专题四 化学反应与电能 （知识串讲）-2023-2024学年高二化学期末知识串讲+专题检测一遍过（人教版2019）

专题四 化学反应与电能 一、原电池的工作原理 1．原电池的构成条件 (1)定义：能把化学能转化为电能的装置。 (2)构成条件： 2．锌铜原电池的工作原理(含盐桥) 装置示意图 注：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶 现象 锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流表指针发生偏转 能量转换 化学能转化为电能 微观探析 在硫酸锌溶液中，负极一端的Zn失去电子形成Zn2＋进入溶液 在硫酸铜溶液中，正极一端的Cu2＋获得电子变成Cu沉积在铜片上 电子或离子 移动方向 电子：负极流向正极 盐桥：Cl—移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液 工作原理， 电极反应式 负极：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应) 正极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 【特别提醒】 ①盐桥的作用：形成闭合回路；平衡两侧的电荷，溶液呈电中性；避免电极与电解质溶液的直接接触，减少电流的衰减。 ②原电池输出电能的能力，取决于组成原电池的反应物的氧化还原能力。 3．原电池工作原理示意图 【方法技巧】一般电极反应式的书写方法 (1)判断原电池的正、负极，即找出氧化剂和还原剂。 (2)结合介质的酸碱性确定还原产物和氧化产物。 (3)写出电极反应式，将两式相加得总反应式。 4.原电池的应用 （1）设计制作化学电源： (2)比较金属的活动性强弱： 原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或能导电的非金属)。 (3)加快化学反应速率： 氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。 (4)用于金属的防护： 将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。 【例1】（2023上·北京朝阳·高二统考期末）锌铜原电池装置如图，下列说法不正确的是 （含KCl饱和溶液的琼胶） A．锌电极上发生氧化反应 B．盐桥中的移向溶液 C．电子从锌片经电流计流向铜片 D．铜电极上发生反应： 二、化学电源 1．化学电源概述 (1) 化学电源的分类 原电池是化学电源的雏形，常分为如下三类： ①一次电池：也叫做干电池，放电后不可再充电。 ②二次电池：又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。 ③燃料电池：连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。 (2)判断电池优劣的主要标准 ①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。 ②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。 ③电池可储存时间的长短。 (3)化学电池的回收利用 使用后的废弃电池中含有大量的重金属、酸和碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。废弃电池要进行回收利用。 (4)化学电源的发展方向 小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐。如镍氢电池、锂离子电池等。 2．锌锰干电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极：锌 正极：石墨棒 电解质溶液：氯化铵和氯化锌 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质溶液：氢氧化钾 工作 原理 负极：Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋ 正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH) 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 3．铅蓄电池 铅蓄电池是常见的二次电池，其放电反应和充电反应表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O (1)负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。 (2)放电反应原理 ①负极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ； ②正极反应式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ； ③放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。 (3)充电反应原理 ①阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ； ②阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ； ③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极，正极接正极”。 4．锂离子电池 电极 电极反应 负极 嵌锂石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy 正极 钴酸锂(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 总反应 LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy 反应过程：放电时