高一化學(xué)學(xué)案：知識(shí)梳理第三單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第三單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化知識(shí)梳理一、化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能1。原電池的定義把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池。2.原電池的構(gòu)成條件（1)電極材料，兩種活動(dòng)性不同的金屬或金屬和其他導(dǎo)電的材料（非金屬或某些氧化物等）.（2)兩電極必須浸在電解質(zhì)溶液中,兩電極之間要用導(dǎo)線連接，形成閉合回路.(3）氧化還原反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行?；顫娦圆煌膬煞N金屬或一種金屬與一種導(dǎo)電的非金屬作電極。3。原電池的電極名稱和電極反應(yīng)〔以銅鋅(稀硫酸)原電池為例〕如下圖所示。負(fù)極（鋅)：Zn-2e-====Zn2+發(fā)生氧化反應(yīng)；現(xiàn)象：鋅不斷溶解。正極（銅）：2H++2e—====H2↑發(fā)生還原反應(yīng)；現(xiàn)象:有氣泡逸出，銅不變?？偡磻?yīng):Zn+H2SO4====ZnSO4+H2↑電子流動(dòng)方向：從負(fù)極（Zn)經(jīng)導(dǎo)線流向正極（Cu)。4.正、負(fù)極判斷原電池的兩個(gè)電極稱為正極和負(fù)極，兩極的判斷通常有下列依據(jù)：(1)根據(jù)電極金屬的活潑性判斷，較活潑的一極為負(fù)極，較不活潑的一極為正極.如FeCu與CuSO4溶液形成的原電池,Fe為負(fù)極，Cu為正極。(2）根據(jù)電子流向判斷,電子流出的一極為負(fù)極，電子流入的一極為正極.（3）根據(jù)反應(yīng)類型判斷，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的為負(fù)極，得電子發(fā)生還原反應(yīng)的為正極。(4）根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象判斷，我們接觸到的簡(jiǎn)單電池，通常負(fù)極會(huì)逐漸溶解，正極有氣體析出或固體質(zhì)量增加。二、化學(xué)電源——原電池原理的應(yīng)用之一1。化學(xué)電源的分類化學(xué)電源可分為三類：一次電池、二次電池、燃料電池。其中一次電池又稱為一次性電池，其特點(diǎn)是用過(guò)之后不能復(fù)原；二次電池充電后可重復(fù)多次使用;燃料電池裝置可長(zhǎng)久使用。2.常見(jiàn)電池（1）一次電池主要有鋅錳干電池。（2)二次電池主要有銀鋅紐扣電池、鉛蓄電池、鎳氫電池、燃料電池。三、電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能——電解和電解池1。電解池(1)定義:將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置叫做電解池。（2）電解池的構(gòu)成條件①兩個(gè)相同或不同的電極。②外接直流電源.③電解質(zhì)溶液。以上三部分形成閉合回路。（3)電解原理電子從外接電源的負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線到達(dá)電解池的陰極，電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子移向陰極，氧化性強(qiáng)的離子在陰極獲得電子而被還原發(fā)生還原反應(yīng)；與此同時(shí)，電解質(zhì)溶液中的陰離子移向正極，其中還原性強(qiáng)的離子在陽(yáng)極上失去電子（也可能是陽(yáng)極很活潑而本身失去電子)而被氧化發(fā)生氧化反應(yīng)，這樣電子又從電解池的陽(yáng)極流出，沿導(dǎo)線流回外接直流電源的正極。（4)電子流向從電源負(fù)極流向陰極，電解質(zhì)溶液中的陰離子移向陽(yáng)極，電子自陽(yáng)極流入電源正極,形成閉合回路。（5）電極反應(yīng)及電極的判斷①陽(yáng)極：與電源正極相連，溶液中陰離子移向此極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。②陰極：與電源負(fù)極相連，溶液中陽(yáng)離子移向此極，得到電子，發(fā)生還原反應(yīng).2。電解的應(yīng)用(1)電解飽和食鹽水制備氯氣和燒堿電解池的構(gòu)成：碳?jí)K作陽(yáng)極；鐵作陰極；飽和食鹽水作電解質(zhì)溶液。電解過(guò)程中主要的電極反應(yīng)為：陽(yáng)極（碳):2Cl—-2e-====Cl2↑陰極(鐵):2H++2e—====H2↑電解總反應(yīng)：2NaCl+2H2OCl2↑+H2↑+2NaOH（2）電解精銅電解池構(gòu)成：陽(yáng)極為粗銅(待精煉的銅)；陰極為純銅；電解質(zhì)溶液為硫酸酸化的硫酸銅溶液.電解過(guò)程中主要的電極反應(yīng)為:陽(yáng)極：Cu-2e-====Cu2+（氧化反應(yīng))陰極：Cu2++2e—====Cu（還原反應(yīng))最終純銅在陰極析出，粗銅全部溶解,電解質(zhì)溶液濃度基本保持不變。知識(shí)導(dǎo)學(xué)一、不是依據(jù)所有的化學(xué)反應(yīng),都可以將它設(shè)計(jì)成“化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置”——原電池，只有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)才可以設(shè)計(jì)成原電池——化學(xué)電源。二、原電池正負(fù)極規(guī)定負(fù)極：電子流出的一極，負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)；正極：電子流入的一極，正極上發(fā)生還原反應(yīng)。說(shuō)明：在物理中講到，電源中電子的流出極為負(fù)極，在原電池中同樣如此，因?yàn)樵姵鼐褪且环N電源。三、電解池原電池和電解池都是電化學(xué)的重要基礎(chǔ)理論.不同的是，原電池原理研究的是如何利用自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；而電解原理研究的是如何借助電能使不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)能夠發(fā)生，從而使電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能。對(duì)電解池的陰、陽(yáng)兩極的記憶，可用音同字不同加強(qiáng)記憶，如可用“氧化反應(yīng)--陽(yáng)極”這一對(duì)應(yīng)關(guān)系幫助記憶。也可以用外接電源的正負(fù)來(lái)判斷電解池兩個(gè)電極是陽(yáng)極還是陰極,如“正極——陽(yáng)極"“負(fù)極——陰極"。主要掌握以惰性電極電解水溶液,分析電解反應(yīng)的一般步驟為：①分析電解質(zhì)溶液的組成,找全離子并分為陰、陽(yáng)兩組;②分別對(duì)陰、陽(yáng)離子排出放電順序，寫出兩極上的電極反應(yīng)式;③合并兩個(gè)電極反應(yīng)式得出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方程式。電解質(zhì)溶液中的離子在通電后的移動(dòng)方向的判斷很容易出錯(cuò)，可以記憶為“所有的陰離子都向陽(yáng)極移動(dòng)，排著隊(duì)等候失電子，若是活性電極，則電極本身失電子，惰性電極則陰離子失電子”.而離子移動(dòng)的實(shí)質(zhì)是受到電場(chǎng)的作用—-同性相斥，異性相吸。即陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)。疑難突破1。鋅是活潑金屬，與稀硫酸接觸時(shí)，鋅原子能直接把電子轉(zhuǎn)移給氫離子而反應(yīng)放出氫氣?？墒窃阢~鋅(稀硫酸)原電池中，為什么當(dāng)用導(dǎo)線將鋅與銅連接以后，鋅不把電子直接轉(zhuǎn)移到氫離子中，而是先把電子輸送到銅上，氫離子在銅電極上得到電子被還原成氫氣，即銅片上有氣泡生成而鋅片上沒(méi)有此現(xiàn)象？剖析:我們?cè)谖锢韺W(xué)中知道,電流總是從勢(shì)能高的地方流向勢(shì)能低的地方.其實(shí),我們規(guī)定正電荷微粒流動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颍娮邮菐ж?fù)電荷的，所以電子流的反方向就是電流的方向。也就是說(shuō)，電子總是從電勢(shì)低的地方流向電勢(shì)高的地方。金屬越活潑，金屬原子外層電子的勢(shì)能就低,金屬活動(dòng)性越小，金屬的勢(shì)能就越高。當(dāng)用導(dǎo)線將銅和鋅連接后鋅原子的外層電子就從勢(shì)能低的鋅流向勢(shì)能較高的銅上而使銅成為“富電子體”而帶有負(fù)電，吸引溶液里的陽(yáng)離子，陽(yáng)離子中得電子能力較強(qiáng)的氫離子就在銅的表面發(fā)生了得到電子的還原反應(yīng)。鋅能與稀硫酸反應(yīng)（Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑)，銅不能。因?yàn)樵诮饘倩顒?dòng)性順序表中，鋅排在氫之前，銅排在氫之后,鋅比銅活潑，比銅容易失電子，所以在反應(yīng)中鋅失去電子，電子經(jīng)外電路流向銅。將鋅、銅用導(dǎo)線相連后同時(shí)浸入稀硫酸中后，鋅失去電子并經(jīng)導(dǎo)線傳遞到銅電極，氫離子在銅片上獲得電子生成氫氣：2H++2e-====H2↑，在鋅電極上Zn失電子:Zn-2e-====Zn2+。鋅離子先聚集在鋅片周圍，然后向溶液中擴(kuò)散，排斥氫離子，所以鋅片上無(wú)氣泡。2。哪種類型的化學(xué)反應(yīng)可以設(shè)計(jì)成化學(xué)電源？中和反應(yīng)能用于設(shè)計(jì)化學(xué)電源嗎？為什么?剖析：自發(fā)的氧化還原反應(yīng)可以設(shè)計(jì)成化學(xué)電源。中和反應(yīng)不能用于設(shè)計(jì)化學(xué)電源，因?yàn)橹泻头磻?yīng)不是氧化還原反應(yīng)。氧化還原反應(yīng)伴隨電子的轉(zhuǎn)移。有些氧化還原需要外加電能才能發(fā)生,如電解水產(chǎn)生氫氣和氧氣，這種氧化還原是非自發(fā)的，而有些氧化還原是自發(fā)性的，如Zn+CuSO4====ZnSO4+Cu。這種自發(fā)的氧化還原反應(yīng)伴隨著化學(xué)能的降低，能夠使電子定向移動(dòng),使降低的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能時(shí),就形成了化學(xué)電源。中和反應(yīng)不是氧化還原反應(yīng)，沒(méi)有電子的轉(zhuǎn)移，無(wú)法產(chǎn)生電能。3.原電池和電解池有何異同？剖析：可以從二者的相同或相似方面以及不同方面進(jìn)行比較。具體可以從能量轉(zhuǎn)化、電極規(guī)定和名稱、是否自發(fā)(是否外接電源)、電極反應(yīng)變化、電流方向等方面進(jìn)行比較。原電池和電解池的比較列表如下：裝置原電池電解池能量轉(zhuǎn)化化學(xué)能→電能（發(fā)生氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生電流，作電源)電能→化學(xué)能(在電流的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，為用電器）電極反應(yīng)負(fù)極：本身失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)正極:溶液中的陽(yáng)離子(或O2）得電子，發(fā)生還原反應(yīng)陰極：溶液中的陽(yáng)離子得電子