y化学能与电能讲课用

氢氧燃料电池结构
总反应：2H2＋O2＝2H2O
小结
化学电池的反应本质是 ——氧化还原反应 化学能
化学电池 氧化还原反应
电能
1、原电池原理； 2、原电池形成条件； 3、电极反应式的书写。
（6）原电池原理的应用 ①制作化学电源 ②加快反应速率：
例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一 般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。
③判断金属活动性的强弱
④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
Zn A Cu
Zn A Cu
2 化学能与电能
电能（电力）：二次能源
一次能源和二次能源
一、化学能转化为电能
1 火力发电原理及过程
思考：火力发电的过程能量是怎样转化的？ 机械能 燃烧 蒸汽 发电机 电 化学能 热 能 （涡轮机） （燃料） 能
a.我国煤炭资源丰富,廉价方便.
b.电能清洁安全,又快捷方便.
a.排出大量的温室效应气体. b.有废气可能导致酸雨 c.废料废水
负极——较活泼金属发生氧化反应，流出 电子 正极——较不活泼金属上发生还原反应， 某些物质得到电子 • 反应本质：氧化还原反应
• 能量变化：化学能→电能
【归纳小结】 判断原电池正、负极的方法 1、由组成原电池的两极材料判断： 一般是活泼的金属为负极 活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极 2、根据电流方向或电子流动方向判断： 电流是由正极流向负极； 电子流动方向是由负极流向正极。 3、根据原电池两极发生的变化来判断： 原电池的负极总是失电子发生氧化反应， 正极总是得电子发生还原反应。 4、电极反应现象． 不断溶解，质量减少为负极；有气体产生, 或质量增加或不变为正极
d.储量有限
e.能量转换效率低
化学能
一 步 到 位
？
电 能
思考：假设你是电力工程师，面对这 些巨大的浪费，你会如何应对呢？
a、改进火力发电
b、研究新的发电方式 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 ？ 燃烧是使化学能转化为电能的关键
电极反应式 发生的反应
原电池正负极
负极 正极
Zn-2e-=Zn2+
氧化反应
2H++2e-=H2↑ 还原反应
Zn+2H+=Zn2++H2↑（两个电极反应之和）
一、化学能转化为电能 2.原电池
（4）原理： 外电路： 负极e→正极 内电路： 阳离子→正极 阴离子→负极
e -→
↑
e↓
e⊕
_
这样整个电路构成了闭合回路，带电粒 子的定向移动产生电流
u
不可
结论： 一个自发进行的氧化还原反应
2.原电池
（5）原电池组成条件 两极一液一连线
① 两种活泼性不同的金属（或其中一种为能 导电的非金属，如“碳棒”）作电极 其中较活泼金属为负极。较不活泼金属（或 非金属）为正极（正极一般不参与电极反应， 只起导电作用）；特殊AI-Mg-NaOH是Al作负极 ② 电解质溶液 ③ 形成闭合回路 ④ 能自发地发生氧化还原反应
例2
C
H2SO4
（可以）
（不可以）
（不可以）
（不可以）
原电池的组成要素和基本原理
• 原电池——将化学能转变为电能的装置 • 组成要素： 电极 负极：较活泼金属 正极：较不活泼金属 或能导电的非金属 电解质溶液：作反应介质，提供离子
导线：连接两极，形成闭合回路
原电池的组成要素和基本原理
• 原电池的原理：
一、化学能转化为电能
2.原电池
（1）定义：将化学能直接转变成电能的装 置，称为原电池 （电源） 负极：电子流出（或电流流进） （2）规定： 正极： 的一极 电子流进（或电流流出） 的一极
一、化学能转化为电能
2.原电池
（3）电极反应：
电极材料 Zn片 Cu片 总的离子反应方程式
Zn A Cu
稀硫酸
铅蓄电池结构
（1）铅蓄电池
汽车用蓄电池
（2）镍－镉碱性蓄电池 P38 （3）新一代可充电的绿色电池—— 锂离子电池
特点：高能电池，电压高，质量轻， 贮存时间长等。
用途：电脑、手表、心脏起搏器等。
3、燃料电池
氢氧燃料电池： 负极：
2H2＋4OH— －4e— ＝4H2O（氧 化反应）
正极：
O2＋H2O＋4e—＝4OH—（还原反 应）
实验二 将铜片和锌片用导线连接插
G
Zn Cu
入稀硫酸溶液中，观察现象并解释原因。 现象： Zn片逐渐溶解但无气泡； Cu片上有气泡（H2）；电 流计指针偏转。
稀H2SO4
解释：
？
【分析与讨论】 指针偏转，说明电路中有电流通 过，说明发生了电子定向移动。 Zn 比Cu活泼，用导线连在一起时，Zn片 失去的电子（ Zn－2e－ = Zn2+）变成Zn2+ 进入溶液，电子经导线流向Cu片， 溶液中 的H＋由于电场作用下移向Cu片得电子被还 原成H2（2H+＋2e－ = H2 ↑）
例1： 铜.锌.稀H2SO4组成的原电池
电极反应式:
负极(Zn): Zn -2e- = Zn2+ (氧化反应)[电极本身失去电子]. 正极(Cu): 2H++2e- = H2 ↑ (还原反应)[电解质溶液中的阳离子得电子]. 注: 得失电子相等, 总反应式:两式相加
2H++ Zn= H2↑ + Zn2+ 或 Zn+ H2SO4=ZnSO4+H2 ↑
一、化学能转化为电能
2.原电池 回忆思考：通过以上实验想想原电 池是由哪几部分组成的，构成原电 池的条件又有哪些
组成：两电极、导线、电解质溶液以及容器 电极有关-----相同的电极材料 导线有关-----切断导线 电解质溶液有关-----非电解质
构成ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件猜想：
实验探究:形成原电池的条件
不可
结论： 有两种活动性不同的金属作电极
实验探究:形成原电池的条件
可以
结论：
其中
有两种活泼性不同的金属
（或一种是非金属导体）作电极 较活泼的金属作负极 较不活泼的金属、石墨等作正极
实验探究:形成原电池的条件
不可
结论： 两极相连形成闭合电路
实验探究:形成原电池的条件
不可
结论： 电极材料均浸入的是电解质溶液
实验探究:形成原电池的条件
1、燃烧的本质？
氧化还原反应
2、氧化还原反应的本质是什么？
电子的转移
3、电子是如何转移的？
还原剂把电子转移给氧化剂
实验一
将铜片和锌片分别插入稀硫
酸溶液中，观察现象并解释原因。
Zn
Cu
现象： Zn片上有气泡 （H2）， Zn片逐溶 解；Cu片无明显现 象。 解释：
稀H2SO4
Zn + 2H+ == Zn2+ + H2↑
Fe A C(石墨) Zn
A
Cu
稀H2SO4
Zn A Zn
√
A
CuSO4 溶液
Fe A Cu
√
B
√
C
稀H2SO4
稀H2SO4 D
Si A C(石墨)
稀H2SO4
酒精
稀H2SO4
E
F
G
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
二、发展中的化学电源
1、干电池
常见的化学电池是锌锰电池 负极（锌）： Zn－2e—＝Zn2＋（氧化反应） 正极（石墨）： 2NH4＋＋2e—＝2NH3↑＋H2↑（还 原） 干电池
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。
2、充电电池
充电电池又称二次电池，它 在放电时所进行的氧化还原 反应，在充电时又逆向进行， 使生成物恢复原状，如此充 放电可循环进行，至一定周 期后终止。