2022年化学能与电能的转化知识详解 .pdf

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1、化学能与电能的转化知识详解原电池的概念要点： 1、化学能转化为电能：原电池的原理（重点）原电池的形成条件2、原电池的应用：化学电源（了解）概念3、电解池电能转化为化学能原理应用我们知道化学能与多种形式的能量之间存在转化关系。例如上一单元我们就学习了化学能与化学能与热能之间的转化。首先，先来了解一下化学能是如何转化为电能的。日常生活中各种常见的化学电源就是一种将化学能转化为电能的装置。下面，我们先来看三个实验：实验 1：把一块锌片和一块铜片分别插入盛有稀H2SO4的烧杯里，观察现象。现象： 锌片上产生气泡而铜片上无气泡。结论： 铜片不与稀硫酸反应，锌片与稀H2SO4发生反应。实验 2：把一块锌片

2、和一块铜片同时插入盛有稀H2SO4的烧杯里。现象： 锌片上产生气泡，而铜片上无气泡。结论： 铜片不与稀H2SO4反应，锌片与稀H2SO4发生转换反应。这两个实验我们很熟悉，因为锌的金属活动性顺序在氢之前，因此， 它能够转换出非氧化性酸中的氢，而铜的金属活动性顺序在氢之后，因此铜无法与酸反应生成H2。实验 3：用导线把实验2 中的锌片和铜片连接起来，并接上微电流计，观察现象。现象： 铜片上有气泡，锌片上无气泡生成（实际过程中若片不纯，也会有气泡），电流计指针发生偏转。结论： 电流计指针发生偏转，说明导线上有电流通过。我们可以看到通过这个装置，可以将化学能转变为电能。一、化学能转化为电能1、原电池

3、的概念：将化学能转变为电能的装置称是原电池。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 2、原电池的原理：a. 本质：将化学能转变为电能b. 动力源：自发进行的氧化还原反应c. 形成电流的过程原电池形成电流实际上就是将一个氧化还原反应拆成两个半反应。一个是氧化反应，一个是还原反应，下面就以ZnCu原电池为例说明电流形成的过程。 锌片（负极）失电子形成锌离子，Zn2+进入溶液，而电子则从锌电极流出，流入导线（因为电子无法在电解质溶液中自由移动

4、）ZnZe= Zn2+ 流出锌电极的电子经导线流入铜电极。 在铜片上（正极） ，流入铜电极的电子使H还原成 H22H2e= H2 铜电极附近的溶液中，H减少而锌电极附近的Zn2+增多， H，Zn2+从浓度大的负极区向浓度小的正极区移动，形成电流回路。总反应方程式：Zn2H= Zn2+H2那么要形成原电池究竟要符合哪些条件呢？是不是任何情况下都能形成原电池，负极和正极又是如何来确定的呢？3、原电池形成的条件有可自发进行的氧化还原反应两根导线（金属或非金属）材料作正、负电极负极：电子流出的一极，有氧化反应发生（还原剂在负极）正极：电子流入的一极，有还原反应发生（氧化剂在正极）注：两电极本身不一定参

5、与反应，有时只起传转电子的作用。若两金属材料作电极，则一般情况下，相对较活泼的作负极，相对较不活泼的作正极，这里的相对活动不仅仅指的是金属活动性顺序，而是指的在具体情况下两电极的活性，如以浓 HNO3为电角质， Fe、Cu 作电极，因为Fe 遇冷硝酸会发生钝化，而Cu 则在常温下能与浓 HNO3反应，所以这种情况下，铜是相对活泼的金属，作负极，而铁则作正极。两电极要均插入电解质溶液中若要构成工作电池，则必须形成闭合回路。构成原电池可加快反应速率。4、原电池反应的书写书写原电池反应时，要注明正极反应，负极反应，及总反应。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - -

6、欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 例 1以 CuZn 为电极，稀H2SO4作电解质构成原电池，写出正极反应，负极反应及总反应。正极： 2H2e= H2（得电子的还原反应）负极： Zn2e= Zn2+（失电子的氧化反应）总反应： Zn2H= Zn2+H2（两电极反应加和）例 2下列各装置哪些能形成原电池，指出正极和负极。 以 ZnFe 为电极，稀H2SO4作电解质。能形成原电池负极： Ze2e= Zn2+正极： 2H2e= H2总反应： Zn2H=Zn2+H2 以 CuCu 为电极，稀H2SO4作电解质不能

7、形成原电池 以 FeAg 为电极， CuSO4溶液为电解质能形成原电池：负极Fe2e= Fe2+正极Cu2+2e= Cu 总反应FeCu2+ = Fe2+ Cu 5、金属的腐蚀（上学期已学过，复习）金属腐蚀的实质是金属原子失电子被氧化Mne= M n+化学腐蚀 与化学物质直接接触发生腐蚀金属腐蚀电化学腐蚀形成原电池反应发生腐蚀例如钢铁的腐蚀。钢铁是铁与碳的合金强酸性溶液中：负极：Fe2e= Fe2+（析氢腐蚀）正极： 2H2e= H2总反应： Fe 2H= Fe2+H2中性或弱酸性溶液中：负极：2Fe4e= 2Fe2+（吸氧腐蚀）正极： 2H2OO24e= 4OH总反应： 2Fe2H2OO2

8、= 2Fe(OH)2Fe(OH)2会被空气中的O2氧化4Fe(OH)2O22H2O = 4Fe(OH)3精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 2Fe(OH)3 = Fe2O33H2O（Fe2O3铁锈的主要成份）二、化学电源根据原电池原理，制造多种多样的化学电源。1、自制燃料电池(1) 电极的制备在纱布上铺上石墨粉， 然后用该纱布将石墨电极包裹起来，用细线扎紧防止石墨粉流出。制备两根这样的电极。(2) 按图示搭好装置电解质溶液用0.5

9、molL1Na2SO4溶液，电源用36V 直流电源，发生二极管起辉，电压为1.7V，电流为0.6mA。(3) 按下开关 S1，接通电源，电解约半分钟，碳棒上产生明显的气泡。 与电源正极相连的一极上产生的是O2，与电源负极相连的碳棒上产生的是H2。(4) 断开开关 S1，按下开关S2，接通二极管，二极管发光，说明产生了电流。负极： 2H24OH4e= 4H2O 正极： O22H2O4e= 4OH总反应： 2H2O2 = 2H2O 石墨 /H2电极作负极，石墨/O2电极作正极2、化学电池根据能否多次使用可分为一次电池和二次电池一次电池用过后不可复原二次电池可充电，且充电后能继续使用3、常见的化学电

10、源（教材P40 表 26）锌锰干电池用锌制铜形外壳作负极，位于中央的顶盖和有铜冒的石墨作正极。在石墨周围填充ZnCl2，NH4Cl 和淀粉糊作电解质，还填有MnO2黑色粉末，吸收正极放出的H2。银锌纽扣电池负极：锌正极：氧化银电解质： KOH 溶液铅蓄电池负极：铅精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 正极：二氧化铅电解质：硫酸镍氢电池负极：贮氢合金正极：泡沫氧化镍电解质： KOH 溶液氢氧燃料电池电性或碱性溶液中：负极（铂碳/氢气）

11、：2H24OH4e= 4H2O 正极（铂碳 /氧气） ：O22H2O4e= 4OH酸性溶液中：负极（铂碳/氢气） ：2H2 4e= 4H正极（铂碳 /氧气） ：O24e4H= 2H2O 总反应： 2H2O2 = 2H2O 甲醇空气燃料电池中性或碱性溶液中：负极：2CH3OH16OH12e= 2CO32 12H2O 正极： 3O26H2O12e= 12OH总反应： CH3OH3O24OH= 2CO326H2O 酸性溶液中：负极：2CH3OH12e2H2O = 12H2CO2正极： 3O212e12H= 6H2O 总反应： 2CH3OH 3O2 = 2CO2 4H2O 三、电能转化为化学能电解大家

12、应该不是很陌生，在生产、 生活实际中， 许多化学反应是通过电解的方法来实现的。 比如在制燃料电池时先要电解水。还有许多电解的实例，比电解饥饿和食盐水制Cl2，电解熔融的NaCl 制备金属钠等。这些在上学期都已学过。那么在电解过程中，被电解物质是怎样转化为生成物的呢？实验： 在 U 型管中，电解饱和CuCl2溶液。现象： 与正极相连的一极产生能使湿润的淀粉KI 试纸变蓝的气体，与负极相连的一极上出现一层红色金属。这个装置就称为电解池。1、电解的概念：使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阴阳两极发生氧化还原反应的过程。2、电解池的原理：借助于电流引起氧化还原反应的装置，也就是把电解转化为电能的

13、精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 装置。3、电解的过程（以电解CuCl2溶液为例）规定： 与电源正极相连的一极称为阳极，阳极上发生氧化反应；与电源负极相连的一极称为阴极，阴极上发生还原反应。电极反应阳极： （失电子）2Cl2e Cl2阴极： （得电子）Cu2+2e Cu 总反应： Cu2+Cl电解CuCl2注：阳极上发生失电子的氧化反应，阴极上发生得电子的还原反应，电子的流向从电源负极到电解池的阴极，通过电解质溶液（电解质溶液中靠

14、阴、阳离子导电，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动。） ，物质在阳极失电子，电子从阳极流到电源正极，形成电流回路。4、电解池的形成条件有一个外加直流电源两个导电材料与电源正、负极相连。注：电极可根据材料不同分两类：活性电极、惰性电极活性电极： Ag 以及金属活动性顺序在Ag 之前的金属惰性电极： pt，石墨对阴极而言，两种电极无差别。对阳极而言，若电极为活性电极，则电极本身失电子。例如： 精炼铜就是利用这一点（教材P43）将粗铜与电源正极相连，精铜与电源负极相连，发生如下反应：阳极： Cu2e Cu2+阴极： Cu2+2e Cu 过一段时间后，粗铜变细，精铜变粗。两极材料均插入电解质溶液中（或

15、熔融电解质中）形成闭合回路（在内电路两电极不能接触）5、电极产物的判断如果用惰性电极分别电解饱和NaCl 溶液和熔融NaCl，它们的产物是否相同？电解饱和 NaCl 溶液电解熔融 NaCl 阳极： 2Cl2e= Cl2阳极： 2Cl2e= Cl2阴极： 2H2e= H2阴极： 2Na 2e= 2Na 它们的阳极反应是相同的，但阴极反应不同，为什么电解饱和食盐水时，阴极不会是精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 13 页 - - - - - - - - - - Na得电子生成Na，而在

16、饱和NaCl 溶液中 H又来自何处？因为在水溶液中存在H2OHOH这个电离平衡，所以水溶液中存在少量H和 OH。而在阴极，得电子能力强的物质优先反应。在阳极，失电子能力强的物质优先反应。我们称阴，阳两极上发生还原或氧化反应为放电。阴离子的放电顺序：S2IBrClOH(H2O)含氧酸根阳离子的放电顺序：AgHg2+Fe3+Cu2+pb2+Sn2+Fe2+Zn2+H(H2O)Al3+Mg2+Na+Ca2+K+排在 OH(H2O)或 H(H2O)之后的物质，在水溶液中不会放电。6、电解反应的书写例： 电解 K2SO4溶液根据放电顺序：阴极：4H4e 2H2阳极： 4OH4e O22H2O K2SO4

17、溶液中的 H和 OH是从水电离出来的。4H2O4H4OH总反应是这三个方程的加和：2H2O电解2H2 O2涉及到水电离的电解反应，在写总反应时，必须将水的电离方程也加上。写出电解下列物质的电解反应： NaOH 溶液阴极： 4H4e 2H2阳极： 4OH4e O2 2H2O 水的电离： 4H2O4H4OH总反应： 2H2O电解2H2 O2 CuSO4溶液阴极： 2Cu2+4e 2Cu 阳极： 4OH4e O2 2H2O 水的电离： 4H2O4H4OH总反应： 2Cu2+2H2O电解4H2CuO2 KCl 溶液阴极： 2H2e H2阳极： 2Cl2e Cl2水的电离： 2H2O2H2OH精品资料

18、- - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 总反应： 2Cl2H2O电解Cl2 H2 2OH CuCl2溶液阴极： Cu2+2e Cu 阳极： 2Cl2e Cl2总反应： Cu2+2Cl电解CuCl27、电解的应用精炼铜，电渡，工业上制备活泼金属。例如：K、Na、Mg 、Al 都是通过电解制得的。【配套练习 】一、选择题1、氢氧燃料电池以H2为还原剂， O2为氧化剂， 电极为多孔镍， 电解液为 30%的 KOH 溶液，下列有关叙述正确的是（）负极反应

19、为4OH-4-=O22H2O负极反应为H22OH-2-=2H2O工作时正极区pH 升高，负极区pH 降低工作时溶液中阴离子移向正极A、 B、 C、 D、2、用铁片与稀H2SO4反应制取氢气时，下列措施不能使氢气生成速率加快的是（）A、对反应体系进行加热B、将稀 H2SO4改用 98浓 H2SO4C、滴加少量CuSO4溶液 D、不用铁片，改用铁粉3、如图所示装置，电流计G 发生偏转，同时A 极逐渐变粗、 B 极逐渐变细， C 为电解质溶液，则 A、B、C 应是下列各组中的（）A、A 是 Zn，B 是 Cu，C 为稀 H2SO4B、A 是 Cu，B 是 Zn，C 为稀 H2SO4C、A 是 Fe，

20、B 是 Ag，C 为 AgNO3液D、A 是 Ag ，B 是 Fe，C 为 AgNO3液4、可以将反应Zn+Br2=ZnBr2设计成蓄电池，下列4 个电极反应（）Br2+2e-=2Br-2Br-2e-=Br2Zn-2e-=Zn2+Zn2+2e-=Zn 其中表示放电时的负极反应和放电时的正极反应的分别是（）A、和 B、和C、和 D、和5、烧过菜的铁锅未及时洗涤（残液中含NaCl 等），第二天便出现红棕色锈斑失水的产物 。下列反应表示整个过程可能发生的变化，其中不符合事实的是（）精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - -

21、- - - -第 8 页，共 13 页 - - - - - - - - - - A、B、C、D、6、铁棒与石墨用导线连接后，浸入0.01mol/L 的食盐溶液中，可能出现的现象是（）A、铁棒附近产生OHB、铁棒被腐蚀C、石墨棒上放出Cl2D、石墨棒上放出O27、有 A、B、C、D 四种金属，将A、B 用导线连接后浸在稀硫酸中，A 上放出氢气， B 逐渐溶解生成B2+；在电解含A2+和 C2+的混合溶液时，阴极上先析出C；将 D 放入 B2+的硝酸盐溶液中， D 表面有 B 析出这四种金属阳离子的氧化性由强到弱的顺序是（） A、D2+B2+A2+C2+B、A2+B2+C2+D2+C、C2+A2+

22、B2+D2+D、A2+C2+D2+B2+8、将锌片和铜片用导线连接置于同一稀硫酸中，使两极相隔一段较长距离下列叙述中正确的是（）A、正极附近的浓度逐渐增大B、负极附近的浓度逐渐增大C、负极附近Zn2+浓度明显增大D、正极附近H+浓度明显减小9、已知空气 锌电池的电极反应为：锌片：，石墨：锌片是（）A、负极并被氧化B、负极并被还原C、正极并被氧化D、正权并被还原10把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞溶液的表面皿中，如下图所示 最先观察到酚酞变红现象的区域是（）A、和B、和C、和D、和11、下列关于金属腐蚀的叙述中正确的是（）精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - -

23、- 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 13 页 - - - - - - - - - - A、金属腐蚀的本质是B、金属化学腐蚀的本质是，电子直接转移给氧化剂C、金属的电化腐蚀必须在酸性条件下进行D、马口铁发生电化腐蚀时，首先被腐蚀的是镀层12、在钢铁腐蚀过程中，下列五种变化可能发生的是（）转化为被还原产生 H2 Fe(OH)3失水形成Fe2O3 H2O 杂质碳被氧化A、只 B只 C、 D、13铅蓄电池放电时，发生下列变化负极 Pb+SO42-PbSO4+2e-正极 PbO2+4H+SO42-+2e- PbSO4+2H2O 使用该电池来电解NaCl 熔融液，

24、 当电路中转移0.1mol 电子时， 这时铅蓄电池内消耗硫酸（）A、0.025molB 、0.05molC、 0.1molD 、0.2mol 二、填空题1、铁皮在发生析氢腐蚀时，若有0.2 mol 电子发生转移，则被腐蚀的金属为_g，在标准状况下放出气体体积为_L2、如下图所示的装置，在盛有水的烧坏中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液(1) 片刻后可观察到的现象是（）（指悬吊的金属圈）A、铁圈和银圈左右摇摆不定B、保持平衡状态不变C、铁圈向下倾斜D、银圈向下倾斜(2) 产生上述现象的原因是_ 。3、常温常压下，用惰性电极分别电解同浓度的过量的下列

25、溶液：CuSO4、AgNO3、KOH 、 H2SO4、NaBr、 Na2SO4，通电相同的时间。电解后溶液pH 降低的有_，pH 升高的有 _。4、常温下用Cu 电极电解 CuSO4溶液，阳极反应是_，阴极反应是 _，通电一段时间后切断电源，有一个电极增重0.128g，则另一电极质量_，溶液的pH 值比电解前 _（填“增大”，“减小”，“不变”）三、计算题精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 1、将 1L含有 0.4mol CuSO

26、4和0.2mol NaCl 的水溶液用惰性电极电解一段时间后，在一个电极上得到 0.3mol Cu ，另一电极上析出气体( 在标准状况下)的体积是多少?此时溶液中c(H+)为多少 ?【参考答案 】一、 1、B2、B3、D4、C5、B6、B7、C 讲解：因为浸在稀硫酸中的用导线连接的A 上放出氢气，B 逐渐溶解，所以B 是原电池的负极， A 是正极，说明B 的还原性强于A，则 A2+的氧化性比B2+强；电解合A2+和 C2+的溶液时， 阴极先析出C，说明 C2+得电子能力比A2+强，即氧化性比A2+强； D 能将 B 从其硝酸盐溶中置换出来，说明D 的还原性比B 强，则 D2+的氧化性比B2+弱

27、。8、C、D 讲解：锌、铜、稀硫酸构成的原电池中，锌为负极，发生反应，浓度增大；铜为正极，发生反应：浓度减小。9、选 A。讲解：本题要来掌握原电池中电极的判断及每个电极上发生什么反应的判断在该原电池中，锌被氧化，作为负极10、选 B。提示：图中上边装置为一原电池，Zn 为负极，电极反应式为：，Fe为正极，电极反应式为：，Fe极附近 OH-聚积，所以区域先变红色下边装置为一电解地，Fe 为阳极，电极反应式为：，Zn 为阴极，电极反应式为：，H+在阴极不断被还原，促使水不断电离，阴极附近有OH-聚积，所以首先变红。11、选 B。讲解：本题的关键在于清晰地掌握两种常见的金属腐蚀的原理。12、C 13

28、、C 二、1讲解首先应正确写出电极反应，负极：；正极：答： 5.6g；2.24L。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 2、讲解 (1) D (2) 加入 CuSO4后，构成FeAg 原电池， Fe 溶解，质量减轻，Cu2+在银圈上得电子，沉积在上面而增重3、4、阳极： Cu 2eCu2阴极： Cu2 2eCu 减小减小三、 1、另一电极上析出气体4.48L 溶液中 H浓度为 0.4mol/L 讲解：阴极： Cu22eCu 1mol

29、 2mol 1mol 0.3mol 0.6mol 0.3mol 加入 Cu20.4mol，所以溶液中Cu2有剩余根据得失电子总数相等阳极： 2Cl2eCl22mol 2mol 1mol 0.6mol 0.6mol 溶液中只含有0.2mol Cl，说明 Cl完全反应，阳极还有其他物质失电子阳极应该发生如下反应阳极：2Cl2eCl22mol 2mol 1mol 0.2mol 0.2mol 0.1mol Cl比 H2O先放电， Cl反应完， H2O反应2H2O 4eO24H4mol 1mol 4mol 0.6mol0.2mol 0.1mol 0.4mol 所以标准状况下，V（总）（ 0.1mol+0

30、.1mol ）* 22.4L/mol = 4.48L 溶液中 C(H) = 0.4 mol/1L = 0.4mol/L 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 13 页 - - - - - - - - - - 文档编码：KDHSIBDSUFVBSUDHSIDHSIBF-SDSD587FCDCVDCJUH 欢迎下载 精美文档欢迎下载 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 13 页 - - - - - - - - - -