1.2 化学能与电能的转化（图文版知识清单，不可编辑）化学苏教版选择性必修1

第二单元化学能与电能的转化-知识01 铜锌原电池的工作原理知识卡片 1.铜锌原电池的工作原理 (1)实验探究桐锌原电池的工作原理 Zn锌粉 【实脸1】向CuS0,溶液中加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度 CuSO 【实验2】将用导线与电流计相连接的悴片和铜片分别插入ZnSO,和CuSO溶液中，将盐桥插入 两只绕杯的电解质溶液中，观寮实验现象；取出盐桥，再观察实验现象 饨和KCI Zn 盐桥 ZnSO CuSO 实验现象与结论 实验现象 实验结论 实验1 溶液的温度升高 Zn与CuSO,落液反应放出热量 实验2 ①锌片溶解，铜片加厚变亮； 插入盐桥 ②CuSO,溶液的颜色变浅； 有电流产生 ③电流计指针发生偏转 取出盐桥 电流计指针不发生偏转 无电流产生 (2)实验结论： 实验1的能量变化的主要形式为化学能转化为热能： 实验2的能置安化的主要形式为化学能转化为电能。 (3)铜锌原电池的工作原理 ④ 电流表 盐桥 ZnSO Zn片为负极，电极反应式为Zn-2e=Zn2+,反应类型是氧化反应。 Cu片为正极，电极反应式为Cu2++2e=Cu,反应类型是还原反应。 总反应式为Zn+Cu2+=Zn2++Cu。 电子的流动方向：Zn片→导线-铜片。 盐桥中K+移向CuSO4溶液，C移向ZnSO.溶液。 高中化学知识清单一原电池的工作原理 1.原电池的构成 G 导线 ①半电池：原电池由两个半电池组成，半电 池池包括电极材料和电解质溶液。 负极 盐桥（含饱和KCI琼脂） 正极 ②电极材料：一般情况下，两个活泼性不同 (Zn)zn (Cu) 的电极，相对活泼的金属作负极，较不活泼 泼的金属（或导电的非金属）作正极。 ③形成闭合回路：两个半电池通过盐桥和导 线连接，形成闭合回路。两个隔离的半电池 ZnS04 CuSo 池通过盐桥连接起来，盐桥中通常是装有含 电解质溶液 活泼性不同： 电解质溶液 KC饱和溶液的琼脂。 (ZnSO4) Zn>Cu (CuSO4) 2.原电池的工作原理 e ①一般，原电池反应为自发的 氧化还原反应，且△H<0。 阳离子(K)→正极区 ②半反应：负极失去电子，发 负极 正极 (Zn) Zn 生氧化反应；正极得到电子， 阴禽子(C)→负极区 (Cu) 发生还原反应。 ③电子流向：电子由负极经导 线流向正极。 ZnS04 CuSo ④离子流向：盐桥中的阳离子 流向正极，阴离子流向负极。 (3) 盐桥的作用 ①将两个半电池隔开，提高电池效率。 山 Zn Cu2 CU ②避免还原剂和氧化剂直接接触，造成能量损耗，提高了电池的 电流效率； ③原电池工作时，盐桥的存在，阴、阳离子分别移向两个半电池 K 的电解质溶液中，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应 Zn CU 可以继续进行。 电中性平衡 高中化学知识卡片：原电池设计与一次电池 知识01原电池的工作原理 3.设计简单的原电池 (1)设计原电池的步骤 ①分析氧化还原反应的电子转移方向和数目； ②分别写出正、负极的电极反应式； ③根据电极反应式确定半电池的电极材料和电解质溶液 电极材料：一般活泼金属作负极，不活泼金属（或非金属导体）作正极； 电解质溶液：负极电解液一般是负极金属对应的阳离子的溶液；正极电解液 一般是氧化剂对应的电解质溶液。 (2)设计原电池的要点 ①从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。关键是选 择合适的电解质溶液和两个电极。 ②正确分析氧化还原反应，找出氧化剂和还原剂、电子转移情况。 ③根据氧化剂和还原剂选择合适的电极材料和电解质溶液。一般较活泼的金属 作负极，较不活泼的金属（或非金属导体）作正极。 如果负极反应为金属失去电子的反应，则电极材料为该金属，电解质溶液为 该金属的阳离子溶液；正极材料选用比负极金属稳定的材料。 知识02化学电源 一、一次电池 1.一次电池的特点 一次电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后不能再使用。 2.常见的一次电池 (1)碱性锌锰干电池 电池反应式：Zn+2Mn02t2H20=2Mn0(OH)+Zn(OH)2 负极反应式：Zn-2e+20H=Zn(OH)2i 正极反应式：Mn02+2e+2H,0=2Mn0(OH)+20H。 (2)银锌纽扣电池： 金属 电池反应式：Zn+Ag20+H20=Zn(OH)2+2Ag。外壳 锌粉 负极反应式：Zn-2e+20H=Zn(OH)2。 Ag20 正极反应式：Ag20+2e+2H20=2Ag+20H。 浸了KOH溶液的隔板 知识02化学电源-二次电池 二次电池的特点 1.二次电池又称为充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获 得再生。 2.铅蓄电池 铅蓄电池的放电反应（原电池反应） 电极 反应式 负极 Pb-2e+SO2-=PbSO4 正极 Pb02+2e+S042+4Ht==PbS04+2H20 电池反应 Pb+Pb02+2H2S0,=2PbS04+2H20 硫酸 铅蓄电池的充电反应（电解池反应） Pb PbO 电极 反应式 阴极 PbSO+2e===Pb+SO2- 铅蓄电池示意国 阳极 PbS04-2e+2H20==Pb02+S0,2+4Ht 总反应 2PbS04+2H20=Pb+Pb02+2H2S04 充、放电原理：Pb+Pb02+2H2S04 放电、 2PbS04+2H20 【特别提醒】注意充放电方向与电极对应关系 充电 3.新型二次电池 (1)新型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等 (2)锂离子电池 ①锂离子电池的组成 正极材料：磷酸铁锂(LiFePO.,)或钴酸锂(LiCoO2) 等，具有可供锂离子嵌入或脱嵌结构。 负极材料：碳素材料，如人工石墨、碳纤维、天然石墨 等。 电解质溶液：锂盐溶解在非水、非质子性有机溶剂中。 ②锂离子电池的工作原理（充电时） 负极：LiCo02-xe→Li1.xCo02+xLi计 正极：6C+xLit+xe→Li,C6 电池反应：LiCo02+6C=Li1xCo02+Li,C6 化学电源 燃料电池知识清单 三、燃料电池 1.燃料电池 (1)概念：燃料电池是利用株料和氧化剂之间 燃料 发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电 料 电能 能的化学电池。氢气、甲烷、甲醇、肼 电池 直接转化 (N,H,)、氨等都可以作为燃料。 氧化剂 产物 还原剂 (2)特点：氧化剂和还原剂在工作时不断从外部输入， 同时将电极反应产物不断排出电池。 2.氢氧燃料电池（电解液为KOH溶液） 负极：2H2-4e°+4OH=4H2O 正极：O2+2H20+4e=4OH1 电池反应：2H2+O2=2H20 3.基础实验一 制作简单的燃料电池 (1)实验步骤 ①将石墨棒和玻璃导管插入橡胶塞中，将橡胶塞塞入U形管管口中， 检查气密性，标记橡胶塞底部到达的位置； ②取出橡胶塞，往U形管中注入稀硫酸，以接近橡胶塞底部标记的位置 为宜； ③塞紧橡胶塞，接通学生电源，当一端玻璃管内的液柱接近溢出时， 切断学生电源； ④取出时钟内的干电池，将导线与时钟的正、负极相连， 观察时钟指针。 (2)实验现象 ①接通学生电源，两个石墨棒上都有气泡产生，U形管 学生电源 内液面下降，玻璃管液面上升。 ②连接时钟，时钟指针又开始走动。 石墨棒 (3)判断燃料电池中正、负极的方法 接通学生电源时，玻璃管内液柱先接近溢出的电极产生 玻璃 的气体是H2,该电极为燃料电池的负极； 导管 另外一个电极产生的是O2,该电解为燃料电池的正极。 N 知识03电解池的工作原理 电解池的工作原理-知识清单 一、电解池的工作原理 1.电解熔融氯化钠的原理 (1)通电前，熔融NaCl中存在可以自由移动的 Nat、Ct。 阴极 自由移动的Na、CI 阳极 (2)通电后，阴、阳离子发生定向迁移，其中， Na+离子向阴极移动，发生还原反应； C向阳极移动，发生氧化反应。 银白固体 (3)电极反应和电解反应： ONa Na● 阴极：2Na*+2e=2Na;阳极：2Ct-2e=CL2↑。 电解反应：2NaCl(熔融)通电2Na+CL2↑ 2. 电解和电解池 (1)电解是在直流电作用下，在两个电极上分别 发生氧化反应和还原反应的过程。 (2)电解池是将电能转化为化学能的装置。 电能 (3)电极名称及反应类型： (直流电) 化学能 电解池 电极名称 反应类型 阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应； 阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。 (4)电解池的构成条件：具有与直流电源相连接的两个电极（阴极、阳极），插入 电解质溶液或熔融电解质中，形成闭合回路。 3.电解池的工作原理 (1)与电源正极相连的电极为阳极， 阳极发生氧化反应；与电源负极相连 的电极为阴极，阴极发生还原反应。 + (2)电子流向：负极一阴极、 电子 电源 电子 阳极一正极。 (3)离子的移动方向：阳离子 向阴极移动，阴离子向阳极移动 阴极 电解质AB 阳极 熔融 或溶 于水 阳离子 A+、B- 阴离子 .o 化学知识卡片：电解池的工作原理与份析访法 知识03 电解池的工作原理 二、电解反应的分析方法和放电规律 1.分析电解问题的基本方法思路 ()通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子（包括水电离出的H 和OH)。 (2)通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析 谁优先放电（注意活泼金属作阳极时优先放电）。 (3)正确书写电极反应式，要注意原子数、电荷数是否守恒。 (4)能结合题目要求分析电解时的各种变化情况，如两极现象、离子浓 度的变化、pH变化等 活性电极 电极材料失电子溶解 阳极 阳极 惰性电极溶液中阴离子根据放 产物 电顺序失电子 与电极材料无关 阴极 阴极 只根据阳离子放电顺序确定 产物 2、电极反应规律 (1)阴极：一般来说，无 (2)阳极：溶液中还原性强的 e 论是惰性电极还是活性 阴离子失去电子被氧化，或者 电极都不参与电极反应， 电极材料（电极为活性电极，© 发生反应的是溶液中的 除Pt、Au外的金属)本身失 阳离子。 去电子被氧化而溶入溶液中。 溶液中只考虑 此部分 Br OH H20 在溶液中只考虑此部分 阳离子放电顺序（由先到后） Ag*>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+() 含氧 酸根 F还原性（减弱） Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+>H+()> 放电能力（减弱） Al3+Mg2+Na*>Ca2+>K+ 水电离出的OH放电 高中化学知识清单：电解池原理与应用 知识03 电解池的工作原理 二、 电解反应的分析方法和放电规律· 3.以惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 电解质溶液 电极反应特点 pH变化 复原加入的物质 含氧酸 (如H2S0,) 阴极：4H+4e=2H2↑ 阳极：2H20-4e=02个+4H 减小↓ H20 o 强碱 (如NaOH) 阴极：4H20+4e=2H2↑+40H 电解水型 阳极：40H-4e=2H20+02↑ 增大个 H20 活泼金属的含氧酸盐 阴极：4H20+4e=2H2↑+4OH (如Na2S0,) 阳极：2H20-4e=02↑+4H 不变→ H20 无氧酸、不活泼金属 电解质电离出的阴、阳离子分别在两 电解 的无氧酸盐 极放电 增大个 对应电解质 电解质型 (如HCI、CuCL2) 阴极：2H*+2e=H2个、Cu2*+2e=Cu (HC、CuCl) 阳极：2C-2e=CL2↑ 放H2 活泼金属的无氧酸盐 阴极：2H20+2e=H2↑+20H 增大个 HCI 生诚型 (如Nacl) 阳极：电解质阴离子放电2C-2e=Cl,↑ 0 0， 不活泼金属的含氧酸 阴极：电解质阳离子放电 盐（如AgNO Ag+e=Ag、Cu2+2e=Cu 小↓ 金属氧化物、氢 生酸型 CuSo) 阳极：2H20-4e=02↑+4H 氧化物或碳酸盐 4. 根据实验现象判断阴、阳极和电极产物 (1)滴入酚酞试剂显红色的一极（说明艹放电显碱性）是阴极，接电源的负极。 (2)滴入石燕试剂显红色的一极（说明0州放电显酸性）是阳极，接电源的正极。 (3)电极增重的一极（说明不活泼金属离子放电析出金属）是阴极，接电源的负极。 知识04 电解原理的应用 -一、电解饱和食盐水的工作原理 CL,↑ H, 1.电极反应和电解反应 (1)阳极：优先放电的离子：C,电极反应式： 浓食盐水 希NaOH 2C-2e=CL2↑，反应类型：氧化反应。 Na* H,t Na (2)阴极：优先放电的离子：H,0电离出的H,电极反应 Na" 式：2H20+2e=H2↑+20H,反应类型：还原反应。 NaOH 稀食盐水 (3)电解方程式：2NaC+2H,0惠H,↑+2NaOH+C,↑。 阳离子交换膜 高中化学知识卡片：电解原理的应用 知识04电解原理的应用 电解饱和食盐水的工作原理 2.电解饱和食盐水的工作原理 (1)电解过程中，阳极室C离子浓度 阳极 阴极 Cl2 阳离子交换膜 H2 减小，Na+离子通过阳离子交换膜 进入阴极室，NaCl溶液浓度变小； C H2O 阴极室OH离子浓度增大，形成NaOH H Na+ Na OH- 浓溶液。 饱和食盐水 OH NaOH (2)阳极产物为CL2,阴极产物为： 阳极室C浓度减 Na适过阳 阴极室OH浓度增大 NaOH、H2g 小，Nacl浓度变小 高子交换膜 ,形成NaOH浓落液 进入阴根室 (3)阳离子交换膜的作用 【特别提醒】 ①防止阴极区的OH进入阳极 OH 注意副反应：氯气 Na 区，OH与Cl,的反应方程式为 与碱反应生成次氯 Cl,+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O. 酸盐，降低产率且增 阳离子交换膜 ②防止H2与C2混合发生爆炸。 加安全隐患。 二、 铜的电解精炼 1.电解池的构成和电极反应 含杂质的铜 块（阳极） 纯铜片 变厚 硫酸铜溶液 纯铜薄片 (阴极) 从阳极沉积 下来的阳极泥 (1)阳极反应 金属铜和比铜活泼的锌、铁等金属转化为阳离子进入溶液中，不如铜 活泼的银、金等在阳极沉积下来，形成阳极泥。 (2)阴极反应 溶液中的Cu比Z+、Fe等离子优先得到电子，成为金属铜析出。 H.O 电镀原理与应用-知识清单 u 一、电镀概述 1.概念 应用电解的原理在某些金属或其他材料表面 镀上一薄层其他金属或合金的过程。 镀层 60 Zn 2.目的 ①提升美观和增加表面硬度 ②增强材料的抗腐蚀能力，防止金属氧化 3.镀层 镀层金属 待镀件 镀层金属通常是一些不易被腐蚀的金属或合金。 二、基础实验 —铁钉镀锌 1.实验操作要点 ①镀件的处理：铁钉依次用细砂纸打磨、NaOH 溶液浸泡、浓盐酸浸泡、稀硝酸浸泡，并洗净。 ②电镀操作：锌片作阳极，铁钉作阴极。 2.电镀池的构成 阳极(Zn) 阴极(Fe钉) 通常用待镀金属制品为阴极，以镀层金属为阳 Cu 极，用含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液。 含有Zn24 3.电极反应 的溶液 阳极：Zn-2e=Zn2t (如ZnS0) e 阴极：Zn2++2e==Zn 铁钉镀锌锌镀件实验 三、电镀银的工作原理 1.电极反应式 阴极：Ag+e=Ag 阳极 阳极：Ag-e=Ag 阴极 银 2.现象 可观察到的现象是待镀金属表面镀上一层 0 含银离子 待镀金属 光亮的银，阳极上的银不断溶解。 的溶液 3.浓度变化 电镀银工作原理示意图 含银离子的溶液浓度的变化是不变。 高中化学知识卡片 NO