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1知识点8：化学反应与能量电化学一、基本概念与基本理论原电池(化学电源)、电解池（精炼池、电镀池）2《2010考纲》要求：5)了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。6）了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。7）理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。31、概念：原电池是______________________的装置。原电池反应的本质是____________________反应。将化学能转化为电能氧化还原反应例：如右图所示，组成的原电池：（1）当电解质溶液为稀H2SO4时：Zn电极是____（填“正”或“负”）极，其电极反应为_______________，该反应是______（填“氧化”或“还原”，下同）反应；Cu电极是______极，其电极反应为_______________,该反应是_________反应。（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时：Zn电极是____极，其电极反应为_____________，该反应是________反应；Cu电极是____极，其电极反应为_______________,该反应_________反应.负Zn－2e-=Zn2+氧化正2H++2e-=H2↑还原负Zn－2e-=Zn2+氧化正Cu2++2e-=Cu还原一、原电池4氧化反应Zn-2e=Zn2+铜锌原电池电解质溶液盐桥失e，沿导线传递，有电流产生还原反应Cu2++2e-=Cu阴离子阳离子总反应：负极正极Cu2++2e-=CuZn-2e-=Zn2+Zn+Cu2+=Zn2++CuZn+CuSO4=ZnSO4+Cu(离子方程式）（化学方程式）电极反应正极：负极：（氧化反应）（还原反应）阳离子2、原电池原理外电路内电路53、原电池的形成条件：两极一液一连线（1）有两种活动性不同的金属（或一种是非金属单质或金属氧化物）作电极。（2）电极材料均插入电解质溶液中。（3）两极相连形成闭合电路。（4）内部条件：能自发进行氧化还原反应。64、原电池的正负极的判断方法微观判断（根据电子流动方向）电子流出的极电子流入的极——负极——正极较活泼的电极材料较不活泼的电极材料质量增加的电极工作后质量减少的电极——负极——正极——正极——负极工作后，有气泡冒出的电极为正极发生氧化反应的极发生还原反应的极宏观判断：①根据电极材料②根据原电池电极发生的反应③根据电极增重还是减重④根据电极有气泡冒出：——负极——正极7造成的主要原因：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。这种作用称为极化作用。二、对原电池工作原理的进一步探究为了避免发生这种现象，设计如下图所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？？提出问题：右图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？8此电池的优点：能产生持续、稳定的电流。锌半电池，铜半电池9实验：（选修4书76页实验4-1）实验探索实验现象：分析：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？有盐桥存在时电流计指针发生偏转，即有电流通过电路。取出盐桥，电流计指针即回到零点，说明没有电流通过。盐桥制法：1)将热的琼胶溶液倒入U形管中(注意不要产生裂隙)，将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。2)将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花都住管口即可。10盐桥的作用：（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。得出结论由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或CuSO4溶液中的Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。（2）平衡电荷。在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。取出盐桥，Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+变为Cu，使得SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。11［学与问］在日常生活和学习中，你用过哪些电池，你知道电池的其它应用吗？电池化学电池太阳能电池原子能电池将化学能转换成电能的装置将太阳能转换成电能的装置将放射性同位素自然衰变时产生的热能通过热能转换器转变为电能的装置12知识点1：化学电池1)概念:将化学能变成电能的装置2)分类:①一次电池又称不可充电电池——如：干电池②二次电池又称充电电池——蓄电池③燃料电池3)优点:4)电池优劣的判断标准:①能量转换效率高，供能稳定可靠。②可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。③易维护，可在各种环境下工作。①比能量［符号(A·h/kg)，(A·h/L)］指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少②比功率[符号是W/kg，W/L)]指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小③电池的储存时间的长短13锂电池干电池叠层电池纽扣电池各类电池知识点2：各类电池141、干电池(普通锌锰电池）干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液，还填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。电极总的反应式为：2NH4Cl+Zn+2MnO2=ZnCl2＋2NH3↑+Mn2O3+H2O请写出各电极的电极反应。(一)一次电池15练：写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。负极————————————————正极————————————————总反应———————————————通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了？_____________________________我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？Zn-2e-=Zn2+2NH4++2e-=2NH3+H2Zn+2NH4+=Zn2++2NH3+H2锌筒变软，电池表面变得不平整2MnO2+H2==Mn2O3+H2O16负极（锌筒）：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正极（石墨）：2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH–总反应：Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2碱性锌锰干电池金属棒碱性锌锰电池的优点：电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。普通锌锰干电池缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液172、迷你型电池（电解质KOH）优点：电压高、稳定，低污染。用途：手表、相机、心率调节器HgO（S）+Zn（S）=Hg（l）+ZnO（S）Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）负极（锌）：Zn-2e-+2OH-=ZnO+H2O正极（银）：Ag2O+2e-+H2O==2Ag+2OH-183、锂电池锂电池：（-）Li（S）LiI（晶片）I2(+）锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)：8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S负极：；正极：。用途：质轻、高能(比能量高)、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。8Li-8e-=8Li+3SOCl2+8e-=6Cl-+SO32-+2S19电池－铅蓄电池1、电极材料及原料2、电解质溶液3、电极反应式：正极：PbO2负极：PbH2SO4溶液负极（Pb）:Pb-2e-+SO42-=PbSO4Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O正极（PbO2）:PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H2O总反应：(放电时)(二)二次电池(可充电)转移1mole-消耗多少molH2SO4202PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)①充电过程PbSO4(s)+2e-=Pb(s)+SO42-(aq)还原反应阴极：阳极：PbSO4(s)+2H2O(l)-2e-=PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)氧化反应接电源负极接电源正极充电过程总反应：2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)铅蓄电池的充放电过程：放电充电213)铅蓄电池优缺点简析缺点：比能量低、笨重、废弃电池污染环境优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉其它二次电池镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池……222、银锌蓄电池正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。反应式为：2Ag+Zn(OH)2Zn+Ag2O+H2O写出电极反应式。充电放电1970-1975,开发了先进的银锌、镍镉电池技术。1975-1983,为美国海军生产潜水艇用银锌电池。1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。1998-1992,为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。23银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2O放电充电此电池放电时，负极上发生反应的物质是（）A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.ZnD电极反应：负极：Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-243、镍镉电池NiO2+Cd+2H2ONi(OH)2+Cd(OH)2放电充电负极材料：Cd；正极材料：涂有NiO2，电解质：KOH溶液。反应式如下：写出电极反应式。特点：比铅蓄电池耐用，可密封反复使用。25镍镉可充电电池可发生如下反应：Cd+2NiO(OH)+2H2O由此可知，该电池的负极材料是Cd(OH)2+2Ni(OH)2放电充电A.Cd（A）B.NiO(OH)D.Ni(OH)2C.Cd(OH)2电极反应：负极：Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2正极：2NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-26大有发展前景的燃料电池燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化率可达近80%，约为火力发电的2倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零；燃料电池发明于19世纪30年代末，经反复试验、改进，到20世纪60年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的大致情况如下：(三)燃料电池27氢氧燃料电池工作原理介质电池反应：2H2+Ｏ２=2H2O酸性负极正极中性负极正极碱性负极正极2H2-4e-=4H+O2+4H++4e-=4H2O2H2-4e-=4H+O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2OO2+2H2O+4e-=4OH-28固体氢氧燃料电池固体电解质介质电池反应：2H2+Ｏ２=2H2O负极正极负极正极2H2-4e-+2O2－=2H2OO2+4e-=2O2－2H2-4e-=4H+O2+4H++4e-=2H2O29它是以两根金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通入甲烷和氧气。电极反应为：负极：正极：电池总反应：2O2+4H2O+8e-=8OH-CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2OCH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O甲烷新型燃料电池分析溶液的pH变化。电解质为KOH溶液若用C2H6、CH3OH呢？30C2H6燃料电池、电解质为KOH溶液负极：正极：电池总反应：CH3OH燃料电池、电解质为KOH溶液负极：正极：电池总反应：7O2+14H2O+28e-=28OH-2C2H6+36OH--28e-=4CO32-+24H2O2C2H6+7O2+8K