专题14化学能与电能.ppt

1、专题14 化学能与电能,禄丰一中高三化学备课组,专题14 化学能与电能,2013年高考一轮复习,1、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。 2、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。,【考纲要求】,一、原电池原理,将化学能转化为电能的装置。,1、定义：,本质：,能自发进行氧化还原反应。,氧化反应,Zn-2e=Zn2+,负极,还原反应,2H+2e- =H2,正极,2、原电池工作原理,（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_

2、反应。,【练习】,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。,负,Zn -2e - = Zn2+,氧化,正,2H+2e- =H2,还原,负,Zn -2e - = Zn2+,氧化,正,Cu2+ + 2e - = Cu,还原,3、原电池的形成条件：,能自发进行氧化还原反应。,两个活泼性不同的个电极,有电解质溶液(一般与活泼性强的电极发生氧化还原反应),形成闭合回路（或在溶液中接触）,A,B,C,D,E,F,M,N,O,X,X,

3、X,X,【练习】下列哪些装置能形成原电池？,4、原电池的正、负极的判断方法：,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,负极 正极,5、对原电 池工作原理的进一步探究,盐桥的作用：使Cl-向ZnSO4溶液方向移动，K+则向CuSO4溶液方向移动，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液一直保持电中性，从而使电子部断从Zn极流向Cu极，是电流持续传递。,总反应：Zn + Cu2+= Zn2+ + Cu,原电池的氧化反应和还原反应分别在两个

4、电极上进行，与原电池装置本质上是完全相同的。,Zn2e- =Zn2+,Cu2+2e- =Cu,铜半电池,锌半电池,盐桥的作用：1、使整个装置形成闭合回路。 2、平衡电荷。,（2010广东理综23）铜锌原电池(如图9)工作时，下列叙述正确的是（ ） A、正极反应为：Zn-2e-=Zn2+ B、电池反应为：Cu2+Zn=Cu+Zn2+ C、在外电路中，电子由负极流向正极 D、盐桥中的K+移向ZnSO4溶液,BC,利用原电池原理设计新型化学电池；,改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；,进行金属活动性强弱比较；,电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌；,6、

5、原电池的应用：,例如：Cu+2AgNO3=Cu(NO3)+2Ag,【练习】把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若A、B相连时，A为负极；C、D相连，D上有气泡逸出；A、C相连时A极减轻；B、D相连，B为正极。则四种金属的活泼性顺序由大到小排列为 （ ） A、ABCD B、ACBD C、ACDB D、BDCA,C,化学电池,氢气、甲醇、天然气、煤气与氧气组成燃料电池,二、化学电源,负极Zn,正极MnO2,电池反应：,电解质KOH,Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2,2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-,Zn+2MnO2+2

6、H2O=2MnOOH+Zn(OH)2,碱性锌锰电池的优点： 电流稳定，放电容量、时间比干电池增大几倍，不会气涨或漏液。,1、一次电池碱性锌锰干电池,普通锌锰干电池的结构,不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒，盒内靠正极一端填充由Ag2O和少量石墨组成的正极活性材料，负极盖一端填充锌汞合金作负极活性材料，电解质溶液为浓KOH溶液。,锌-银电池：,负极：,正极：,总反应：,Zn+ 2OH- -2e- =Zn(OH)2,Ag2O +H2O +2e- =2Ag +2OH-,Zn + Ag2O +H2O= Zn(OH)2 + 2Ag,钮扣电池：,负极：,放电过程（原电池）,总反应：Pb+PbO2+

7、2H2SO4=2PbSO4+2H2O,正极：,Pb + SO42- - 2e- = PbSO4（氧化反应）,PbO2+4H+SO42-+2e-=PbSO4 +2H2O（还原反应）,2、二次电池铅蓄电池,总反应：2PbSO4+2H2O = Pb+PbO2+2H2SO4,阳极,阴极,充电过程（电解池）,PbSO4+2H2O-2e- = PbO2+4H+SO42- （氧化反应）,PbSO4+2e- = Pb+SO42-（还原反应）,接电源负极：,接电源正极：,【练习】碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为： Zn(s)+2MnO2(

8、s)+H2O(l) = Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s) 下列说法错误的是 ( ) A、电池工作时，锌失去电子 B、电池正极的电极反应式为： 2MnO2 + H2O(l) +2e- = Mn2O3(s) + 2OH-(aq) C、电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D、外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g。,C,3、燃料电池,燃料电池的书写方法：,3、总反应减正极反应式得负极反应式。,2、以钢铁吸氧腐蚀正极反应为依据写出O2极的电极反应，若该反应的产物能和电解质溶液反应的写出反应式，两式相加得该电极反应式。,1、写出燃料燃烧的化学方程式，如果产物能和电解质溶液

9、反应的写出反应方程式，两方程式相加得电池总反应。,氢氧燃料电池：,中性条件：,碱性条件：,负极(Pt)：,负极(Pt)：,电池总反应：2H2+O2=2H2O,正极(Pt)：,正极(Pt)：,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-,2H2- 4e- + 4OH- = 4H2O,O2+ 2H2O + 4e- = 4OH-,酸性条件：,负极(Pt)：,正极(Pt)：,2H2- 4e- = 4H+,O2+ 4e- + 4H+ = 4H2O,正极：2O2 + 4H2O +8e- = 8OH-,思考：甲醇燃料电池 （电解质为KOH）,【拓展】写出以铂为电极KOH溶液为

10、电解质溶液，甲烷为燃料的电池电极反应和总反应。,总反应：CH4 + 2O2 + 2OH- = CO32- + 3H2O,负极：CH4 + 10OH- - 8e- = CO32- + 7H2O,（08北京卷）据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车将在奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。下列有关电池的叙述不正确的是（ ） A正极反应式为：O22H2O4e- = 4OH- B工作一段时间后，电解液中的KOH的物质的量不变 C该燃料电池的总反应方程式为：2H2O2 = 2H2O D用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2(标准状况)时，有0.1mol电子转移

11、,D,三、电解原理,把电能转化为化学能的装置。,1、电解池：,Cu2+ 2e-=2Cu,2Cl-2 e- =Cl2,阳极,阴极,2、构成电解池的条件：,与直流电源相连的两个电极；,有电解质溶液或熔融电解质；,形成闭合回路。,阴极与电源负极相连阳离子移向发生还原反应,阳极与电源正极相连阴离子移向发生氧化反应,(简记：阳氧阴还 ),3、电子流向：,电源负极电解池阴极,电解池阳极电源正极,注意：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中流动。,实质上：电解质溶液导电的过程，就是电解质溶液电解过程。,【例题】 右图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关的判断正确的是（ ） A、a为负极

12、、b为正极 B、a为阳极、b为阴极 C、电解过程中，氯离子浓度不变 D、电解过程中，d电极质量增加,D,(1) 阳极：,4、电解产物的判断,S 2-I -Br -Cl -OH - 含氧酸根离子(NO3-、SO42- ) F-,若为惰性电极(C、Pt 等)，则是溶液中的阴离子放电，放电顺序如下：,若为活性电极(金属活动顺序表Ag以前金属)，则是电极材料失电子被溶解 ，溶液中的阴离子不放电；,(2)阴极：无论是活性或惰性电极都是溶液的阳离子放电，则放电顺序如下：,Ag+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+ Al3+ Mg2+ Na+ Ca2+ K+,【练习】写出用惰性电极电解下列物

13、质的电极反应式和总反应式，试分析电解后溶液的pH的如何变化？,阳极： 4OH- - 4e- =2H2O+O2,(1) NaOH,阴极： 4H+ 4e- = 2H2 ,(2) H2SO4,阳极： 4OH- - 4e- = 2H2O+O2,阴极： 4H+ 4e- = 2H2 ,(3) CuCl2,阳极： 2Cl- - 2e- = Cl2,阴极： Cu2+ + 2e- = Cu,(4) CuSO4,阳极： 4OH- - 4e- = 2H2O+ O2,阴极： Cu2+ + 2e- = Cu,小结：电解质溶液用惰性电极电解的规律：,阳极：4OH-4e=O2+2H2O,阴极：4H+4e-=2H2,阳极：2

14、Cl-2e- =Cl2,阴极：4H+4e=2H2,阳极：2Cl-2e- =Cl2,阴极：Cu2+2e-=Cu,阳极：2Cl-2e- = Cl2,阴极：H+2e-=H2,阳极：4OH- 4e-=O2+2H2O,阴极：2Cu2+4e-=2Cu,减小,增大,不变,增大,增大,减小,H2O,HCl,CuCl2,HCl,CuO,（08全国卷）右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置，通电后在石墨电极a和b附近分别滴加石蕊溶液，下列实验现象正确的是( ) A逸出气体的体积：a电极的小于b电极的 B电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体 Ca电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色 Da电极附近呈蓝色，b

15、电极附近呈红色,D,3、如图所示装置，指出A、B池的名称、电极名称、电极反应式、二池pH值的变化情况。,A池：原电池,B池：电解池,a负极：Zn-2e-=Zn2+ b正极：2H+ +2e-=H2,工作一段时间后溶液pH增大,c阳极：4OH-4e- = 2H2O+O2 d阴极：Cu2+ +2e- = Cu,工作一段时间后溶液pH减小,四、电解原理的应用,1、电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气（氯碱工业）,阳极： 阴极：,2Cl2e=Cl2 （氧化反应）,2H+2e=H2 （还原反应）,总反应：,思考：电解池两极各产生什么现象？若在两极附近滴加酚酞试液，会有什么现象？ 怎样初步检验两极产物的生成？,

16、阳极产物,氯碱工业（离子交换膜法）,利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。,2、电镀：,阳极：镀层金属；,阴极：待镀的金属制品；,电镀液：用含有镀层金属离子的电解质溶液。,实质：阳极参加反应的电解。,电镀的构成条件:,电镀铜原理装置,阴极：Cu2+ + 2e- = Cu,阳极：Cu2e- = Cu2+,3、铜的电解精炼,阴极(纯铜)： Cu2+ + 2e- = Cu,阳极(粗铜) ：Cu 2e- = Cu2+,比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；,比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；,电解前后电解质溶液中CuSO4的浓度基本不变。,制取金

17、属钠,电解熔融状态的氯化钠。,阳极：,2Cl - 2e- = Cl2,阴极：,2Na+ + 2e- = 2Na,总反应：,4、电冶金,由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解法是冶炼金属的一种重要的方法。对于冶炼像Na、Ca、Mg、Al这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。,制取金属铝,电解熔融状态的氧化铝。,阳极：,6 O2- 12e- = 3O2,阴极：,4 Al 3+ + 12e- = 4Al,总反应：,助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠）,思考：工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?,AlCl3为分子晶体，在融融状态下不电离，不导电，不能被电解

18、。,（05天津高考12 ）金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（ ） （已知：氧化性Fe2+Ni2+Cu2+） A阳极发生还原反应，其电极反应式： Ni2+ + 2e = Ni B电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加 相等 C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+ 和 Zn2+ D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt,D,1、金属的腐蚀,化学腐蚀,析氢腐蚀,电化学腐蚀,吸氧腐蚀,正极：2H2O + O2 + 4e- = 4OH-,负极（铁）：Fe 2e- = Fe2+,五、金属的腐蚀及防护,（主要）,条件：水

19、膜呈酸性,条件：水膜呈中性或弱酸性,2、金属防护方法：, 改变金属的内部结构；, 在金属表面覆盖保护层；,电化学保护法,正极： 2H+ + 2e- = H2,负极（铁）：Fe 2e- = Fe2+,外加电流的阴极保护法,牺牲阳极的阴极保护法,1、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：,（1）,若液面上升，则溶液呈 性，发生 腐蚀,电极反应式为：负极： , 正极：,若液面下降，则溶液呈 性，发生腐蚀，电极反应式为：负极： 正极： 。,（2）,中性或碱性,吸氧,Fe2e-Fe2+,O2+2H2O+4e-4OH,酸性,析氢,Fe2e-Fe2+,2H+2e-H2,【课堂练习】,小结：原电池、电解池、电镀池的区别,两电极接直流电源 电解质溶液 形成闭合回路,活泼性不同的两电极 电解质溶液 形成闭合回路,形成条件,将电能化学能,化学能电能,定义,装