【高中化学】高一必修二 专题二 第三单元 化学能与电能的转化

第三单元 化学能与电能的转化

一、原电池：

1、概念：  将化学能转化为电能的装置叫做原电池

2、组成条件：①两个活泼性不同的电极② 电解质溶液③ 电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路④某一电极与电解质溶液发生氧化还原反应

原电池的工作原理：通过氧化还原反应（有电子的转移）把化学能转变为电能。

3、电子流向：外电路：  负  极—→导线—→  正  极

             内电路：盐桥中 阴  离子移向负极的电解质溶液，盐桥中 阳  离子移向正极的电解质溶液。

  电流方向：正极—→导线—→负极

4、电极反应：以锌铜原电池为例：

负极：氧化反应： Zn－2e＝Zn^2＋  （较活泼金属）较活泼的金属作负极，负极发生氧化反应，电极反应式：较活泼金属－ne^－＝金属阳离子负极现象：负极溶解，负极质量减少。

正极：还原反应： 2H^＋＋2e＝H₂↑（较不活泼金属）较不活泼的金属或石墨作正极，正极发生还原反应，电极反应式：溶液中阳离子＋ne^－＝单质，正极的现象：一般有气体放出或正极质量增加。

总反应式： Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂↑

5、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①溶解的一极为负极②增重或有气泡一极为正极

6、原电池电极反应的书写方法：

（ = 1\* roman i）原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应，负极反应是氧化反应，正极反应是还原反应。因此书写电极反应的方法归纳如下：

①写出总反应方程式。   ②把总反应根据电子得失情况，分成氧化反应、还原反应。

③氧化反应在负极发生，还原反应在正极发生，反应物和生成物对号入座，注意酸碱介质和水等参与反应。

（ = 2 \* roman ii）原电池的总反应式一般把正极和负极反应式相加而得。

7、原电池的应用：①加快化学反应速率，如粗锌制氢气速率比纯锌制氢气快。②比较金属活动性强弱。③设计原电池。④金属的腐蚀。

二、化学电池：

1、电池的分类：化学电池、太阳能电池、原子能电池

2、化学电池：借助于化学能直接转变为电能的装置

3、化学电池的分类：     一次电池    、   二次电池     、    燃料电池   

一次电池

1、常见一次电池：碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等

三、二次电池

1、二次电池：放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以多次重复使用，又叫充电电池或蓄电池。

2、电极反应：铅蓄电池

3、目前已开发出新型蓄电池：银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池

四、燃料电池

   1、燃料电池： 是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池

   2、电极反应：一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同，可根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件。，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。以氢氧燃料电池为例，铂为正、负极，介质分为酸性、碱性和中性。
当电解质溶液呈酸性时：
负极：2H₂－4e^-   =4H⁺     正极：Ｏ₂＋4 e^- ＋4H⁺ =2H₂O

当电解质溶液呈碱性时：
负极：  2H₂＋4OH^-－4e^-＝4H₂O   正极：Ｏ₂＋2H₂O＋4 e^-＝4OH^-

另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷燃料和氧气氧化剂。电极反应式为：

负极：CH₄＋10OH^－＋8e^－ ＝7H₂O；

正极：4H₂O＋2O2＋8e^-＝8OH^-。

电池总反应式为：CH₄＋2O₂＋2KOH＝K₂CO₃＋3H₂O

3、燃料电池的优点：能量转换率高、废弃物少、运行噪音低

五、废弃电池的处理：回收利用

电解池:

一、电解原理

1、电解池：把电能转化为化学能的装置也叫电解槽

2、电解：电流(外加直流电)通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应(被动的不是自发的)的过程

3、放电：当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程

4、电子流向：

（电源）负极—（电解池）阴极—（离子定向运动）电解质溶液—（电解池）阳极—（电源）正极

5、电极名称及反应：

      阳极：与直流电源的    正极 相连的电极，发生 氧化  反应

      阴极：与直流电源的    负极  相连的电极，发生  还原  反应

6、电解CuCl₂溶液的电极反应：

阳极：     2Cl^- -2e-=Cl₂ (氧化)

阴极：     Cu²⁺+2e-=Cu(还原)

总反应式：    CuCl₂ =Cu+Cl₂ ↑   

7、电解本质：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程

☆规律总结：电解反应离子方程式书写：

放电顺序：

阳离子放电顺序

Ag⁺>Hg²⁺>Fe³⁺>Cu²⁺>H⁺(指酸电离的)>Pb²⁺>Sn²⁺>Fe²⁺>Zn²⁺>Al³⁺>Mg²⁺>Na⁺>Ca²⁺>K⁺

 阴离子的放电顺序

是惰性电极时：S^2->I^->Br^->Cl^->OH^->NO₃^->SO₄^2-(等含氧酸根离子)>F^-(SO₃^2-/MnO₄^->OH^-)

是活性电极时：电极本身溶解放电

注意先要看电极材料，是惰性电极还是活性电极，若阳极材料为活性电极（Fe、Cu)等金属，则阳极反应为电极材料失去电子，变成离子进入溶液；若为惰性材料，则根据阴阳离子的放电顺序，依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式。                          

电解质水溶液点解产物的规律

上述四种类型电解质分类：

（1）电解水型：含氧酸，强碱，活泼金属含氧酸盐

（2）电解电解质型：无氧酸，不活泼金属的无氧酸盐（氟化物除外）

（3）放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐

（4）放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐

二、电解原理的应用   

1、电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气

（1）、电镀应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法

（2）、电极、电解质溶液的选择：

阳极：镀层金属，失去电子，成为离子进入溶液    M— ne ^— == M ⁿ⁺

阴极：待镀金属（镀件）：溶液中的金属离子得到电子，成为金属原子，附着在金属表面

M ⁿ⁺ + ne ^— == M

电解质溶液：含有镀层金属离子的溶液做电镀液

镀铜反应原理

     阳极(纯铜)：Cu-2e^-=Cu2+，阴极(镀件)：Cu²⁺+2e^-=Cu，

     电解液：可溶性铜盐溶液，如CuSO₄溶液     

（3）、电镀应用之一：铜的精炼

      阳极：粗铜；阴极：  纯铜电解质溶液：  硫酸铜

3、电冶金

（1）、电冶金：使矿石中的  金属阳离子  获得电子，从它们的化合物中还原出来用于冶炼活泼金属，如钠、镁、钙、铝

（2）、电解氯化钠：

通电前，氯化钠高温下熔融：NaCl == Na ⁺ + Cl^—

通直流电后：阳极：2Na⁺ + 2e^— == 2Na    阴极：2Cl^— — 2e^— == Cl₂↑

☆规律总结：原电池、电解池、电镀池的判断规律
（1）若无外接电源，又具备组成原电池的三个条件。①有活泼性不同的两个电极；②两极用导线互相连接成直接插入连通的电解质溶液里；③较活泼金属与电解质溶液能发生氧化还原反应（有时是与水电离产生的H+作用），只要同时具备这三个条件即为原电池。
（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池；当阴极为金属，阳极亦为金属且与电解质溶液中的金属离子属同种元素时，则为电镀池。
（3）若多个单池相互串联，又有外接电源时，则与电源相连接的装置为电解池成电镀池。若无外接电源时，先选较活泼金属电极为原电池的负极（电子输出极），有关装置为原电池，其余为电镀池或电解池。

☆  原电池，电解池，电镀池的比较