化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化.ppt

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)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) Zn 2e - Zn2+ 2H+ + 2e- H2 負極 正極 Zn+2H+ Zn2+H2 鋅銅原電池原理 還原 反應(yīng) 外電路 ： 電子 由負極 正極， 電流 由正極 負極 。 內(nèi)電路： 陰離子 移向負極 ， 陽離子 移向正極； e 電 子 流向 、 電流流向： 負極 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） 原電池正負電極的判斷方法 負極： 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 負極 : 較活潑的金屬 正極 : 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 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，請指出正負極名稱，并 寫出電極反應(yīng)式 . ( ) ( ) ( ) 2H+2e- H2 負極： 總反應(yīng)： 正極 ： Zn 2e- Zn2+ Zn+2H+ Zn2+H2 ( ) ( ) 負極 ： 正極 ： 總 反應(yīng) ： 正極： 負極 ： 總反應(yīng)： Zn 2e- Zn2+ 2H+2e- H2 Zn+2H+ Zn2+H2 Fe 2e- Fe2+ Cu2+2e- Cu Fe+Cu2+ Fe2+Cu Fe+CuSO4 Cu+FeSO4 ( ) ( ) 負極： 正極： 總反應(yīng)： Zn 2e- Zn2+ Cu2+2e- Cu Zn+Cu2+ Zn2+Cu 或 Zn+CuSO4 ZnSO4+Cu ( ) ( ) 負極： 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）鋼鐵連接電源負極。 2. 如圖所示，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， 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。 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 由負極 正極 電流 由正極 負極 。 陰離子 移向負極 ，（負向負） 陽離子 移向正極；（正向正） （ 4）電極反應(yīng)： 負極： 發(fā)生 失 電子的 氧化 反應(yīng)（ 負極材料 ） 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 氧化還原反應(yīng) （ 7）原電池正負電極的判斷方法： 根據(jù)電極材料（強為負） 根據(jù)電極反應(yīng)（氧化反應(yīng)為負） 根據(jù) 內(nèi)或外 電路 根據(jù)實驗現(xiàn)象： 電極溶解： 負極 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： 正極 ，負極 。 3、 電極反應(yīng)式 ： 負極 : . 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）鋼鐵連接電源負極。 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 負極： Zn 2e- = Zn2+ （負極） （正極） 2NH4+ 2e- = 2NH3+H2 總反應(yīng)： Zn +2NH4+= Zn2+ 2NH3+H2 2MnO2+H2=2MnO(OH) ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2 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 負極： Zn 2e- = Zn2+ （負極） （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 2、蓄電池 （ 1）鉛蓄電池 正極材料上 涂有棕褐色 的 PbO2，負極 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 NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放 電 充 電 負極材料： 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 池的負極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作 負極相比較，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