化学能与电能 全国一等奖

第二节化学能与电能第一页，共四十五页。科学视野按利用能源的形态（直接利用或加工）分类：一次能源和二次能源。一次能源：煤炭、石油、天然气、水力、风能、柴草、太阳辐射、地热、核燃等等料二次能源：电能、蒸汽、汽油、煤气、液化气、氢能、沼气、火药、水煤气等第二页，共四十五页。火电站一次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源二次能源第三页，共四十五页。导入新课前一节我们探讨的主要是化学能转化为热能问题，那么物质的化学能能否转化为电能，若能转化，又是如何转化？第四页，共四十五页。一、化学能转化为电能利用煤、石油、天然气等自然界蕴藏极为丰富的化石燃料来发电称为火力发电。2001我国发电总量构成图1、火力发电第五页，共四十五页。（1）火力发电工作原理示意图化学能热能机械能电能燃烧蒸汽发电机第六页，共四十五页。（2）火力发电的缺点：①产生烟尘和废气，造成空气污染；②SO2形成酸雨；③CO2加剧温室效应；④煤炭储量有限，是非再生能源；⑤经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低。第七页，共四十五页。（3）火力发电的化学深层本质分析燃烧氧化还原反应氧化剂与还原剂之间发生电子的转移火力发电将化学能经一系列能量转化为电能旧键断裂和新键形成、体系能量变化过程关键本质本质引起第八页，共四十五页。质疑氧化剂与还原剂直接接触进行反应时，化学能转化为热能，再进过一系列能量转换环节才能转化为电能。这样能源利用率低。可不可以使氧化还原反应释放的能量不通过热能而直接转变为电能呢？第九页，共四十五页。思考与交流

1、要使氧化还原反应释放的能量不通过热能而直接转变为电能，所要解决的第一问题是什么？2、若将氧化反应与还原反应分开在不同区域进行，那么，怎样假设桥梁使电子从还原剂区域转移到氧化剂区域，同时形成电流？3、怎样知道所架设的桥梁中有电子流过？第十页，共四十五页。现象铜片插入稀硫酸锌片插入稀硫酸锌片和铜片上端连接在一起插入稀硫酸实验2－4：用锌片、铜片、稀硫酸、烧杯、电流表、导线等按要求完成实验。铜片上无气泡锌片上有气泡铜片上有气泡,

锌片溶解,电流表指针偏转第十一页，共四十五页。：把化学能转化成电能的装置原电池2、原电池（1）定义第十二页，共四十五页。（氧化反应）（还原反应）（Zn）：Zn－2e-=Zn2+（Cu）：2H++2e-=H2

↑（铜片在这里起传导电子的作用）电极反应式：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑电极总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑

2e-Zn－Cu－H2SO4原电池的工作原理：负极正极（2）原电池工作原理第十三页，共四十五页。：电子由负极流向正极，

电子与电流流向：学与问：阴离子移向负极，阳离子移向正极，

外电路内电路（3）原电池中电极的名称：电子流出的一极—发生氧化反应：电子流入的一极—发生还原反应负极正极电流由正极流向负极。电流由负极流向正极。第十四页，共四十五页。通过刚才的实验我们可以体会到,化学能在原电池装置中可以直接转化为电能,那么,符合什么条件的装置才能构成原电池呢?第十五页，共四十五页。实验探究:构成原电池的条件第十六页，共四十五页。实验探究形成原电池的条件活泼性不同的两个电极负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨、金属氧化物等形成条件一：第十七页，共四十五页。实验探究:形成原电池的条件形成条件二：电极材料均浸入电解质溶液中第十八页，共四十五页。实验探究:构成原电池的条件形成条件三：必须形成闭合回路第十九页，共四十五页。实验探究:构成原电池的条件一个自发进行的氧化还原反应

u2H++Zn=H2↑+Zn2+

形成条件四：第二十页，共四十五页。（4）构成原电池的条件(1)有两种活动性不同的金属或一种是非金属单质或金属氧化物作电极。

（2）电极材料均插入电解质溶液中。

（3）两极相连形成闭合电路。

（4）能自发进行的氧化还原反应。第二十一页，共四十五页。下列各装置能否形成原电池反应？ZnCuH2SO4ZnCu

酒精CuAgAgNO3CuZnH2SO4CuCuH2SO4CuZnCuSO4

ZnSO4CuZn

CuSO4ZnSO4√XX√X√√练习：第二十二页，共四十五页。第二十三页，共四十五页。第二十四页，共四十五页。第二十五页，共四十五页。你能为她开一个药方吗？第二十六页，共四十五页。（5）如何书写电极反应方程式负极：

Zn-2e-=Zn2+正极：

Cu2++2e-=Cu总反应:

Zn+Cu2+=Zn2++CuCuAgAgNO3溶液负极：Cu-2e-＝Cu2+正极：2Ag++2e-=2AgCuSO4溶液

第二十七页，共四十五页。NaCl溶液负极：2Fe-4e-=2Fe2+正极：O2+2H2O+4e-=4OH-NaOH溶液请判断右边原电池的正、负极？并写出电极反应式负极：2Al+8OH--6e-=2AlO2-+4H2O正极：6H2O+6e-=6OH-+3H2↑第二十八页，共四十五页。

练习：利用Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。AFeCl3溶液负极：Cu-2e-＝Cu2+正极：2Fe3++2e-＝2Fe2+第二十九页，共四十五页。（6）原电池原理的应用①加快反应速率例如，实验室制H2时，可加入少量CuSO4以加快反应速率。②判断金属活动性的强弱在一个原电池中作负极的金属比作正极的金属活泼金属溶解的一极比冒出气体或金属附着的一极的金属活泼性要强③制作化学电源第三十页，共四十五页。二、发展中的化学电源负极：Zn-2e-＝Zn2+正极：2MnO2+2NH4++2e-＝Mn2O3+2NH3＋H2O负极：Zn+2OH--2e-＝Zn(OH)2正极：2MnO2+2H2O+2e-＝MnO(OH)+2OH-Zn+2MnO2+2H2O＝2MnO(OH)+Zn(OH)21、干电池酸性锌锰电池碱性锌锰电池第三十一页，共四十五页。2、充电电池（又称二次电池）（1）铅蓄电池负极：Pb+SO42--2e-＝PbSO4正极：PbO2+4H++SO42-+2e-＝PbSO4+2H2O第三十二页，共四十五页。镍—镉电池的负极为金属镉(Cd)，正极为NiO(OH)，电解液为KOH溶液。负极：Cd＋2OH-－2e-＝Cd(OH)2正极：2NiO(OH)＋2H2O＋2e-＝2Ni(OH)2＋2OH-放电

充电总反应式：Cd＋2NiO(OH)＋2H2O2Ni(OH)2＋Cd(OH)2(2)镍—镉可充电电池第三十三页，共四十五页。锂离子充电电池第三十四页，共四十五页。锂亚硫电池：它使用金属(Li)和石墨作电极，金属锂(Li)作负极，四氯化铝锂(LiAlCl4)溶解在亚硫酰氯(SOCl2)

组成的电解质溶液中，亚硫酰氯(SOCl2)

也作正极反应物。正极：3SOCl2＋8e-＝6Cl-＋SO32-＋2S负极：8Li－8e-＝8Li+

总反应式：8Li＋3SOCl2＝6LiCl＋Li2SO3＋2S锂离子充电电池第三十五页，共四十五页。总反应：2H2+O2＝2H2O负极：2H2-4e-=4H+正极：O2+4H++4e-=2H2O酸性氢氧燃料电池第三十六页，共四十五页。总反应：2H2+O2＝2H2O负极：2H2＋4OH-－4e-＝4H2O正极：O2＋2H2O＋4e-＝4OH-碱性氢氧燃料电池第三十七页，共四十五页。银—锌蓄电池：正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解液为KOH溶液。正极：Ag2O＋H2O＋2e-＝2Ag＋2OH-负极：Zn＋2OH-－2e-＝ZnO＋H2O放电

充电总反应式：Ag2O＋Zn＋H2O2Ag＋Zn(OH)2第三十八页，共四十五页。其他电池空气电池第三十九页，共四十五页。废电池对环境的危害

电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。随意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。上世纪50年代，震惊世界的日本“水俣病”就是因汞中毒引起的。第四十页，共四十五页。“痛痛病”是因镉中毒引起的。第四十一页，共四十五页。有关资料显示：一粒钮扣电池能污染60万升水（这是一个人一生的用水量）。一节一号电池埋在地里，能使１平方米的土地失去使用价值。第四十二页，共四十五页。中国电池的年产量180多亿只，占世界电池总产量的30％以上，年消费量达70－80亿只，但回收率却不足２％。第四十三页，共四十五页。在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4溶液的浓度为0.125mo