化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化

第三節(jié)化學(xué)反應(yīng)與能量------化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化mACuZn2+Cu2+SO42-SO42-ZnK+Cl-Zn2+mAZn-2e-=Zn2+Cu2++2e-=Cu離子通道離子庫(kù)外電路內(nèi)電路—氧化反應(yīng)鹽橋還原反應(yīng)+負(fù)極正極雙液原電池的工作原理和意義1、雙液原電池由兩個(gè)半電池組成，每個(gè)半電池的電極與電解質(zhì)溶液互不反應(yīng)，電池反應(yīng)的還原劑和氧化劑分別位于兩個(gè)半電池中，中間通過(guò)鹽橋連接形成閉合回路。2、電極反應(yīng)：

負(fù)極（Zn）：Zn–2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)）正極（Cu）：Cu2++2e-=Cu（還原反應(yīng)）3、電池反應(yīng)：

Zn+Cu2+=Zn2++Cu4、外電路：電子由負(fù)極（Zn）→正極（Cu）電流由正極（Cu）→負(fù)極（Zn）內(nèi)電路：陽(yáng)離子移向正極（Cu），陰離子移向負(fù)極（Zn）5、鹽橋的作用：通過(guò)陰、陽(yáng)離子的定向移動(dòng)，在內(nèi)電路形成電流回路而不斷電流。

6、意義：隨開(kāi)隨用，并能長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)生持續(xù)、穩(wěn)定的電流。原電池正、負(fù)極判斷“四角度”電解池原電池定義形成條件電極名稱電極反應(yīng)電子流向離子移動(dòng)方向能否自發(fā)進(jìn)行將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的裝置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形成閉合回路①活潑性不同的兩電極②電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)③形成閉合回路④自發(fā)的氧化還原反應(yīng)陽(yáng)極：與電源正極相連陰極：與電源負(fù)極相連負(fù)極：較活潑金屬正極：較不活潑金屬（或能導(dǎo)電的非金屬）陽(yáng)極：氧化反應(yīng)陰極：還原反應(yīng)負(fù)極：氧化反應(yīng)正極：還原反應(yīng)電源負(fù)極→電解池陰極電解池陽(yáng)極→電源正極負(fù)極→導(dǎo)線→正極陽(yáng)離子移向陰極放電，陰離子移向陽(yáng)極放電陽(yáng)離子移向正極陰離子移向負(fù)極反應(yīng)不能夠自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行電解CuCl2溶液碳棒用鑷子夾取KI-淀粉試紙濕潤(rùn)后檢驗(yàn)Cl2(不能用手直接拿)

e-e-e-e-e-e-電解池中離子和電子的移動(dòng)方向

＋－Cl-Cu2+

H+OH-

Cl-電解放電順序：陰極：氧化性強(qiáng)的離子先得電子金屬越不活潑的對(duì)應(yīng)陽(yáng)離子氧化性越強(qiáng)，越容易得電子。金屬>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－(水)>NO3－>SO42－>F－

陽(yáng)極：還原性強(qiáng)的離子先失電子Ag+>Hg2+>Cu2+>H+(水)>Pb2+>Fe2+>…>Na+>Ca2+>K+

當(dāng)陽(yáng)極是金屬電極（除鉑外）時(shí)，陽(yáng)極金屬本身先放電，發(fā)生氧化反應(yīng)。惰性電極電解的“四大類型”類型一電解水型實(shí)例電極反應(yīng)特點(diǎn)電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原NaOH陰極:4H++4e====2H2↑陽(yáng)極:4OH--4e====2H2O+O2↑增大增大加水H2SO4增大減小加水Na2SO4增大不變加水類型二電解電解質(zhì)型類型三放H2生堿型實(shí)例電極反應(yīng)特點(diǎn)電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原HCl電解質(zhì)電離出的陰、陽(yáng)離子分別在兩極放電減小增大通氯化氫CuCl2減小加氯化銅實(shí)例電極反應(yīng)特點(diǎn)電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原NaCl陰極:H2O放H2生成堿陽(yáng)極:電解質(zhì)陰離子放電生成新電解質(zhì)增大通氯化氫類型四放O2生酸型實(shí)例電極反應(yīng)特點(diǎn)電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原CuSO4陰極:電解質(zhì)陽(yáng)離子放電陽(yáng)極:H2O放O2生成酸生成新電解質(zhì)減小加氧化銅電鍍與精煉銅

CuSO4溶液鐵

銅電鍍精煉銅+粗銅純銅－CuSO4溶液

電鍍

精煉銅電極材料電解質(zhì)溶液電極反應(yīng)式濃度的變化陽(yáng)極—鍍層金(Cu)陰極—待鍍金屬(Fe)含有鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液陰極：Cu2++2e-→Cu陽(yáng)極：Cu—2e-→Cu2+Cu2+

濃度不變陽(yáng)極——粗銅(含少量Zn、Fe、Ag、Au等)陰極——精銅(純銅)CuSO4溶液陰極（精銅）：Cu2++2e-→Cu陽(yáng)極(粗銅):Zn—2e-→Zn2+；Fe—2e-→Fe2+

Cu—2e-→Cu2+陽(yáng)極泥：Ag、AuCu2+

濃度變小化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕比較:化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件金屬跟非金屬單質(zhì)或非電解質(zhì)液體直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無(wú)電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被氧化較活潑金屬被氧化聯(lián)系兩者往往同時(shí)發(fā)生，電化腐蝕更普遍鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較Fe2O3·nH2O（鐵銹）通常兩種腐蝕同時(shí)存在，但以后者更普遍。析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜呈酸性。水膜呈中性或堿性或酸性很弱。電極反應(yīng)負(fù)極Fe(-)Fe-2e=Fe2+2Fe-4e=2Fe2+正極C(+)2H++2e－=H2↑O2+2H2O+4e=4OH-總反應(yīng):Fe+2H+==Fe2++H2↑2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3聯(lián)系原理：形成原電池反應(yīng)時(shí)，讓被保護(hù)金屬做正極（陰極），不反應(yīng)，起到保護(hù)作用；而活潑金屬做負(fù)極（陽(yáng)極），反應(yīng)受到腐蝕。(1)犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法3、電化學(xué)金屬的防腐1、直接隔離法：如：鍍鋅（電鍍）、涂防銹漆。2、改變本質(zhì)(改變鋼鐵內(nèi)部的組成和結(jié)構(gòu))：如：不銹鋼犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法示意圖（2）外加電流的陰極保護(hù)法

將被保護(hù)金屬與另一附加電極作為電解池的兩個(gè)極，使被保護(hù)的金屬作為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護(hù)。此法主要用于防止土壤、海水及水中金屬設(shè)備的腐蝕。下列各情況，在其中Fe片腐蝕由快到慢的順序是(5)(2)(1)(3)(4)下列裝置中四塊相同的Zn片，放置一段時(shí)間后腐蝕速率由慢到快的順序是(4)(2)(1)(3)金屬腐蝕的快慢判斷：電解原理引起的腐蝕﹥?cè)姵卦硪鸬母g﹥化學(xué)腐蝕﹥有防護(hù)措施的腐蝕化學(xué)電池的種類

一次電池（普通、堿性鋅錳干電池；鋅銀電池；鋰電池）

二次電池（充電電池、蓄電池）

燃料電池一、一次電池1、堿性鋅錳干電池：負(fù)極（鋅筒）：Zn—2e－＋2OH—＝Zn(OH)2正極（MnO2）：2MnO2＋2H2O＋2e－＝2MnOOH＋2OH－電解質(zhì)是KOH電池總反應(yīng)為：Zn+2MnO2+2H2O＝Zn(OH)2+2MnOOH請(qǐng)寫(xiě)出鋅銀電池的電極反應(yīng)式二、二次電池鉛蓄電池：

負(fù)極（Pb）：Pb—2e－＋SO42—＝PbSO4正極（PbO2）：PbO2+2e-+4H++SO42—

＝PbSO4+2H2O電池總反應(yīng)為：Pb＋PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O三、燃料電池1、氫氧燃料電池：（1）酸性電解質(zhì)：負(fù)極：H2-2e-=2H+正極：1/2O2+2H++2e-=H2O總反應(yīng)：H2+1/2O2=H2O（2）堿性電解質(zhì)：負(fù)極：H2-2e-+2OH-=2H2O正極：1/2O2+H2O+2e-=2OH-總反應(yīng)：H2+1/2O2=H2O2、甲烷燃料電池：一般是由O2作氧化劑，O2為正極反應(yīng)物，發(fā)生還原反應(yīng)?？扇嘉餅檫€原劑，所以可燃物為負(fù)極反應(yīng)物，發(fā)生氧化反應(yīng)。1、燃料電池在放電時(shí)發(fā)生的總反應(yīng)和燃料燃燒時(shí)的總反應(yīng)實(shí)質(zhì)相同，但反應(yīng)方程式不一定相同。如：甲烷燃料電池總反應(yīng)和燃燒反應(yīng)方程式：酸性介質(zhì)時(shí)：CH4+2O2CO2+2H2OCH4+2O2CO2+2H2O（相同）堿性介質(zhì)時(shí)：CH4+2O2+2OH-