《化学反应与电能》课件

第2课时

化学反应与电能一、化学能转化为电能1.燃煤发电的能量转化。(2)

燃烧

(氧化还原反应)是使化学能间接转换为电能的关键。

2.原电池。(1)实验。(2)原电池定义:将

化学

能转变为

电

能的装置。

(3)锌铜原电池工作原理。电池总反应:Zn+2H+==Zn2++H2↑。

(4)反应本质:原电池反应的本质是

氧化还原反应

。

(5)构成原电池的条件。理论上,自发的

氧化还原反应

均可设计成原电池。

①两个

活动性不同的金属

(或一个为金属,一个为能导电

的非金属)电极。

②具有

电解质

溶液。

③形成

闭合回路

。

原电池是如何构成闭合回路的?(请从电子流向和离子移动方向分析)提示:在外电路,电子从负极流出经导线流向正极;在电解质溶液中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。原电池中作负极的一定是活泼金属,作正极的一定是不活泼金属吗?提示:不一定。在原电池中的两极可以都是活泼金属(如由锌、铁、稀硫酸构成的原电池,Zn作负极),也可以都是不活泼金属(如由铜、银、硝酸银溶液构成的原电池,Cu作负极),也可以是一种金属和一种能导电的非金属(如由铜、石墨、硝酸银溶液构成的原电池,Cu作负极)。二、发展中的化学电池1.一次电池。电池放电后

不能

再充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行),这种电池属于一次电池。

锌锰电池—2.二次电池。(1)定义。有些电池放电时所进行的氧化还原反应,在充电时可以逆向

进行,使电池恢复到放电前的状态,从而实现放电(化学能转化为电能)与充电(电能转化为化学能)的循环。这种充电电池属于二次电池。

(2)常见充电电池。①铅酸蓄电池;②镍氢电池;③锂离子电池。3.燃料电池。(1)定义:将

燃料

(如氢气、甲烷、乙醇)和

氧化剂

(如氧气)的

化学能

直接转化为

电能

的电化学反应装置。

(2)特点:清洁、安全、高效。铅酸蓄电池在充电、放电过程中发生的氧化还原反应是可逆反应吗?提示:不是,因为充电和放电过程中氧化还原反应发生的条件不相同。一

化学能转化为电能重难归纳1.原电池的工作原理。(1)反应类型:负极上发生氧化反应,正极上发生还原反应。(2)电子的移动方向:负极流出,经导线流向正极。(3)离子的移动方向:阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。2.原电池的判断方法。看本质—反应是氧化还原反应,是放热反应

│看电极—两个电极为导体而且活动性存在明显的差异(燃料电池的电极一般都为惰性电极)

│看溶液—有电解质溶液,而且一般要求负极材料能与电解质溶液反应

│看回路—两电极用导线相连或直接接触,插入电解质溶液中构成闭合回路3.原电池正、负极的“五种”判断方法。特别提醒(1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属,正极材料可以为导电的非金属,例如石墨。两极材料可能参与反应,也可能不参与反应。

(2)两个活动性不同的金属电极用导线连接,共同插入电解质溶液中不一定构成原电池,必须有一个能自发进行的氧化还原反应。(3)在判断原电池正负极时,既要考虑金属活动性的强弱也要考虑电解质溶液的性质。如由镁、铝、稀盐酸构成的原电池中,负极为Mg;但是由镁、铝、氢氧化钠溶液构成的原电池中,负极为Al,正极为Mg。(1)原电池是由哪几部分组成的?各起什么作用?提示:一般来说,构成原电池需有两个活动性不同的电极,将电极插入电解质溶液中,两电极间用导线连接使之构成闭合回路。电极的作用是导电,有些电池中电极材料会参加反应;导线的作用是传导电子;电解质溶液的作用是通过自由离子的移动传导电荷。(2)锌铜原电池中,电子是怎样移动的?电子能否通过电解质溶液?如果不能,电流是如何形成的?提示:由于金属锌比金属铜活泼,故锌失去电子,电子通过导线流向铜片。电子不能通过电解质溶液,在稀硫酸中H+移向铜片,移向锌片,阴、阳离子定向移动形成电流。典例剖析在如图所示装置中,观察到电流表指针发生偏转,M棒变粗,N棒变细,P为电解质溶液。由此判断下列M、N、P所代表的物质可以成立的是(

)。答案:C解析:经分析可知该装置是原电池,其中M棒作正极,有金属单质析出,N棒作负极,失电子溶解。A项,锌、铜、稀硫酸构成原电池,则锌是负极,M棒变细,A项错误;B项,铁、铜、稀盐酸构成原电池,M棒上无金属单质析出,B项错误;C项,锌、银、硝酸银溶液构成原电池,则锌是负极,M棒上有银析出,C项正确;D项,铁离子得到电子转化为亚铁离子,不能析出金属,D项错误。学以致用如图是Zn和Cu形成的原电池,某实验兴趣小组做完实验后,在读书卡片上记录如下,在卡片上描述合理的是(

)。实验后的记录:①Zn为正极,Cu为负极②H+向负极移动③电子流动方向:从Zn经外电路流向Cu④Cu极上有H2产生⑤若有1mol电子流过导线,则产生H2为0.5mol⑥正极的电极反应式为Zn-2e-==Zn2+A.①②③ B.③④⑤C.④⑤⑥ D.②③④答案:B二

原电池原理的应用重难归纳1.比较金属的活动性强弱。原电池中,一般活动性强的金属作负极,而活动性弱的金属(或能导电的非金属)作正极。如有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入稀硫酸中,一段时间后,若观察到A极溶解,而B极上有气体放出,则说明A作负极,B作正极,则可以断定金属活动性A>B。2.加快化学反应。由于形成了原电池,导致反应加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成锌铜原电池,加快反应进行。3.用于金属的防护。使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如,要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁,可用导线将其与一块锌块相连,使锌作原电池的负极。4.设计制作化学电池。设计原电池时要紧扣构成原电池的条件:(1)首先要将已知氧化还原反应拆分为两个半反应;(2)根据原电池的电极反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料(一般来说负极就是失电子的物质,正极用比负极活动性差的金属或导电的非金属,如石墨)及电解质溶液。提示:不能,虽然它是氧化还原反应,但不是释放能量的氧化还原反应。典例剖析有a、b、c、d四个金属电极,有关的反应装置及部分反应现象如表:由此可判断这四种金属的活动性顺序是(

)。A.a>b>c>d B.b>c>d>a

C.d>a>b>c D.a>b>d>c答案:C解析:由装置①中a极质量减小,b极质量增加可知,a是负极,b是正极,活动性a>b;由装置②中c极有气体产生,b极质量减小可知,b是负极,c是正极,活动性b>c;由装置③中d极溶解,c极有气体产生,得d是负极,c是正极,活动性d>c;由装置④中电流从a极流向d极可知,a是正极,d是负极,活动性d>a;由上可得活动性:d>a>b>c,C项正确。学以致用Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。Ⅰ.该电池的负极材料是

,该电极反应式为

。

Ⅱ.现有纯铁片、纯银片、纯铜片、稀硫酸、FeSO4溶液、Fe2(SO4)3溶液、大烧杯、导线若干,请运用反应Cu+2Fe3+==Cu2++2Fe2+设计原电池。(1)写出电极反应式,负极:

,正极:

。

(2)请在下面方框中画出原电池的装置图,标出外电路电子流向(注明电极材料、电解质溶液,连成闭合回路)。(3)该装置反应一段时间后,当溶液的质量增大3.2g时,通过导线的电子的物质的量为

。

解析:Ⅰ.Zn-MnO2干电池中,Zn作原电池的负极,石墨棒为正极,Zn在负极失电子生成Zn2+。Ⅱ.(1)分析总反应,判断出Cu为负极,Cu失电子生成Cu2+,正极Fe3+得电子生成Fe2+。(2)分析总反应,找出负极材料为Cu,比Cu不活泼的Ag作为原电池的正极,电解质溶液是硫酸铁溶液;原电池中电子由负极流向正极。(3)根据反应Cu-2e-==Cu2+,当溶液的质量增大64

g时,通过导线的电子为2

mol;则当溶液的质量增大3.2

g时,通过导线的电子为0.1

mol。方法指南设计原电池时,分析总反应,Cu的化合价升高,作原电池的负极,作正极的是比Cu不活泼的金属或者导电的非金属,电解质溶液是含有Fe3+的溶液。三

发展中的化学电池重难归纳几种电池的特点:结合所学知识说明:干电池与充电电池的本质区别,燃料电池与干电池或充电电池的主要差别。提示:干电池是一次性电池,放电之后不能充电,即内部的氧化还原反应是不可逆的;充电电池又称二次电池,它在放电时所进行的氧化还原反应,在充电时可以逆向进行,使电池恢复到放电前的状态。燃料电池与干电池或充电电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部,而是由外设装备提供燃料和氧化剂等,这时电池起着类似于试管、烧杯等反应器的作用。典例剖析下列有关电池的叙述不正确的是(

)。A.水果电池是方便实用的家用电池B.铅酸蓄电池是一种常用的二次电池C.氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置D.锌锰干电池工作一段时间后,锌外壳逐渐变薄答案:A解析:水果电池产生的电流非常微弱且不能长时间连续放电,不能作为家用电池;铅酸蓄电池是一种常用的二次电池,氢氧燃料电池产物为水,无污染;锌锰干电池工作时,Zn放电被消耗,故工作一段时间后锌外壳会逐渐变薄,B、C、D正确,A错误。学以致用(双选)锌银电池是一种常见化学电源,其反应原理:Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag,其工作示意图如下。下列说法不正确的是(

)。

A.K+向负极移动B.Ag2O电极发生还原反应C.Zn电极的电极反应式:Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2D.放电前后电解质溶液的碱性保持不变答案:AD解析:根据总反应,锌失电子发生氧化反应,所以锌电极是负极,Ag2O电极是正极;阳离子向正极移动,故A错误;Ag2O电极是正极,正极发生还原反应,故B正确;Zn电极是负极,负极失电子发生氧化反应,Zn电极的电极反应式:Zn+2OH--2e-==Zn(OH)2,故C正确;根据总反应Zn+Ag2O+H2O==Zn(OH)2+2Ag可知,放电过程消耗水,氢氧化钾浓度增大,碱性增强,故D错误。方法指南原电池中负极失电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应,电解质溶液是通过阳离子向正极移动、阴离子向负极移动导电,溶液中没有电子的移动。四

常见化学电源电极反应式的书写重难归纳1.电极反应式书写的一般步骤。2.已知总反应式,书写电极反应式。(1)书写步骤。①步骤一:写出电池总反应式,标出电子转移的方向和数目(ne-)。②步骤二:找出正、负极,发生失电子反应的电极为负极;确定溶液的酸碱性。(2)复杂电极反应式的书写。复杂一极的电极反应式=总反应式-较简单一极的电极反应式(3)根据给出的两个电极反应式,写总反应式的方法。已知两个电极反应式,写总反应式并不难,只要使两个电极反应式得、失电子数相等后,将两式相加,消去相同的化学式即可。特别提醒(1)电极反应式的书写:酸性条件下可用H+和H2O配平;碱性条件下可用OH-和H2O配平。(2)书写电极反应式时,除了考虑反应前后有电子转移的元素的原子得失电子的情况外,还必须考虑这些元素形成的物质在溶液中的主要存在形式。(3)正、负极的电极反应式要保持电荷守恒。氢气被看作是理想的“绿色能源”。用高压氢气、氧气制作氢氧燃料电池是利用氢能的一种重要方式(装置如图所示)。请写出氢氧燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)的电极反应式。负极

;

正极

。

典例剖析Li-SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和石墨棒,电解质溶液是LiAlCl4-SOCl2。电池的总反应可表示为4Li+2SOCl2==4LiCl+S+SO2↑。请回答下列问题:(1)电池的负极材料为

,发生的电极反应为

。

(2)电池正极发生的电极反应为

。(3)SOCl2易挥发,实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2,生成Na2SO3和NaCl。如果把少量水滴到SOCl2中,实验现象是

,反应的化学方程式为

。

(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行,原因是

。

(4)构成电池的主要成分Li能与氧气、水反应,且SOCl2也能与水反应解析:分析反应的化合价变化,可得Li为还原剂,SOCl2为氧化剂。(1)负极材料为Li(还原剂),发生反应:Li-e-==Li+。(2)正极反应式可由总反应减去负极反应式得到:2SOCl2+4e-==4Cl-+S+SO2↑。(3)题中给出了有碱液吸收时的产物,则没有碱液而用水吸收时的产物应为SO2和HCl,所以现象应该为出现白雾和有刺激性气味的气体生成。(4)因为构成电池的Li能与氧气、水反应,且SOCl2也能与水反应。学以致用质子交换膜燃料电池(PEMFC)常作为电动汽车的动力源。该燃料电池以氢气为燃料,空气为氧化剂,铂作催化剂,导电离子是H+。下列对该燃料电池的描述中正确的是(

)。A.①②③ B.②③④C.①②④ D.①③④答案:C解析:此题考查了原电池的基本原理,包括燃料电池的电极反应、总反应及电解质溶液中离子的移动等相关理论。通过分析,③反应条件是点燃,显然是错误的,其余各项均正确。1．下面是有关各种形式能量的相互转化途径的叙述，其中错误的是 (

)A．家庭液化气灶将化学能转变为热能B．灯泡将电能全部转变为光能C．光合作用将光能转变为化学能D．太阳能电池将太阳能转变为电能【答案】B【解析】灯泡除了将电能转变为光能之外，还转变为热能等其他形式的能量。2．(广东学业水平)一种以稀硫酸为电解质溶液的钒(V)蓄电池装置如下图所示，a、b为惰性电极。该电池放电时 (

)A．电能转化为化学能B．a为电池的正极C．H＋由a极移向b极D．b的电极反应式：V3+＋e－===V2+【答案】B3．下列关于化学电源的说法正确的是 (

)A．干电池放电之后还能再充电B．充电电池在放电和充电时都将化学能转化为电能C．充电电池可以无限制地反复放电、充电D．氢氧燃料电池是一种环境友好电池【答案】D【答案】D【解析】由电极反应式可知，X极上发生得到电子的还原反应，是原电池的正极；Y极上发生失去电子的氧化反应，是原电池的负极。5．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：由此可判断这四种金属的活动性顺序是 (

)A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞c D．a