内容正文:
第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
第2课时 化学反应与电能
[学习目标]
1.了解化学能与电能的转化关系。
2.初步了解原电池的工作原理及应用。
3.了解研制新型电池的重要性。
4.会书写简单的电极反应式。
[核心知识梳理]
一、化学能间接转化为电能——火力发电
过程
化石燃料燃烧→加热水→蒸汽推动蒸汽轮机→带动发电机
能量转化过程
化学能→热能→机械能→电能
关键
化石燃料的燃烧(氧化还原反应)
二、化学能直接转化为电能——原电池
1.原电池的概念:把化学能转化为电能的装置。
2.原电池工作原理(以Zn--Cu--稀硫酸原电池为例)
(1)原电池的工作原理思维模型
(2)电子的移动方向:从负极流出,经导线流向正极。
(3)离子的移动方向:阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
【注意】①电子只能在导线中定向移动,离子只能在电解质溶液或熔融电解质中定向移动。(简记为:电子不下水,离子不上岸)
②负极区失电子带正电,所以带负电的阴离子移向负极,电子流向正极后正极带负电,所以溶液中带正电的阳离子移向正极。(简记为:负负、正正)
3.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如碳棒)。
(2)一液——电解质溶液(或熔融的电解质)。
(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。
4.原电池正、负极判断方法
(1)据电极材料——活泼的易失电子的为负极,不活泼的为正极。
(2)据电子的流向——电子流出的为负极,电子流入的为正极。
(3)据化学反应——失电子发生氧化反应的为负极,得电子发生还原反应的为正极。
(4)据电极现象——溶解的为负极,产生气体或固体析出的为正极。
5.电极反应式的书写思路
[特别提醒]若某电极反应式较难写时,可先写出较易的电极反应式,在保证电子转移数目相同的情况下,用总反应式减去较易的电极反应式,即可得出较难写的电极反应式。
三、常见的化学电源
1.锌锰干电池
(1) 结构:锌锰干电池是以锌筒作负极,石墨棒作正极,在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质溶液。
(2) 原理:锌锰干电池属于一次性电池,放电之后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)。负极发生的电极反应为 Zn-2e-===Zn2+ ,正极发生的电极反应为2MnO2+2NH+2e-===Mn2O3+2NH3↑+H2O。
2.充电电池
(1)充电电池属于二次电池。有些充电电池在放电时所进行的氧化还原反应,在充电时可以逆向进行,生成物重新转化为反应物,使充电、放电可在一定时间内循环进行。
(2)常见充电电池:铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。
3.燃料电池
(1)燃料电池是通过燃料与氧化剂在两个电极上发生氧化还原反应,将化学能直接转化为电能的装置。
如氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等。
(2)燃料电池与火力发电相比,能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部,而是从外部提供。
[典例分析]
[典例1]下列装置中,能形成原电池的是
A. B.
C. D.
[典例2]实验探究是提高学习效果的有力手段。某同学用如图所示装置研究原电池原理,下列说法错误的是
A.若将图1装置的Zn、Cu下端接触,Zn片逐渐溶解,Cu片上能看到气泡产生
B.图2中H+向Zn片移动
C.若将图2中的Zn片改为Mg片,Cu片上产生气泡的速率加快
D.图2与图3中,Zn片减轻的质量相等时,正极产物的质量比为1∶32
[典例3]碱性电池具有容量大、放电时电流大等特点。碱性锌锰干电池以氢氧化钾为电解质,电池总反应式为Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnOOH。下列说法错误的是
A.电池工作时,锌失去电子
B.电池正极的电极反应式为MnO2+H2O+e-=MnOOH+OH-
C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D.外电路中每通过0.2mol电子,理论上锌的质量减小6.5g
[典例4]燃料电池是目前电池研究的热点之一、现有某课外小组自制的氢氧燃料电池,如图所示,a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是
A.外电路中电子由a流向b
B.b极反应式是
C.总反应式为
D.使用过程中电解质溶液的浓度逐渐减小
[典例5]高铁电池是一种新型可充电电池,与普通铅酸充电电池相比,该电池能较长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应为3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,该电池放电时,锌为
A.正极,并被还原 B.正极,并被氧化
C.负极,并被还原 D.负极,并被氧化
[同步练习]
一、单选题
1.下列装置中,能构成原电池的是
A.只有甲 B.