化学能和电能主题讲座.ppt

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,化学能和电能主题讲座,化学能电能,？,（看书,P35,页第二、三段，回答问题）,1,、当氧化剂和还原剂直接接触进行反应时，化学能要经过一系列能量转换才能转换为电能。,2,、把氧化剂和还原剂分开，使氧化反应和还原反应在两个不同区域进行。,3,、需要在氧化剂和还原剂之间架设桥梁使电子从氧化剂区域流向还原剂区域。,4,、考虑氧化反应和还原反应发生的条件和环境，化学物质的选择。,5,、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。,现象,铜片,锌片,电流表,Zn,片表面没有气泡产生，锌片溶解,Cu,片,有气泡产生,电流表指针偏转,结论：,有电流产生,实验,2-4,实验探究,请将实验现象记录在课本,P41,表中：,一、原电池,1,、定义,:,把,化学能,转变为,电能,的装置,.,原 电 池 原 理,A,Zn,Cu,SO,4,2,H,+,H,+,实验,原电池原理探究,步骤,讨论与交流,1.,将,Zn,片插入稀,H,2,SO,4,Zn,片和,Cu,片上现象有何差别,?,2.,将,Cu,片插入稀,H,2,SO,4,3.Zn,片和,Cu,片接触插入稀,H,2,SO,4,(,不接电流表,),Cu,片上有何现象,?,推测原因,.,4.Zn,片和,Cu,片用导线连接,(,中间接电流表,),插入稀,H,2,SO,4,(,偏向,?),电流表指针有何变化,?,说明了什么,?,5.,尝试用干电池判断实验中,的正负极,说明你判断的方法,?,离子方程式,思考问题,寻找答案,你对问题,的想法,稀,H,2,SO,4,Zn,Cu,锌表面有气泡产生，铜表面无明显现象,1.,反应中，哪种物质失电子，哪种物质得电子,演示探究,实验现象,用导线将锌表面的电子引出来,Zn+2H,+,=Zn,2+,+H,2,.,什么方法可使,Zn,与,H,+,分开，不让,H,+,直接在,Zn,表面得电子？,离子方程式,思考问题,寻找答案,组内交流 列出想法,演示探究,实验现象,Cu,起传导电子的作用。,可用电流表测电流及方向。,Zn+2H,+,=Zn,2+,+H,2,稀,H,2,SO,4,Zn,Cu,大量气泡从铜片逸出，锌片部分溶解,1.H,+,得到的电子是,Cu,失去的吗？,2.,在这个过程中,Cu,起什么作用？,3.,你怎样才能知道导线中有电子通过？,解释实验现象,思考问题,寻找答案,组内交流,列出想法,演示探究,实验现象,化学能直接转化为电能,1.,电子从,Zn,到,H,+,经历了哪些途径？,2.,你认为这个过程能量是如何转化的？,锌表面无气泡，,铜表面有气泡，,电流表发生偏转。,电子由,Zn,导线 铜片,H,+,定向移动产生电流，故电流表的指针发生偏转,A,Zn,Cu,稀,H,2,SO,4,（氧化反应）,（还原反应）,Zn,片：,Zn,2e,-,=Zn,2+,Cu,片：,2H,+,+2e,-,=H,2,（铜片在这里起,传导电子,的作用）,电极反应式：,Zn+H,2,SO,4,=ZnSO,4,+H,2,电极反应总式：,Zn+2H,+,=Zn,2+,+H,2,2e,-,2,.Zn,Cu,H,2,SO,4,原电池的工作原理：,“,负极出电子，电子回正极”,3,、原电池化学反应本质：,氧化还原反应,负极：还原性相对较强的材料,正极：还原性相对较弱的材料,活泼金属发生氧化反应向外线路提供电子原电池的负极；不活泼金属（或石墨）发生还原反应接受外线路提供的电子原电池的正极。,外电路：,电子由负极流向正极，,电流由正极流向负极,内电路：,e,电荷流向电流流向：,负极,正极,学与问,P41,C,H,2,SO,4,（不可以）,（可以）,条件一：有,活泼性不同,的两种金属或非金属,（可以）,（不可以）,形成条件二：电极需插进,电解质,溶液中；,实验探究形成原电池的条件,实验探究形成原电池的条件,形成条件三：必须形成,闭合回路,（不可以）,A,Zn,Cu,H,2,SO,4,A,C,Cu,H,2,SO,4,原电池,右图装置,电流表指针,偏转,区别,结论,不偏转,电极材料不同,电池总反应应该是能,自发地,发生氧化还原反应,构成原电池的条件,有两种活动性不同的金属（或非金属单质）作电极,电极材料均插入电解质溶液中,两极相连形成闭合电路,能自发发生的氧化还原反应,练习,判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由,.,(,),(,),(,),(,),(,),4,、原电池电极名称的确定方法,根据电极材料的性质确定。,通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、化合物是正极。,根据电极反应特点确定。,失电子的反应氧化反应负极,得电子的反应还原反应正极,例：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：,Ag,2,O+Zn+H,2,O,2Ag+2Zn(OH),2,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.Ag,2,O D.Zn,D,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,e,e,、根据离子的定向移动（内电路）,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,根据离子方程式判断,Fe+2H,+,=Fe,2+,+H,2,（负极）,（在正极）,5.,如何书写电极反应方程式,负极（锌片）：,Zn,2e,-,=Zn,2+,负极（锌片）：,Zn,2e,-,=Zn,2+,正极（石墨）：,2H,+,+2e,-,=H,2,正极（铜片）：,Cu,2+,+2e,-,=Cu,总反应,:Zn+2H,+,=Zn,2+,+H,2,总反应,:,Zn+Cu,2+,=Zn,2+,+Cu,电极反应方程式的书写方法,负极：,较活泼金属（,a,）,电极反应：,a-,n,e,-,=,a,n+,(,氧化反应,),正极：,较不活泼金属或非金属（,b,）,电极反应：,C,m+,+me,-,=C(,还原反应,),H,2,SO,4,(aq),CuSO,4,(aq),Zn,Cu,负极,():,.,正极,():,.,总反应式,:,.,负极,():,.,正极,():,.,总反应式,:,.,例：,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,.,Ag,Fe,Zn Zn,2e,-,=Zn,2+,Cu Cu,2+,+2e,-,=Cu,Zn+Cu,2+,=Zn,2+,+,Cu,Fe Fe,2e,-,=Fe,2+,Ag 2H,+,+2e,-,=H,2,Fe+2H,+,=Fe,2+,+H,2,I,e,-,e,-,I,练习,2,下列装置哪些可以形成原电池,?,形成原电池的写出电极反应式,并指出电子流动方向。,请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：,Fe+Cu,2+,=Cu+Fe,2+,设计成一个原电池。,1,、电解液：,。,2,、电极材,料：,正极,，负极,。,3,、,电极反应式,：,负极,:,.,正极,:,.,1,、电解液：,硫酸铜、氯化铜、硝酸铜等可溶性铜盐溶液,2,、电极材料：,负极：铁，,正极：铜、石墨或比铁不活泼的其他金属,拓 展：,Fe,2e,-,=Fe,2+,Cu,2+,+2e,-,=Cu,小 结,由化学方程式书写电极反应式：,找出发生氧化反应和还原反应的物质，确定正负极反应的物质；,利用电荷守恒分别写出电极反应式；,验证：两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。,思 考 题,请根据反应,2Fe,3+,+Fe,=3 Fe,2+,设计原电池，你有哪些可行方案,?,Fe-Cu FeCl,3,Fe-C Fe(NO,3,),3,Fe-Ag Fe(SO,4,),3,化学能与电能的相互转化,电能,化学能,原电池,电解,锌片插入稀硫酸中，被腐蚀。（化学腐蚀）,锌片在锌,铜（稀硫酸）原电池中作为负极，也被腐蚀。（电化学腐蚀）,哪个更快？,原电池的负极被腐蚀得更快。,分析锌,铁（稀硫酸）原电池中的电极反应。,你感受到作为正极，铁被保护了吗？,原电池的金属正极被保护。,原电池原理的应用,制作化学电源,加快反应速率：,例如，实验室制,H,2,时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量,CuSO,4,以加快反应速率。,判断金属活动性的强弱,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,Fe,组成原电池，发生原电池反应而使钢铁遭到腐蚀,防止钢铁腐蚀：,在钢铁的表面焊接比,Fe,更活泼的金属（如,Zn,），组成原电池后，使,Fe,成为原电池的正极而得到保护。,钢铁的,析氢,腐蚀：负极：,Fe 2e,-,=Fe,2+,正极：,2H,+,+2e,-,=H,2,钢铁的,吸氧,腐蚀：,负极：,2Fe 4e,-,=2Fe,2+,正极：,2H,2,O+O,2,+4e,-,=4OH,-,练习,3,、把,a,、,b,、,c,、,d,四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若,a,、,b,相连时，,a,为负极；,c,、,d,相连时，电流由,d,到,c,；,a,、,c,相连时，,c,极上产生大量气泡，,b,、,d,相连时，,b,上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为：,(),A,a b c d B,a c d b,C,c a b.d D,b d c a,B,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,负极：,Zn,2e,-,=Zn,2+,正极：,2NH,4,+,+2e,-,=2NH,3,+H,2,总反应：,Zn+2NH,4,+,=Zn,2+,+2NH,3,+H,2,2MnO,2,+H,2,=2MnO(OH),ZnCl,2,+4NH,3,=Zn(NH,3,),4,Cl,2,其他干电池：,碱性锌,-,锰干电池、银,-,锌纽扣电池等,优点：,携带方便,缺点：,电量小，污染大,干电池,（负极）,（正极）,锌筒,石墨棒,MnO,2,和,C,普通锌,-,锰干电池的结构,NH,4,Cl,、,ZnCl,2,和,H,2,O,等,1,、,干电池结构及电极反应原理,总反应：,Pb+PbO,2,+2H,2,SO,4,=2PbSO,4,+2H,2,O,Pb+PbO,2,+4H,+,+2SO,4,2,-,=2PbSO,4,+2H,2,O,负极：,Pb,-,2e,-,+SO,4,2,-,=PbSO,4,正极：,PbO,2,+2e,-,+4H,+,+SO,4,2,-,=PbSO,4,+2H,2,O,其他蓄电池：,镍,-,镉蓄电池、银,-,锌蓄电池等,优点：,可反复使用,缺点：,污染大,2,、铅蓄电池,3,、银锌电池,正极壳填充,Ag,2,O,和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液,KOH,。反应式为：,2Ag+Zn(OH),2,Zn+Ag,2,O+H,2,O,充电,放电,1970-1975,开发了先进的银锌、镍镉电池技术。,1975-1983,为美国海军生产潜水艇用银锌电池。,1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。,1998-1992,为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。,4,、镉镍电池,NiO,2,+Cd+2H,2,O Ni(OH),2,+Cd(OH),2,放,电,充,电,负极材料：,Cd,，正极材料：涂有,NiO,2,，电解质：,KOH,溶液。反应式如下：,5,、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。,6,、新型燃料电池,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，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池,氢氧燃料电池,：,负极：,2H,2,4OH,4e,4H,2,O,（氧化反应）,正极：,O,2,H,2,O,4e,4OH,（还原反应）,总反应：,2H,2,O,2,2H,2,O,其他电池,空气电池,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。,“,痛痛病,”,是因镉中毒引起的。,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，能使平方米的土地失去使用价值。,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。,减 少 污 染 节 约 资 源,随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是（）,A,利用电池外壳的金属材料,B,防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染,C,不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品,D,回收其中石墨电极,练习与巩固,B,化学电源的分类,类 型,一次电池,二次电池,燃料电池,只能使用一次，不能充电复原继续使用的化学电池,酸（或碱）性锌,-,锰干电池、银,-,锌纽扣电池、锂电池,放电后能充电复原继续使用的化学电池,铅蓄电池、镍,-,镉蓄电池、银,-,锌蓄电池,将燃料燃烧的化学能直接转变成电能的电池,氢氧燃料电池、铝,-,空气燃料电池、熔融盐燃料电池,含 义,示 例,迅猛发展的绿色环保电池是指近年来研制、开发和已 投入使用的高性能、无污染电池。,金属氢化物镍电池,与镉镍电池有相同的工作电压,(12,伏,),，但由于采用了,稀土合金或,TiNi,合金储氢材料作为 负极活性物质,，取代了致癌物质镉，使其 成为一种绿色环保电池。,锂离子蓄电池,系由,碳作负极，嵌锂的金属氧化物作 正极和有机电解质构成,，其工作电压为,36,伏，因此一个 锂离子电池相当三个镉镍或金属氢化物镍电池。,可充电碱锰电池,是在,碱性锌锰原电池,基础上发展起 来的，由于应用了无汞化的锌粉及新型添加剂，不仅保持了原电池 的电流放电特性，而且能充电使用几十次至几百次。,太阳能电池,利用,P,N,结的,光电效应,，把太阳光能直接转换成电能，满足用户需要。这种发电具有无需燃料、无污染、无 噪声、运行简单可靠、减少维护、建设周期短等特点，已被空间和无常规能源的地域广泛采用。,绿色电池种种,