高中化學 1.3 化學能轉化為電能—電池同課異構課件 魯科版選修4.ppt

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第3節(jié) 化學能轉化為電能——電池,第1章 化學反應與能量轉化,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、轉換得到的能源稱為二次能源。,火力發(fā)電中能量是如何轉化的呢？,科學視野,燃燒,發(fā)電機,化學能,,熱能,機械能,電能,,1780年意大利著名生物學家伽伐尼在解剖青蛙時，已死去的青蛙竟然發(fā)生了抽搐。伽伐尼做了如下實驗： 實驗1: 用一枝銅鉤插入死青蛙的脊髓中，再掛在鐵欄桿上，當青蛙腿碰到鐵欄桿時，就發(fā)生抽搐。 實驗2:將青蛙放到銅制的解剖盤里，當解剖刀接觸蛙腿時，蛙腿發(fā)生抽搐。 他根據(jù)實驗得出：青蛙自身肌肉和神經(jīng)里的“生物電”是導致抽搐的原因。1791年，伽伐尼發(fā)表了《論肌肉中的生物電》論文，引起廣泛關注。,科學史話,伏打與電池的發(fā)明,善于質疑的意大利物理學家伏打，提出了疑問：為什么只有青蛙腿和銅器和鐵器接觸時才發(fā)生抽搐？實驗如下： 實驗1:將青蛙腿放在銅盤里，用解剖刀去接觸，蛙腿抽搐。 實驗2:將青蛙腿放在木盤里，用解剖刀去接觸，蛙腿不動。 經(jīng)過一番研究，伏打用實驗推翻了伽伐尼的結論，他發(fā)現(xiàn)兩種活潑性不同的金屬同時接觸蛙腿，蛙腿就會抽搐，蛙腿只是起了顯示電流通過的作用，所謂特殊的“動物電”是不存在的。,,,聯(lián)想到肌肉、神經(jīng)類似于能導電的電解質的溶液，那么，電解質溶液與活潑性不同的金屬作用會不會產(chǎn)生電流呢？,實 驗1,將鋅片和銅片平行插入稀硫酸溶液中，觀察實驗現(xiàn)象；再使鋅片和銅片接觸，觀察實驗現(xiàn)象。,,,,,你的頭腦中產(chǎn)生了什么疑問？,做一個合理的假設解釋你的疑問！,假設：電子從鋅片跑到銅片上,如 何 證 明？,,,,,,,,,實驗現(xiàn)象：,電流計指針發(fā)生偏轉， Cu片上有氣泡產(chǎn)生,,將鋅片和銅片用導線連接起來，在導線之間接入電流表。平行插入稀硫酸溶液中觀察實驗現(xiàn)象。(注意觀察銅片表面和電流計指針),實 驗2,電流產(chǎn)生啦！,原電池的定義,這種將化學能直接轉化為電能 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作？,,氧化反應,Zn-2e-=Zn2+,,銅鋅原電池,電解質溶液,失e-，沿導線傳遞，有電流產(chǎn)生,,還原反應,2H++2e- =H2↑,陰離子,陽離子,負極,正極,陽離子,,歸 納 與 整 理,電極反應總式：,氧化還原反應,原電池反應本質：,伏打指出，伽伐尼實驗中連接起來的是兩種不同的金屬(他稱為第一類導體或干導體)和含液體的青蛙肌肉(他稱為第二類導體或濕導體)。伏打把不同的金屬板浸入同一種電解液里，組成了第一個直流電源——伏打電池。他用幾個容器盛了鹽水，把插在鹽水里的銅板、鋅板連接起來，電流就產(chǎn)生了。,活動2,根據(jù)已具備的氧化還原反應知識和上述信息，試 說明化學電池由幾部分組成，它的組成條件是什么？,討論一下吧！,實驗探究形成原電池的條件,,（可以）,（可以）,（可以）,（不可以）,形成條件一： 活潑性不同的兩個電極,負極：較活潑的金屬 正極：較不活潑的金屬、石墨等,第一組實驗,（可以）,（不可以）,形成條件二：電極需插進電解質溶液中；,第二組實驗,實驗探究形成原電池的條件,第三組實驗,實驗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 踐 活 動,方式：最好先獨立設計，并動手試驗，邊做邊改進，也可與鄰座同學相互討論和觀摩，或請老師指導。,如果你還有疑問，請選做“活動二”實驗探究” 然后用下列材料：電極（Zn片、Cu片、石墨棒、Fe釘?shù)瓤扇芜x）導線、土豆（2個）、電流計，設計一個裝置使電流計指針發(fā)生偏轉。,完成探究：完成活動探究表 解決問題：了解一個真正的電池，看看哪 些地方運用到今天大家的研究 成果。,課 后 作 業(yè),,化學電源,我們所學的原電池的缺點： 實用電池的特點：,反應一段時間后，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)境或對環(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如氫氣、甲醇、天然氣、煤氣等作為負極的反應物質，以氧氣作為正極反應物質組成燃料電池。,化學電源分類,（2）二次化學電源 二次電池在放電后經(jīng)充電可使電池中的活性物質恢復工作能力。鉛蓄電池和可充電電池都是二次電池。,（1）一次化學電源 電池中的反應物質進行一次氧化還原反應并放電之后，就不能再次利用，如干電池。,認識幾種電池,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）,電極反應方程式：,負極：,正極：,Zn – 2e- = Zn2+,2MnO2 + 2NH4+ + 2e- = Mn2O3 + 2NH3↑ + H2O,反應總的方程式,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，結構如圖1—3—8所示，,其電極反應為：,,2、蓄電池,(鉛蓄電池),正極材料上涂有棕褐色的PbO2，負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： 工作時發(fā)生的仍然是氧化還原反應 特點： 工作時氧化劑和還原劑是從外界不斷輸入的，同時將電極產(chǎn)物不斷排出電池。 燃料電池是名副其實的把能源中燃料燃燒反應的化學能直接轉化為電能的“能量轉換器”。能量轉換率很高。,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構 示意圖，電解質溶液為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 電極反應和電池反應。,氫氧燃料電池的電極反應為：,電池反應為：,燃料電池優(yōu)點:,能量利用效率高、可連續(xù)使用和污染輕等優(yōu)點,在酸性條件下，氫氧燃料電池中的電極反應：,在堿性條件下，氫氧燃料電池中的電極反應：,例,例,35,三、金屬的腐蝕與防護,36,,鐵與酸反應，鐵被腐蝕。腐蝕速率較慢。,鐵作負極（陽極）被腐蝕腐蝕速率較快。,實驗一：（按下圖進行實驗）請比較下列現(xiàn)象的異？,圖一,37,金屬表面與周圍的物質發(fā)生化學反應或因電化學作用而遭到的破壞，稱為金屬腐蝕。,,化學腐蝕,電化學腐蝕,1、金屬的腐蝕的電化學原理,38,（1）、化學腐蝕與電化腐蝕,39,,,實驗二：按下圖進行對比實驗,圖二,A,指針無偏轉,指針偏轉,指針偏轉,40,,,負極： Fe - 2e- = Fe2+,正極： 2H++ 2e- =H2,溶液反應： 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,銀質獎章較長時間后變黑， 形成黑銹，可以采用拋光的方法恢復光澤，拋光的簡單方法是：將變質的獎章放入盛有食鹽的鋁鍋中，放置一段時間后，黑銹就被除去,而銀不會損失。 （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＞化學腐蝕＞有防腐措施的腐蝕,小結,46,①改變金屬內部的組織結構，制成合金(如不銹鋼）。 ②在金屬表面覆蓋保護層。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層。 ③電化學保護法，即將金屬作為原電池的正極或電解池的陰極而受到保護。,2、金屬的防護,（1）、金屬防護的幾種重要方法,原理：隔絕金屬與外界空氣、電解質溶液的接觸。,47,（2）、犧牲陽極的陰極保護法：,48,（3）、外加電源的陰極保護法：,49,小結,在同一電解質溶液中，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法＞犧牲陽極的陰極保護法＞有一般防腐條件保護＞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,改變金屬的內部組織結構 防腐,2000年5月，保利集團在香港拍賣會上花費3000多萬港幣購回在火燒圓明園時流失的國寶：銅鑄的牛首、猴首和虎首，普通銅器時間稍久容易出現(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,,