化学能与电能一轮复习.ppt

1、化学能与电能,一、知识准备,1、氧化还原：,还原剂,（还原性）,被氧化,化合价升高,失电子,发生氧化反应,得到氧化产物,（氧化性）,氧化剂,（氧化性）,被还原,化合价降低,得电子,发生还原反应,得到还原产物,（还原性）,2、导电性,金属：,自由电子发生定向移动,溶液：,自由移动的离子发生定向移动,注意：,Zn不断溶解，Zn表面有气泡,H+只能在Zn表面得到电子,电子在电极表面，不会进入溶液：,3、常见的后续反应：,O2-：在酸性溶液中 ，在碱性或中性溶液中 ，H+：在碱性溶液中 ，在酸性或中性溶液中 ，沉淀反应如： 。,O2- + 2H+ = H2O,O2- + H2O = 2OH-,H+ +

2、 OH- = H2O,无后续反应，H+为最终产物,Pb2+ +SO42-=PbSO4,Zn2+2OH-=Zn(OH)2,Zn2+2OH-=ZnO+H2O,化学,电,化学,电,负极,正极,阴极,阳极,负,正,负,正,负,正,正极上有电子,阴极上有电子,负极上缺电子,阴,阳,阴,阳,负,正,负,正,阴,阳,阳极上缺电子,流出,失去,氧化,流出,失去,氧化,流入,得到,还原,流入,得到,还原,(1)有活泼性不同的两个电极,(2)两电极插入电解质溶液或熔融的电解质,(3)构成闭合回路,(4)有自发的氧化还原反应,两电极插入电解质溶液或熔融的电解质,形成闭合回路,有外加直流电源,有两个电极,阴极：,与电

3、源的负极相连,阳极：,与电源的正极相连,金属与金属,或金属与C,（一）电极反应式的书写（写出下列装置的电极反应式以及总反应式）,三、原电池,2H+2e-H2,负极：,总反应：,正极：,Zn2e-Zn2+,Zn+2H+Zn2+H2,Zn 2e- = Zn2+,负极：,正极：,总反应：,Zn + 2CH3COOH = Zn2+ +2CH3COO+ H2,2CH3COOH + 2e- = H2+2CH3COO,Zn+H2SO4=ZnSO4+H2,Zn + 2CH3COOH = (CH3COO)2Zn+ H2,电极反应式：,总反应式：,一定为离子方程式,分析该微粒来源以及后续反应,可以写离子方程式，,

4、也可以写化学方程式,必须满足离子方程式的书写规则,满足原子守恒及电荷守恒,注意：,Zn 2e- = Zn2+,Cu2+ + 2e- = Cu,负极：,正极：,总反应：,Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu,Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu,Zn 2e- = Zn2+,Ag+ + e- = Ag,负极：,正极：,总反应：,Zn +2 Ag+ = Zn2+ + 2Ag,2Ag+ +2 e- =2 Ag,两极上电子总数必须相等,两极相加必得总反应,注意：,负极：,正极：,总反应：,Mg 2e- = Mg2+,NO3- + 3e- NO ,NO3- + 3e- +4H+ = NO +2 H2O

5、,+H2O,+ H+,3Mg+2NO3- + 8H+ =3Mg2+2 NO +4 H2O,3Mg 6e- = 3Mg2+,2NO3- + 6e- +8H+ = 2NO +4 H2O,x3,x2,2Al+ 2OH +2H2O =2Al O2 + 3H2 ,负极：,正极：,总反应：,2Al 6e- + 8OH=2Al O2 +4H2O,6H2O + 6 e- = 3H2 + 6OH,2H2O + 2 e- = H2 +2OH,两极都能与溶液反应时,更易反应的一极为负极,注意：,将锌片和铜片用导线分别于电流计连接，并使锌片和铜片不直接接触，同时放入盛有硫酸铜溶液的烧杯中。,1.现象：,锌片溶解，,铜

6、片表面有红色的铜析出,电流计指针发生偏转。,电流计指针不再偏转。,电流计的指针偏转角度逐渐减小,最终锌表面被铜覆盖，,2.原因：,Zn不纯，Zn与杂质构成了无数微小原电池,Zn表面有些电子转移不到Cu上,有些Cu2+直接在Zn上得到电子析出Cu,使Zn与CuSO4溶液分开,3.如何改进：,装有琼脂及饱和KCl溶液的能连接两种溶液作用的桥形装置,5、盐桥的定义：,4、改进后的装置:,琼脂能减小溶液的流动性,6、盐桥的作用：,传递离子，使两个装置中溶液连接构成闭合回路,得到稳定的电流,平衡电荷，使两个溶液均保持电中性,（三）正负极的判断方法负极:(1) 金属 ,(2)电子流 的极, (3)发生 反

7、应的电极， ， 。正极：(1) 金属 ,(2)电子流 的极, (3)发生 反应的电极。 ， 。,活泼,不活泼,出,入,氧化,还原,电流流入的极,若有电极溶解现象,电流流出的极,若有电极增重、冒出气体等现象,原电池的正负极的判断方法,（1）根据两极材料的活泼性判断 （2）根据电极反应判断 （3）根据外电路电子或电流的方向断 （4）根据内电路阴、阳离子移动的方向断 （5）根据两极反应时所产生的现象判断,（四）原电池的设计,1、将Cu+2AgNO3=Cu(NO3)2+2Ag 的反应设计成一个能产生稳定电流的原电池装置,画出装置图。,2、将Zn+H2SO4=ZnSO4+H2的反应设计成一个能产生稳定电

8、流的原电池装置,画出装置图。,3、将Fe+2FeCl3=3FeCl2设计成原电池，画出装置图,找出总反应中化合价升降的元素,分解为两个半反应,确定电极材料和电解质溶液,画出装置图,4、设计的思路或步骤：,(五)原电池原理的应用,用于金属防护,制造各种实用的化学电源；,例如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能加快氢气的产生。,比较金属活动性强弱；,加快反应的速率；,酸性电解质中活泼性：负极正极,四、常用的化学电源和新型化学电源,（一）实用电池的特点,（二）几种常见的电池和新型电池分类及反应原理简介,化学电池分类:,电池(如锌锰干电池、碱性锌锰电池) 电池(又叫充电电池或蓄电池)(如铅蓄电

9、池) 电池(如氢氧燃料电池),一次电池,二次电池,新型电池,Zn + 2NH4+ + 2MnO2 =Zn2+ + 2NH3 + Mn2O3 + H2O,总反应：,负极：,正极：,2NH4+ + 2e - + 2MnO2 =2NH3 + Mn2O3 + H2O,1、一次电池,(又叫干电池),活性物质（发生氧化还原的物质）消耗到一定程度，就不能使用了。,电解质溶液制成胶状，不流动，也叫干电池。,锌锰干电池,构成:负极是 ,正极是 ,电解质溶液是 。,Zn 2e- = Zn2+,2NH4+ + 2e - =2NH3 + H2,H2 + 2MnO2 = Mn2O3 + H2O,锌锰干电池,Zn,石墨,

10、NH4Cl溶液,普通锌锰干电池缺点：放电量小，放电过程中易气涨或漏液,(2)碱性锌锰干电池：,Zn - 2e- + 2OH- = Zn(OH)2,2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-,Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2,电池总反应：,正极：,负极：,构成:负极是 ,正极是 ,电解质溶液是 。,Zn,MnO2,KOH溶液,(3)锌银电池：,负极：,正极：,(4)锂电池：,负极是 .,Zn -2e- + 2OH- ZnO+H2O,Ag2O + 2e- + H2O 2Ag + 2OH-,Zn + Ag2O 2Ag + ZnO,构成:负极是 ,正极是 ,电解质溶液

11、是 。,Zn,KOH溶液,Ag2O,Li,高能电池，质量轻,总反应式:,2、二次电池,又称充电电池或蓄电池，,这类电池可反复多次使用。,放电后可以再充电，使活性物质可以获得再生。,（1）铅蓄电池,构成:负极是 ,正极是 ,电解质溶液是 。,Pb,PbO2,H2SO4溶液,放电时为原电池：,负极：,Pb - 2e - + SO42- = PbSO4,正极：,PbO2 + 2e - + SO42- + 4H+ = PbSO4 + 2H2O,总反应式为：,Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O,Pb e- H2SO4,2,2,阴极（原来的 极） ；阳极（原来的 极） ;

12、总反应式： .,PbSO4+2e-=Pb+SO42-,PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+4H+SO42-,2PbSO4+2H2O=Pb+PbO2+2H2SO4,为电解池,充电过程,负,正,接电源负极,接电源正极,镍一镉碱性蓄电池：放电时镉(Cd)为负极,正极是NiO(OH),电解液是KOH溶液工作原理:负极: ；正极: .,Cd+2NiO(OH)+2H2O,Cd(OH)2+2Ni(OH)2,Cd - 2e- + 2OH- =Cd(OH)2,2NiO(OH)+2e- +2H2O=2Ni(OH)2+2OH-,总反应:,银-锌蓄电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的充电和放电过程可以表示为：,2

13、Ag+Zn(OH)2 Ag2O+Zn+H2O,此电池放电时，负极上发生反应的物质是（ ）,A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn,D,3、燃料电池电极材料： ； 特点： ；负极反应物 ；正极反应物 ；特点： ；,Pt + 催化活性物质,不参加化学反应，只起传导电子的作用。,燃料,O2,工作时不断补充燃料和O2,反应产物不断排出,能量转化率高.,电解液 H2O,O2,H2,H2O,2H2- 4e- =4H+,O2+4e- + 4H+=2H2O,2H2- 4e- +4OH- = 4H2O,O2 + 4e- +2H2O=4OH-,2H2- 4e- =4H+,O2 + 4e- +2H2O

14、=4OH-,2H2- 4e- +2O2-=2H2O,O2 + 4e- =2O2-,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O,2H2+O2=2H2O,+ OH-,+ H2O,(2)甲烷燃料电池,酸性环境：,CH4 8 e- = CO2,负极：,-4,+4,+ H+,2,8,正极：,总反应：,CH4 + 2O2= CO2 + 2H2O,CH4 8 e- = CO32-,碱性环境：,负极：,-4,+ H2O,7,10,正极：,总反应：,CH4 + 2O2+ 2OH- = CO32- + 3H2O,+4,2O2+8e- + 8H+=4H2O,2O2 + 8e- +4H

15、2O=8OH-,2CH3OH 12 e- = 2CO32-,+ OH-,2CH3OH 12 e- = 2 CO2,2CH3OH + 3O2= 2CO2 + 4H2O,+ H2O,（3）甲醇燃料电池,负极：,-2,+4,+ H+,2,12,正极：,总反应：,酸性环境,碱性环境,负极：,-2,+4,+ H2O,16,12,正极：,总反应：,2CH3OH + 3O2+ 4OH- = 2CO32- + 6H2O,3O2+12e- + 12H+=6H2O,3O2 + 12e- +6H2O=12OH-,+ OH-,乙醇燃料电池酸性环境：负极 ；正极: ；总反应式： 碱性环境：负极 ；正极: ；总反应式：,

16、C2H5OH e- = 2 CO2,+ H+,12,+ H2O,3,12,C2H5OH + 3O2= 2CO2 + 3H2O,3O2+12e- + 12H+=6H2O,C2H5OH + 3O2+ 4OH- = 2CO32- + 5H2O,3O2 + 12e- +6H2O=12OH-,C2H5OH 12 e- = 2 CO32-,+ H2O,16,11,-2,+4,-2,+4,熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物做电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极助燃气，制得在650下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：阳极反应式：2CO

17、- 4e-+2CO32- = 4CO2阴极反应式： 总电池反应：,O2+4e- +2CO2=2CO32-,2CO+O2=2CO2,CO熔融盐电池：,1991年，我国科学家首创以铝-空气-海水为材料组成的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。,负极：,4Al 12e- = 4Al3+,正极：,3O2 + 12e- + 6H2O =12OH-,总反应式为：,4Al + 3O2 + 6H2O =4Al(OH)3,Al 3e- = Al3+,O2 + 4e- + 2H2O =4OH-,4、海洋电池,（四）判断电池优劣的标准1、比能量：指电池单位

18、质量或单位体积所能输出电能的多少。(Ah/kg)，(Ah/L)2、比功率: 指电池单位质量或单位体积所能输出功率的大小. W/kg，W/L3、电池的储存时间:除特殊情况，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池，质量好。,五、电解池（一）电极的分类：1、按照电源： 2、按照活泼性：,阳极,阴极,惰性电极：,C、Pt、Au,活性电极：,Ag及Ag之前的金属,阳极： 离子，,阴极： 离子，,（二）放电顺序：,活性电极 S2- I- Br- Cl- OH- 含氧酸根 F-,Ag+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H+活泼金属阳离子,阳,阴,正常浓度时,H+正常浓度小，,

19、Fe2+、Zn2+浓度浓度一直保持很大时,2H+Cl Cl2 + H2,Cu2+2ClCu +Cl2,（三）电解的类型及电极反应式的书写,（写出下列装置的电极反应式、总反应式pH变化、复原方法）,惰性电极：,2Cl 2eCl2,2H+ +2e H2 ,2HCl Cl2 + H2,电解,浓度：,pH：,复原：,减小,增大,HCl气体,阳极：,阴极：,总反应：,电解,2Cl 2eCl2,Cu2+ +2e Cu,CuCl2Cu +Cl2,电解,阳极：,阴极：,总反应：,电解,浓度：,pH：,减小,增大,复原：,CuCl2固体,电解自身型,2NaCl+2H2O2NaOH+ Cl2 + H2,2Cl+2

20、H2OCl2 + H2 + 2OH,阳极：,阴极：,总反应：,2Cl 2eCl2,2H+ +2e H2 ,电解,电解,浓度：,pH：,减小,增大,复原：,HCl气体,放氢生碱型,NaCl溶液换成MgCl2溶液呢？,阳极：,阴极：,总反应：,MgCl2+2H2OMg(OH）2+ Cl2 + H2,Mg2+2Cl+2H2OCl2 + H2 + Mg（OH)2,2Cl 2eCl2,2H+ +2e H2 ,电解,电解,4AgNO3 +2H2O 4Ag+O2 +4HNO3,4Ag+ +2H2O 4Ag+O2 +4H+,阳极：,阴极：,总反应：,阳极：,阴极：,总反应：,4OH4e2H2O +O2,2Cu

21、2+ +4e2Cu,2CuSO4 +2H2O 2Cu+O2 +2H2SO4,2Cu2+ +2H2O 2Cu+O2 +4H+,电解,电解,电解,电解,4OH4e2H2O +O2,4Ag+ +4e4Ag,浓度：,pH：,减小,减小,复原：,CuO固体,放氧生酸型,浓度：,pH：,减小,减小,复原：,Ag2O固体,4OH4e2H2O +O2,4H+ +4e2H2 ,2H2O O2 +2H2,电解,阳极：,阴极：,总反应：,浓度：,pH：,增大,不变,复原：,H2O,4OH4e2H2O +O2,4H+ +4e2H2 ,2H2O O2 +2H2,电解,阳极：,阴极：,总反应：,浓度：,pH：,增大,减小

22、,复原：,H2O,4OH4e2H2O +O2,4H+ +4e2H2 ,2H2O O2 +2H2,电解,阳极：,阴极：,总反应：,浓度：,pH：,增大,增大,复原：,H2O,电解水型,将以上装置中的惰性电极换为Cu电极？,如何快速改写?,所有装置的阳极反应进改为：,Cu 2e- = Cu2+,阴极反应不变,总反应做相应的变化:,2、Cu+2H+ H2 + Cu2+,电解,8、 Cu+2H+ H2 + Cu2+,电解,3、Cu+2H2O H2 + Cu(OH)2,电解,1、无,4、无,5、Cu +2 Ag+ = Cu2+ + 2Ag,电解,6、Cu+2H2O H2 + Cu(OH)2,电解,7、C

23、u+2H2O H2 + Cu(OH)2,电解,书写步骤及注意事项：,1、看清电极材料,2、找出溶液中的阳离子和阴离子,3、根据放电顺序及电极材料确定放电微粒,4、电极反应式一定为离子方程式：,不考虑放电微粒来源以及后续反应,5、总反应式：,考虑放电微粒的来源，满足离子方程式的书写规则,6、两极相加不一定为总反应,7、总反应写条件：电解,+,-,OH-,Na+,阳极 阴极,电解饱和食盐水,只允许阳离子通过,阳离子交换膜,H2O+少量NaOH,饱和NaCl,NaOH溶液,淡盐水,H2,Cl2,2Cl- - 2e- =Cl2,2H+2e- = H2,H+从何来？,1、电解饱和食盐水阴极材料： 电极反

24、应： 。 阳极材料 ： 电极反应： 。总反应： 。设备 。,2H+2e- = H2,2Cl- - 2e- = Cl2,2NaCl+2H2O =2NaOH+Cl2+H2,电解,阳离子交换膜电解槽,避免Cl2和NaOH反应,只允许阳离子自由通过,Ti,Fe,而阻止阴离子和气体通过。,（四）电解原理应用,氯碱工业,阳极 放电，产生 。开始时阴极区需要加入 。,电解过程：,阴极 放电，产生 ，使 浓度增大，即阴极区产生 。,H+,Cl-,OH-,H2,Cl2,NaOH,H2,开始时阴极区需要加入 。,H2O,少量NaOH,增强导电性,NaCl溶液,NaCl精炼：,电解过程中Na+定向移向： 。,阴极,

25、加入NaOH溶液,加入BaCl2溶液,加入Na2CO3溶液,过滤加入盐酸,用 的原理在金属表面镀上一层金属或合金的过程。实质是 .镀层金属作 极，镀件作 极，电镀液 。Fe上镀Cu原理： 作阴极， ； 作阳极， 。电镀液的浓度在电镀过程中 。,2、电镀：,电解,称为镀件,称为镀层,阴,阳,含有镀层金属离子的溶液,Fe,Cu,Cu2+ 2e- = Cu,Cu2e- = Cu2+,不变,注意：,离子浓度会影响放电顺序,当Fe2+、Zn2+浓度一直保持很大时，将优先于H+放电,从而实现镀铁、镀锌,镀层金属在阳极溶解然后在镀件上析出,实质是用 原理，使粗金属先 再 的过程精炼铜的原理：粗铜作 极， ；

26、 精铜作 极， ； 电解液含有 。比铜活动性强的杂质形成 ， 比铜活动性弱的杂质形成 。,3、精炼：,电解,溶解,在纯金属上析出,阴,阳,Cu2+ 2e- = Cu,Cu2e- = Cu2+,Cu2+,阳极泥,金属阳离子进入溶液,电解液的浓度在电解过程中 。,减小,Fe、Zn等活泼金属溶解时，析出Cu，使Cu2+浓度减小,2NaCl = 2Na+Cl2,4、活泼金属的冶炼,（1）制钠：,阳极：,阴极：,总反应：,2Na+ + 2e = 2Na,2Cl 2e = Cl2,MgCl2 = Mg+Cl2,（2）制镁：,注意:,不用MgO，,MgO熔点太高,阳极：,阴极：,Mg2+ + 2e = Mg

27、,2Cl 2e = Cl2,（熔融）,（熔融）,电解,电解,2Al2O3 = 4Al+3O2,（3）制铝：,总反应：,阳极：,阴极：,4Al3+ + 12e = 4Al,6O2 12e = 3O2,（熔融）,电解,注意:,不用AlCl3，,熔融AlCl3不导电,K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag,电解法,还原法,热分解法,不同金属冶炼方法的选择,K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag,简单，实用，节省的原则,同一种金属可能有不同的冶炼方法,M - ne- = Mn+,六、金属的腐蚀,（一）金属腐蚀：,1、定义：是指金属或合

28、金跟 发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。,接触到的气体或液体,2、本质： （ 反应）,氧化,3、类型：直接反应 腐蚀；原电池反应 腐蚀,化学,电化学,金属与接触到的 （如 、 、 等）或 （如 ）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。,（二）化学腐蚀：,干燥的氧化剂,O2,Cl2,SO2,非电解质溶液,1、定义：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生 反应， 的金属失去电子而被 。如 在潮湿的空气中生锈。2、类型：,（三）电化学腐蚀：,原电池,氧化,较活泼,生铁,较强酸性,中性、碱性、弱酸性,2H+2e-H2,O2 + 4e- + 2H2O 4 OH-,Fe2e-Fe2+,Fe2e-Fe2+,Fe+2

29、H+ Fe2+H2,2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2,4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3,Fe2O3 nH2O,（铁锈）,3、化学腐蚀与电化学腐蚀的比较：,电解质溶液,氧化剂,无,弱电流,较活泼的金属被氧化,金属被氧化,同时,电化学,使它隔离_、_等物质,(四)金属的防护,1、改变金属的内部结构,制成合金（不锈钢）,2、在金属表面覆盖保护层，,空气,水,喷油漆、涂油脂、电镀、表面钝化、搪瓷等。,3、金属的电化学防护,（1）牺牲阳极的阴极保护法,被保护的金属做正极，,活泼金属保护不活泼金属,（2）外加直流电源的阴极保护法,被保护的金属做阴极,健身器材刷油漆,衣架和电线外面包上一层塑料层,某些金属工具或“机械传动部位” ，用油脂来防锈,船身如何防腐蚀的？,用牺牲锌块的方法来保护,船身上装锌块,下列各情况，在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是_,(5)(2)(1)(3)(4),练习,金属腐蚀的快慢速度：,电解池的阳极,原电池的负极,化学腐蚀,原电池的正极,电解池的阴极,