高中化學(xué) 1.3 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能—電池同課異構(gòu)課件 魯科版選修4.ppt

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第3節(jié) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能——電池,第1章 化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化,水電站,直接從自然界取得的能源稱為一次能源,火電站,一次能源經(jīng)加工、轉(zhuǎn)換得到的能源稱為二次能源。,火力發(fā)電中能量是如何轉(zhuǎn)化的呢？,科學(xué)視野,燃燒,發(fā)電機(jī),化學(xué)能,,熱能,機(jī)械能,電能,,1780年意大利著名生物學(xué)家伽伐尼在解剖青蛙時(shí)，已死去的青蛙竟然發(fā)生了抽搐。伽伐尼做了如下實(shí)驗(yàn)： 實(shí)驗(yàn)1: 用一枝銅鉤插入死青蛙的脊髓中，再掛在鐵欄桿上，當(dāng)青蛙腿碰到鐵欄桿時(shí)，就發(fā)生抽搐。 實(shí)驗(yàn)2:將青蛙放到銅制的解剖盤里，當(dāng)解剖刀接觸蛙腿時(shí)，蛙腿發(fā)生抽搐。 他根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出：青蛙自身肌肉和神經(jīng)里的“生物電”是導(dǎo)致抽搐的原因。1791年，伽伐尼發(fā)表了《論肌肉中的生物電》論文，引起廣泛關(guān)注。,科學(xué)史話,伏打與電池的發(fā)明,善于質(zhì)疑的意大利物理學(xué)家伏打，提出了疑問：為什么只有青蛙腿和銅器和鐵器接觸時(shí)才發(fā)生抽搐？實(shí)驗(yàn)如下： 實(shí)驗(yàn)1:將青蛙腿放在銅盤里，用解剖刀去接觸，蛙腿抽搐。 實(shí)驗(yàn)2:將青蛙腿放在木盤里，用解剖刀去接觸，蛙腿不動(dòng)。 經(jīng)過一番研究，伏打用實(shí)驗(yàn)推翻了伽伐尼的結(jié)論，他發(fā)現(xiàn)兩種活潑性不同的金屬同時(shí)接觸蛙腿，蛙腿就會(huì)抽搐，蛙腿只是起了顯示電流通過的作用，所謂特殊的“動(dòng)物電”是不存在的。,,,聯(lián)想到肌肉、神經(jīng)類似于能導(dǎo)電的電解質(zhì)的溶液，那么，電解質(zhì)溶液與活潑性不同的金屬作用會(huì)不會(huì)產(chǎn)生電流呢？,實(shí) 驗(yàn)1,將鋅片和銅片平行插入稀硫酸溶液中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；再使鋅片和銅片接觸，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。,,,,,你的頭腦中產(chǎn)生了什么疑問？,做一個(gè)合理的假設(shè)解釋你的疑問！,假設(shè)：電子從鋅片跑到銅片上,如 何 證 明？,,,,,,,,,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：,電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)， Cu片上有氣泡產(chǎn)生,,將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接起來，在導(dǎo)線之間接入電流表。平行插入稀硫酸溶液中觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。(注意觀察銅片表面和電流計(jì)指針),實(shí) 驗(yàn)2,電流產(chǎn)生啦！,原電池的定義,這種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能 的裝置叫做原電池。,,從能量變化的角度分析這是什么裝置?,,,,,,G,,,e,e,負(fù)極,正極,1．電子從哪里來，到哪里去？ 2．在鋅片和銅片表面分別發(fā)生了哪些變化？ 3. 電池的正極和負(fù)極分別是什么？判斷依據(jù)是什么？ 溶液中有哪些看不見的動(dòng)作？,,氧化反應(yīng),Zn-2e-=Zn2+,,銅鋅原電池,電解質(zhì)溶液,失e-，沿導(dǎo)線傳遞，有電流產(chǎn)生,,還原反應(yīng),2H++2e- =H2↑,陰離子,陽離子,負(fù)極,正極,陽離子,,歸 納 與 整 理,電極反應(yīng)總式：,氧化還原反應(yīng),原電池反應(yīng)本質(zhì)：,伏打指出，伽伐尼實(shí)驗(yàn)中連接起來的是兩種不同的金屬(他稱為第一類導(dǎo)體或干導(dǎo)體)和含液體的青蛙肌肉(他稱為第二類導(dǎo)體或濕導(dǎo)體)。伏打把不同的金屬板浸入同一種電解液里，組成了第一個(gè)直流電源——伏打電池。他用幾個(gè)容器盛了鹽水，把插在鹽水里的銅板、鋅板連接起來，電流就產(chǎn)生了。,活動(dòng)2,根據(jù)已具備的氧化還原反應(yīng)知識和上述信息，試 說明化學(xué)電池由幾部分組成，它的組成條件是什么？,討論一下吧！,實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件,,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,形成條件一： 活潑性不同的兩個(gè)電極,負(fù)極：較活潑的金屬 正極：較不活潑的金屬、石墨等,第一組實(shí)驗(yàn),（可以）,（不可以）,形成條件二：電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中；,第二組實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件,第三組實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件,形成條件三：必須形成閉合回路,,（不可以）,原電池的形成條件,—— 電極材料均插入電解質(zhì)溶液中,—— 兩極相連形成閉合電路,1. 電極,2. 溶液,3. 回路,歸 納 與 整 理,兩極一液成回路,,實(shí) 踐 活 動(dòng),方式：最好先獨(dú)立設(shè)計(jì)，并動(dòng)手試驗(yàn)，邊做邊改進(jìn)，也可與鄰座同學(xué)相互討論和觀摩，或請老師指導(dǎo)。,如果你還有疑問，請選做“活動(dòng)二”實(shí)驗(yàn)探究” 然后用下列材料：電極（Zn片、Cu片、石墨棒、Fe釘?shù)瓤扇芜x）導(dǎo)線、土豆（2個(gè)）、電流計(jì)，設(shè)計(jì)一個(gè)裝置使電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。,完成探究：完成活動(dòng)探究表 解決問題：了解一個(gè)真正的電池，看看哪 些地方運(yùn)用到今天大家的研究 成果。,課 后 作 業(yè),,化學(xué)電源,我們所學(xué)的原電池的缺點(diǎn)： 實(shí)用電池的特點(diǎn)：,反應(yīng)一段時(shí)間后，銅極上聚集了許多氫氣泡， 把銅極與硫酸隔開就不再產(chǎn)生電流，且攜帶不 方便。,能產(chǎn)生穩(wěn)定且具有較高電壓的電流； 安全且攜帶方便； 能適用特殊用途； 便于回收處理，不污染環(huán)境或?qū)Νh(huán)境產(chǎn)生影響小。,（3）燃料電池 又稱為連續(xù)電池，一般以天然燃料或其它可燃物質(zhì)如氫氣、甲醇、天然氣、煤氣等作為負(fù)極的反應(yīng)物質(zhì)，以氧氣作為正極反應(yīng)物質(zhì)組成燃料電池。,化學(xué)電源分類,（2）二次化學(xué)電源 二次電池在放電后經(jīng)充電可使電池中的活性物質(zhì)恢復(fù)工作能力。鉛蓄電池和可充電電池都是二次電池。,（1）一次化學(xué)電源 電池中的反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行一次氧化還原反應(yīng)并放電之后，就不能再次利用，如干電池。,認(rèn)識幾種電池,鋰電池,干電池,疊層電池,紐扣電池,各類電池,1.干電池（普通鋅錳電池）,電極反應(yīng)方程式：,負(fù)極：,正極：,Zn – 2e- = Zn2+,2MnO2 + 2NH4+ + 2e- = Mn2O3 + 2NH3↑ + H2O,反應(yīng)總的方程式,2MnO2+2NH4++ Zn=Mn2O3+2NH3↑+H2O+Zn2+,堿性鋅錳干電池以氫氧化鉀代替氯化銨 做電解質(zhì)，結(jié)構(gòu)如圖1—3—8所示，,其電極反應(yīng)為：,,2、蓄電池,(鉛蓄電池),正極材料上涂有棕褐色的PbO2，負(fù)極材料是海綿狀的金屬鉛，兩極浸在H2SO4溶液中。寫出電極反應(yīng)式。,鉛蓄電池是二次電池，能放電又能充電。 放電是原電池原理； 充電是電解原理,3、新型燃料電池,原理相同： 工作時(shí)發(fā)生的仍然是氧化還原反應(yīng) 特點(diǎn)： 工作時(shí)氧化劑和還原劑是從外界不斷輸入的，同時(shí)將電極產(chǎn)物不斷排出電池。 燃料電池是名副其實(shí)的把能源中燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的“能量轉(zhuǎn)換器”。能量轉(zhuǎn)換率很高。,燃料電池,3.氫氧燃料電池,交流·研討 圖1---3一10為一種氫氧燃料電池結(jié)構(gòu) 示意圖，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，電極 材料為石墨，氫氣和氧氣(或空氣)源源 不斷地通到電極上。請你寫出該電池的 電極反應(yīng)和電池反應(yīng)。,氫氧燃料電池的電極反應(yīng)為：,電池反應(yīng)為：,燃料電池優(yōu)點(diǎn):,能量利用效率高、可連續(xù)使用和污染輕等優(yōu)點(diǎn),在酸性條件下，氫氧燃料電池中的電極反應(yīng)：,在堿性條件下，氫氧燃料電池中的電極反應(yīng)：,例,例,35,三、金屬的腐蝕與防護(hù),36,,鐵與酸反應(yīng)，鐵被腐蝕。腐蝕速率較慢。,鐵作負(fù)極（陽極）被腐蝕腐蝕速率較快。,實(shí)驗(yàn)一：（按下圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)）請比較下列現(xiàn)象的異？,圖一,37,金屬表面與周圍的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或因電化學(xué)作用而遭到的破壞，稱為金屬腐蝕。,,化學(xué)腐蝕,電化學(xué)腐蝕,1、金屬的腐蝕的電化學(xué)原理,38,（1）、化學(xué)腐蝕與電化腐蝕,39,,,實(shí)驗(yàn)二：按下圖進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn),圖二,A,指針無偏轉(zhuǎn),指針偏轉(zhuǎn),指針偏轉(zhuǎn),40,,,負(fù)極： Fe - 2e- = Fe2+,正極： 2H++ 2e- =H2,溶液反應(yīng)： Fe2++ 2OH- =Fe(OH)2 4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O =4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O+(3-n) H2O,正極： O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,請寫出下列電極方程式？,A,A,41,鋼鐵的析氫腐蝕示意圖,鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖,42,,（2）、析氫腐蝕與吸氧腐蝕（以Fe為例）,2H++ 2e- =H2,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,Fe - 2e- = Fe2+,Fe2++ 2OH- =Fe(OH)2 4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3·nH2O+(3-n) H2O,水膜酸度較高,水膜酸性很弱或中性,43,銅板上的鐵鉚釘為什么特別容易生銹？,44,,,練習(xí),銀質(zhì)獎(jiǎng)?wù)螺^長時(shí)間后變黑， 形成黑銹，可以采用拋光的方法恢復(fù)光澤，拋光的簡單方法是：將變質(zhì)的獎(jiǎng)?wù)路湃胧⒂惺雏}的鋁鍋中，放置一段時(shí)間后，黑銹就被除去,而銀不會(huì)損失。 （1）形成黑銹的原因： （2）除銹的原理：,4Ag+2H2S+O2=2Ag2S+2H2O,45,在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下： 電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防腐措施的腐蝕,小結(jié),46,①改變金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，制成合金(如不銹鋼）。 ②在金屬表面覆蓋保護(hù)層。如油漆、油脂等，電鍍Zn,Cr等易氧化形成致密的氧化物薄膜作保護(hù)層。 ③電化學(xué)保護(hù)法，即將金屬作為原電池的正極或電解池的陰極而受到保護(hù)。,2、金屬的防護(hù),（1）、金屬防護(hù)的幾種重要方法,原理：隔絕金屬與外界空氣、電解質(zhì)溶液的接觸。,47,（2）、犧牲陽極的陰極保護(hù)法：,48,（3）、外加電源的陰極保護(hù)法：,49,小結(jié),在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下： 電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防腐措施的腐蝕 防腐措施由好到壞的順序如下： 外接電源的陰極保護(hù)法＞犧牲陽極的陰極保護(hù)法＞有一般防腐條件保護(hù)＞無防腐條件,50,例：,下列各情況，在其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是,,(5),(2),(1),(3),(4),51,改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu) 防腐,2000年5月，保利集團(tuán)在香港拍賣會(huì)上花費(fèi)3000多萬港幣購回在火燒圓明園時(shí)流失的國寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首，普通銅器時(shí)間稍久容易出現(xiàn)銅綠，其主要成分是[Cu2(OH)2CO3]這三件1760年銅鑄的國寶在240 年后看上去仍然熠熠生輝不生銹，下列對起原因的分析，最可能的是（ D ）,A.,C.,銅的金屬活動(dòng)性比氫小，因此不宜被氧化；,B.,D.,它們的表面都電鍍上了一層耐腐蝕的黃金；,環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，它們表面的銅綠被酸雨溶解洗去；,它們是含一定比例金、銀、錫、鋅的合金；,,練 習(xí),,