搜索
化学能与电能一、知识准备1、氧化还原：还原剂（还原性）被氧化化合价升高失电子发生氧化反应得到氧化产物（氧化性）氧化剂（氧化性）被还原化合价降低得电子发生还原反应得到还原产物（还原性）2、导电性⑴金属：自由电子发生定向移动⑵溶液：自由移动的离子发生定向移动注意：Zn不断溶解，Zn表面有气泡H+只能在Zn表面得到电子电子在电极表面，不会进入溶液：一原电池1．原电池化学能电能氧化还原(1)定义：把_______转化为______的装置叫原电池。从理论上讲，可自发进行的___________反应都可以设计成原电池。(2)原电池的工作原理图2－7－1电极名称负极正极电极材料电极反应反应类型电子流向由__沿导线流向____电流流向极到极离子运动方向阳离子→极，阴离子→极.负极：电子的一极，电子，发生反应正极：电子的一极，电子，发生反应正负流出失去氧化流入得到还原2H++2e－===H2Zn－2e－===Zn2+氧化反应还原反应负极_正极正极负极ZnCuCu正极的作用？3．原电池的构成条件(1)能自发地发生________________。(2)电解质溶液(构成电路或参加反应)。(3)由还原剂和导体构成___极系统，由氧化剂和导体构成___极系统。(4)形成_________(两电极接触或用导线连接)。氧化还原反应负正闭合回路⑴电极反应式：⑵总反应式：一定为离子方程式分析该微粒来源以及后续反应可以写离子方程式，也可以写化学方程式必须满足离子方程式的书写规则⑶满足原子守恒及电荷守恒4．一般电极反应式的书写（一）电极反应式的书写（写出下列装置的电极反应式以及总反应式）2H++2e-＝H2↑负极：总反应：正极：Zn－2e-＝Zn2+Zn+2H+＝Zn2++H2↑Zn–2e-=Zn2+负极：正极：总反应：Zn+2CH3COOH=Zn2++2CH3COO—+H2↑2CH3COOH+2e-=H2↑+2CH3COO—Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑Zn+2CH3COOH=(CH3COO)2Zn+H2↑负极：正极：总反应：Mg—2e-=Mg2+NO3-+3e-—NO↑NO3-+3e-+4H+=NO↑+2H2O+H2O+H+3Mg+2NO3-+8H+=3Mg2++2NO↑+4H2O3Mg—6e-=3Mg2+2NO3-+6e-+8H+=2NO↑+4H2Ox3x22Al+2OH－+2H2O=2AlO2－+3H2↑负极：正极：总反应：2Al—6e-+8OH－=2AlO2－+4H2O6H2O+6e-=3H2↑+6OH－2H2O+2e-=H2↑+2OH－1.两极都能与溶液反应时,更易反应的一极为负极负极的金属性一定比正极的强吗？注意：Zn–2e-=Zn2+Cu2++2e-=Cu负极：正极：总反应：Zn+Cu2+=Zn2++CuZn+CuSO4=ZnSO4+CuZn–2e-=Zn2+Ag++e-=Ag负极：正极：总反应：Zn+2Ag+=Zn2++2Ag2Ag++2e-=2Ag两极上电子总数必须相等两极相加必得总反应注意：将锌片和铜片用导线分别于电流计连接，并使锌片和铜片不直接接触，同时放入盛有硫酸铜溶液的烧杯中。1.现象：锌片溶解，铜片表面有红色的铜析出电流计指针发生偏转。电流计指针不再偏转。电流计的指针偏转角度逐渐减小最终锌表面被铜覆盖，2.原因：Zn不纯，Zn与杂质构成了无数微小原电池Zn表面有些电子转移不到Cu上有些Cu2+直接在Zn上得到电子析出Cu使Zn与CuSO4溶液分开3.如何改进：装有琼脂及饱和KCl溶液的能连接两种溶液作用的桥形装置5、盐桥的定义：4、改进后的装置:琼脂能减小溶液的流动性6、盐桥的作用：①传递离子，使两个装置中溶液连接构成闭合回路②得到稳定的电流③平衡电荷，使两个溶液均保持电中性（三）正负极的判断方法负极:(1)金属,(2)电子流的极,(3)发生反应的电极，⑷，⑸。正极：(1)金属,(2)电子流的极,(3)发生反应的电极。⑷，⑸。活泼不活泼出入氧化还原电流流入的极若有电极溶解现象电流流出的极若有电极增重、冒出气体等现象原电池的正负极的判断方法（1）根据两极材料的活泼性判断（2）根据电极反应判断（3）根据外电路电子或电流的方向断（4）根据内电路阴、阳离子移动的方向断（5）根据两极反应时所产生的现象判断（四）原电池的设计1、将Cu+2AgNO3==Cu(NO3)2+2Ag的反应设计成一个能产生稳定电流的原电池装置,画出装置图。2、将Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑的反应设计成一个能产生稳定电流的原电池装置,画出装置图。3、将Fe+2FeCl3=3FeCl2设计成原电池，画出装置图找出总反应中化合价升降的元素分解为两个半反应确定电极材料和电解质溶液画出装置图4、设计的思路或步骤：(五)原电池原理的应用④用于金属防护③制造各种实用的化学电源；例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能加快氢气的产生。①比较金属活动性强弱；②加快反应的速率；酸性电解质中活泼性：负极正极1.如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是（）A.氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应B.电极Ⅱ上发生还原反应，做原电池的正极C.该原电池的总反应式为2Fe3++Cu═Cu2++2Fe2+D.盐桥中装有含氯化钾的琼脂，K+移向负极区答案：CA．烧杯a中的溶液pH升高B．烧杯b中发生氧化反应C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－=H2D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－=Cl22.根据下图，下列判断中正确的是()答案：AB3.某合作学习小组的同学利用下列氧化还原反应设计原电池：2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4==2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O盐桥中装有饱和K2SO4溶液，下列叙述中正确的是A乙烧杯中发生还原反应B甲烧杯中溶液的pH逐渐减小C电池工作时，盐桥中的SO42-移向甲烧杯D外电路的电流方向是从a到b答案：D4.将反应5IO3-＋I－+6H+3I2+3H2O设计成如下图所示的原电池。开始时向甲烧杯中加入少量浓硫酸，电流计指针发生偏转，一段时间后，电流计指针回到零，再向甲烧杯中滴入几滴浓NaOH溶液，电流计指针再次发生偏转。下列判断不正确的是A．开始加入少量浓硫酸时，乙中石墨电极上发生氧化反应B．开始加入少量浓硫酸时，同时在甲、乙烧杯中都加入淀粉溶液，只有乙烧杯中溶液变蓝。C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态D．两次电流计指针偏转方向相反答案：B二、常用的化学电源和新型化学电源（一）实用电池的特点（二）几种常见的电池和新型电池分类及反应原理简介化学电池分类:电池(如锌锰干电池、碱性锌锰电池)电池(又叫充电电池或蓄电池)(如铅蓄电池)电池(如氢氧燃料电池)一次电池二次电池新型电池Zn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3+Mn2O3+H2O总反应：负极：正极：2NH4++2e-+2MnO2=2NH3+Mn2O3+H2O1、一次电池(又叫干电池)活性物质（发生氧化还原的物质）消耗到一定程度，就不能使用了。电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池。⑴锌锰干电池构成:负极是,正极是,电解质溶液是。Zn–2e-=Zn2+2NH4++2e-=2NH3+H2H2+2MnO2=Mn2O3+H2O锌－锰干电池Zn石墨NH4Cl溶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(2)碱性锌锰干电池：锌粉和KOH的混合物金属外壳Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)22MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2电池总反应：正极：负极：构成:负极是,正极是,电解质溶液是。ZnMnO2KOH溶液(3)锌银电池：负极：正极：(4)锂电池：负极是.Zn-2e-+2OH-＝ZnO+H2OAg2O+2e-+H2O＝2Ag+2OH-Zn+Ag2O＝2Ag+ZnO构成:负极是,正极是,电解质溶液是。ZnKOH溶液Ag2OLi高能电池，质量轻总反应式:2、二次电池又称充电电池或蓄电池，这类电池可反复多次使用。放电后可以再充电，使活性物质可以获得再生。（1）铅蓄电池构成:负极是,正极是,电解质溶液是。PbPbO2H2SO4溶液①放电时为原电池：负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极：PbO2+2e-+SO42-+4H+=PbSO4+2H2O总反应式为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2OPb——e-——H2SO422阴极（原来的极）；阳极（原来的极）;总反应式：.PbSO4+2e-=Pb+SO42-PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H++SO42-2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4为电解池②充电过程负正接电源负极接电源正极⑵镍一镉碱性蓄电池：放电时镉(Cd)为负极,正极是NiO(OH),电解液是KOH溶液工作原理:负极:；正极:.Cd+2NiO(OH)+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2放电充电Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)22NiO(OH)+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-总反应: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.ZnD3、燃料电池电极材料：；特点：；负极反应物；正极反应物；特点：；Pt+催化活性物质不参加化学反应，只起传导电子的作用。燃料O2工作时不断补充燃料和O2,反应产物不断排出能量转化率高.电解液H2O2e-2e-氢气氧气H+OH-A负极正极O2H2H2O介质电池反应：酸性负极正极碱性负极正极中性负极正极固体熔融氧化物负极正极熔融固体传输H+负极正极2H2-4e-=4H+O2+4e-+4H+=2H2O2H2-4e-+4OH-=4H2OO2+4e-+2H2O=4OH-2H2-4e-=4H+O2+4e-+2H2O=4OH-2H2-4e-+2O2-=2H2OO2+4e-=2O2-2H2-4e-=4H+O2+4e-+4H+=2H2O2H2+O2=2H2O+OH-+H2O(2)甲烷燃料电池酸性环境：CH4—8e-=CO2负极：-4+4+H+28正极：总反应：CH4+2O2=CO2+2H2OCH4—8e-=CO32-碱性环境：负极：-4+H2O710正极：总反应：CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O+42O2+8e-+8H+=4H2O2O2+8e-+4H2O=8OH-2CH3OH—12e-=2CO32-+OH-2CH3OH—12e-=2CO22CH3OH+3O2=2CO2+4H2O+H2O（3）甲醇燃料电池负极：-2+4+H+212正极：总反应：①酸性环境②碱性环境负极：-2+4+H2O1612正极：总反应：2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O3O2+12e-+12H+=6H2O3O2+12e-+6H2O=12OH-⑷乙醇燃料电池①酸性环境：负极；正极:；总反应式：②碱性环境：负极；正极:；总反应式：C2H5OH—e-=2CO2+H+12+H2O312C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O3O2+12e-+12H+=6H2OC2H5OH+3O2+4OH-=2CO32-+5H2O3O2+12e-+6H2O=12OH-C2H5OH—12e-+OH-=2CO32-+H2O1611-2+4-2+4熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：阳极反应式：2CO-4e-+2CO32-=4CO2阴极反应式：总电池反应：O2+4e-+2CO2=2CO32-2CO+O2=2CO2⑸CO熔融盐电池：1991年，我国科学家首创以铝---空气---海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。负