化学能转化为电能(2015)

1、 耸立于美国纽约港的耸立于美国纽约港的自由女神是法国在自由女神是法国在18761876年赠送年赠送给美国独立给美国独立100100周年的礼物周年的礼物 ，整座铜像以整座铜像以120120吨钢铁为骨架，吨钢铁为骨架，8080吨铜片为外皮，吨铜片为外皮，3030万只铆钉万只铆钉装配固定在支架上，总重量达装配固定在支架上，总重量达225225吨。然而，经过上百年的风吨。然而，经过上百年的风雨，自由女神的铁骨表面一层雨，自由女神的铁骨表面一层又一层地锈蚀，松蓬的氧化铁又一层地锈蚀，松蓬的氧化铁使架的体积膨胀，铆固的支脚使架的体积膨胀，铆固的支脚被撑断。被撑断。自由女神生病了自由女神生病了普通干电池普通

2、干电池钮扣电池钮扣电池 “神六神六”用用太阳能电池太阳能电池第三节第三节 化学能转化为电能化学能转化为电能 电池电池第第1课时课时1.原电池：原电池：利用利用氧化还原氧化还原反应，把反应，把化学能化学能转化为转化为电能电能的装置。的装置。一、原电池的工作原理一、原电池的工作原理Zn+ 2H+ Zn2+ + H2氧化反应氧化反应还原反应还原反应负极负极正极正极电极反应式电极反应式总反应式总反应式原电池形成的实质：原电池形成的实质： 氧化、还原反应分开在两极进行，还原剂氧化、还原反应分开在两极进行，还原剂所失去的电子通过导线转移给氧化剂。所失去的电子通过导线转移给氧化剂。2.工作原理工作原理2、原

3、电池组成条件原电池组成条件活泼性不同的两个电极活泼性不同的两个电极:金属或金属与石墨金属或金属与石墨有电解质溶液或熔融电解质有电解质溶液或熔融电解质一、原电池原电池1、工作原理工作原理锌片锌片：Zn 2e- = Zn2+铜片铜片：2H+ + 2e- = H2e-氧化反应氧化反应还原反应还原反应：把化学能转化为电能的装置。把化学能转化为电能的装置。总式：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2且必须形成闭合回路且必须形成闭合回路 理论上讲，常温下可自发进行的理论上讲，常温下可自发进行的氧化氧化还原反应还原反应都能设计成原电池。都能设计成原电池。3 3、原电池电极的确定方法、原电池电极的确定方法根

4、据电极材料的性质确定。根据电极材料的性质确定。 通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒是正极。棒是正极。根据电极反应的本身确定。（本质）根据电极反应的本身确定。（本质）失电子的失电子的氧化反应氧化反应负极负极得电子的得电子的还原反应还原反应正极正极根据电流方向或电子的流向确定根据电流方向或电子的流向确定7Zn-2e-=Zn2+2H+ +2e-=H2还原剂还原剂(Zn)失去电失去电子，发生氧化反应子，发生氧化反应氧化剂氧化剂(H+)在铜极在铜极上得到电子，发生上得到电子，发生还原反应还原反应还原剂失去的电还原剂失去的电子从锌极流出子从锌极流出流入铜极流入铜极.

5、经外电路经外电路Zn2+H+SO42-电流方向电流方向原电池的另一形式：通过盐桥实现闭合回路和改进原电池的另一形式：通过盐桥实现闭合回路和改进硫酸锌硫酸铜盐桥：在盐桥：在U U形管中装满用饱和形管中装满用饱和KClKCl溶液溶液 和琼胶作成的冻胶。和琼胶作成的冻胶。盐桥的作用：将两个隔离的电解质连通起来。盐桥的作用：将两个隔离的电解质连通起来。ClCl- -向锌盐方向移动，向锌盐方向移动，K K+ +向铜盐方向移动，使两盐向铜盐方向移动，使两盐 溶液保持电中性，电解液中离子的定向移动从而溶液保持电中性，电解液中离子的定向移动从而 使电子不断从使电子不断从ZnZn极流向极流向CuCu极，使电流持

6、续传导极，使电流持续传导。双液电池的工作原理总反应：总反应：Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu负极：负极： Zn 2e Zn2+ 正极：正极：Cu2+ + 2e Cu思考：思考：1.1.单液原电池与双液原电单液原电池与双液原电池有何异同？池有何异同？ 2.2.双液原电池有何优点？双液原电池有何优点？1.原理即本质相同；原理即本质相同；只是氧化、还原反应分只是氧化、还原反应分在两个池中进行。在两个池中进行。2.使化学能更大程度地使化学能更大程度地 转化为电能转化为电能原电池与电解池的区别原电池与电解池的区别原电池原电池电解池电解池形成条件形成条件判断依据判断依据电极名称电极名称电极反应电极反应

7、电子流向电子流向离子流向离子流向能量转化能量转化相互联系相互联系活动性不同的两种电极活动性不同的两种电极 两极（可同可不同）两极（可同可不同） 自发的氧化反应自发的氧化反应 电解质溶液电解质溶液电解质溶液且闭合回路电解质溶液且闭合回路 直流电源直流电源无外电源无外电源 有外电源有外电源负极：较活泼金属负极：较活泼金属 阳极阳极:与外电源正极相接与外电源正极相接正极正极:不活泼金属或非金属不活泼金属或非金属 阴极阴极:与外电源负极相接与外电源负极相接负极：失电子被氧化负极：失电子被氧化 阳极阳极:氧化反应氧化反应正极正极:离子得电子被还原离子得电子被还原 阴极阴极:阳离子得电子被还原阳离子得电子

8、被还原负极经外电路流向正极负极经外电路流向正极 负极到阴极，阳极再到正极负极到阴极，阳极再到正极 阳离子移向正极，阴离子向负极阳离子移向正极，阴离子向负极 阳离子移向阴极，阴离子移向阳极阳离子移向阴极，阴离子移向阳极化学能转化为电能化学能转化为电能 电能转化为化学能电能转化为化学能原电池可作电解池的电源原电池可作电解池的电源3.原电池的设计方法：原电池的设计方法：例题：例题：依据：依据：2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2 设计原电池。设计原电池。电极：电极：电解质溶液电解质溶液: : 电极反应：电极反应：正极：石墨；负极：铜 FeCl3溶液 负极： Cu 2e- = Cu

9、2 正极：2Fe3 2e- = Fe24电极反应式和电池反应的书写电极反应式和电池反应的书写电极反应式的书写：电极反应式的书写：首先确定电池总反应，把首先确定电池总反应，把失电子的氧化反应放在负极上，得电子的还原失电子的氧化反应放在负极上，得电子的还原反应放在正极上，并保证得失电子相等。反应放在正极上，并保证得失电子相等。电池总反应的书写：电池总反应的书写：得失电子相等的情况下正得失电子相等的情况下正负两极相加即得总反应。负两极相加即得总反应。练练习习判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并请说明理由；若是，请指出正负极

10、名称，并写出电极反应式写出电极反应式.()()()2H+2e-H2负极：负极：总反应：总反应：正极正极：Zn2e-Zn2+Zn+2H+Zn2+H2()()负极负极：正极正极：总总反应反应：正极：正极：负极负极：总反应：总反应：Zn2e-Zn2+2H+2e-H2Zn+2H+Zn2+H2Fe2e-Fe2+Cu2+2e-CuFe+Cu2+Fe2+CuFe+CuSO4Cu+FeSO4 ()()负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：Zn2e-Zn2+Cu2+2e-CuZn+Cu2+Zn2+Cu或或 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu()()负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：Fe2e-Fe2+2H+

11、2e-H2Fe+2H+ Fe2+H2或或 Fe+H2SO4FeSO4+H22.如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是溶液，片刻后可观察到的现象是3。试将下列两个氧化还原反应分别设计成两个原电池试将下列两个氧化还原反应分别设计成两个原电池. Zn + 2AgNO3=Zn(NO3)2+2Ag.2Fe3+Fe=3Fe2+( D )( Zn AgNO3 C )( Fe Fe2(SO4)3 C )A. 铁圈和银圈左右摇

12、摆不定；铁圈和银圈左右摇摆不定；B. 保持平衡状态；保持平衡状态；C. 铁圈向下倾斜；铁圈向下倾斜；D. 银圈向下倾斜；银圈向下倾斜；Zn原电池原理的应用原电池原理的应用(2)比较金属的活泼性；比较金属的活泼性；(3)加快某些化学反应的反应速率；加快某些化学反应的反应速率；(1)制做化学电源；制做化学电源；(4)金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。金属腐蚀的原理及金属腐蚀的防护。3、原电池电极名称的确定方法、原电池电极名称的确定方法根据电极材料的性质确定。根据电极材料的性质确定。通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、通常是活泼金属是负极，不活泼金属、碳棒、化合物是正极。化合物是正极。二、化学电源

13、的分类二、化学电源的分类类 型一次电池二次电池燃料电池只能使用一次，不只能使用一次，不能充电复原继续使能充电复原继续使用的化学电池用的化学电池酸（或碱）性锌酸（或碱）性锌- -锰锰干电池、银干电池、银- -锌纽扣锌纽扣电池等电池等放电后能充电复原放电后能充电复原继续使用的化学电继续使用的化学电池池铅蓄电池、镍铅蓄电池、镍- -镉蓄镉蓄电池、镍电池、镍- -氢蓄电池氢蓄电池等等将燃料燃烧的化学将燃料燃烧的化学能直接转变成电能能直接转变成电能的电池的电池氢氧燃料电池、甲氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、熔融烷燃料电池、熔融盐燃料电池等盐燃料电池等 含 义示 例普通锌锰电池普通锌锰电池碱性电池碱性电池 镍

14、镍镉镉电电池池镍氢电池镍氢电池 银锌纽扣电池银锌纽扣电池锂离子电池锂离子电池 小型高性能燃料电池小型高性能燃料电池 非化学电非化学电池池铅酸蓄电池铅酸蓄电池常见的化学电源及其原理常见的化学电源及其原理1 1、 碱性锌锰干电池：碱性锌锰干电池：负极（锌筒）：负极（锌筒）： Zn +2OHZn +2OH2e2e = ZnO + H= ZnO + H2 2OO正极（石墨）：正极（石墨）： 2MnO2MnO2 2+2H+2H2 2O+2eO+2e= 2Mn(OH)= 2Mn(OH)2 2+2OH+2OH电池的总反应式为：电池的总反应式为：Zn +MnOZn +MnO2 2+H+H2 2O= Mn(OH

15、)O= Mn(OH)2 2+ ZnO+ ZnO特点：特点：电压电压1.5V1.5V，用途广泛。（不可充，用途广泛。（不可充电电）碱性电池碱性电池 铅蓄电池铅蓄电池: : 电极：电极：PbPb为负极为负极, PbO, PbO2 2为正极为正极. . 电解液电解液: : 30%30%的的H H2 2SOSO4 4溶液溶液 电极反应式电极反应式: :放电时：放电时： 负极负极(Pb) (Pb) ： PbPbSOSO4 42-2-2e2e- -PbSOPbSO4 4 正极正极(PbO(PbO2 2) ) PbOPbO2 24H4HSOSO4 42 22e2e- -PbSOPbSO4 42H2H2 2O

16、 O总电池反应总电池反应: : PbOPbO2 2PbPb2H2H2 2SOSO4 42PbSO2PbSO4 42H2H2 2O O充电时：充电时： 阴极阴极(Pb)(Pb)： PbSOPbSO4 4 2e2e- - PbPbSOSO4 42-2- 阳极阳极(PbO(PbO2 2) ) PbSOPbSO4 42H2H2 2O O2e2e- -PbOPbO2 24H4HSOSO4 42 2总电解反应总电解反应: :2PbSO2PbSO4 42H2H2 2O O PbOPbO2 2PbPb2H2H2 2SOSO4 4通电通电银锌电池银锌电池ZnZn为负极为负极,Ag,Ag2 2O O为正极为正极

17、电解液电解液: KOH: KOH溶液溶液电极反应式电极反应式: : 负极负极: :ZnZn2OH2OH2e2e- -Zn(OH)Zn(OH)2 2 正极正极: :AgAg2 2O OH H2 2O O2e2e- -2Ag2Ag2OH2OH总反应式总反应式: : ZnZnAgAg2 2O OH H2 2O O2Ag2AgZn(OH)Zn(OH)2 2氢氧氢氧燃料电池燃料电池电极电极:Pt制作的惰性电极制作的惰性电极反应原理反应原理:电解质溶液电解质溶液:KOH溶液溶液负极负极:正极正极: 总反应：总反应：电解质溶液电解质溶液: HCl (盐酸盐酸)负极负极 : 正极正极:总反应：总反应： 2H2

18、+4OH 4e-4H2OO22H2O 4e-4OH 2H2O22H2O2H2-4e-=4H+O2+4H+4e- =2H2O2H2O22H2O甲烷燃料电池甲烷燃料电池电极为金属铂，在两极分别通入甲烷和氧气。电极为金属铂，在两极分别通入甲烷和氧气。电解质为电解质为KOH电极反应：负极：电极反应：负极： 正极：正极： 总反应式总反应式:电解质为稀硫酸电解质为稀硫酸电极反应：负极：电极反应：负极： 正极：正极： 总反应式总反应式:CH4 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+2O2 + 8H+ + 8e- = 4H2OCH4 + 2O2 = CO2 + 2H2OCH4 + 10OH- 8e- =

19、 CO32- + 7H2O2O2 + 4H2O + 8e- = 8OH-CH4 + 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3H2O铝铝空气空气海水电池海水电池负极：负极：4Al -12e4Al -12e- - 4Al4Al3+3+正极：正极：3O3O2 2 + 6H+ 6H2 20 + 12e0 + 12e- - 120H120H- -电池总反应式为：电池总反应式为：4Al+3O4Al+3O2 2+6H+6H2 20=4Al(OH)0=4Al(OH)3 319911991年，我国首创以铝年，我国首创以铝- -空气空气- -海水为材料海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯以取组成的新型电池

20、，用作航海标志灯以取之不尽的海水为电解质之不尽的海水为电解质三、金属的腐蚀与防护三、金属的腐蚀与防护（一）金属腐蚀（一）金属腐蚀1.1.概念：概念：金属或合金与周围接触到的气体或液体进金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。行化学反应而腐蚀损耗的过程。2.2.金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质金属原子失去电子变成阳离子而被氧化的过程金属原子失去电子变成阳离子而被氧化的过程3.3.金属腐蚀的分类：金属腐蚀的分类：化学腐蚀和电化学腐蚀化学腐蚀和电化学腐蚀绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀绝大多数金属的腐蚀属于电化学腐蚀电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀电化学腐蚀通常有析氢腐蚀和吸氧

21、腐蚀比较项目比较项目化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀发生条件发生条件共同点共同点是否构成是否构成原电池原电池有无电流有无电流实质实质化学腐蚀化学腐蚀与与电电化学腐蚀化学腐蚀的比较的比较电化学电化学腐蚀腐蚀比比化学腐蚀化学腐蚀普遍得多普遍得多金属跟接触到的物质金属跟接触到的物质直接发生化学反应直接发生化学反应不纯金属跟接触的电解不纯金属跟接触的电解质溶液发生原电池反应质溶液发生原电池反应无电流无电流无原电池无原电池构成无数微小原电池构成无数微小原电池有弱电流有弱电流金属被腐蚀金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀金属原子失去电子变成阳离子而损耗金属原子失去电子变成阳离子而损耗钢铁的电化学

22、腐蚀钢铁的电化学腐蚀比较项目比较项目析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀发生条件发生条件电电极极反反应应负极负极正极正极总反应总反应钢铁表面吸附的水膜酸钢铁表面吸附的水膜酸性较強时性较強时Fe - 2e- = Fe2+2H+ + 2e- = H2Fe+ 2H+ = Fe2+ H2钢铁表面吸附的水膜酸钢铁表面吸附的水膜酸性较弱或呈中性时性较弱或呈中性时2Fe - 4e- = 2Fe2+O22H2O4e-=4OH-2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2 +O2+2H2O=4Fe(OH)34Fe(OH)3Fe2O3xH2O(铁锈铁锈)+(3-x)H2O吸氧腐蚀吸氧腐蚀比比析氢腐蚀析氢腐蚀普遍得多普遍得多不纯的金属或合金，在潮湿空气中形成微电池发生电化腐蚀，活泼不纯的金属或合金，在潮湿空气中形成