化学能与电能相互转化

1、第三节 化学反应与能量 -化学能与电能的相互转化mACuZn2+Cu2+SO4 2-SO4 2-ZnK+Cl-Zn2+mAZn-2e-=Zn2+Cu2+2e-=Cu离子通道离子库外电路内电路氧化反应盐桥还原反应+负极正极双液原电池的工作原理和意义双液原电池的工作原理和意义1 1、双液原电池由、双液原电池由两个半电池两个半电池组成，每个半电池的电极与电解质溶组成，每个半电池的电极与电解质溶液互不反应，电池反应的还原剂和氧化剂分别位于两个半电池中，液互不反应，电池反应的还原剂和氧化剂分别位于两个半电池中，中间通过盐桥连接形成闭合回路。中间通过盐桥连接形成闭合回路。2、电极反应：、电极反应： 负极（

2、负极（Zn）：）：Zn 2e- = Zn2+（氧化反应）（氧化反应） 正极（正极（Cu）：）：Cu2+ + 2e- = Cu（还原反应）（还原反应）3、电池反应：、电池反应： Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu4、外电路：、外电路： 电子由负极（电子由负极（Zn）正极（正极（Cu） 电流由正极（电流由正极（Cu）负极（负极（Zn） 内电路：内电路：阳离子移向正极（阳离子移向正极（Cu），阴离子移向负极（），阴离子移向负极（Zn）5、盐桥的作用：、盐桥的作用：通过阴、阳离子的定向移动，在内电路形成电流回路而不断电流。通过阴、阳离子的定向移动，在内电路形成电流回路而不断电流。 6、意义：、

3、意义： 随开随用，并能长时间产生持续、稳定的电流。随开随用，并能长时间产生持续、稳定的电流。原电池正、负极判断原电池正、负极判断“四角度四角度”电解池电解池原电池原电池定义定义形成条件形成条件电极名称电极名称电极反应电极反应电子流向电子流向离子移动离子移动方向方向能否自发能否自发进行进行将电能转变成化学能的装置将电能转变成化学能的装置将化学能转变成电能的装置将化学能转变成电能的装置直流电源直流电源两个电极两个电极电解质溶液或熔融电解质电解质溶液或熔融电解质形成闭合回路形成闭合回路活泼性不同的两电极活泼性不同的两电极电解质溶液电解质溶液或熔融态电解质或熔融态电解质形成闭合回路形成闭合回路自发的氧

4、化还原反应自发的氧化还原反应阳极：与电源正极相连阳极：与电源正极相连阴极：与电源负极相连阴极：与电源负极相连负极：较活泼金属负极：较活泼金属正极：较不活泼金属（或能导电正极：较不活泼金属（或能导电的非金属）的非金属）阳极：氧化反应阳极：氧化反应阴极：还原反应阴极：还原反应负极：氧化反应负极：氧化反应正极：还原反应正极：还原反应电源负极电源负极 电解池阴极电解池阴极电解池阳极电解池阳极 电源正极电源正极负极负极 导线导线 正极正极阳离子移向阴极放电，阳离子移向阴极放电，阴离子移向阳极放电阴离子移向阳极放电阳离子移向正极阳离子移向正极阴离子移向负极阴离子移向负极反应不能够自发进行反应不能够自发进行

5、反应能够自发进行反应能够自发进行电解电解CuCl2溶液溶液碳棒碳棒用镊子夹取用镊子夹取KI-淀粉试纸湿润后检验淀粉试纸湿润后检验Cl2 (不能用手直接拿不能用手直接拿) e-e-e-e-e-e-电解池中离子和电子的移动方向电解池中离子和电子的移动方向 Cl- -Cu2+ H+OH- Cl- -电解放电顺序：电解放电顺序：阴极：氧化性强的离子先得电子阴极：氧化性强的离子先得电子金属越不活泼的对应阳离子氧化性越强，越容易得电子。金属越不活泼的对应阳离子氧化性越强，越容易得电子。金属金属 S2IBrClOH(水水) NO3SO42F 阳极：还原性强的离子先失电子阳极：还原性强的离子先失电子Ag+Hg

6、2+Cu2+H+(水水)Pb2+Fe2+ Na+Ca 2+ K+ 当当阳极是金属电极阳极是金属电极（除铂外）时，阳极金属本身先放电，（除铂外）时，阳极金属本身先放电，发生氧化反应。发生氧化反应。惰性电极电解的惰性电极电解的“四大类型四大类型”类型一电解水型类型一电解水型实例实例电极反应特点电极反应特点电解质电解质浓度浓度pHpH电解质溶电解质溶液复原液复原NaOHNaOH阴极阴极:4H:4H+ +4e=2H+4e=2H2 2阳极阳极: :4OH4OH- -4e=2H-4e=2H2 2O+OO+O2 2增大增大增大增大加水加水H H2 2SOSO4 4增大增大减小减小加水加水NaNa2 2SOS

7、O4 4增大增大不变不变加水加水类型二电解电解质型类型二电解电解质型类型三放类型三放H H2 2生碱型生碱型实例实例电极反应特点电极反应特点电解质电解质浓度浓度pHpH电解质溶电解质溶液复原液复原HClHCl电解质电离出的阴、阳离子电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电分别在两极放电减小减小增大增大通氯化氢通氯化氢CuClCuCl2 2减小减小加氯化铜加氯化铜实例实例电极反应特点电极反应特点电解质电解质浓度浓度pHpH电解质溶电解质溶液复原液复原NaClNaCl阴极阴极:H:H2 2O O放放H H2 2生成碱生成碱阳极阳极: :电解质阴离子放电电解质阴离子放电生成新生成新电解质电解质增大增大

8、通氯化氢通氯化氢类型四放类型四放O O2 2生酸型生酸型实例实例电极反应特点电极反应特点电解质浓度电解质浓度pHpH电解质溶电解质溶液复原液复原CuSOCuSO4 4阴极阴极: :电解质电解质阳离子放电阳离子放电阳极阳极:H:H2 2O O放放O O2 2生成酸生成酸生成新电解质生成新电解质 减小减小加氧化铜加氧化铜电镀与精炼铜电镀与精炼铜 CuSO4 溶液溶液铁铁 铜铜电镀电镀 精炼铜精炼铜+粗粗铜铜纯纯铜铜CuSO4溶液溶液 电镀电镀 精炼铜精炼铜电电 极极材材 料料电解质电解质溶液溶液电电极极反反应应式式浓度的浓度的变化变化阳极阳极镀层金镀层金(Cu)阴极阴极待镀金属待镀金属 (Fe)含

9、有含有镀层金属离子镀层金属离子的的电解质溶液电解质溶液阴极：阴极： Cu2+2e-Cu阳极：阳极： Cu2e-Cu2+Cu2+ 浓度浓度不变不变阳极阳极粗铜粗铜(含少量含少量Zn、 Fe、Ag、Au等等)阴极阴极精铜精铜(纯铜纯铜)CuSO4 溶液溶液阴极（精铜）阴极（精铜） ：Cu2+2e-Cu阳极阳极(粗铜粗铜): Zn 2e-Zn2+ ；Fe 2e-Fe2+ Cu 2e-Cu2+阳极泥：阳极泥：Ag、AuCu2+ 浓度浓度变小变小化学腐蚀与电化学腐蚀比较化学腐蚀与电化学腐蚀比较:化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀条件条件金属跟非金属单质或金属跟非金属单质或非电解质液体直接接触非电解质液

10、体直接接触不纯金属或合金不纯金属或合金跟电解质溶液接触跟电解质溶液接触现象现象 无电流产生无电流产生有微弱电流产生有微弱电流产生本质本质 金属被氧化金属被氧化较活泼金属被氧化较活泼金属被氧化联系联系 两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较Fe2O3 nH2O（铁锈铁锈）通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。通常两种腐蚀同时存在，但以后者更普遍。析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀条件条件水膜呈水膜呈酸性酸性。水膜呈水膜呈中性中性或碱性或或碱性或酸性酸性很弱很弱。电极反应电极反应负极负极Fe(- )Fe-2e=Fe2+

11、2Fe-4e=2Fe2+正极正极C(+)2H+ + 2e = H2O2+2H2O+4e=4OH-总反应总反应:Fe + 2 H+ = Fe2+ H2 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3联系联系原理原理 ： 形成原电池反应时，让形成原电池反应时，让被保护金属做正极（阴被保护金属做正极（阴极）极），不反应，起到保护作用；而活泼金属，不反应，起到保护作用；而活泼金属做做负极（阳极），负极（阳极），反应受到腐蚀。反应受到腐蚀。(1)(1)牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法3 3、电化学、电化学金属的防腐金属的防腐1、直接隔离法：如：镀锌

12、（电镀）、涂防锈漆。、直接隔离法：如：镀锌（电镀）、涂防锈漆。2、改变本质、改变本质 (改变钢铁内部的组成和结构改变钢铁内部的组成和结构)： 如：不锈钢如：不锈钢牺牲阳极牺牲阳极的的阴极保护法阴极保护法示意图示意图 （2 2）外加电流的阴极保护法外加电流的阴极保护法 将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使使被保护的金属作为阴极被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。下列各情况，在其中下列各

13、情况，在其中Fe片腐蚀由片腐蚀由快快到到慢慢的顺序是的顺序是(5)(2)(1)(3)(4)下列装置中四块相同的下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速片，放置一段时间后腐蚀速率由率由慢慢到到快快的顺序是的顺序是(4)(2)(1)(3)金属腐蚀的快慢判断：金属腐蚀的快慢判断：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀化学电池的种类化学电池的种类 一次电池（一次电池（普通、碱性锌锰干电池；普通、碱性锌锰干电池； 锌银电池；锂电池）锌银电池；锂电池） 二次电池二次电池（充电电池、蓄电池）（充电电池、蓄电池） 燃

14、料电池燃料电池一、一次电池一、一次电池1、碱性锌锰干电池：、碱性锌锰干电池：负极（锌筒）：负极（锌筒）： Zn 2e2OHZn(OH)2正极（正极（MnO2）：）：2MnO22H2O2e2MnOOH2OH电解质是电解质是KOH电池总反应为：电池总反应为：Zn +2MnO2+2H2O Zn(OH)2+2 MnOOH请写出锌银电池的电极反应式请写出锌银电池的电极反应式二、二次电池二、二次电池铅蓄电池：铅蓄电池： 负极（负极（Pb）：）：Pb 2eSO42 PbSO4正极（正极（PbO2）：）：PbO2+2e-+4H+ SO42 PbSO4 +2H2O电池总反应为：电池总反应为：PbPbO2+2H2

15、SO4 2PbSO4 + 2H2O放电充电三、燃料电池三、燃料电池 1、氢氧燃料电池：、氢氧燃料电池：（1）酸性电解质：）酸性电解质：负极：负极：H2 -2e- = 2H+正极：正极：1/2 O2 + 2H+ + 2e- = H2O总反应：总反应：H2 + 1/2 O2 = H2O（2）碱性电解质：）碱性电解质：负极：负极：H2 -2e- + 2OH- = 2H2O正极：正极：1/2 O2 + H2O + 2e- = 2OH-总反应：总反应：H2 + 1/2 O2 = H2O2、甲烷燃料电池：、甲烷燃料电池：一般是由一般是由O2作氧化剂，作氧化剂，O2为正极反应物，发生还原反应为正极反应物，发生还原反应。可燃物为还原剂，所以可燃物为还原剂，所以可燃物为负极反应物，发生氧化反应可燃物为负极反应物，发生氧化反应。1、燃料电池在放电时发生的总反应和燃料燃烧时的总反应实质、燃料电池在放电时发生的总反应和燃料燃烧时的总反应实质相同，但反应方程式不一定相同。相同，但反应方程式不一定相同。如：甲烷燃料电池总反应和燃烧反应方程式：如：甲烷燃料电池总反应和燃烧反应方程式： 酸性介质时：酸性介质时：CH4+2O2 CO2+2H2