专题06 化学反应与电能（知识串讲）-2022-2023学年高一化学下学期期中期末考点大串讲（人教版2019必修第二册）

专题06 化学反应与电能 【知识串讲】 一、火力发电的能量转化关系 化学能 热能 机械能 电能 火力发电的缺点：①化石燃料属于不可再生资源，用化石燃料发电会造成资源的浪费。 ②火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。 ③化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如SO2、CO、NO2、粉尘等)，污染环境。 二、原电池的工作原理 1．原电池的构成条件——“两极一液一线一反应” (1)两极——两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属)。 (2)一液——电解质溶液。 (3)一线——形成闭合回路。 (4)一反应——能自发进行的氧化还原反应。 2．原电池工作原理： (1)装置示意图： (2)工作原理(以铜、锌、稀硫酸原电池为例) 知识要点 实例 电极 构成 负极：还原性相对较强的金属 正极：还原性相对较弱的金属或导电非金属 锌板——负极 铜板——正极 电极 反应 负极：失去电子，氧化反应 正极：得到电子，还原反应 负极：Zn－2e－===Zn2＋ 正极：2H＋＋2e－===H2 电子流 向、电 流方向 外电路：电子由负极流向正极，电流方向相反； 内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极，电流由负极流向正极 外电路：电子由锌板经导线流向铜板 内电路：SO移向锌板(负极)；Zn2＋移向铜板(正极) 电极反应式与 总反应式的关系　　 两个电极反应式相加，即得总反应式 负极：Zn－2e－===Zn2＋ 正极：2H＋＋2e－===H2 总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2 3．原电池正负极的判断方法： 【点拨】 (1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。 (2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。 (3)在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼性的强弱也要考虑电解质溶液性质。如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。 三、原电池原理的应用 1．加快化学反应速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池可以加快反应速率。 — | — 2．比较金属活泼性强弱： 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。 — | — 3．用于金属保护 将被保护的金属与比其活泼的金属连接。 4．设计原电池 (1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂为电解质溶液中的阳离子(或在正极上被还原)。 (2)步骤：以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例。 步骤 实例 将反应拆分 为电极反应 负极反应 Fe－2e－===Fe2＋ 正极反应 Cu2＋＋2e－===Cu 选择电极 材料 负极：较活泼金属，一般为发生氧化反应的金属 Fe 正极：活泼性弱于负极材料的金属或石墨 Cu或C 选择电解质 一般为与负极反应的电解质 CuSO4溶液 画出装置图 四、化学电源 1.一次电池——锌锰干电池 构造示意图 工作 原理 负极 锌筒 锌被氧化，逐渐消耗 电解质 氯化铵糊 正极 石墨棒 二氧化锰被还原 特点 放电后不能充电 便于携带，价格低 2.二次电池（充电电池） （1）常见类型：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等； （2）特点 放电：化学能转化为电能； 充电：电能转化为化学能。 放电时发生的氧化还原反应，在充电时逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。 3.燃料电池 一种将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂（如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置 特点：清洁、安全、高效；能量转化率可以达到80%以上；反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节。 燃料电池与一般的电池不同的是，反应物不是储存在 电池内部 ，而是由外部提供，电池装置起着类似于试管、烧杯等反应容器的作用。 工作原理：利用原电池的工作原理将燃料(如H2)和氧化剂(如O2)分别在两个电极上反应所放出的化学能直接转化为　电能　。(实验装置如下)  ①氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性、碱性和中性三种。 酸性 碱性 中性 负极反应式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O 2H2－4e－===4H＋ 正极反应式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 电池总反应式 2H2＋O2===2