第四章化學(xué)反應(yīng)與電能

第一節(jié)原電池

一、原電池的工作原理

1、原電池的構(gòu)成條件

（1）定義：能把轉(zhuǎn)化為的裝置。

（2）實(shí)質(zhì)：利用能自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

（3）構(gòu)成條件：①兩個(gè)的電極；②溶液;③形成回

路；④自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)。

2、實(shí)驗(yàn)4-1：鋅銅原電池的工作原理

e-

——

-電流表94-

A---—鹽橋

—一—

裝置示意圖三二二

三三■三ZnCu二三三

———

t___

ZnSO,溶液CuSO,溶液

注：鹽橋中裝彳年含KC1飽和溶液的瓊膠

現(xiàn)象鋅片_____________,銅片上________,__電__流表指針發(fā)生

能量轉(zhuǎn)換化_______________轉(zhuǎn)化為_(kāi)________________

在硫酸鋅溶液中，負(fù)極一端的___________失去電子形成____________進(jìn)入溶液

微觀探析

在硫酸銅溶液中，正極一端的__________獲得電子變成___________沉積在銅片上

電子或離子電子：_____________極流向_____________極

移動(dòng)方向鹽橋：_____________移向ZnSCU溶液，_____________移向CuSCU溶液

負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+（_________反應(yīng)）

工作原理，

正極：Cu2++2e^^=Cu（_________反應(yīng)）

電極反應(yīng)式

總反應(yīng)：Zn+Cu2+^=Zn2++Cu

（1）Zn-ZnSCU半電池：在ZnSCU溶液中，鋅片逐漸溶解，即Zn被,鋅原子失去電子，形

成Zn2+進(jìn)入溶液，即Zn—2l=Zn2+；從鋅片上釋放出的,經(jīng)過(guò)導(dǎo)線流向銅片。

（2）Cu-CuS04半電池：CuSC）4溶液中的Ci?+從銅片上得到,為銅單質(zhì)

并沉積在銅片上，即Cu?++2e—^=Cu。

（3）鹽橋的作用：電池工作時(shí)，鹽橋中的會(huì)移向ZnSCU溶液，移向CuSCU

溶液，使兩溶液均保持電中性。當(dāng)取出鹽橋后，形成斷路，反應(yīng)停止。

1

3、原電池工作原理

(1)原理圖解

電子沿導(dǎo)線傳遞產(chǎn)生電流

發(fā)生氧化反應(yīng)(發(fā)生還原反應(yīng)

負(fù)

極

極

正

一

一

，

陰

陽(yáng)

離

離

子

子

移

移

向

向

_｛電解質(zhì)溶液1_

(2)電極名稱與反應(yīng)類(lèi)型：正極—反應(yīng)；負(fù)極一反應(yīng)。

(3)電子流向：負(fù)極—正極。

(4)電流方向：正極T負(fù)極。

(5)離子流向：陽(yáng)離子一極；陰離子一極。

4、原電池的應(yīng)用

(1)加快氧化還原反應(yīng)的速率：構(gòu)成原電池的反應(yīng)速率比直接接觸的反應(yīng)速率快。

例如：在鋅與稀H2s。4反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液，CuSO4與鋅發(fā)生置換反應(yīng)生成，從而形

成Cu—Zn微小原電池，加快產(chǎn)生____________的速率。

(2)比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱

例如：有兩種金屬a和b,用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中，觀察到a極溶解，b極上有氣泡產(chǎn)生。由此可判斷

出a是、b是,且金屬活動(dòng)性：?

(3)設(shè)計(jì)原電池

例如：2FeCl3+Cu=2FeCb+CuCl2

①化合價(jià)升高的物質(zhì)負(fù)極：Cu

②活潑性較弱的物質(zhì)正極：C

③化合價(jià)降低的物質(zhì)電解質(zhì)溶液：FeCls

Cuplc

示意圖

FeCh溶液

一、化學(xué)電源概述一次電池

1、化學(xué)電源的分類(lèi)

(1)一次電池：也叫做,放電后不可再充電。

(2)二次電池：又稱電池或蓄電池，放電后可以使活性物質(zhì)獲得再生。

(3)燃料電池：連續(xù)地將和的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)電源。

2

2、判斷電池優(yōu)劣的主要標(biāo)準(zhǔn)

(1)比能量：或所能輸出電能的多少，單位是(W-h>kg-1或(W-h>Lr。

(2)比功率：?jiǎn)挝毁|(zhì)量或所能輸出功率的大小，單位是Wkg-或W1-I。

(3)電池可儲(chǔ)存時(shí)間的長(zhǎng)短。

3、化學(xué)電池的回收利用

使用后的廢棄電池中含有大量的、酸和堿等有害物質(zhì)，隨處丟棄會(huì)給土壤、等

造成嚴(yán)重的污染。要進(jìn)行回收利用。

4、化學(xué)電源的發(fā)展方向

小型化、供電方便、工作壽命長(zhǎng)、不需要維護(hù)的電池受到人們的青睞。如電池、電

池等。

5、一次電池：鋅銃干電池

6、二次電池：鉛蓄電池

Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O

(1)負(fù)極是，正極是，電解質(zhì)溶液是溶液。

(2)放電反應(yīng)原理

①負(fù)極反應(yīng)式是Pb+SOF—2屋=PbS04;

+-

②正極反應(yīng)式是PbO2+4H+SOF+2e==PbSO4+2H2O；

③放電過(guò)程中，負(fù)極質(zhì)量的變化是增大,H?SO4溶液的濃度減小。

(3)充電反應(yīng)原理

3

-

①陰極（還原反應(yīng)）反應(yīng)式是：PbSO4+2e=Pb+SOF；

-+

②陽(yáng)極（氧化反應(yīng)）反應(yīng)式是：PbSO4+2H2O-2e=PbO2+4H+SO?

③充電時(shí)，鉛蓄電池正極與直流電源相連，負(fù)極與直流電源極相連?？谠E:

“負(fù)極接負(fù)極，正極接正極”。

7、二次電池：鋰離子電池

含LiPF“的碳酸酯溶液（無(wú)水）

電極電極反應(yīng)

負(fù)極嵌鋰石墨（LixCy）：_____________________________

正極鉆酸鋰（LiCoCh）：_____________________________

放也

總反應(yīng)

LixCy+Lii—%CoO2'充電LiCoCh+Cy

8、氫氧燃料電池是一種清潔高效的燃料電池

（1）基本構(gòu)造

（2）工作原理

酸性電解質(zhì)（H2s。4）堿性電解質(zhì)（KOH）

負(fù)極反應(yīng)

—2H2—4■+4OH==4H2O

正極反應(yīng)-+

O2+4e+4H=2H2O

總反應(yīng)

2H2+O2=2H2O

（3）燃料電池電極的書(shū)寫(xiě)

如：CH4堿性（KOH溶液）燃料電池負(fù)極反應(yīng)式書(shū)寫(xiě)方法:

第一步確定生成物

「02嚴(yán)0

H，LCO2^^COr+H20

故CH4的為cor和H2O；

4

~4+4

第二步確定價(jià)態(tài)變化及電子轉(zhuǎn)移：CH4—8屋一＞COr+H2O；

第三步依據(jù)電解質(zhì)性質(zhì)，用OH-使電荷守恒：CH4-8e+10OH^一＞COF+H2O；

第四步最后據(jù)氫原子守恒配平H2O的化學(xué)計(jì)量數(shù)：CH4-8e+10OH=COF+7H2OO

第二節(jié)電解質(zhì)

一、電解原理

1、實(shí)驗(yàn)探究：電解CuCb溶液

r-@-i\?卜

石墨

1陽(yáng)極濕潤(rùn)的淀

將F粉碘化鉀

電解裝置監(jiān)產(chǎn)紙

Cu|l|

vUi

存在微粒Cu2+；cr、H*>OH

通電前

微粒運(yùn)動(dòng)自由移動(dòng)

微粒運(yùn)動(dòng)_____________移向陰極，___________移向陽(yáng)極

陰極：Cu2++2e-=Cu

電解過(guò)電極反應(yīng)

陽(yáng)極：2C「一

程分析由解

通電后電解反應(yīng)CUC12=^=CU+C12T

陰極：______________

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象陽(yáng)極：①有氣泡放出；②_________________;③濕潤(rùn)

的淀粉碘化鉀試紙變?yōu)開(kāi)________________

2、電解和電解池

(1)電解：使電流通過(guò)(或熔融電解質(zhì))而在陽(yáng)極、陰極引起反應(yīng)的過(guò)程。

(2)電解池：將轉(zhuǎn)化為的裝置(也稱電解槽)。

(3)電解池的構(gòu)成條件：①直流電源；②兩個(gè)電極；③電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)；④形成

3、電解原理

(1)電極反應(yīng)類(lèi)型：陽(yáng)極-反應(yīng)；陰極-反應(yīng)。

(2)電子流向：電源_____________極_____________極；____________極_電源____________極o

(3)電流方向：電源_____________極_____________極；____________極_電源____________極o

(4)離子流向：陽(yáng)離子_____________極；陰離子______________極。

二、電解原理的應(yīng)用

5

1、電解飽和食鹽水的原理

(1)通電前：溶液中的離子是O

(2)通電后：①移向陽(yáng)極的離子是,C「比OFT容易失去電子，被氧化成。

(3)陽(yáng)極：2c「一2b=C12T(反應(yīng))。

(4)移向陰極的離子是，比容易得到電子,被還原

成。其中H+是由水電離產(chǎn)生的。

(5)陰極：2H2O+2e-=H2f+20H-(反應(yīng))。

(6)總反應(yīng)：

由解

化學(xué)方程式為2NaCl+2H2O^^H2T+CI2T+2NaOH；

由解

離子方程式為2c廠+2H2O^=H2T+C12T+2OH,

2、氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程

(1)陽(yáng)離子交換膜電解槽

精制飽和丫離子THZO(含少量NaOH)

NaCl溶液交換膜

(2)陽(yáng)離子交換膜的作用：只允許等陽(yáng)離子通過(guò)，不允許等陰離子及氣

體分子通過(guò)，可以防止陰極產(chǎn)生的與陽(yáng)極產(chǎn)生的混合發(fā)生爆炸，也能避

免氯氣與陰極產(chǎn)生的氫氧化鈉反應(yīng)而影響氫氧化鈉的產(chǎn)量。

3、氯堿工業(yè)產(chǎn)品及其應(yīng)用

(1)氯堿工業(yè)產(chǎn)品主要有________________鹽酸、含氯漂白劑。

(2)電解飽和食鹽水為原理的氯堿工業(yè)產(chǎn)品在有機(jī)合成、、金屬冶煉等領(lǐng)域

中廣泛應(yīng)用。

4、電鍍與電解精煉

6

+||_____

?11

純銅rhri粗銅

銅片--1

（陰極）L1________j（陽(yáng)極）

裝置t----------4----.

在第H士修-鐵件

—C11SO4溶液

CuSO,溶液

精煉

電鍍

陽(yáng)極材料鍍層金屬Cu粗銅（含________________等雜質(zhì)）

陰極材料鍍件金屬Fe純銅

陽(yáng)極反應(yīng)Cu—2e^^=Cu2+Zn—2e^^=Zn2+>Cu—2e^^=Cu2+^

陰極反應(yīng)——

溶液變化硫酸銅溶液濃度保持不變Cl?+濃度減小，金、銀等金屬沉積形成陽(yáng)極泥

5、電冶金

（1）金屬冶煉的本質(zhì)：使礦石中的獲得電子變成的過(guò)程。如M"++we-=M。

（2）電解法用于冶煉較活潑的金屬（如等），但不能電解其鹽溶液，應(yīng)電解其熔融態(tài)。

如：電解熔融的氯化鈉可制取金屬鈉的反應(yīng)式：陽(yáng)極：2口一—21=C12t；陰極：2Na++21=2Na；

由解

總反應(yīng)：2NaCl（熔融）^=2Na+Cl2b

電解熔融氯化鈉裝置示意圖

第三節(jié)金屬的腐蝕與防護(hù)

一、金屬的腐蝕

1、金屬的腐蝕

（1）概念：金屬或合金與周?chē)陌l(fā)生______________反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。其實(shí)質(zhì)是金

屬原子電子變?yōu)殛?yáng)離子，金屬發(fā)生_______________反應(yīng)。

（2）根據(jù)與金屬接觸的不同，金屬腐蝕可分為兩類(lèi)：

①化學(xué)腐蝕：金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)（如等）直接反應(yīng)而引起的腐蝕。腐蝕的速率隨溫度

升而o

7

②電化學(xué)腐蝕：當(dāng)_______________的金屬與溶液接觸時(shí)會(huì)發(fā)生________________反應(yīng),

比較的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕。

3、實(shí)驗(yàn)探究：電化學(xué)腐蝕

實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)解釋

—具支試管

1

1"----裝置中鐵、碳和飽和食鹽水構(gòu)成原電池，

!導(dǎo)管中________________

L鹽水鐵釘發(fā)生________________腐蝕

F俵泡過(guò)

U的鐵釘1

卜uSO,溶液

Zn與CuSCU反應(yīng)生成Cu,Zn、Cu和稀鹽

①試管中產(chǎn)生氣泡的速率

酸構(gòu)成______________,形成___________

°Zn粒與

甘稀鹽酸甘腐蝕，速率更____________

①②

二、金屬的防護(hù)

1、改變金屬材料的組成

在金屬中添加其他金屬或非金屬制成性能優(yōu)異的O如普通鋼加入制成

不銹鋼，合金不僅具有優(yōu)異的能且具有良好的O

2、在金屬表面覆蓋保護(hù)層

在金屬表面覆蓋致密的，將金屬制品與周?chē)镔|(zhì)隔開(kāi)是一種普遍采用的防護(hù)方法。如，在鋼鐵

8

制品表面噴油漆、涂礦物性油脂、覆蓋搪瓷等；電鍍鋅、錫、銘、鑲等，利用化學(xué)方法、法、

等方式在金屬表面形成穩(wěn)定的。

3、電化學(xué)保護(hù)法

金屬在發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，總是作為原電池(陽(yáng)極)的金屬被腐蝕，作