1、 第二章 化學反應與能量 第第2 2節節 化學能與電能化學能與電能2001年我國發電總量構成如圖所示：火力發電居首年我國發電總量構成如圖所示：火力發電居首位位。估計估計2050年前后，火電仍將居于首位。年前后，火電仍將居于首位。閱讀教材閱讀教材化學能化學能 電能電能機械能機械能 熱能熱能 燃燒燃燒 蒸汽蒸汽發電機發電機思考：火力發電有哪些優缺點思考：火力發電有哪些優缺點？能否直接從化學能轉化為電能？能否直接從化學能轉化為電能？發電效率 上海外高橋第三發電有限公司的兩臺100萬千瓦超臨界燃煤發電機組，它創紀錄的峰值效率是46.3%。一般的電廠35%，已經了不起了。 化學電池理論上效率可以達到85

2、90%（現在實際上已經達到4060%）。歸納總結一次能源與二次能源對比一次能源與二次能源對比答案答案能源類別能源類別定義定義實例實例一次能源一次能源_太陽能、風能、地熱能、潮汐太陽能、風能、地熱能、潮汐能、能、 、等等二次能源二次能源_電能電能(水電、火電、核電水電、火電、核電)、蒸汽能、蒸汽能、機械能等機械能等直接從自然界中取得的能源直接從自然界中取得的能源煤煤 石油石油天然氣天然氣由一次能源經過加工、轉由一次能源經過加工、轉化得到的能源化得到的能源一、一、“物質物質”變化趨勢在氧化還原反應中的適變化趨勢在氧化還原反應中的適用用還原劑在追求現狀態下穩定狀態有什么樣的還原劑在追求現狀態下穩定狀

3、態有什么樣的變化趨勢？變化趨勢？視頻視頻還原劑具有失電子趨勢；還原劑具有失電子趨勢；氧化劑具有得電子趨勢。氧化劑具有得電子趨勢。較活潑金屬較活潑金屬較不活潑金屬較不活潑金屬負負 極極正正 極極發生氧化反應發生氧化反應發生還原反應發生還原反應電子流出，陰離子流向電子流出，陰離子流向電子流入，陽離子流向電子流入，陽離子流向3 3、電極名稱：、電極名稱：1、電極反應式、電極反應式負極：負極：Zn 2e- = Zn2+ 氧化反應氧化反應正極：正極： 2H+ +2e- = H2 還原反應還原反應2 2、總反應式（兩個電極反應之和）、總反應式（兩個電極反應之和） Zn + 2H+ = Zn2+ + H2二

4、、原電池的工作原理二、原電池的工作原理定義定義： 原電池是將化學能直接轉化為電能的裝置原電池是將化學能直接轉化為電能的裝置。 原電池的工作原理原電池的工作原理：氧化還原反應氧化還原反應4 4、本質：、本質： 5 5、電極名稱和反應：、電極名稱和反應：6 6、電子移動方向：、電子移動方向：7 7、電流方向：、電流方向： 8 8、離子移動方向：、離子移動方向：負極（較活潑金屬）：負極（較活潑金屬）： 失電子，發生氧化反應；失電子，發生氧化反應； 正極（不活潑金屬或石墨）：正極（不活潑金屬或石墨）：得電子，發生還原反應。得電子，發生還原反應。 負極負極 正極正極正極正極 負極負極正極正極陽離子陽離子

5、正極正極 陰離子陰離子負極負極 ()() 稀硫酸稀硫酸ZnCue-陰陰離離子子陽陽離離子子AZn2+Zn2+ZnZn原電池的構成條件：原電池的構成條件：有兩種活動性不同的金屬（或一種是非金屬導有兩種活動性不同的金屬（或一種是非金屬導體如碳棒）做電極。體如碳棒）做電極。 兩極材料均插入電解質溶液中。兩極材料均插入電解質溶液中。 兩極相連形成閉合回路。兩極相連形成閉合回路。兩極一液一連線兩極一液一連線前提必須是一個自發的氧化還原反應前提必須是一個自發的氧化還原反應理論上，自發的理論上，自發的氧化還原氧化還原反應均可構成原電池。反應均可構成原電池。練練習習判斷下列哪些裝置構成了原電池？若不判斷下列哪

6、些裝置構成了原電池？若不是，請說明理由是，請說明理由. .( () )( () )( () )( () )( () )( () )H2SO4CuAg 下列裝置能否構成原電池下列裝置能否構成原電池（ ） （ ） （ ） （ ）練習練習 （ ） （ ） （ ）下列裝置能否構成原電池下列裝置能否構成原電池 （ ） （ ） 下列裝置能否構成原電池下列裝置能否構成原電池 （1）、根據電池的電極材料根據電池的電極材料活潑的易失活潑的易失電子的為負極，不活潑的為正極電子的為負極，不活潑的為正極AlFe硫酸硫酸FeCu硫酸硫酸FeC鹽酸鹽酸四、原電池的正負極判斷四、原電池的正負極判斷 （2）、根據電流的方向或

7、電子的流動方向根據電流的方向或電子的流動方向或指針的偏向或指針的偏向電流流出的為正極，電子流出電流流出的為正極，電子流出的為負極，指針偏向的為正極的為負極，指針偏向的為正極e-XY電流電流MNAB（3）、）、根據原電池兩極發生的化學反應判斷根據原電池兩極發生的化學反應判斷失電子發生氧化反應的為負極失電子發生氧化反應的為負極 ，得電子發生還原，得電子發生還原反應的為正極反應的為正極X+me-=Xm-Y-ne-=Yn+ （ 4）根據電極現象判斷根據電極現象判斷溶解的為負極，溶解的為負極，產生氣體或固體析出的為正極產生氣體或固體析出的為正極AYXH+H+SO42-YX(5)根據電解質的陰陽離子的定向

8、移動來判根據電解質的陰陽離子的定向移動來判斷斷陽離子流向正極，陰離子流向負極陽離子流向正極，陰離子流向負極五、根據氧化還原反應設計簡單的原電池五、根據氧化還原反應設計簡單的原電池以以Fe+2HCl=FeCl2+H2為例為例1 1）先寫出正、負極電極反應）先寫出正、負極電極反應Fe - 2e- = Fe2+負極：負極：正極：正極： 2H+ + 2e- = H22 2）再選擇電極材料和電解質溶液）再選擇電極材料和電解質溶液負極：負極： Fe正極：正極： 沒有沒有Fe活潑的金屬或能導電的非金屬均可活潑的金屬或能導電的非金屬均可如如Pt、Cu、石墨等、石墨等3 3）畫出原電池裝置的示意圖）畫出原電池裝

9、置的示意圖稀鹽酸稀鹽酸電解質溶液：電解質溶液： FeC HClG負極負極正極正極練習：根據練習：根據Zn+Cu2+=Zn2+Cu，畫出原電池的，畫出原電池的裝置圖并標出裝置圖并標出正負極、電極材料和電解質溶液正負極、電極材料和電解質溶液。練習：根據練習：根據Zn+Cu2+=Zn2+Cu，畫出原電池的，畫出原電池的裝置圖并標出正負極、及電極材料，裝置圖并標出正負極、及電極材料，Zn - 2e- = Zn2+負極：負極：正極：正極： Cu2+ + 2e- = Cu負極材料：負極材料： Zn正極：正極：如如Pt、Cu、石墨等、石墨等CuCl2溶液溶液電解質溶液：電解質溶液：ZnCu CuCl2G負極

10、負極正極正極六、原電池原理的應用1）、加快氧化還原反應的速率在Cu-Zn(稀鹽酸)原電池中，氫氣的生成速率比Zn與稀鹽酸反應要快）、比較金屬(活潑)性強弱(相對)活潑金屬作負極，(相對)不活潑金屬作正極3）、金屬的防護形成原電池后，活潑金屬為負極加快腐蝕，活潑性弱的金屬為正極被保護，腐蝕速率減慢。各燒杯均盛有海水，鐵被腐蝕由快到慢的順序（各燒杯均盛有海水，鐵被腐蝕由快到慢的順序（ ） 化學電源種類化學電源種類 常見的化學電源通常分為三類：常見的化學電源通常分為三類： 、 、 。 1. 是一次性電池，放完電后不能再使用，如是一次性電池，放完電后不能再使用，如 電池。電池。 2 是二次電池。它在放

11、電時進行的氧化還原反應，在充電時又是二次電池。它在放電時進行的氧化還原反應，在充電時又可可 ，使生成物恢復原狀，如此充放電可，使生成物恢復原狀，如此充放電可 進行至一定周期進行至一定周期后終止。如后終止。如 、鎳鎘充電電池、鎳氫充電電池、鎳鎘充電電池、鎳氫充電電池、 等。等。 負極負極（鋅筒鋅筒） ：Zn-2e-=Zn 2+ 鋅鋅-錳干電池錳干電池正極正極（石墨石墨） ：2NH4+2e=2NH3+H2 總：總：Zn+2NH4+2MnO2=Zn2+2NH3+Mn2O3+H2O 鋅鋅-錳干電池在使用過程中，鋅會逐漸溶解，錳干電池在使用過程中，鋅會逐漸溶解，鋅外殼變薄，最后內部的鋅外殼變薄，最后內部

12、的糊狀電解質泄露出來糊狀電解質泄露出來，腐蝕電器。腐蝕電器。為了防止泄露，在外殼套上為了防止泄露，在外殼套上金屬筒金屬筒或塑料筒或塑料筒。 為了延長電池為了延長電池的壽命和提高性能，的壽命和提高性能，將內部的將內部的NH4Cl換成換成濕的濕的KOH，并在構，并在構造上進行改進，制造上進行改進，制成成堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池。電極反應：負極電極反應：負極(鋅筒鋅筒)：Zn2e=Zn2 正極正極(石墨石墨)：2NH4+2e=2NH3H2電池總反應：電池總反應：Zn2NH4+=Zn22NH3H2A鋅為正極，碳為負極鋅為正極，碳為負極B鋅為負極，碳為正極鋅為負極，碳為正極C工作時，電子由碳極經外電路流

13、向鋅極工作時，電子由碳極經外電路流向鋅極D長時間連續使用時，內裝糊狀物可能流出腐蝕用電器長時間連續使用時，內裝糊狀物可能流出腐蝕用電器BD負極負極Pb：正極正極PbO2：總反應總反應：Pb+ SO42- -2e- = PbSO4PbO2+4H+ + SO42- +2e- =PbSO4+2H2O鉛蓄電池鉛蓄電池 鋰電池（有機溶劑電解液）鋰電池（有機溶劑電解液）負極：負極：2Li-2e=2Li+正極：正極：I2+2e=2I總反應：總反應：2Li+I2=2LiI 使用壽命延長，使用壽命延長，高能、質高能、質輕輕、電壓高、工作效率高、儲、電壓高、工作效率高、儲存壽命長，可充電的存壽命長，可充電的綠色綠

14、色電池。電池。銀銀-鋅電池鋅電池負極：負極：Zn+ 2OH- -2e- =ZnO+H2O 正極：正極：Ag2O+ H2O +2e- =2Ag+ 2OH- 總反應：總反應： Ag2O+ Zn =ZnO+ 2AgC 3、燃料電池：、燃料電池：高效、環境友好高效、環境友好的發電裝置。的發電裝置。負極負極H2： 2 2H2-4e- =4H+ 正極正極O2：O O2+4H+4H+ + +4e- =2H2O 總反應：總反應： O2+2H2 =2H2 O燃料電池是一種新型的化學電池燃料電池是一種新型的化學電池(例如：例如：H2和和O2的燃料電池，的燃料電池，CH4和和O2的燃料電池的燃料電池)兩個電極均由多

15、孔性碳制成，通入的氣體在電極兩個電極均由多孔性碳制成，通入的氣體在電極 表面放電表面放電.與其它電池區別：反應物不是儲存在電池內與其它電池區別：反應物不是儲存在電池內負極負極(H2)反應式：反應式：2H24e4OH=4H2O(氧化反應氧化反應)正極正極(O2)反應式：反應式：O22H2O4e=4OH(還原反應還原反應)電池總反應式：電池總反應式：2H2O2=2H2O氫氧燃料電池以酸為電解質，氫氧燃料電池以酸為電解質，其放電原理為：其放電原理為：負極負極(H2)反應式：反應式：2H24e=4H(氧化反應氧化反應)正極正極(O2)反應式：反應式：O24H4e=2H2O(還原反應還原反應)電池總反應

16、式：電池總反應式：2H2O2=2H2O Aa極是負極，該電極上發生氧化反應極是負極，該電極上發生氧化反應Bb極反應是極反應是O24OH4e=2H2OC總方程式為總方程式為2H2O2=2H2OD氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源BADCAa電極是負極電極是負極Bb電極的電極反應為：電極的電極反應為：4OH4e=4H2OO2C氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源D氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部 儲藏在電池內的新型發電裝置儲藏在電池內的新型發電裝置B 基

17、礎鞏固基礎鞏固1.1.銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源電源, ,它的充電和放電過程可以表示為：它的充電和放電過程可以表示為：電池電池放電時放電時, ,負極上發生反應的物質是（負極上發生反應的物質是（ ） A、Ag B、Zn(OH)2C、Ag2O D、Zn放電放電充電充電2Ag + Zn(OH)2 Ag2O + Zn + H2O D 基礎鞏固基礎鞏固22、堿性電池具有容量大、放電電流大、堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應用。鋅的特點，因而得到廣泛應用。鋅錳堿性電池以錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應式為：氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應

18、式為： Zn(s)+2MnO2(s)+H2O( l )=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)下列說法錯誤的是（下列說法錯誤的是（ ）A A電池工作時，鋅失去電子電池工作時，鋅失去電子B B電池正極的電極反應式為：電池正極的電極反應式為： 2MnO2(s)+H2O(l)+2e- =Mn2O3(s)+2OH- (aq)C C電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極D D外電路中每通過外電路中每通過O.2molO.2mol電子，鋅的質量理論上電子，鋅的質量理論上減小減小6.5g6.5g C八、原電池電極反應的書寫八、原電池電極反應的書寫以以CuCuZn(Zn

19、(稀硫酸稀硫酸) )原電池為例原電池為例(1)(1)先判斷正負極：先判斷正負極：活潑金屬為負極，較不活潑活潑金屬為負極，較不活潑金屬或石墨為正極；金屬或石墨為正極；（2 2）寫出電極反應：）寫出電極反應：負極金屬發生氧化反應，負極金屬發生氧化反應，電解質中的陽離子在正極得電子發生還原反應。電解質中的陽離子在正極得電子發生還原反應。Zn 2e- = Zn2+負極：負極：正極：正極：2H+ + 2e- = H2（3 3）、正、負極電極反應相加，即得電池總反應）、正、負極電極反應相加，即得電池總反應Zn + 2H+ = Zn2+ + H2總反應：總反應：注意：反應和電池反應要注意：反應和電池反應要遵守質量守恒和電荷守恒，遵守質量守恒和電荷守恒，正、負極電極反應正、負極電極反應同時書寫同時書寫時，應體現時，應體現得失電子總數得失電子總數相等相等；若；若只寫一個只寫一個電極反應，則寫出電極反應，則寫出最簡比最簡比電極反應書寫規律：電極反應書寫規律：1、有金屬電極參與電極反應的、有金屬電極參與電極反應的一般一般是金屬單質失電是金屬單質失電子，形成對應陽離子。（干電池、蓄電池）子，