必修化能与电能.doc
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1、第一节 化 学 能 与 电 能原电池1.原电池:原电池是将化学能转化为电能的装置。其实质是利用自发进行的氧化还原反应将化学能转化为电能。 1.1 原电池原理: 、原电池:将化学能转变成电能的装置 、形成条件:活动性不同的两电极(连接); 电解质溶液(插入其中并与电极自发反应); 电极形成闭合电路 能自发的发生氧化还原反应 、电极名称: 负极:较活泼的金属(电子流出的一极) Zn2eZn2 正极:较不活泼的金属或能导电的非金属(电子流入的一极) 2H2eH2 总反应式: Zn+2H+=Zn2+H2 、电极反应: 负极:氧化反应,金属失电子 正极:还原反应,溶液中的阴离子得电子或氧气得电子(吸氧腐
2、蚀) 、电子流向:由负极沿导线流向正极锌-铜电池,负极-Zn,正极-Cu。负极:Zn-2e=Zn2+,电解质溶液稀硫酸。正极:2H+2e=H2总反应:2H+Zn=H2+Zn2+2、正、负极的判断: (1)从电极材料:一般较活泼金属为负极;或金属为负极,非金属为正极。(2)从电子的流动方向 负极流入正极 (3)从电流方向 正极流入负极 (4)根据电解质溶液内离子的移动方向 阳离子流向正极,阴离子流向负极 (5)根据实验现象溶解的一极为负极 增重或有气泡一极为正极 注意:如果在铜锌的导线中加一个电流计,电流计指针会发生偏转。随时间的延续,电流计指针的偏转角度逐渐减小。盐桥的作用:盐桥起到了使整个装
3、置构成通路的作用例如:铜锌原电池中用到了盐桥现象:、检流计指针偏转,说明有电流通过。从检流计指针偏转的方向可以知道电流的方向是Cu极Zn极。根据电流是从正极流向负极,因此,Zn极为负极,Cu极为正极。而电子流动的方向却相反,从Zn极Cu极。电子流出的一极为负极,发生氧化反应;电子流入的一极为正极,发生还原反应。一般说来,由两种金属所构成的原电池中,较活泼的金属是负极,较不活泼的金属是正极。其原理正是置换反应,负极金属逐渐溶解为离子进入溶液。反应一段时间后,称重表明,Zn棒减轻,Cu棒增重。、取出盐桥,检流计指针归零,重新放入盐桥,指针又发生偏转,说明盐桥起到了使整个装置构成通路的作用。盐桥是装
4、有饱和KCl琼脂溶胶的U形管,溶液不致流出来,但离子则可以在其中自由移动。盐桥是怎样构成原电池中的电池通路呢?Zn棒失去电子成为Zn2+进入溶液中,使ZnSO4溶液中Zn2+过多,带正电荷。Cu2+获得电子沉积为Cu,溶液中Cu2+过少,SO42-过多,溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性,将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在,其中Cl-向ZnSO4 溶液迁移,K+向CuSO4 溶液迁移,分别中和过剩的电荷,使溶在两个烧杯中分别放入锌片和锌盐溶液、铜片和铜盐溶液,将两个烧杯中的溶液用一个装满电解质溶液的盐桥(如充满KCl饱和溶液和琼脂制成的胶冻)连接起来,再用导线将锌片和铜片联接,并在导线中串联
5、一个电流表,就可以观察到下面的现象:(1)电流表指针发生偏转,根据指针偏转方向,可以判断出锌片为负极、铜片为正极.(2)铜片上有铜析出,锌片则被溶解.(3)取出盐桥,指针回到零点,说明盐桥起了沟通电路的作用.原电池的应用主要有两方面:其一,利用原电池自发进行的氧化还原反应,开发化学电源;其二,抑制原电池反应发生,应用于金属腐蚀的防护。 常见的化学电源 锌-锰干电池正极-石墨棒,负极-锌筒, 电解质-淀粉湖-NH4Cl与碳粉、MnO2的混合物。 负极反应:Zn-2e- =Zn2+ ,(氧化反应) 正极反应: 2NH4+ + 2e- +2MnO2 = Mn2O3 + H2O+2NH3 ;(还原反应
6、) 电池反应:Zn + NH4Cl + MnO2 = ZnCl2 + 2NH3 + Mn2O3 + H2O 铅蓄电池 电解质溶液为(电解液:1.25g/cm31.28g/cm3的H2SO4 溶液放电时: 负极-Pb: Pb-2e- + SO42- = PbSO4 ;(氧化反应) 正极-Pb(PbO2):PbO2+2e-+4H+SO42-= PbSO4+2H2O(还原反应) 电池总反应 Pb+PbO2+2H2SO4= PbSO4+ 2H2O充电时: 阴极: PbSO4 + 2e- = Pb + SO42- 阳极:PbSO4-2e- + 2H2O = PbO2 + 4H+SO42- 锌-银钮扣电池
7、 锌为负极,氧化银为正极,KOH溶液为电解质溶液。负极(Zn): Zn2e- + 2OH- = ZnO + H2O (氧化反应) 正极(Ag2O): Ag2O + 2e- + H2O = 2Ag + 2OH- ;(还原反应)电池总反应 Zn + Ag2O = ZnO + 2Ag 燃烧电池 利用可燃物与O2的反应开发的电源,燃料电池与普通电池的区别:不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内,而是工作时不断从外界输入,同时电极反应产物不断排出电池。燃料电池的原料,除氢气和氧气外,也可以是CH4、煤气、燃料、空气、氯气等氧化剂。常见有:氢氧燃烧电池、烃类(如 CH4、C2H6)燃烧电池、醇类(如C2
8、H5OH) 燃烧电池、肼(H2N-NH2)-空气燃料电池等。负极(Zn): H24e- + 4OH- = 4H2O (氧化反应)正极(Ag2O): O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- ;(还原反应)电池总反应 2H2+O2 = 2H2O 电化学中电极方程式的书写原则及计算一、 化学电池的构造(一)常见化学电池:(二)原电池的要素:两个 的电极,电解质溶液(盐桥), (三)方法:1、总反应中的还原剂在负极失电子,发生氧化反应。 2、总反应中的氧化剂在正极得电子,发生还原反应。注意:若正负极的产物会同所处的电解质溶液反应的话,则必须考虑产物同电解质溶液的反应。即电极反应的产物必须能稳定地
9、存在与电解质溶液中。在电极方程式中,负极失电子,正极得电子,且电子得失相等。无论是正极、还是负极电极方程式,方程式两边电荷相同。 这也是判断电极方程式是否正确的一个方法。二、 解原电池问题常用思路:(一)找准正负极(利用氧化还原原理/注意与电解池的区别)例1:在Zn-Mn原电池中,总方程式为:Zn+2NH4+=Zn2+2NH3+H2正极: 负极: (二)找准放电物质:负极一般为金属或易失去电子的物质,正极要考虑是得电子能力 的物质,不一定是电极。如:Zn|OH|Ag2O,正极为: 而在Zn|H+|Cu,正极为: 例2:在Zn-Mn原电池中正极放电的是: 负极放电的是: (三)看清溶液的酸碱性如
10、果是酸性:注意一般情况下在正极有H+参与反应如果是碱性:注意一般情况下在负极有OH-参与反应例3:正极负极正极反应负极反应H2|H+|O2 ;H2|OH|O2 例4:已知某电池的负极反应为:Cd-2e-+2OH=Cd(OH)2 正极反应为:2NiO(OH)2+2e+2H2O=2Ni(OH)2+2OH 则正极为: 负极为: 电解质溶液可能为: 总反应方程式为: (四)电荷是否守恒正负极相加后就直接=化学反应方程式如H2-2e=2H+(有问题,与下面无法直接加和)可改为: O2+4e+2H2O=4OH三、电化学的计算 (1)电子总数=氧化反应中的失电子总数=还原反应中的得电子数 (2)根据得电子数
11、计算原溶液中某种溶质的物质的量例: 500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3)6.0 molL1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到22.4 L气体(标准状况),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是 ( )A原混合溶液中c(K)为2 molL1 B上述电解过程中共转移4 mol电子C电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol D电解后溶液中c(H)为2 molL1习 题 模 拟一、基础习题:1、如图所示,两电极一为碳棒,一为铁片,若电流表的指针发生偏转,且a极上有大量气泡生成,则以下叙述正确的是 ( )a A、a为负极,是铁片,烧杯中的溶
12、液为硫酸 Gb B、b为负极,是铁片,烧杯中的溶液为硫酸铜溶液 C、a为正极,是碳棒,烧杯中的溶液为硫酸 D、b为正极,是碳棒,烧杯中的溶液为硫酸铜溶液2、把a、b、c、d 4块金属片浸泡在稀硫酸中,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相连时,c为负极;a、c相连时,c为正极;b、d相连时,b为正极。则这4种金属的活动性顺序由大到小为 ( )A、a b c d B、a c d b C、 c a b d D、b d c a 3、已知空气锌电池的电极反应:锌片:Zn2OH2e ZnO H2O,石墨:1/2 O2H2O 2e 2OH据次推断锌片是 ( ) A、负极,被氧
13、化 B、负极,被还原 C、正极,被氧化 D、正极,被还原4、下列关于原电池的叙述中,正确的是 ( )A、原电池能将化学能转变为电能 B、原电池的负极得电子,发生还原反应C、原电池工作时,其正极不断产生电子并经外电路流向负极D、原电池的电极一定要由两种不同的金属组成5、等质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀硫酸,同时向a中加入少量的CuSO4溶液,下列各图表示的是产生H2的体积V与时间t的关系,其中正确的是 ( )ttttVVVVabbababaA、 B、 C、 D、6、用铁片与稀硫酸反应制取氢气时,下列措施不能使反应速率加快的是 ( ) A、加热 B、不用稀硫酸,改用98浓硫酸 C、滴加少量
14、CuSO4溶液 D、不用铁片,改用铁粉7原电池产生电流的本质原因是 ( )A原电池中溶液能电离出自由移动的离子B有两根导线将两个活泼性不同的电极连接C电极上进行的氧化还原反应的生成物为电子D电极上进行的氧化还原反应中会有电子的转移8某原电池的离子方程式是 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu,该原电池正确的组成是 ( )正极负极电解质溶液ACuZnHClBZnCuCuSO4CCuZnCuSO4DCuZnZnCl29已知空气-锌电池的电极反应为:锌粒:Zn + 2OH 2e = ZnO + H2O石墨:O2 + H2 + 2e = 2OH。根据判断,锌片是 ( )A正极,并被还原 B正极,
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