǎn)變?yōu)?電能 的裝置。 ( 2)反應(yīng)本質(zhì) : 氧化還原反應(yīng) 一、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 ( 3) 原電池正負(fù)電極的判斷方法 負(fù)極: 正極: 電子 流出 ,發(fā)生失電子的氧化反應(yīng) 電子 流入 , 發(fā)生得電子的還原反應(yīng) 根據(jù)電極材料判斷 負(fù)極 : 較活潑的金屬 正極

5、 : 較不活潑的金屬或非金屬導(dǎo)體 根據(jù)電子或電流流動方向判斷(外電路): 電子從負(fù)極流出 沿導(dǎo)線 流入正極 電流從正極流出 沿導(dǎo)線 流入負(fù)極 e e 根據(jù)離子的定向移動方向(內(nèi)電路) 陽離子向正極移動 陰離子向負(fù)極移動 根據(jù)電極反應(yīng)判斷 失電子的反應(yīng) 氧化反應(yīng) 負(fù)極 得電子的反應(yīng) 還原反應(yīng) 正極 根據(jù)現(xiàn)象判斷 電極不斷溶解: 負(fù)極 有氣泡冒出、有固體析出: 正極 實驗探究形成原電池的條件 形成條件一:活潑性不同的兩個電極 負(fù)極:較活潑的金屬 正極:較不活潑的金屬、石墨等 形成條件二:電極需插進 電解質(zhì)溶液 中 實驗探究形成原電池的條件 形成條件三:必須形成閉合回路 實驗探究形成原電池的條件 實

6、驗探究形成原電池的條件 形成條件四:必須存在 自發(fā) 的氧化還原反應(yīng) 2、原電池的構(gòu)成條件 1)兩種活潑性不同的金屬 (或?qū)щ姺墙饘?) 作 電極 。 3)兩極相連形成 閉合回路 。 2)電極材料均插到 電解質(zhì)溶液 。 4) 自發(fā)的 氧化還原反應(yīng) 練 習(xí) 判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池?若不是, 請說明理由;若是,請指出正負(fù)極名稱,并 寫出電極反應(yīng)式 . ( ) ( ) ( ) 2H+2e- H2 負(fù)極: 總反應(yīng): 正極 : Zn 2e- Zn2+ Zn+2H+ Zn2+H2 ( ) ( ) 負(fù)極 : 正極 : 總 反應(yīng) : 正極: 負(fù)極 : 總反應(yīng): Zn 2e- Zn2+ 2H+2e- H2

7、Zn+2H+ Zn2+H2 Fe 2e- Fe2+ Cu2+2e- Cu Fe+Cu2+ Fe2+Cu Fe+CuSO4 Cu+FeSO4 ( ) ( ) 負(fù)極: 正極: 總反應(yīng): Zn 2e- Zn2+ Cu2+2e- Cu Zn+Cu2+ Zn2+Cu 或 Zn+CuSO4 ZnSO4+Cu ( ) ( ) 負(fù)極: 正極: 總反應(yīng): Fe 2e- Fe2+ 2H+2e- H2 Fe+2H+ Fe2+H2 或 Fe+H2SO4 FeSO4+H2 鋼鐵的防腐蝕: ( 1)覆蓋保護層; ( 2)改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu); ( 3)鋼鐵表面鑲嵌活潑金屬,如鋅; ( 4)鋼鐵連接電源負(fù)極。 2. 如圖所示,

8、在鐵圈和銀圈的焊接處,用一根棉線將其懸在盛水的燒杯中,使之平衡;小心的向燒杯中央滴入 CuSO 4 溶液,片刻后可觀察到的現(xiàn)象是 3。 試將下列兩個氧化還原反應(yīng)分別設(shè)計成兩個原電池 . Zn + 2AgNO3=Zn(NO3)2+2Ag . 2Fe3+Fe=3Fe2+ ( D ) ( Zn AgNO3 C ) ( Fe Fe2(SO4)3 C ) A. 鐵圈和銀圈左右搖擺不定; B. 保持平衡狀態(tài); C. 鐵圈向下傾斜; D. 銀圈向下傾斜; 4、市場上出售的“熱敷袋”其中主要成分是鐵屑,碳粉 和少量的 NaCl,水等熱敷袋在啟用前用塑料袋使之與空 氣隔絕,啟用時打開塑料袋輕輕揉搓,就會放出熱量

9、, 使用完后,會發(fā)現(xiàn)袋內(nèi)有許多鐵屑生成,請回答這些問題: ( 1)熱敷袋放出的熱量來源于( )放 出的熱量; ( 2)碳粉的作用是 ( 3)加入 NaCl的作用是 ( 4)寫出有關(guān)的電極反應(yīng)式和化學(xué)方程式 鐵屑被氧化 負(fù)極: Fe-2e-Fe2+ 正極: 2H2O+O2+4e-4OH - Fe2+2OH-Fe ( OH) 2 4Fe( OH) 2+2H2O+O24Fe( OH) 3 C、 Fe和 NaCl溶液組成原電池, C作正極,使鐵氧化速率加快 NaCl溶于水形成電解質(zhì)溶液,增強導(dǎo)電性 思考 什么類型的化學(xué)反應(yīng)可設(shè)計成原電池? 理論上講,常溫下可自發(fā)進行的 氧化 還原反應(yīng) 都能設(shè)計成原電池

10、。 知識回顧: 一、原電池: ( 1)定義: 將 化學(xué)能 轉(zhuǎn)變?yōu)?電能 的裝置。 ( 2)反應(yīng)本質(zhì): 氧化還原反應(yīng) ( 3)工作原理: 電子 由負(fù)極 正極 電流 由正極 負(fù)極 。 陰離子 移向負(fù)極 ,(負(fù)向負(fù)) 陽離子 移向正極;(正向正) ( 4)電極反應(yīng): 負(fù)極: 發(fā)生 失 電子的 氧化 反應(yīng)( 負(fù)極材料 ) 正極: 發(fā)生 得 電子的 還原 反應(yīng)( 溶液離子) 外電路 : 內(nèi) 電路 : ( 5)電子轉(zhuǎn)移: 得 電子數(shù) =失 電子數(shù) =轉(zhuǎn)移 電子數(shù) ( 6)原電池的構(gòu)成條件: 兩種活潑性不同的金屬 (或?qū)щ姺墙饘?) 作電極。 兩極一液相連形成 閉合回路 。 電解質(zhì)溶液 。 自發(fā)的 氧化還原

11、反應(yīng) ( 7)原電池正負(fù)電極的判斷方法: 根據(jù)電極材料(強為負(fù)) 根據(jù)電極反應(yīng)(氧化反應(yīng)為負(fù)) 根據(jù) 內(nèi)或外 電路 根據(jù)實驗現(xiàn)象: 電極溶解: 負(fù)極 有氣泡冒出、有固體析出: 正極 二、 原電池原理的應(yīng)用: 1、判斷金屬活動性 2、 促進某些氧化還原反應(yīng)的進行, 加快反應(yīng)速率 3、尋找鋼鐵防腐蝕的方法 4、原電池的設(shè)計 思考: 什么類型的化學(xué)反應(yīng)可設(shè)計成原電池? 理論上講,常溫下可自發(fā)進行的 氧化 還原反應(yīng) 都能設(shè)計成原電池。 原電池的設(shè)計 ( 1) 請結(jié)合組成原電池的條件,將氧化還原反應(yīng): Fe + Cu2+ = Cu + Fe2+ 設(shè)計成一個原電池。 1、電解液: 。 2、電極材 料: 正

12、極 ,負(fù)極 。 3、 電極反應(yīng)式 : 負(fù)極 : . 正極 : . 鋼鐵的吸氧腐蝕 : 原理:在潮濕空氣中鋼鐵表面形成無數(shù)微小的原電池。 負(fù)極: Fe 2e =Fe2+ 正極: 2H2O+O2+4e =4OH Fe2+ +2OH =Fe( OH) 2 4Fe( OH) 2 +2H2O+O2 = 4Fe( OH) 3 2Fe( OH) 3=Fe2O3+3H2O Fe C G NaCl 閱讀教材 41頁 資料卡 分析鋼鐵電化學(xué)腐蝕的原因,探 討防止鋼鐵的方法及原理。 三、 鋼鐵的腐蝕: 鋼鐵的防腐蝕: ( 1)覆蓋保護層; ( 2)改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu); ( 3)鋼鐵表面鑲嵌活潑金屬,如鋅; ( 4)鋼

13、鐵連接電源負(fù)極。 四、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 能充電復(fù)原繼續(xù)使 用的化學(xué)電池 酸(或堿)性鋅 -錳 干電池、銀 -鋅紐扣 電池、鋰電池 放電后能充電復(fù)原 繼續(xù)使用的化學(xué)電 池 鉛蓄電池、鎳 -鎘蓄 電池、銀 -鋅蓄電池 將燃料燃燒的化學(xué) 能直接轉(zhuǎn)變成電能 的電池 氫氧燃料電池、鋁 - 空氣燃料電池、熔 融鹽燃料電池 含 義 示 例 干電池 上圖是鋅錳干電池 干電池 負(fù)極: Zn 2e- = Zn2+ (負(fù)極) (正極) 2NH4+ 2e- = 2NH3+H2 總反應(yīng): Zn +2NH4+= Zn2+ 2NH3+H2 2MnO2+H2=2MnO(O

14、H) ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2 正極: 鋅筒 石墨棒 MnO2和 C 普通鋅 -錳干電池的結(jié)構(gòu) NH4Cl、 ZnCl2 和 H2O等 干電池 負(fù)極: Zn 2e- = Zn2+ (負(fù)極) (正極) 正極: 2NH4+ 2e- = 2NH3+H2 總反應(yīng): Zn +2NH4+= Zn2+ 2NH3+H2 2MnO2+H2=2MnO(OH) ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2 其他干電池: 堿性鋅 -錳干電池、 銀 -鋅紐扣電池等 優(yōu)點: 攜帶方便 缺點: 電量小,污染大 鋅筒 石墨棒 MnO2和 C 普通鋅 -錳干電池的結(jié)構(gòu) NH4Cl、 ZnCl2 和 H2O等

15、 2、蓄電池 ( 1)鉛蓄電池 正極材料上 涂有棕褐色 的 PbO2,負(fù)極 材料是海綿 狀的金屬鉛, 兩極浸在 H2SO4溶液中。 寫出電極反 應(yīng)式。 鉛蓄電池 鉛 蓄 電 池 總反應(yīng): Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O Pb+PbO2+4H+2SO42-=2PbSO4+2H2O 負(fù)極: Pb-2e-+SO42-=PbSO4 正極: PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O 其他蓄電池: 鎳 -鎘蓄電池、銀 -鋅蓄電池等 優(yōu)點: 可反復(fù)使用 缺點: 污染大 隨著用電器朝著 小型化、多功能化發(fā) 展的要求,對電池的 發(fā)展也提出了小型化、 多功能化發(fā)展的要求。 體

16、積小、性能好的堿性鋅錳電池應(yīng)運 而生。這類電池的重要特征是電解液由原來 的中性變?yōu)殡x子導(dǎo)電性更好的堿性,負(fù)極也由 鋅片改為鋅粉,反應(yīng)面積成倍增長,使放電電 流大幅度提高。 銀鋅電池 正極殼填充 Ag2O和石墨,負(fù)極蓋填充鋅汞合金, 電解質(zhì)溶液 KOH。反應(yīng)式為: 2Ag+Zn(OH)2 Zn+Ag2O+H2O 寫出電極反應(yīng)式。 充電 放電 1970-1975, 開發(fā)了先進的銀鋅、鎳鎘電池技術(shù)。 1975- 1983, 為美國海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。 1979-1987,為 美國國家能源部發(fā)展電動車用的鎳鋅電池。 1998-1992, 為美國海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水艇。 鎘鎳電池

17、 NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放 電 充 電 負(fù)極材料: Cd ,正極材料:涂有 NiO2 ,電解 質(zhì): KOH溶液。反應(yīng)式如下: 寫出電極反應(yīng)式。 氫氧燃料電池 氫氧燃料電池 Pt電極 H2 O2 氫氧燃料電池模擬 KOH 航天技術(shù)上使用的一種電 池,它具有高能、輕便、 不污染環(huán)境等優(yōu)點。用 Pt 做電極, KOH溶液做電解 液,因其反應(yīng)與氫氧燃燒 相似,故稱為氫氧燃燒電 池。請寫出各電極的電極 反應(yīng)。 若將氫氣換成甲烷, 寫出各電極的電極反應(yīng) 新型燃料電池 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,不斷從外 界輸入,同時將電極反應(yīng)產(chǎn)物

18、不斷排出電池 燃料電池 把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能 直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器” 2 H2 + O2 = 2 H2O 點燃 氫氧燃料電池 常見的燃料電池還有甲烷燃料電池、鋁 - 空氣燃料電池、熔融鹽燃料電池等 優(yōu)點: 效率高、無污染,裝置可持續(xù)使用 多孔性金屬電極,具有催化性能 鋰電池 鋰是密度最小的金屬,用鋰作為電 池的負(fù)極,跟用相同質(zhì)量的其他金屬作 負(fù)極相比較,使用壽命大大延長。 鋰電池 干電池 疊層電池 紐扣電池 各類電池 減 少 污 染 節(jié) 約 資 源 小 結(jié) 由化學(xué)方程式書寫電極反應(yīng)式: 找出氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的物質(zhì),確 定正負(fù)極反應(yīng)的物質(zhì); 利用電荷守恒分別寫出電極反應(yīng)式; 驗

19、證:兩電極反應(yīng)式相加所得式子和 原化學(xué)方程式相同,則書寫正確。 迅猛發(fā)展的綠色環(huán)保電池是指近年來研制、開發(fā)和已 投入使 用的高性能、無污染電池。 金屬氫化物鎳電池 與鎘鎳電池有相 同的工作電壓 (12伏 ),但由于采用了 稀土合金或 TiNi合金儲氫 材料作為 負(fù)極活性物質(zhì) ,取代了致癌物質(zhì)鎘,使其 成為一種 綠色環(huán)保電池。 鋰離子蓄電池 系由 碳作負(fù)極,嵌鋰的金屬氧 化物作 正極和有機電解質(zhì)構(gòu)成 ,其工作電壓為 36伏,因此一 個 鋰離子電池相當(dāng)三個鎘鎳或金屬氫化物鎳電池。 可充電堿 錳電池 是在 堿性鋅錳原電池 基礎(chǔ)上發(fā)展起 來的,由于應(yīng)用了 無汞化的鋅粉及新型添加劑,不僅保持了原電池 的電流放電 特性,而且能充電使用幾十次至幾百次。 太陽能電池 利用 P N結(jié)的 光電效應(yīng) ,把太陽光能直接轉(zhuǎn)換成電 能,滿足用戶需要。 這種發(fā)電具有無需燃料、無污染、無 噪聲、運行簡單可靠、 減少維護、建設(shè)周期短等特點,已被空間和無常規(guī)能源的地域 廣泛采用。 綠色電池種種

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