《化学能与电能》教学课件
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一、化学能与电能的相互转化
电能是现代社会 中应用最广泛、使用 最方便、污染最小的 一种二次能源，又称 为电力。
电池的广泛应用
思考与交流
• 在你的生活与学习中，或你了解的范围里， 还有那些需要使用电池的产品或器具？各使 用什么样的电池？
火电，又称为火力发电。那么，火 究竟是如何转化为电？
2001年我国发电总量构成图 估计在2050年火电仍居首位
随着用电器朝着
小型化、多功能化发
展的要求，对电池的
发展也提出了小型化、
多功能化发展的要求。
体积小、性能好的碱性锌－锰电 池应运而生。这类电池的重要特征是 电解液由原来的中性变为离子导电性 更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉， 反应面积成倍增长，使放电电流大幅 度提高。
银锌电池
1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 19751983, 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。
思考2：假设你是电力工程师，面对这些利弊， 你会如何应对呢？
a、改进火力发电 b、研究新的发电方式 方式之一就是尝试将化 学能直接转化为电能。就像电池。其好处就是减少中间 环节能损，高效、清洁利用燃料，不浪费能源，更方便。
化学能
电能 ？（阅读教材P40页，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。
铅蓄电池
铅
蓄
电
池
总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O Pb+PbO2+4H++2SO42-=2PbSO4+2H2O
负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4 正极：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O 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
锌筒 （负极）
石墨棒（正极） NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等 MnO2和C
普通锌-锰干电池的结构
2MnO2+H2=2MnO(OH) ZnCl2+4NH3=[Zn(NH3)4]Cl2 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
2、蓄电池
（1）铅蓄电池
正极材料上 涂有棕褐色 的PbO2，负极 材料是金属 铅，两极浸 在H2SO4溶液 中。写出电 极反应式。
一、化学能与电能的相互转化 1.火力发电的原理
化学能 燃烧 热能 蒸汽 机械能发电机电能
2.火力发电的利弊分析
思考1：火力发电有何利与弊？
利
燃料燃烧转化为电能后，社会中应用最广 泛、使用最方便。
产生二氧化硫和氮的氧化物，导致空气污
弊 染，也会造成酸雨，破坏生态环境；会产
生二氧化碳，会使地球的温室效应恶化。
原电池工作原理
发生失 电子的 氧化反应
发生得 电子的 还原反应
原电池
“负极出电子，电子回正极”
C
H2SO4
（可以）
（不可以）
（不可以）
（不可以）
原电池的构成条件
1、两种活泼性不同的金属（或一种金属 和另一种非金属导体）构成电极。
相对活泼的金属作负极 2、电解质溶液。 3、电极用导线相联构成闭合回路。 4、必须有自发进行的氧化还原反应。 负极：电子流出的电极(较活泼的金属) 正极：电子流入的电极(较不活泼的金属、
正极壳填充Ag2O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
充电 放电
Zn+Ag2O+H2O
写出电极反应式。
镉镍电池
负极材料：Cd ，正极材料：涂有NiO2 ，电解 质：KOH溶液。反应式如下：
放电
NiO2+Cd+2H2O 充电 Ni(OH)2+ Cd(OH)2
正 极 电解质
相对不活泼的
金属（或能导
电的非金属） 酸、碱
或盐的Baidu Nhomakorabea
流入电子
溶液
还原反应
普通锌锰电池
碱性电池
镍氢电池
镍 镉 电 池
锂离子电池
小型高性能燃料电池
干电池
上图是锌－锰干电池
负极：Zn – 2e- = Zn2+
干电池
正极：2NH4++ 2e- = 2NH3+H2 总反应：Zn +2NH4+= Zn2++ 2NH3+H2
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 从还原剂区域流向氧化剂区域。
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。
化学能
电能 ？
3.原电池：把化学能转变为电能的装置。
[实验2-4]原电池原理的动画模拟
石墨等)
下列装置能否作为原电池
Zn—Zn与稀硫酸进行实验. Zn—石墨与稀硫酸进行实验. Fe—Zn与稀硫酸进行实验. Cu—Zn与乙醇进行实验. Cu—Zn与一瓣柑桔(或一个苹果)进行实验. Cu—Zn与硫酸铜溶液进行实验.
原电池的组成
组 成负 极 相对活泼
电极材料 的金属
电子流向 流出电子 反应类型 氧化反应
阴离子
阳离子
还原反应 2H++2e-=H2↑
电 负极：Zn－2e-=Zn2+ （氧化反应）
极 反
正极：2H++2e-=H2↑
（还原反应）
应 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑
(离子方程式）
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑（化学方程式）
与原电池相关的概念
负极：电子流出的一极（Zn）
1.电极：
写出电极反应式。
氢氧燃料电池
航天技术上使用的一种电 池，它具有高能、轻便、 H2 不污染环境等优点。用Pt 做电极，KOH溶液做电解 液，因其反应与氢氧燃烧 相似，故称为氢氧燃烧电 池。请写出各电极的电极 反应。
正极：电子流入的一极（Cu）
外电路
2.电路：
内电路
负极
正极
电子流向：失电子的一极流向得电子的一极
电流方向：与电子流动方向相反
阴离子流动方向与电子流动方向一致 阳离子流动方向与电流方向一致
负极： Zn－2e-＝ Zn2+
3.电极反应式：
正极： 2H++ 2e-＝ H2↑
4.总反应式： Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑
电极 现象 电子
材料
得失
电极反应
原电池 的电极
Zn片 Zn片 溶解
失
Zn－2e-＝ Zn2+
负极
总Cu的片离有产子反气生应体方得程式
2H++ 2e-＝ H2↑ 正极 Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑
失e-,沿导线传递，有电流产生
氧化反应 Zn-2e-=Zn2+
负极 铜锌原电池 正极
电解质溶液
电能是现代社会 中应用最广泛、使用 最方便、污染最小的 一种二次能源，又称 为电力。
电池的广泛应用
思考与交流
• 在你的生活与学习中，或你了解的范围里， 还有那些需要使用电池的产品或器具？各使 用什么样的电池？
火电，又称为火力发电。那么，火 究竟是如何转化为电？
2001年我国发电总量构成图 估计在2050年火电仍居首位
随着用电器朝着
小型化、多功能化发
展的要求，对电池的
发展也提出了小型化、
多功能化发展的要求。
体积小、性能好的碱性锌－锰电 池应运而生。这类电池的重要特征是 电解液由原来的中性变为离子导电性 更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉， 反应面积成倍增长，使放电电流大幅 度提高。
银锌电池
1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 19751983, 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。
思考2：假设你是电力工程师，面对这些利弊， 你会如何应对呢？
a、改进火力发电 b、研究新的发电方式 方式之一就是尝试将化 学能直接转化为电能。就像电池。其好处就是减少中间 环节能损，高效、清洁利用燃料，不浪费能源，更方便。
化学能
电能 ？（阅读教材P40页，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。
铅蓄电池
铅
蓄
电
池
总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O Pb+PbO2+4H++2SO42-=2PbSO4+2H2O
负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4 正极：PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O 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
锌筒 （负极）
石墨棒（正极） NH4Cl、ZnCl2 和 H2O等 MnO2和C
普通锌-锰干电池的结构
2MnO2+H2=2MnO(OH) ZnCl2+4NH3=[Zn(NH3)4]Cl2 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
2、蓄电池
（1）铅蓄电池
正极材料上 涂有棕褐色 的PbO2，负极 材料是金属 铅，两极浸 在H2SO4溶液 中。写出电 极反应式。
一、化学能与电能的相互转化 1.火力发电的原理
化学能 燃烧 热能 蒸汽 机械能发电机电能
2.火力发电的利弊分析
思考1：火力发电有何利与弊？
利
燃料燃烧转化为电能后，社会中应用最广 泛、使用最方便。
产生二氧化硫和氮的氧化物，导致空气污
弊 染，也会造成酸雨，破坏生态环境；会产
生二氧化碳，会使地球的温室效应恶化。
原电池工作原理
发生失 电子的 氧化反应
发生得 电子的 还原反应
原电池
“负极出电子，电子回正极”
C
H2SO4
（可以）
（不可以）
（不可以）
（不可以）
原电池的构成条件
1、两种活泼性不同的金属（或一种金属 和另一种非金属导体）构成电极。
相对活泼的金属作负极 2、电解质溶液。 3、电极用导线相联构成闭合回路。 4、必须有自发进行的氧化还原反应。 负极：电子流出的电极(较活泼的金属) 正极：电子流入的电极(较不活泼的金属、
正极壳填充Ag2O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
充电 放电
Zn+Ag2O+H2O
写出电极反应式。
镉镍电池
负极材料：Cd ，正极材料：涂有NiO2 ，电解 质：KOH溶液。反应式如下：
放电
NiO2+Cd+2H2O 充电 Ni(OH)2+ Cd(OH)2
正 极 电解质
相对不活泼的
金属（或能导
电的非金属） 酸、碱
或盐的Baidu Nhomakorabea
流入电子
溶液
还原反应
普通锌锰电池
碱性电池
镍氢电池
镍 镉 电 池
锂离子电池
小型高性能燃料电池
干电池
上图是锌－锰干电池
负极：Zn – 2e- = Zn2+
干电池
正极：2NH4++ 2e- = 2NH3+H2 总反应：Zn +2NH4+= Zn2++ 2NH3+H2
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 从还原剂区域流向氧化剂区域。
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。
化学能
电能 ？
3.原电池：把化学能转变为电能的装置。
[实验2-4]原电池原理的动画模拟
石墨等)
下列装置能否作为原电池
Zn—Zn与稀硫酸进行实验. Zn—石墨与稀硫酸进行实验. Fe—Zn与稀硫酸进行实验. Cu—Zn与乙醇进行实验. Cu—Zn与一瓣柑桔(或一个苹果)进行实验. Cu—Zn与硫酸铜溶液进行实验.
原电池的组成
组 成负 极 相对活泼
电极材料 的金属
电子流向 流出电子 反应类型 氧化反应
阴离子
阳离子
还原反应 2H++2e-=H2↑
电 负极：Zn－2e-=Zn2+ （氧化反应）
极 反
正极：2H++2e-=H2↑
（还原反应）
应 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑
(离子方程式）
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑（化学方程式）
与原电池相关的概念
负极：电子流出的一极（Zn）
1.电极：
写出电极反应式。
氢氧燃料电池
航天技术上使用的一种电 池，它具有高能、轻便、 H2 不污染环境等优点。用Pt 做电极，KOH溶液做电解 液，因其反应与氢氧燃烧 相似，故称为氢氧燃烧电 池。请写出各电极的电极 反应。
正极：电子流入的一极（Cu）
外电路
2.电路：
内电路
负极
正极
电子流向：失电子的一极流向得电子的一极
电流方向：与电子流动方向相反
阴离子流动方向与电子流动方向一致 阳离子流动方向与电流方向一致
负极： Zn－2e-＝ Zn2+
3.电极反应式：
正极： 2H++ 2e-＝ H2↑
4.总反应式： Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑
电极 现象 电子
材料
得失
电极反应
原电池 的电极
Zn片 Zn片 溶解
失
Zn－2e-＝ Zn2+
负极
总Cu的片离有产子反气生应体方得程式
2H++ 2e-＝ H2↑ 正极 Zn+ 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑
失e-,沿导线传递，有电流产生
氧化反应 Zn-2e-=Zn2+
负极 铜锌原电池 正极
电解质溶液