化学反应与电能-高一化学下学期期中期末知识串讲（人教版2019必修第二册）

专题06化学反应与电能

【知识串讲】

一、火力发电的能量转化关系

燃烧我也蒸汽、,π…发电机、,4匕

化学能热能一>机械能一―7电能

火力发电的缺点：①化石燃料属于不可再生资源，用化石燃料发电会造成资源的浪费。

②火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。

③化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如So2、CO、No2、粉尘等)，污染环境。

二、原电池的工作原理

I.原电池的构成条件一两极一液一线一反应”

(1)两极——两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属)。

(2)一液——电解质溶液。

(3)一线—形成闭合回路。

(4)一反应——能自发进行的氧化还原反应。

2.原电池工作原理：

(1)装置示意图：

(2)工作原理(以铜、锌、稀硫酸原电池为例)

I______电子从负板选出，边人正极

2+

Zn-2e-=Zn+

2H+2e-=H2↑

Zn负极正极I

外电路电子的定向移动

静电作用

内电路离子的定向移动

知识要点实例

电极负极：还原性相对较强的金属锌板——负极一

构成正极：还原性相对较弱的金属或导电非金属铜板——正极

电极负极：失去电子，氧化反应负极：Zn-2e-=Zn2'

反应正极：得到电子，还原反应正极：2H+÷2e=H2

外电路：电子由负极流向正极，电流方向相

电子流外电路：电子由锌板经导线流向铜板

反；

向、电内电路：SOr移向锌板(负极)；ZM+移向铜

内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极，

流方向板(正极)

电流由负极流向正极

电极反应式与负极：Zn-2e=Zn2

总反应式的关两个电极反应式相加，即得总反应式正极：2H++2e~

系总反应式：Zn÷2H+=Zn2τ÷Ho

3.原电池正负极的判断方法：

较不活泼金

YT活泼金属电极材料

II属或非金属

判判

钝化反应电极反阂还原反应

断I断

为⅛T⅞.lll电子流向I电了流入为

负正

不断溶解电极增重或

极电极现象极

质吊:减小I质吊:不变

〈阴离子移向离子移向

【点拨】

(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)两个活泼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，既要考虑金属活泼性的强弱也要考虑电解质溶液性质。如Mg-Al-HCl溶液构

成的原电池中，负极为Mg；但是Mg-Al—NaoH溶液构成的原电池中，负极为Al,正极为Mg。

三、原电池原理的应用

I.加快化学反应速率

一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池可以加快反应速率。

——原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时

原理一

相互的干扰减小，使反应速率增大。

实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成

二j^2j原电池，加快反应速率。

2.比较金属活泼性强弱：

两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，

原理

.发生还原反应。

有两种金属A和B,用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，

实例

B极上有气泡产生。由原电池原理可知，金属活动性A>B。

3.用于金属保护

将被保护的金属与比其活泼的金属连接。

原理作原电池的正极的金属材料不参与反应

安的］要保护一个铁制的输水管道,可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。

4.设计原电池

(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧

化)，氧化剂为电解质溶液中的阳离子(或在正极上被还原)。

(2)步骤：以Fe+CuSO4-FeSO4+Cu为例。

步骤实例

将反应拆分负极反应Fe-2e^Fe2+

为电极反应正极反应Cu2+÷2e=Cu

负极：较活泼金属，一般为发生氧化反应的

选择电极Fe

金属

材料

正极：活泼性弱于负极材料的金属或石墨CU或C

选择电解质一般为与负极反应的电解质CUSO4溶液

⅛Fe

CuT

画出装置图—

CuSO4

/溶液

四、化学电源

化一次电池

学

电二次电池

源

燃料电池

1.一次电池——锌铳干电池

I

b—-石墨棒

—-MnO湖

构造示意图-NH£1糊

•*-锌编

5

负极锌筒锌被氧化，逐渐消耗

工作

电解质氯化钱糊

原理

正极石墨棒二氧化钵被还原

放电后不能充电

特点

便于携带，价格低

2.二次电池（充电电池）

（1）常见类型：铅酸蓄电池、银氢电池、锂离子电池等；

（2）特点

放电：化学能转化为电能；

充电：电能转化为化学能。

放电时发生的氧化还原反应，在充电时逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。

3.燃料电池

一种将燃料（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

特点：清洁、安全、高效；能量转化率可以达到80%以上；反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，

供电量易于调节。

燃料电池与一般的电池不同的是，反应物不是储存在电池内部，而是由外部提供，电池装置起着类似

于试管、烧杯等反应容器的作用。

工作原理：利用原电池的工作原理将燃料（如H2）和氧化剂（如02）分别在两个电极上反应所放出的化学能直

接转化为电能。（实验装置如下）

①氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性、碱性和中性三种。

酸性碱性中性

+2H+4OH-4e=4H^δ^^+

负极反应式2H2-4e=4H22H2-4e=4H

+---

正极反应式O2+4H+4e^=2H2OO2+2H2O+4e=40HO2+2H2O+4e=40H

电池总反应式2H2+O2=2H2O

②中烷氧燃料电池

该电池用金属销片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通中烷和氧气。电极反应式为：

2-

负极：CH4+1OOH^=CO3"+7H2O+8e

正极：2θ2+4H2O+8e-=8OtΓ

电池总反应式：CH」+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O

【注意】燃料电池的特点

(1)燃料燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，可以利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂(如02)反应所放出

的热能直接转变为电能。

(2)燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置。

(3)燃料电池如果以氢气为燃料时，产物为水;以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳。

(4)燃料电池与干电池和蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是用外加的设备，源源不

断地提供燃料和氧化剂，使反应能连续进行。

五、原电池电极反应式的书写

1.一般原电池电极反应式的书写

(1)首先确定电极名称。

(2)负极上电极材料本身发生氧化反应，正极上溶液中的微粒发生还原反应。

(3)根据电解质溶液确定电极反应后元素的存在形式。

(4)弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的以离子符号表示。注意：电解质溶液的成分对电极产物

的影响；燃料电池的电极材料本身不参与电极反应。

(5)根据电子守恒，使正、负极上得失电子总数相等。

2.特定燃料电池电极反应式的书写

第一步：写出电池总反应式。

燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。

如甲烷燃料电池(电解质：NaOH溶液)的反应式为

CH4+2O2=CO2+2H2O①

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O②

①式+②式得燃料电池总反应式为CH4+2θ2+2NaOH=Na2CO3+3H2CL

第二步：写出电池的正极反应式。

根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是。2,电解质溶液不同，其电极反应有所

不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：

常见介质注意事项

中性溶液反应物若是H+得电子或OH-失电子，则H-或OH-均来自于水的电离

酸性溶液反应物或生成物中均没有OH-

碱性溶液反应物或生成物中均没有PT

水溶液不能出现02—

(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：

+

02+4H+4e^=2H200

(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2+2H2O+4L=4OH,

(3)固体电解质(高温下能传导O?)环境下电极反应式：Q2+4e=202。

(4)熔融碳酸盐(