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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） 1 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。 2 1、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，
2、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 - = Zn 2+ 氧化 正 2H+ +2e- =H2还原 负 Zn 2e - = Zn 2+ 氧化正 Cu2+ + 2e - = Cu 还原 一、原电池 3 Cu2+2e- =Cu 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 阴离子 阳离子 总反应： 负极 正
3、极 Cu2+2e- =Cu Zn-2e- =Zn2+ Zn+Cu2+=Zn2+Cu Zn+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 外电路 内电路 4 （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。 5 4、原电池的正负极的判断方法 正极 负极 电子流出的极 电子流入的极 微观判断 （根据电子流动 方向） 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
4、减少的电极 负极 正极 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： 根据电极材料 根据原电池电极 发生的反应 根据电极增重还是减重 根据电极有气泡冒出： 负极 正极 6 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
5、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？ 7 此电池的优点： 能产生持续、稳定的电流。 锌半电池， 铜半电池 8 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。 9 盐桥的作用： （1）使
6、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
7、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。 10 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 11 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: 一次电池又称不可充电电池如：干电池 二次电池又称充电电池蓄电池 燃料电池 3)优点: 4)电池优劣的判断标准: 能量转换效率高，供能稳定可靠。 可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的
8、电池 和电池组，使用方便。 易维护，可在各种环境下工作。 比能量 符号(Ah/kg)，(Ah/L) 指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 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 电池的储存时间的长短 12 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 13 1、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=Z
9、nCl22NH3+Mn2O3+H2O 请写出各电极的电极反应。 (一) 一次电池 14 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+H2 Zn+2NH4+=Zn2+2NH3+H2 锌筒变软，电池表面变得不平整 2MnO2+H2=Mn2O3+H2O 15 负极（锌筒）：Zn-2e- + 2OH - =Zn(OH)2 正极（石墨）：2MnO2+ 2e -
10、+2H2O=2Mn OOH +2 OH 总反应：Zn+ 2MnO2+2 H2O =2 Mn OOH+ 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 16 2、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- 17 3、锂电
11、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-+2S 18 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：Pb H2SO4溶液 负极（Pb）: Pb- 2e-+ SO4 2 - =PbSO4 Pb+PbO2+2H2SO4 =2PbSO4 +2H2O 正极（P
12、bO2）: 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molH2SO4 19 2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 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)+2H2SO
13、4(aq) 铅蓄电池的充放电过程： 放电 充电 20 3)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 21 2、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)2 Zn+Ag2O+H2O 写出电极反应式。 充电 放电 1970-1975, 1970-1975, 开发了先进的银锌、镍镉电池技术。开发了先进的银锌、镍镉电池技术。 1975-1983, 1975-1983, 为美国海军生产潜水
14、艇用银锌电池。为美国海军生产潜水艇用银锌电池。 1979-1987,1979-1987,为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。为美国国家能源部发展电动车用的镍锌电池。 1998-1992, 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。为美国海军发展世界上最大的镍镉电池用于核潜水艇。 22 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)2 Ag2O+Zn+H2O 放电 充电 此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ） A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn D 电极反应： 负极：Zn-2e-+2OH-=Zn
15、(OH)2 正极：Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH- 23 3、镍镉电池 NiO2+Cd+2H2O Ni(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。 24 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- 25 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
