第二章第二章 化学反应与能量化学反应与能量1病病 例例 分分 析析234 你能为她开一个药方吗？你能为她开一个药方吗？5能源能源 一次能源：直接从自然界取得的一次能源：直接从自然界取得的 能源。能源。 二次能源：一次能源经过加二次能源：一次能源经过加工、工、 转换得到的能源。转换得到的能源。6 一次能源：一次能源： 二次能源二次能源：蒸汽蒸汽电能电能水能水能风能风能石油石油天然气天然气原煤原煤7电能（电力）：二次能源电能（电力）：二次能源8燃烧燃烧蒸汽蒸汽发电机发电机化学能化学能 热能热能 机械能机械能 电能电能1,火力发电原理及过程火力发电原理及过程一、化学能与电能的相互转化一、化学能与电能的相互转化9a.我国煤炭资源丰富我国煤炭资源丰富,廉价方便廉价方便.b.电能清洁安全电能清洁安全,又快捷方便又快捷方便.a.排出大量的温室效应气体排出大量的温室效应气体.b.有废气可能导致酸雨有废气可能导致酸雨c.废料废水废料废水d.储量有限储量有限e.能量转换效率低能量转换效率低10? ?温馨引导：温馨引导： 什么样的化学反应才具备将化学能转化为电能什么样的化学反应才具备将化学能转化为电能的前提呢？请说明原因。的前提呢？请说明原因。化学能化学能 电能电能直接直接考虑火力发电的利弊研究新的发电方式考虑火力发电的利弊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，不浪环节能损，高效、清洁利用燃料，不浪费能源，更方便。费能源，更方便。11化学能电能化学能电能 ？（看书（看书P40页第二、三段，回答问题）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、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。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、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。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、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。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，、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。化学物质的选择。5、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。直接直接1213【实验一实验一】分别把锌片和铜片插入到稀分别把锌片和铜片插入到稀H2SO4中中,观察现象。观察现象。锌片上有气泡锌片上有气泡,铜片上没有气泡铜片上没有气泡Zn+ 2H+ Zn2+ + H214【实验二实验二】再用导线把锌片和铜片连接起来，观察铜再用导线把锌片和铜片连接起来，观察铜片上有无气泡产生？片上有无气泡产生？在导线中间接入一个电流表，在导线中间接入一个电流表，观察电流表的指针是否偏转观察电流表的指针是否偏转? A 实验现象实验现象 ：铜片上有气泡产生，锌片不断：铜片上有气泡产生，锌片不断溶解，电流表的指针发生偏转。溶解，电流表的指针发生偏转。 实验结论实验结论 ：导线中有电流通过导线中有电流通过15 根据所学的电学知识，你知道电子是怎根据所学的电学知识，你知道电子是怎样流动的吗？你如何判定装置的正、负极？样流动的吗？你如何判定装置的正、负极？负极：电子流出的极，失去电子，发生负极：电子流出的极，失去电子，发生氧化反应氧化反应正极：电子流入的极，得到电子，发生还正极：电子流入的极，得到电子，发生还原反应原反应负极负极正极正极e-e-e-一、原电池1定义：定义：把把化学能化学能转变为转变为电能电能的装置的装置.16氧化反应氧化反应Zn-2e-=Zn2+ 铜锌原电池铜锌原电池电解质溶液电解质溶液失失e,e,沿导线传递，有电流产生沿导线传递，有电流产生还原反应还原反应2H+2e-=H2阴离子阴离子阳离子阳离子总反应：总反应：负极负极正极正极 2H+2e- = H2Zn2e- = Zn2+Zn+2H+=Zn2+H2Zn+H2SO4=ZnSO4+H2(离子方程式）离子方程式）（化学方程式）（化学方程式）电电极极反反应应正极：正极：负极：负极：（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）2 2 原电池工作原理：原电池工作原理：17构成原电池应有怎样的条件构成原电池应有怎样的条件探究活动：探究活动：3 原电池化学反应本质：氧化还原反应原电池化学反应本质：氧化还原反应 较活泼的金属发生氧化反应，较活泼的金属发生氧化反应，电子电子从从较活泼的金属（较活泼的金属（负极负极）通过外电路流向通过外电路流向较较不活泼的金属（不活泼的金属（正极正极） 18构成原电池的条件构成原电池的条件（可以）（可以）（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成条件一：形成条件一：通常用活泼性不同的两种材料作电极通常用活泼性不同的两种材料作电极负极：较活泼的金属负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属或非金属（如石墨等）正极：较不活泼的金属或非金属（如石墨等）第一组实验第一组实验132探究实验探究实验2 219（可以）（可以）（不可以）（不可以）形成条件二：两极之间填充电解质溶液；形成条件二：两极之间填充电解质溶液；第二组实验第二组实验 盐酸4520第三组实验第三组实验形成条件三：必须形成闭合回路形成条件三：必须形成闭合回路（不可以）（不可以）621形成条件四：必须存在自发的氧化还原反应形成条件四：必须存在自发的氧化还原反应7（不可以）（不可以）22锌片插入稀硫酸中，被腐锌片插入稀硫酸中，被腐蚀。（化学腐蚀）蚀。（化学腐蚀）锌片在锌锌片在锌,铜（稀硫酸）原铜（稀硫酸）原电池中作为负极，也被腐电池中作为负极，也被腐蚀。（电化学腐蚀）蚀。（电化学腐蚀）哪个更快？哪个更快？原电池的负极原电池的负极被腐蚀得更快。被腐蚀得更快。分析锌分析锌,铁（稀硫酸）原电铁（稀硫酸）原电池中的电极反应。池中的电极反应。你感受到作为正极，铁被你感受到作为正极，铁被保护了吗？保护了吗？原电池的金属原电池的金属正极被保护。正极被保护。234、原电池原理的应用、原电池原理的应用制作化学电源制作化学电源加快反应速率：加快反应速率： 例如，实验室制例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一时，由于锌太纯，反应一般较慢，可加入少量般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。以加快反应速率。判断金属活动性的强弱判断金属活动性的强弱 241,ZnZn与稀硫酸进行实验与稀硫酸进行实验.2,Zn石墨石墨与稀硫酸进行实验与稀硫酸进行实验.3,FeZn与稀硫酸进行实验与稀硫酸进行实验.4,CuZn与乙醇进行实验与乙醇进行实验.5,CuZn与一个西红柿与一个西红柿(或一个苹果或一个苹果)进行实验进行实验.6,CuZn与两个西红柿进行实验与两个西红柿进行实验.7,CuZn与橙汁进行实验与橙汁进行实验.以上组合可以组成原电池以上组合可以组成原电池2,3,5,7例例125例例2 把把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，相连时，a为负极；为负极；c、d相连时，电流由相连时，电流由d到到c；a、c相连时，相连时，c极上产生大量气泡，极上产生大量气泡，b、d相连时，相连时，b上有大量气泡产生，则四种金上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为：属的活动性顺序由强到弱的为： ( ) Aa b c d Ba c d b Cc a b . d Db d c a B26例例3 3、在用、在用锌片、片、铜片和稀硫酸片和稀硫酸组成成的原的原电池装置中池装置中, ,经过一段一段时间工工作后作后, ,下列下列说法中正确的是法中正确的是() )A A、锌片是正极片是正极, ,铜片上有气泡片上有气泡产生生B B、电流方向是从流方向是从锌片流向片流向铜片片C C、溶液中硫酸的物溶液中硫酸的物质的量减小的量减小D D、电解液的解液的PHPH保持不保持不变C27例例4 4、一个原电池的总反应的离子方程式、一个原电池的总反应的离子方程式Zn + Zn + CuCu2+2+ = Zn = Zn2+2+ + Cu + Cu，该反应的原电该反应的原电池的组成正确的是（池的组成正确的是（ ）ABCD正极正极ZnZnAgCuCuCuCu负极负极CuCuCuCuZnZnZnZn电解质溶液电解质溶液CuClCuCl2 2H2SO4CuSO4FeClFeCl2 2c28例例5 请根据反应请根据反应: 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+设计原电池，你有哪些可行方案设计原电池，你有哪些可行方案?Fe-Cu FeCl3Fe-C Fe(NO3)3Fe-Ag Fe2(SO4)329根据反应设计原电池，你有哪些可行方案根据反应设计原电池，你有哪些可行方案? （ 2Fe3+ + Fe = 3 Fe 2+ ）负极负极正极正极电解质溶液电解质溶液FeCuCAgFeCl3Fe(NO3)3 Fe2(SO4)330二、发展中的化学电源二、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31干电池碱性电池（1）干电池结构及电极反应原理）干电池结构及电极反应原理32（1）干电池结构及电极反应原理）干电池结构及电极反应原理负极：负极：Zn 2e- = Zn2+正极：正极：2NH4+ + 2e- = 2NH3+H2Zn + 2NH4+ = Zn2+2NH3+H2电池总反应式：电池总反应式：特点：特点：a：一次性电池，不可逆一次性电池，不可逆b：用用KOH代替代替NH4Cl能提高能提高 性能，延长寿命性能，延长寿命33蓄电池（2）充电电池）充电电池(又称二次电池又称二次电池)3435（2）充电电池）充电电池(又称二次电池又称二次电池)Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O(-) (+)负极负极: Pb +SO42- - 2e- = PbSO4 Pb + PbO2 + 4H+ +2SO42- = 2PbSO4 + 2H2O正极正极:PbO2 + 4H+ +SO42- +2e- = PbSO4 + 2H2O铅蓄电池铅蓄电池特点：特点：电池总反应式：电池总反应式：二次电池二次电池,可再次充电使用可再次充电使用36氢氢氧氧燃燃料料电电池池(3)(3)燃料电池燃料电池3738(3)(3)氢氧氢氧燃料电池燃料电池 新型电池中，电极的导电材料一般多新型电池中，电极的导电材料一般多孔的金属板，负极是通入还原剂的一方，孔的金属板，负极是通入还原剂的一方，正极是通入氧化剂的一方。正极是通入氧化剂的一方。 氢氧燃料电池，电解质溶液为氢氧燃料电池，电解质溶液为30%的氢的氢 氧化钾溶液氧化钾溶液. 正极：正极： O2+ 4e + 2H2O = 4OH- 负极：负极： 2H2 4e + 4OH-= 4H2O总反应式：总反应式： 2H2+O2=2H2O特点：特点：高效高效,环境污染少环境污染少,外加设备供给氧化剂外加设备供给氧化剂39新型燃料电池：该电池用金属铂片插入新型燃料电池：该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧溶液中作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应：气。电极反应：负极：负极：CH4 + 10OH- - 8e-CO32- + 7H2O正极：正极：2O2 + 4H2O + 8e-8OH-总反应：总反应： CH4 + 2O2 + 2KOHK2CO3 + 3H2O404、镍铬电池、镍铬电池 特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。 NiO2（S）+Cd（S）+2H2O（L）=Ni（OH）2（S）+Cd（OH）2（S）Ag2O（S）+Cd（S）+H2O（L）=2Ag（S）+Cd（OH）2（S）414、环保问题、环保问题电池的回收利用电池的回收利用42KOH溶液溶液H2O2H2Oa b例例1,1,19691969年美国年美国“阿波罗阿波罗1111号号”登月成功。飞船上使用登月成功。飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的氢氧燃料电池是一种新型的化学电池，其构造如图示：的化学电池，其构造如图示：两个电极均由多孔性碳制成，两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙逸出，并通入的气体由孔隙逸出，并在电极表面放电。在电极表面放电。1 1、a a是是 极，极， b b是是 极极电极反应式分别为：电极反应式分别为：负负正正 43