第四章化學反應與電能

第一節原電池

一、原電池的工作原理

1、原電池的構成條件

（1）定義：能把轉化為的裝置。

（2）實質：利用能自發進行的反應將化學能轉化為電能。

（3）構成條件：①兩個的電極；②溶液;③形成回

路；④自發進行的反應。

2、實驗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

現象鋅片_____________,銅片上________,__電__流表指針發生

能量轉換化_______________轉化為_________________

在硫酸鋅溶液中，負極一端的___________失去電子形成____________進入溶液

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

移動方向鹽橋：_____________移向ZnSCU溶液，_____________移向CuSCU溶液

負極：Zn-2e-=Zn2+（_________反應）

工作原理，

正極：Cu2++2e^^=Cu（_________反應）

電極反應式

總反應：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+進入溶液，即Zn—2l=Zn2+；從鋅片上釋放出的,經過導線流向銅片。

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

并沉積在銅片上，即Cu?++2e—^=Cu。

（3）鹽橋的作用：電池工作時，鹽橋中的會移向ZnSCU溶液，移向CuSCU

溶液，使兩溶液均保持電中性。當取出鹽橋后，形成斷路，反應停止。

1

3、原電池工作原理

(1)原理圖解

電子沿導線傳遞產生電流

發生氧化反應(發生還原反應

負

極

極

正

一

一

，

陰

陽

離

離

子

子

移

移

向

向

_｛電解質溶液1_

(2)電極名稱與反應類型：正極—反應；負極一反應。

(3)電子流向：負極—正極。

(4)電流方向：正極T負極。

(5)離子流向：陽離子一極；陰離子一極。

4、原電池的應用

(1)加快氧化還原反應的速率：構成原電池的反應速率比直接接觸的反應速率快。

例如：在鋅與稀H2s。4反應時加入少量CuSO4溶液，CuSO4與鋅發生置換反應生成，從而形

成Cu—Zn微小原電池，加快產生____________的速率。

(2)比較金屬活動性強弱

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

出a是、b是,且金屬活動性：?

(3)設計原電池

例如：2FeCl3+Cu=2FeCb+CuCl2

①化合價升高的物質負極：Cu

②活潑性較弱的物質正極：C

③化合價降低的物質電解質溶液：FeCls

Cuplc

示意圖

FeCh溶液

一、化學電源概述一次電池

1、化學電源的分類

(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獲得再生。

(3)燃料電池：連續地將和的化學能直接轉化為電能的化學電源。

2

2、判斷電池優劣的主要標準

(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：單位質量或所能輸出功率的大小，單位是Wkg-或W1-I。

(3)電池可儲存時間的長短。

3、化學電池的回收利用

使用后的廢棄電池中含有大量的、酸和堿等有害物質，隨處丟棄會給土壤、等

造成嚴重的污染。要進行回收利用。

4、化學電源的發展方向

小型化、供電方便、工作壽命長、不需要維護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)負極是，正極是，電解質溶液是溶液。

(2)放電反應原理

①負極反應式是Pb+SOF—2屋=PbS04;

+-

②正極反應式是PbO2+4H+SOF+2e==PbSO4+2H2O；

③放電過程中，負極質量的變化是增大,H?SO4溶液的濃度減小。

(3)充電反應原理

3

-

①陰極（還原反應）反應式是：PbSO4+2e=Pb+SOF；

-+

②陽極（氧化反應）反應式是：PbSO4+2H2O-2e=PbO2+4H+SO?

③充電時，鉛蓄電池正極與直流電源相連，負極與直流電源極相連。口訣:

“負極接負極，正極接正極”。

7、二次電池：鋰離子電池

含LiPF“的碳酸酯溶液（無水）

電極電極反應

負極嵌鋰石墨（LixCy）：_____________________________

正極鉆酸鋰（LiCoCh）：_____________________________

放也

總反應

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）基本構造

（2）工作原理

酸性電解質（H2s。4）堿性電解質（KOH）

負極反應

—2H2—4■+4OH==4H2O

正極反應-+

O2+4e+4H=2H2O

總反應

2H2+O2=2H2O

（3）燃料電池電極的書寫

如：CH4堿性（KOH溶液）燃料電池負極反應式書寫方法:

第一步確定生成物

「02嚴0

H，LCO2^^COr+H20

故CH4的為cor和H2O；

4

~4+4

第二步確定價態變化及電子轉移：CH4—8屋一＞COr+H2O；

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

第四步最后據氫原子守恒配平H2O的化學計量數：CH4-8e+10OH=COF+7H2OO

第二節電解質

一、電解原理

1、實驗探究：電解CuCb溶液

r-@-i\?卜

石墨

1陽極濕潤的淀

將F粉碘化鉀

電解裝置監產紙

Cu|l|

vUi

存在微粒Cu2+；cr、H*>OH

通電前

微粒運動自由移動

微粒運動_____________移向陰極，___________移向陽極

陰極：Cu2++2e-=Cu

電解過電極反應

陽極：2C「一

程分析由解

通電后電解反應CUC12=^=CU+C12T

陰極：______________

實驗現象陽極：①有氣泡放出；②_________________;③濕潤

的淀粉碘化鉀試紙變為_________________

2、電解和電解池

(1)電解：使電流通過(或熔融電解質)而在陽極、陰極引起反應的過程。

(2)電解池：將轉化為的裝置(也稱電解槽)。

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

3、電解原理

(1)電極反應類型：陽極-反應；陰極-反應。

(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：陽離子_____________極；陰離子______________極。

二、電解原理的應用

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移向陽極的離子是,C「比OFT容易失去電子，被氧化成。

(3)陽極：2c「一2b=C12T(反應)。

(4)移向陰極的離子是，比容易得到電子,被還原

成。其中H+是由水電離產生的。

(5)陰極：2H2O+2e-=H2f+20H-(反應)。

(6)總反應：

由解

化學方程式為2NaCl+2H2O^^H2T+CI2T+2NaOH；

由解

離子方程式為2c廠+2H2O^=H2T+C12T+2OH,

2、氯堿工業生產流程

(1)陽離子交換膜電解槽

精制飽和丫離子THZO(含少量NaOH)

NaCl溶液交換膜

(2)陽離子交換膜的作用：只允許等陽離子通過，不允許等陰離子及氣

體分子通過，可以防止陰極產生的與陽極產生的混合發生爆炸，也能避

免氯氣與陰極產生的氫氧化鈉反應而影響氫氧化鈉的產量。

3、氯堿工業產品及其應用

(1)氯堿工業產品主要有________________鹽酸、含氯漂白劑。

(2)電解飽和食鹽水為原理的氯堿工業產品在有機合成、、金屬冶煉等領域

中廣泛應用。

4、電鍍與電解精煉

6

+||_____

?11

純銅rhri粗銅

銅片--1

（陰極）L1________j（陽極）

裝置t----------4----.

在第H士修-鐵件

—C11SO4溶液

CuSO,溶液

精煉

電鍍

陽極材料鍍層金屬Cu粗銅（含________________等雜質）

陰極材料鍍件金屬Fe純銅

陽極反應Cu—2e^^=Cu2+Zn—2e^^=Zn2+>Cu—2e^^=Cu2+^

陰極反應——

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極泥

5、電冶金

（1）金屬冶煉的本質：使礦石中的獲得電子變成的過程。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，應電解其熔融態。

如：電解熔融的氯化鈉可制取金屬鈉的反應式：陽極：2口一—21=C12t；陰極：2Na++21=2Na；

由解

總反應：2NaCl（熔融）^=2Na+Cl2b

電解熔融氯化鈉裝置示意圖

第三節金屬的腐蝕與防護

一、金屬的腐蝕

1、金屬的腐蝕

（1）概念：金屬或合金與周圍的發生______________反應而引起損耗的現象。其實質是金

屬原子電子變為陽離子，金屬發生_______________反應。

（2）根據與金屬接觸的不同，金屬腐蝕可分為兩類：

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

升而o

7

②電化學腐蝕：當_______________的金屬與溶液接觸時會發生________________反應,

比較的金屬發生氧化反應而被腐蝕。

3、實驗探究：電化學腐蝕

實驗操作實驗現象實驗解釋

—具支試管

1

1"----裝置中鐵、碳和飽和食鹽水構成原電池，

!導管中________________

L鹽水鐵釘發生________________腐蝕

F俵泡過

U的鐵釘1

卜uSO,溶液

Zn與CuSCU反應生成Cu,Zn、Cu和稀鹽

①試管中產生氣泡的速率

酸構成______________,形成___________

°Zn粒與

甘稀鹽酸甘腐蝕，速率更____________

①②

二、金屬的防護

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異的O如普通鋼加入制成

不銹鋼，合金不僅具有優異的能且具有良好的O

2、在金屬表面覆蓋保護層

在金屬表面覆蓋致密的，將金屬制品與周圍物質隔開是一種普遍采用的防護方法。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，利用化學方法、法、

等方式在金屬表面形成穩定的。

3、電化學保護法

金屬在發生電化學腐蝕時，總是作為原電池(陽極)的金屬被腐蝕，作