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1,,化学反应与能量 电化学,一、基本概念与基本理论,原电池(化学电源)、电解池（精炼池、电镀池）,2,1、概念：原电池是______________________的装置。
原电池反应的本质是____________________反应。,将化学能转化为电能,氧化还原反应,例：如右图所示，组成的原电池：
（1）当电解质溶液为稀H2SO4时：
Zn电极是____（填“正”或“负”）极，
其电极反应为_______________，该反应
是______（填“氧化”或“还原”，下同）反应；
Cu电极是______极，其电极反应为
_______________,该反应是_________反应。,（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时： Zn电极
是____极，其电极反应为_____________，
该反应是________反应；Cu电极是____极，
其电极反应为_______________,该反应_________反应.,负,Zn －2e - = Zn 2+,氧化,正,2H+ +2e- =H2↑,还原,负,Zn －2e - = Zn 2+,氧化,正,Cu2+ + 2e - = Cu,还原,一、原电池,3,氧化反应,Zn-2e=Zn2+,,铜锌原电池,电解质溶液
盐桥,失e，沿导线传递，有电流产生,,还原反应,Cu2++2e- =Cu,阴离子,阳离子,总反应：,负极,正极,Cu2++2e- =Cu,Zn-2e- =Zn2+,Zn+Cu2+=Zn2++Cu,Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu,(离子方程式）,（化学方程式）,电极反应,正极：,负极：,（氧化反应）,（还原反应）,阳离子,,2、原 电 池 原 理,,,外电路,内电路,4,3、原电池的形成条件： 两极一液一连线,（1）有两种活动性不同的金属（或一种是非金属单质或金属氧化物）作电极。, （2）电极材料均插入电解质溶液中。, （3）两极相连形成闭合电路。, （4）内部条件：能自发进行氧化还原反应。,5,4、原电池的正负极的判断方法,电子流出的极
电子流入的极,——负极
——正极,较活泼的电极材料
较不活泼的电极材料,质量增加的电极
工作后
质量减少的电极,——负极
——正极,——正极
——负极,工作后，有气泡冒出的电极为正极,发生氧化反应的极
发生还原反应的极,——负极
——正极,6,造成的主要原因：由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡，把铜极跟稀硫酸逐渐隔开，这样就增加了电池的内阻，使电流不能畅通。这种作用称为极化作用。,二、对原电 池工作原理的进一步探究,为了避免发生这种现象，设计如下图所示的原电池装置，你能解释它的工作原理吗？,？提出问题：
右图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电池，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？有没有什么改进措施？,7,,,此电池的优点：
能产生持续、稳定的电流。,锌半电池， 铜半电池,8,实验：（选修4书13页实验1-9）,实验探索,实验现象：,分析：改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流？盐桥在此的作用是什么？,有盐桥存在时电流计指针发生偏转，即有电流通过电路。
取出盐桥，电流计指针即回到零点，说明没有电流通过。,盐桥制法：1)将热的琼胶溶液倒入U形管中(注意不要产生裂隙)，将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。2)将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花都住管口即可。,9,盐桥的作用：
（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。,得出结论,由于盐桥（如KCl）的存在，其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移，阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移，分别中和过剩的电荷，保持溶液的电中性，因而放电作用不间断地进行，一直到锌片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀，可用NH4NO3代替KCl作盐桥。,（2）平衡电荷。
在整个装置的电流回路中，溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。取出盐桥，Zn失去电子形成的Zn2+进入ZnSO4溶液，ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时，CuSO4则由于Cu2+ 变为Cu ，使得 SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性，这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片，造成电流中断。,10,例1 [2010·广东卷]铜锌原电池(如图20－4)工作时，下列叙述正确的是( ),【典例精析】,BC,A．正极反应为Zn－2e－===Zn2＋
B．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
C．在外电路中，电子从负极流向正极
D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液,11,知识点1：化学电池,1)概念:,将化学能变成电能的装置,2)分类:,①一次电池又称不可充电电池——如：干电池
②二次电池又称充电电池——蓄电池
③燃料电池,,3)优点:,4)电池优劣的判断标准:,①能量转换效率高，供能稳定可靠。,②可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。,③易维护，可在各种环境下工作。,,①比能量,［符号(A·h/kg)，(A·h/L)］,指电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少,②比功率,[符号是W/kg，W/L)],指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小,③电池的储存时间的长短,12,锂电池,干电池,叠层电池,纽扣电池,各类电池,知识点2：各类电池,13,,1、干电池(普通锌锰电池）,干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有铜帽的石墨作正极，在石墨周围填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液，还,填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。电极总的反应式为：,2NH4Cl+Zn+2MnO2=ZnCl2＋2NH3↑+Mn2O3+H2O,请写出各电极的电极反应。,(一) 一次电池,14,负极（锌筒）：Zn-2e- + 2OH - =Zn(OH)2
正极（石墨）：2MnO2+ 2e - +2H2O=2Mn OOH +2 OH –
总反应：Zn+ 2MnO2+2 H2O =2 Mn OOH+ Zn(OH)2,碱性锌锰干电池,,金属棒,碱性锌锰电池的优点： 电流稳定，放电容量、时间增大几倍，不会气涨或漏液。,普通锌锰干电池缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液,15,2、迷你型电池（电解质KOH）,优点：电压高、稳定，低污染。,用途：手表、相机、心率调节器,Ag2O（S）+Zn（S）=2Ag（l）+ZnO（S）,负极（锌）：Zn-2e- + 2OH - =ZnO+H2O
正极（银）： Ag2O+ 2e- + H2O==2Ag+2OH-,16,电池－铅蓄电池,1、电极材料及原料
2、电解质溶液
3、电极反应式：,正极：PbO2 负极：Pb,H2SO4溶液,负极（Pb）: Pb- 2e-+ SO4 2 - =PbSO4,Pb+PbO2+2H2SO4 =2PbSO4 +2H2O,正极（PbO2）: PbO2+4H++SO42 -+ 2e-= PbSO4 +2H2O,总反应：,(放电时),(二)二次电池(可充电),转移1mole-消耗多少molH2SO4,17,2PbSO4(s)+2H2O(l)
Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),①充电过程,PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq),还原反应,阴极：,阳极：,PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + 4H+(aq)
+ SO42-(aq),氧化反应,,接电源负极,,接电源正极,充电过程总反应：,2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),铅蓄电池的充放电过程：,18,大有发展前景的燃料电池
燃料电池是利用氢气、天然气、甲醇等燃料与氧气或空气进行电化学反应时释放出来的化学能直接转化成电能的一类原电池。目前燃料电池的能量转化率可达近80%，约为火力发电的2倍。这是因为火力发电中放出的废热太多。燃料电池的噪声及硫氧化物、氮氧化物等废气污染都接近零；燃料电池发明于19世纪30年代末，经反复试验、改进，到20世纪60年代才开始进入实用阶段。第一代燃料电池的 大致情况如下：,(三)燃料电池,19,氢氧燃料电池工作原理,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,2H2 +4OH-- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,20,固体氢氧燃料电池,2H2 - 4e- +2O2－= 2H2O,O2 + 4e-= 2O2－,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,21,它是以两根金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别通入甲烷
和氧气。电极反应为：
负极：
正极：
电池总反应：,2O2+ 4H2O +8e-= 8OH -,CH4+ 10OH --8e-= CO32- + 7H2O,CH4+ 2O2 + 2KOH = K2CO3 + 3 H2O,甲烷新型燃料电池,分析溶液的pH变化。电解质为KOH溶液
若用C2H6、CH3OH呢？,22,C2H6燃料电池、电解质为KOH溶液
负极：
正极：
电池总反应：
CH3OH燃料电池、电解质为KOH溶液
负极：
正极：
电池总反应：,7O2+ 14H2O +28e-=28OH -,2C2H6+ 36OH --28e-= 4CO32- + 24H2O,2C2H6+ 7O2 +8KOH = 4K2CO3 + 10 H2O,3O2+6H2O +12e-= 12OH -,2CH3OH+ 16OH --12e-= 2CO32- + 12H2O,2CH3OH+ 3O2 + 4KOH = 2K2CO3 + 6 H2O,23,1.利用原电池原理设计新型化学电池；,2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；,3.进行金属活动性强弱比较；,4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。,三、原电池的主要应用：,5.解释某些化学现象,24,变式题,乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，电池总反应为C2H5OH＋3O2＝2CO2＋3H2O，下列说法错误的是( ),A．电池工作时，质子向电池的正极迁移
B．电池工作时，电流由b极沿导体流向a极
C．a为负极，电极反应式是C2H5OH+3H2O+12e-=2CO2+12H+
D．b为正极，电极反应式是4H++O2+4e-=2H2O,C,25,金属的腐蚀与防护,1．金属腐蚀
(1)定义：金属与周围的气体(或液体)发生 反应而引起损耗的现象。
(2)本质：金属原子 而被氧化
(3),氧化还原,失电子,化学腐蚀,电化学腐蚀,26,牺牲阳极保护法,2．金属的防护方法
(1)加防护层，如在金属表面加上耐腐蚀的油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶及电镀、喷镀或表面钝化等方法。
(2)电化学防护
① ——原电池原理。
(阴极)：被保护的金属设备。
(阳极)：比被保护的金属活泼的金属。
② ——电解原理。
：被保护的金属设备。
：惰性电极。,正极,负极,外加电流阴极保护法,阴极,阳极,27,2.金属腐蚀的快慢顺序
一般来说可用下列原则进行判断：
(1)电解原理引起的腐蚀(金属作阳极)>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
(2)对同一金属来说：强电解质溶液中的腐蚀>弱电解质溶液中的腐蚀>非电解质溶液中的腐蚀。
(3)对同一电解质溶液来说：一般浓度越大，金属的腐蚀越快。,28,CuCl2溶液,阴离子移向,阳极,阴极,氧化反应,还原反应,电子流向,阳离子移向,Cu2++ 2e-=2Cu↓,2Cl--2 e- =Cl2↑,电解池,1.电解原理,29,2.离子放电顺序 （要记住）,阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电。,①活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，阴离子不放电。
②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：溶液中阴离子的放电顺序（由难到易）是：,金属材料>S 2-> ->SO32- I ->Br ->Cl ->OH ->NO3 ->SO42-(等含氧酸根离子）>F-,活性电极不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。,阳极：,阴极:,阳离子在阴极上放电顺序是：,Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>(H+)> Al3+>Mg2+>Na+>Ca+>K+
注：当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，相同时按H+,不同时按（H+）,30,3.电解规律,,,,,,,,,,,,,,,,,阴极,阳极,氯
气,铜,阳极：2Cl--2 e- =Cl2↑,阴极：Cu2++ 2e-=2Cu↓,CuCl2 Cu+Cl2 ↑,减小,增大,CuCl2,CuCl2溶液,31,,,,,,,,,,,,,,,,,阳极,阴极,氧气,氢
气,阳极: 4OH-- 4e- = 2H2O+O2 ↑,阴极: 4H ++ 4e- = 2H2 ↑,变大,不
变,加
H2O,Na2SO4溶液,32,,,,,,,,,,阳极,阴极,氯气,氢
气,阳极: 2Cl-- 2e- = Cl 2↑,阴极: 2H ++ 2e- = H2 ↑,2NaCl+2H2O 2NaOH+H2 ↑ + Cl2 ↑,减小,增
大,加
HCl,,,NaCl溶液,33,,,,,,,,,,,,,,,,,,,阳极,阴极,氧
气,铜,阳极: 4OH-- 4e- = 2H2O+O2 ↑,阴极：Cu2++ 2e-=Cu↓,,2CuSO4+ 2H2O === 2Cu ↓+O2 ↑+ 2H2SO4,电解,减小,减小,加
CuO,CuSO4溶液,34,电解规律（惰性电极）小结,阳极：S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F-,Ⅰ+Ⅲ区：电解本身型 如CuCl2
Ⅰ+Ⅳ区：放氢生碱型 如NaCl
Ⅱ+Ⅲ区：放氧生酸型 如CuSO4、AgNO3
Ⅱ+Ⅳ区：电解水型 如Na2SO4、H2SO4 、NaOH,阴极：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>H+>Al3+>Mg2+>Na+,35,电解原理的应用,1、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 .
2、氯碱工业反应原理
阳极：2Cl--2e- =Cl2↑，阴极：2H++2e- =H2↑
2NaCl+2H2O=2NaOH+H2↑+ Cl2↑
3、电解精炼反应原理(电解精炼铜)
粗铜中含Zn、Fe、Ni、Ag、Pt、Au等
阳极(粗铜)：Cu-2e- = Cu2+，
（Zn-2e- = Zn2+， Ni-2e- = Ni2+， Fe-2e- = Fe2+，等）
阴极(精铜)： Cu2++2e- =Cu↓，
电解液：可溶性铜盐溶液，如CuSO4。
Zn2＋、Ni2＋等 阳离子得电子能力小于Cu2+而留在电解质溶液中。金属活动顺序排在Cu后的Ag、Pt、Au等失电子能力小于Cu，以金属单质沉积于阳极，成为“阳极泥”。,36,总结:原电池、电解池、电镀池的比较 ***,化学能转变成电能的装置。,将电能转变成化学能的装置。,应用电解原理在某些金属表面镀上一层其它金属的装置。,①活动性不同两电极
②电解质溶液
③形成闭合回路,①两电极接直流电源
②电极插入电解质溶液
③形成闭合回路,①镀层金属接电源正极待镀金属接电源负极
②电镀液须含有镀层金属的离子,负极：较活泼金属；
正极：较不活泼金属(或能导电的非金属等),阳极：电源正极相连
阴极：电源负极相连,阳极：镀层金属；
阴极：镀件,负极：氧化反应
正极：还原反应,阳极：氧化反应
阴极：还原反应,阳极：氧化反应
阴极：还原反应,看《现代教育报》 评讲习题,37,高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为
3Zn + 2K2FeO4 + 8H2O 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH
下列叙述不正确的是（ ）
A．放电时负极反应为：Zn—2e— +2OH—= Zn(OH)2
B．充电时阳极反应为：
Fe(OH)3 —3e— + 5 OH— = FeO42—+ 4H2O
C．放电时每转移3 mol电子，正极有1mol K2FeO4
被氧化
D．放电时正极附近溶液的碱性增强,放电,,,[例题1],充电,C,
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