專題06化學反應與電能

【知識串講】

一、火力發電的能量轉化關系

燃燒我也蒸汽、,π…發電機、,4匕

化學能熱能一>機械能一―7電能

火力發電的缺點：①化石燃料屬于不可再生資源，用化石燃料發電會造成資源的浪費。

②火力發電的過程中，能量經過多次轉化，利用率低，能量損失大。

③化石燃料燃燒會產生大量的有害物質(如So2、CO、No2、粉塵等)，污染環境。

二、原電池的工作原理

I.原電池的構成條件一兩極一液一線一反應”

(1)兩極——兩種活潑性不同的金屬(或一種為能導電的非金屬)。

(2)一液——電解質溶液。

(3)一線—形成閉合回路。

(4)一反應——能自發進行的氧化還原反應。

2.原電池工作原理：

(1)裝置示意圖：

(2)工作原理(以銅、鋅、稀硫酸原電池為例)

I______電子從負板選出，邊人正極

2+

Zn-2e-=Zn+

2H+2e-=H2↑

Zn負極正極I

外電路電子的定向移動

靜電作用

內電路離子的定向移動

知識要點實例

電極負極：還原性相對較強的金屬鋅板——負極一

構成正極：還原性相對較弱的金屬或導電非金屬銅板——正極

電極負極：失去電子，氧化反應負極：Zn-2e-=Zn2'

反應正極：得到電子，還原反應正極：2H+÷2e=H2

外電路：電子由負極流向正極，電流方向相

電子流外電路：電子由鋅板經導線流向銅板

反；

向、電內電路：SOr移向鋅板(負極)；ZM+移向銅

內電路：陰離子移向負極，陽離子移向正極，

流方向板(正極)

電流由負極流向正極

電極反應式與負極：Zn-2e=Zn2

總反應式的關兩個電極反應式相加，即得總反應式正極：2H++2e~

系總反應式：Zn÷2H+=Zn2τ÷Ho

3.原電池正負極的判斷方法：

較不活潑金

YT活潑金屬電極材料

II屬或非金屬

判判

鈍化反應電極反閡還原反應

斷I斷

為?T?.lll電子流向I電了流入為

負正

不斷溶解電極增重或

極電極現象極

質吊:減小I質吊:不變

〈陰離子移向離子移向

【點撥】

(1)構成原電池的兩電極材料不一定都是金屬，正極材料可以為導電的非金屬，例如石墨。兩極材料可能參

與反應，也可能不參與反應。

(2)兩個活潑性不同的金屬電極用導線連接，共同插入電解質溶液中不一定構成原電池，必須有一個能自發

進行的氧化還原反應。

(3)在判斷原電池正負極時，既要考慮金屬活潑性的強弱也要考慮電解質溶液性質。如Mg-Al-HCl溶液構

成的原電池中，負極為Mg；但是Mg-Al—NaoH溶液構成的原電池中，負極為Al,正極為Mg。

三、原電池原理的應用

I.加快化學反應速率

一個自發進行的氧化還原反應，設計成原電池可以加快反應速率。

——原電池中，氧化反應和還原反應分別在兩極進行，使溶液中離子運動時

原理一

相互的干擾減小，使反應速率增大。

實驗室用Zn和稀硫酸反應制取氫氣時，可滴入幾滴硫酸銅溶液，形成

二j^2j原電池，加快反應速率。

2.比較金屬活潑性強弱：

兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑。

一般原電池中，活潑金屬作負極，發生氧化反應，不活潑金屬作正極，

原理

.發生還原反應。

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，

實例

B極上有氣泡產生。由原電池原理可知，金屬活動性A>B。

3.用于金屬保護

將被保護的金屬與比其活潑的金屬連接。

原理作原電池的正極的金屬材料不參與反應

安的］要保護一個鐵制的輸水管道,可用導線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負極。

4.設計原電池

(1)依據：已知一個氧化還原反應，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負極材料(或在負極上被氧

化)，氧化劑為電解質溶液中的陽離子(或在正極上被還原)。

(2)步驟：以Fe+CuSO4-FeSO4+Cu為例。

步驟實例

將反應拆分負極反應Fe-2e^Fe2+

為電極反應正極反應Cu2+÷2e=Cu

負極：較活潑金屬，一般為發生氧化反應的

選擇電極Fe

金屬

材料

正極：活潑性弱于負極材料的金屬或石墨CU或C

選擇電解質一般為與負極反應的電解質CUSO4溶液

?Fe

CuT

畫出裝置圖—

CuSO4

/溶液

四、化學電源

化一次電池

學

電二次電池

源

燃料電池

1.一次電池——鋅銃干電池

I

b—-石墨棒

—-MnO湖

構造示意圖-NH￡1糊

?*-鋅編

5

負極鋅筒鋅被氧化，逐漸消耗

工作

電解質氯化錢糊

原理

正極石墨棒二氧化缽被還原

放電后不能充電

特點

便于攜帶，價格低

2.二次電池（充電電池）

（1）常見類型：鉛酸蓄電池、銀氫電池、鋰離子電池等；

（2）特點

放電：化學能轉化為電能；

充電：電能轉化為化學能。

放電時發生的氧化還原反應，在充電時逆向進行，使電池恢復到放電前的狀態。

3.燃料電池

一種將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑（如氧氣）的化學能直接轉化為電能的電化學反應裝置

特點：清潔、安全、高效；能量轉化率可以達到80%以上；反應物不是儲存在電池內部，而是從外部提供，

供電量易于調節。

燃料電池與一般的電池不同的是，反應物不是儲存在電池內部，而是由外部提供，電池裝置起著類似

于試管、燒杯等反應容器的作用。

工作原理：利用原電池的工作原理將燃料（如H2）和氧化劑（如02）分別在兩個電極上反應所放出的化學能直

接轉化為電能。（實驗裝置如下）

①氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池，可分成酸性、堿性和中性三種。

酸性堿性中性

+2H+4OH-4e=4H^δ^^+

負極反應式2H2-4e=4H22H2-4e=4H

+---

正極反應式O2+4H+4e^=2H2OO2+2H2O+4e=40HO2+2H2O+4e=40H

電池總反應式2H2+O2=2H2O

②中烷氧燃料電池

該電池用金屬銷片插入KOH溶液中作電極，又在兩極上分別通中烷和氧氣。電極反應式為：

2-

負極：CH4+1OOH^=CO3"+7H2O+8e

正極：2θ2+4H2O+8e-=8OtΓ

電池總反應式：CH」+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O

【注意】燃料電池的特點

(1)燃料燃燒是一種劇烈的氧化還原反應，可以利用原電池的工作原理將燃料和氧化劑(如02)反應所放出

的熱能直接轉變為電能。

(2)燃料電池是一種高效、環境友好的發電裝置。

(3)燃料電池如果以氫氣為燃料時，產物為水;以甲烷為燃料時，產物為水和二氧化碳。

(4)燃料電池與干電池和蓄電池的主要差別在于反應物不是儲存在電池內部，而是用外加的設備，源源不

斷地提供燃料和氧化劑，使反應能連續進行。

五、原電池電極反應式的書寫

1.一般原電池電極反應式的書寫

(1)首先確定電極名稱。

(2)負極上電極材料本身發生氧化反應，正極上溶液中的微粒發生還原反應。

(3)根據電解質溶液確定電極反應后元素的存在形式。

(4)弱電解質、氣體和難溶物均寫成化學式，其余的以離子符號表示。注意：電解質溶液的成分對電極產物

的影響；燃料電池的電極材料本身不參與電極反應。

(5)根據電子守恒，使正、負極上得失電子總數相等。

2.特定燃料電池電極反應式的書寫

第一步：寫出電池總反應式。

燃料電池的總反應與燃料的燃燒反應一致，若產物能和電解質反應則總反應為加和后的反應。

如甲烷燃料電池(電解質：NaOH溶液)的反應式為

CH4+2O2=CO2+2H2O①

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O②

①式+②式得燃料電池總反應式為CH4+2θ2+2NaOH=Na2CO3+3H2CL

第二步：寫出電池的正極反應式。

根據燃料電池的特點，一般在正極上發生還原反應的物質都是。2,電解質溶液不同，其電極反應有所

不同，其實，我們只要熟記以下四種情況：

常見介質注意事項

中性溶液反應物若是H+得電子或OH-失電子，則H-或OH-均來自于水的電離

酸性溶液反應物或生成物中均沒有OH-

堿性溶液反應物或生成物中均沒有PT

水溶液不能出現02—

(1)酸性電解質溶液環境下電極反應式：

+

02+4H+4e^=2H200

(2)堿性電解質溶液環境下電極反應式：O2+2H2O+4L=4OH,

(3)固體電解質(高溫下能傳導O?)環境下電極反應式：Q2+4e=202。

(4)熔融碳酸鹽(