第二章第二節(jié)化學(xué)能與電能

1、 資料卡片：一次能源和二次能源水電站水電站直接從自然界直接從自然界取得取得的能源稱為的能源稱為一次能源一次能源原煤、石油、天然氣、水能、風(fēng)能、海洋能、潮汐能、地?zé)嵩骸⑹?、天然氣、水能、風(fēng)能、海洋能、潮汐能、地?zé)崮?、太陽能、天然鈾、生物質(zhì)能能、太陽能、天然鈾、生物質(zhì)能火電站火電站由一次能源，通過加工、裝換得到的能源為二次能源。石油產(chǎn)品（汽油、煤油、液化石油氣）、電力（水電、火電、風(fēng)石油產(chǎn)品（汽油、煤油、液化石油氣）、電力（水電、火電、風(fēng)電、核電站、太陽能電池）、水煤氣、氫氣、蒸汽、酒精、焦炭電、核電站、太陽能電池）、水煤氣、氫氣、蒸汽、酒精、焦炭 化學(xué)能化學(xué)能 熱能熱能 機(jī)械能機(jī)械能 電電能

2、能燃燒燃燒蒸汽蒸汽發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)一、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電站將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能發(fā)電站將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能火力發(fā)電有哪些缺點火力發(fā)電有哪些缺點?討論討論存存在在缺缺點點排出大量溫室氣體排出大量溫室氣體可能導(dǎo)致酸雨可能導(dǎo)致酸雨能量轉(zhuǎn)化效率低能量轉(zhuǎn)化效率低煤炭是不可再生資源煤炭是不可再生資源化學(xué)能電能化學(xué)能電能 ？（看書（看書P40頁第頁第2、3段）段）1、當(dāng)氧化劑和還原劑直接接觸進(jìn)行反應(yīng)時，化學(xué)、當(dāng)氧化劑和還原劑直接接觸進(jìn)行反應(yīng)時，化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，就要想辦法能轉(zhuǎn)換為電能，就要想辦法使電子定向移動。2、把氧化劑和還原劑分開，、把氧化劑和還原劑分開，使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在兩個不同區(qū)域進(jìn)行。3、需要在氧化劑

3、和還原劑之間、需要在氧化劑和還原劑之間架設(shè)橋梁使電子從使電子從還原劑區(qū)域流向氧化劑區(qū)域。還原劑區(qū)域流向氧化劑區(qū)域。4、考慮氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)發(fā)生的、考慮氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)發(fā)生的條件和環(huán)境，化學(xué)物質(zhì)的選擇。5、從電學(xué)角度考慮、從電學(xué)角度考慮儀器選擇和組裝問題?，F(xiàn)象現(xiàn)象銅片銅片鋅片鋅片電流表電流表Zn片溶解，表面沒有氣泡片溶解，表面沒有氣泡Cu片片有氣泡產(chǎn)生有氣泡產(chǎn)生電流表指針偏轉(zhuǎn)電流表指針偏轉(zhuǎn)結(jié)論：結(jié)論：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 實驗實驗2-4 實驗探究實驗探究請將實驗現(xiàn)象記錄在課本請將實驗現(xiàn)象記錄在課本P41表中：表中：1、原電池、原電池 把化學(xué)把化學(xué)能能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)殡娔茈娔艿难b置的裝

4、置. .AZnCuSO42H+H+原電池的代表 外電路：外電路：電子走“旱路”電子電子由負(fù)極流向正極，由負(fù)極流向正極，電流電流由正極流向負(fù)極由正極流向負(fù)極內(nèi)電路：內(nèi)電路：離子走“水路”陰離子陰離子向負(fù)極移動，向負(fù)極移動，陽離子陽離子向正極移動。向正極移動。 （形成閉合電路）（形成閉合電路） e原電池工作原理：原電池工作原理： 電子電子和和電流流向電流流向負(fù)極負(fù)極正極正極學(xué)與問學(xué)與問P41原電池的工作原理原電池的工作原理實驗步驟實驗步驟討論與交流討論與交流1.將將Zn片插入稀片插入稀H2SO4Zn片和片和Cu片上現(xiàn)象有片上現(xiàn)象有何差別何差別?2.將將Cu片插入稀片插入稀H2SO43.Zn片和片和

5、Cu片接觸插入稀片接觸插入稀H2SO4 (不接電流表不接電流表)Cu片上有何現(xiàn)象片上有何現(xiàn)象?推推測原因測原因.4.Zn片和片和Cu片用導(dǎo)線連接片用導(dǎo)線連接(中間中間接電流表接電流表)插入稀插入稀H2SO4(偏向偏向?)電流表指針有何變化電流表指針有何變化?說明了什么說明了什么?5.嘗試用干電池判斷實驗中嘗試用干電池判斷實驗中的正負(fù)極的正負(fù)極說明你判斷的方法說明你判斷的方法?實驗探究實驗探究 離子方程式離子方程式思考問題思考問題尋找答案尋找答案你對問題你對問題的想法的想法ZnCu鋅表面有氣泡鋅表面有氣泡產(chǎn)生，銅表面產(chǎn)生，銅表面無明顯現(xiàn)象無明顯現(xiàn)象1.1.反應(yīng)中，哪種物質(zhì)失電子，哪種物質(zhì)得電子反

6、應(yīng)中，哪種物質(zhì)失電子，哪種物質(zhì)得電子? ?實驗探究實驗探究實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象用導(dǎo)線將鋅表面的電子引出來用導(dǎo)線將鋅表面的電子引出來Zn +2H+ = Zn 2+ +H2.什么方法可使什么方法可使Zn與與H+分開，不讓分開，不讓H+直接在直接在Zn表面得電子？表面得電子？ 離子方程式離子方程式思考問題思考問題尋找答案尋找答案組內(nèi)交流組內(nèi)交流 列出想法列出想法 實驗探究實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象CuCu起傳導(dǎo)電子的作用。起傳導(dǎo)電子的作用?？捎秒娏鞅頊y電流及方向?？捎秒娏鞅頊y電流及方向。Zn + 2H+ = Zn 2+ +H2ZnCu銅片表面冒氣銅片表面冒氣泡，鋅片不斷泡，鋅片不斷溶解溶解1.H1.H+ +得到的

7、電子是得到的電子是CuCu失去的嗎？失去的嗎？2.2.在這個過程中在這個過程中CuCu起什么作用？起什么作用？3.3.你怎樣才能知道導(dǎo)線中有電子通過？你怎樣才能知道導(dǎo)線中有電子通過？ 解釋實驗現(xiàn)象解釋實驗現(xiàn)象思考問題思考問題尋找答案尋找答案組內(nèi)交流組內(nèi)交流 列出想法列出想法實驗探究實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能1.1.電子從電子從ZnZn到到H H+ +經(jīng)歷了哪些途徑？經(jīng)歷了哪些途徑？2.2.你認(rèn)為這個過程能量是如何轉(zhuǎn)化的？你認(rèn)為這個過程能量是如何轉(zhuǎn)化的？鋅表面無氣泡，鋅表面無氣泡，銅表面有氣泡，銅表面有氣泡，電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn)。電流表發(fā)生偏轉(zhuǎn)。電子由電子由Zn 導(dǎo)線導(dǎo)線

8、 銅片銅片 H+ 、SO42-定定向移動產(chǎn)生電流，故指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)向移動產(chǎn)生電流，故指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)ZnCu（氧化反應(yīng)）（氧化反應(yīng)）（還原反應(yīng)）（還原反應(yīng)）負(fù)極（負(fù)極（Zn片）：片）： Zn 2e- = Zn2+正極（正極（Cu片）：片）：2H+2e- = H2 （銅片在這里起（銅片在這里起傳導(dǎo)電子傳導(dǎo)電子的作用）的作用）電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：化學(xué)方程式化學(xué)方程式Zn+HZn+H2 2SOSO4 4=ZnSO=ZnSO4 4+H+H2 2原電池總反應(yīng)：原電池總反應(yīng)： 2 2、原電池的代表：、原電池的代表：ZnZnCuCu稀稀H H2 2SOSO4 4 原電池原電池“負(fù)極負(fù)極產(chǎn)生電子產(chǎn)生電子，正極，正極

9、接受電子接受電子”3 3、原電池化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)：、原電池化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)：氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)負(fù)極：負(fù)極：相對較活潑的金屬材料相對較活潑的金屬材料正極：正極：相對較不活潑的材料或非相對較不活潑的材料或非金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體活潑金屬活潑金屬發(fā)生氧化反應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)向外線路提供電子向外線路提供電子原電池原電池的負(fù)極；的負(fù)極；不活潑金屬（或石墨）不活潑金屬（或石墨）發(fā)生還原反應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng)接受外線路提接受外線路提供的電子供的電子原電池的正極。原電池的正極。 CH2SO4（不可以）（不可以）（可以）（可以）條件一：有條件一：有活潑性不同活潑性不同的兩種金的兩種金屬或非金屬導(dǎo)體屬或非金屬導(dǎo)體（可以）（可以）（

10、不可以）（不可以）形成條件二：電極需插進(jìn)形成條件二：電極需插進(jìn)電解質(zhì)電解質(zhì)溶液中；溶液中；實驗探究形成原電池的條件實驗探究形成原電池的條件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三：必須形成形成條件三：必須形成閉合回路閉合回路（不可以）（不可以）A AZnZnCuCuH H2 2SOSO4 4A AC CCuCuH H2 2SOSO4 4原電池原電池右圖裝置右圖裝置電流表指針電流表指針偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)區(qū)別區(qū)別結(jié)論結(jié)論不偏轉(zhuǎn)不偏轉(zhuǎn)電極材料不同電極材料不同電池總反應(yīng)應(yīng)該是能電池總反應(yīng)應(yīng)該是能自發(fā)地自發(fā)地發(fā)生的氧發(fā)生的氧化還原反應(yīng)化還原反應(yīng)4、構(gòu)成原電池的條件（資料49頁）1、兩電極：兩塊活

11、動性不同的金屬（或其中一兩塊活動性不同的金屬（或其中一塊非金屬導(dǎo)體）作電極塊非金屬導(dǎo)體）作電極2、電解質(zhì)溶液：電極材料均插入電解質(zhì)溶液中電極材料均插入電解質(zhì)溶液中3、閉合電路：兩極相連形成閉合電路兩極相連形成閉合電路4、自發(fā)氧化還原反應(yīng)：負(fù)極與電解質(zhì)能發(fā)生氧負(fù)極與電解質(zhì)能發(fā)生氧化還原反應(yīng)化還原反應(yīng)練練習(xí)習(xí)判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，請說明理由是，請說明理由. .( () )( () )( () )( () )( () )5、原電池正負(fù)電極的判斷方法根據(jù)電極材料的性質(zhì)根據(jù)電極材料的性質(zhì)負(fù)極:較活潑金屬較活潑金屬;正極:較不活潑金屬、碳棒、導(dǎo)電化合物。較

12、不活潑金屬、碳棒、導(dǎo)電化合物。根據(jù)電極反應(yīng)式及其現(xiàn)象根據(jù)電極反應(yīng)式及其現(xiàn)象失電子的反應(yīng)失電子的反應(yīng)氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)負(fù)極負(fù)極得電子的反應(yīng)得電子的反應(yīng)還原反應(yīng)還原反應(yīng)正極正極例：銀鋅電池是廣泛用作各種電子儀器的電源，它的例：銀鋅電池是廣泛用作各種電子儀器的電源，它的反應(yīng)可表示為：反應(yīng)可表示為：Ag2O+Zn+H2O 2Ag+2Zn(OH)2請請判斷此電池中，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（判斷此電池中，負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是（ ）A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.ZnD根據(jù)電子或電流流動的方向根據(jù)電子或電流流動的方向（外電路（外電路“旱路旱路”）：）：電子從負(fù)極流出電子從負(fù)極流出 沿導(dǎo)線沿導(dǎo)

13、線 流入正極流入正極電流從正極流出電流從正極流出 沿導(dǎo)線沿導(dǎo)線 流入負(fù)極流入負(fù)極e-e-根據(jù)離子定向移動的方向根據(jù)離子定向移動的方向（內(nèi)電路（內(nèi)電路“水路水路”）陽離子向正極移動陽離子向正極移動陰離子向負(fù)極移動陰離子向負(fù)極移動根據(jù)原電池總反應(yīng)判斷根據(jù)原電池總反應(yīng)判斷Fe+2H+=Fe2+H2（負(fù)極）（在正極）6.書寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式書寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式負(fù)極（鋅片）：負(fù)極（鋅片）： Zn 2e - = Zn 2+負(fù)極（鋅片）：負(fù)極（鋅片）： Zn 2e - = Zn 2+正極（石墨）：正極（石墨）： 2H+2e - = H2 正極（銅片）：正極（銅片）： Cu2+ + 2e - = Cu

14、 總反應(yīng)總反應(yīng): Zn + 2H+ = Zn 2+ + H2 總反應(yīng)總反應(yīng): Zn + Cu2+ = Zn 2+ + Cu 簡單簡單電極反應(yīng)式的書寫方法電極反應(yīng)式的書寫方法負(fù)極：負(fù)極：較活潑金屬電極（a）失電子 電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：a-ne-=an+ (氧化反應(yīng)氧化反應(yīng))正極：正極：溶液中較不活潑金屬或非金屬（溶液中較不活潑金屬或非金屬（b） 溶液中的陽離子得電子 電極反應(yīng)：電極反應(yīng)： Cm+ + me- = C(還原反應(yīng)還原反應(yīng)) H2SO4 (aq) CuSO4 (aq) ZnCu負(fù)極負(fù)極( ): .正極正極( ): .總反應(yīng)式總反應(yīng)式: .負(fù)極負(fù)極( ): .正極正極( ): .總反應(yīng)式

15、總反應(yīng)式: .例例1：請在圖上標(biāo)出電子的流動方向和電流方向請在圖上標(biāo)出電子的流動方向和電流方向,并判斷正負(fù)極，寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式并判斷正負(fù)極，寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)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練練習(xí)習(xí)1 1下列裝置哪些可以形成原電池下列裝置哪些可以形成原電池? ? 形成原電池形成原電池的寫出電極反應(yīng)式的寫出電極反應(yīng)式, ,并指出電子流動方向。并指出電子流動方向。練練習(xí)習(xí)2 2寫出

16、電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。寫出電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。 Mg Al Mg Al H2SO4 (aq)NaOH (aq) 由原電池總反應(yīng)式由原電池總反應(yīng)式書寫電極反應(yīng)式：書寫電極反應(yīng)式：第一步：列物質(zhì)，標(biāo)得失，一分二。 根據(jù)化合價升降，確定正負(fù)極反應(yīng)的物質(zhì)；根據(jù)化合價升降，確定正負(fù)極反應(yīng)的物質(zhì)；第二步：看環(huán)境，配守恒，物穩(wěn)定。 利用電荷守恒，質(zhì)量守恒配平電極反應(yīng)式；利用電荷守恒，質(zhì)量守恒配平電極反應(yīng)式；第三步：兩式加，驗總式，保正確。 兩電極反應(yīng)式相加所得式子和原電池總反應(yīng)式相同，兩電極反應(yīng)式相加所得式子和原電池總反應(yīng)式相同，則書寫正確。則書寫正確。 復(fù)雜電極反應(yīng)式的書寫方法復(fù)雜電極反應(yīng)式的書寫方法

17、請結(jié)合組成原電池的條件，將氧化還原反應(yīng)：請結(jié)合組成原電池的條件，將氧化還原反應(yīng)：Fe + CuFe + Cu2+2+ = Cu + Fe = Cu + Fe2+2+設(shè)計成一個原電池。設(shè)計成一個原電池。1、電解液：、電解液： 。2、電極材、電極材料：料： 正極正極 ，負(fù)極，負(fù)極 。3、電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式 ：負(fù)極負(fù)極: .正極正極: . 1 1、電解液：、電解液： 硫酸銅、氯化銅、硝硫酸銅、氯化銅、硝酸銅等可溶性銅鹽溶液酸銅等可溶性銅鹽溶液 2 2、電極材料：、電極材料： 負(fù)極：鐵，負(fù)極：鐵， 正極：銅、石墨或比正極：銅、石墨或比鐵不活潑的其他金屬鐵不活潑的其他金屬 知識拓展：設(shè)計原電池知識拓展

18、：設(shè)計原電池 Fe 2e - = Fe 2+ Cu2+ +2e - = Cu 思思 考考 題題請根據(jù)反應(yīng)請根據(jù)反應(yīng) 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+設(shè)計原電池，你有哪些可行方案設(shè)計原電池，你有哪些可行方案?Fe-Cu FeCl3Fe-C Fe(NO3)3Fe-Ag Fe(SO4)37、原電池原理的應(yīng)用、原電池原理的應(yīng)用 制作化學(xué)電源：制作化學(xué)電源：加快反應(yīng)速率：加快反應(yīng)速率： 例如，實驗室制例如，實驗室制H2時，由于鋅太純，反應(yīng)一時，由于鋅太純，反應(yīng)一般較慢，可加入少量般較慢，可加入少量CuSO4以加快反應(yīng)速率。以加快反應(yīng)速率。判斷金屬活動性的強(qiáng)弱判斷金屬活動性的強(qiáng)弱:鋼鐵的腐蝕與防護(hù)

19、鋼鐵的腐蝕與防護(hù): 鋼鐵中含有碳，可與鋼鐵中含有碳，可與Fe組成原電池，發(fā)生原電組成原電池，發(fā)生原電池反應(yīng)而使鋼鐵遭到腐蝕池反應(yīng)而使鋼鐵遭到腐蝕練練習(xí)習(xí) 把把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時，相連時，a為負(fù)極；為負(fù)極；c、d相連時，電流相連時，電流由由d到到c；a、c相連時，相連時，c極上產(chǎn)生大量氣極上產(chǎn)生大量氣泡，泡，b、d相連時，相連時，b上有大量氣泡產(chǎn)生，上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動性順序由強(qiáng)到弱的為：則四種金屬的活動性順序由強(qiáng)到弱的為：( ) Aa b c d Ba c d b Cc

20、 a b . d Db d c a B二、發(fā)展中的二、發(fā)展中的化學(xué)電源化學(xué)電源干電池堿性電池蓄電池鋰離子電池燃料電池負(fù)極：負(fù)極：Zn 2e- - = Zn2+正極：正極：2NH4 4+ 2e- = 2NH3+H2總反應(yīng)：總反應(yīng)：Zn +2NH4+= Zn2+ 2NH3+H22MnO2+H2=2MnO(OH)ZnCl2+4NH3=Zn(NH3)4Cl2其他干電池：其他干電池： 堿性鋅堿性鋅- -錳干電池、錳干電池、銀銀- -鋅紐扣電池等鋅紐扣電池等優(yōu)點：優(yōu)點：攜帶方便攜帶方便缺點：缺點：電量小，污染大電量小，污染大干電池（負(fù)極）（負(fù)極）（正極）（正極）鋅筒鋅筒石墨棒石墨棒MnO2和和C普通鋅普通

21、鋅- -錳干電池的結(jié)構(gòu)錳干電池的結(jié)構(gòu)NH4Cl、ZnCl2 和和 H2O等等1、干電池結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)原理干電池結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)原理總反應(yīng)：總反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2OPb+PbO2+4H+2SO42- -=2PbSO4+2H2O負(fù)極：負(fù)極：Pb- -2e- -+SO42- -=PbSO4正極：正極：PbO2+2e- -+4H+SO42- -=PbSO4+2H2O其他蓄電池：其他蓄電池：鎳鎳- -鎘蓄電池、銀鎘蓄電池、銀- -鋅蓄電池等鋅蓄電池等優(yōu)點：優(yōu)點：可反復(fù)使用可反復(fù)使用 缺點：缺點：污染大污染大2、鉛蓄電池、鉛蓄電池3、銀鋅電池、銀鋅電池正極殼填充正極殼填充

22、AgAg2 2O O和石墨，負(fù)極蓋填充鋅汞合金，和石墨，負(fù)極蓋填充鋅汞合金，電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液KOHKOH。反應(yīng)式為：。反應(yīng)式為：2Ag+Zn(OH)2Ag+Zn(OH)2 2 Zn+Ag Zn+Ag2 2O+HO+H2 2O O 充電充電放電放電1970-1975, 開發(fā)了先進(jìn)的銀鋅、鎳鎘電池技術(shù)。開發(fā)了先進(jìn)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。為美國海軍生產(chǎn)潛水艇用銀鋅電池。 1979-1987,為為美國國家能源部發(fā)展電動車用的鎳鋅電池。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。為

23、美國海軍發(fā)展世界上最大的鎳鎘電池用于核潛水艇。4、鎘鎳電池、鎘鎳電池NiO2+Cd+2H2O Ni(OH)2+ Cd(OH)2 放放電電充充電電負(fù)極材料：負(fù)極材料：Cd Cd ，正極材料：涂有，正極材料：涂有NiONiO2 2 ，電解，電解質(zhì)：質(zhì)：KOHKOH溶液。反應(yīng)式如下：溶液。反應(yīng)式如下：5、鋰電池、鋰電池 鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，跟用池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量相同質(zhì)量的其他金屬作的其他金屬作負(fù)極相比較，使用壽命大大延長。負(fù)極相比較，使用壽命大大延長。6、新型燃料電池、新型燃料電池 燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全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，不斷從外部貯藏在電池內(nèi)，而