《學(xué)生講義 第二章 化學(xué)反應(yīng)與能量變化 第二節(jié) 化學(xué)能與電能》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《學(xué)生講義 第二章 化學(xué)反應(yīng)與能量變化 第二節(jié) 化學(xué)能與電能（6頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、學(xué)生講義 第二章 化學(xué)反應(yīng)與能量變化 第二節(jié) 化學(xué)能與電能 重慶市銅梁中學(xué)校 左先群 【課程三維目標(biāo)】 [知識與技能]：1、認(rèn)識原電池的反應(yīng)原理、構(gòu)成及應(yīng)用 2、認(rèn)識化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿谋举|(zhì) 3、認(rèn)識常見的化學(xué)電源，了解燃料電池的工作原理 [過程與方法]： 實驗論證、閱讀（查閱資料）、比較、分析、討論、信息處理、演繹歸納，培養(yǎng)抽象思維能力、從現(xiàn)象分析本質(zhì)的能力 [情感與態(tài)度]：1、體驗新科技對人類進(jìn)步的貢獻(xiàn) 2、感悟能源的價值，增強環(huán)保意識 【課前預(yù)習(xí)案】 1、能源的類型 教材39

2、頁資料卡片 教輔45頁知識點1 細(xì)品教材 2、電能的優(yōu)點、現(xiàn)代社會的電力來源、火力發(fā)電 3、原電池的定義、構(gòu)成前提與條件 怎么確定一個裝置是原電池裝置？如何確定時間原電池的正負(fù)極？如何利用原電池判斷金屬活潑性的強弱？ 理解原電池反應(yīng)的相關(guān)計算 嘗試書寫原電池的正、負(fù)電極反應(yīng)式，找找正、負(fù)電極反應(yīng)式與原電池中總反應(yīng)式的關(guān)系；嘗試依據(jù)一個氧化還原反應(yīng)來設(shè)計原電池 4、了解、閱讀教材42頁~44頁的發(fā)展中的化學(xué)電源 【課內(nèi)探究案】 一、 原電池 ㈠定義： ㈡原理 1、構(gòu)成前提 2、構(gòu)成條件 以上幾點見下頁原電池知識總覽表 3、電極 (以稀H2SO4溶液為電解質(zhì)溶液)

3、 的判斷——電子只能沿導(dǎo)線傳遞 電極的確定可以看：組成材料的活潑性、電子（得失）流向、溶液中離子定向移動的方向、反應(yīng)類型、電極上發(fā)生的現(xiàn)象（負(fù)極通常變細(xì)、正極上有氣泡逸出或變粗）等 強調(diào)：在一些特殊條件下，電極的判斷不僅要看電極材料，還要看電解質(zhì)溶液。 如①(－)Mg | 稀H2SO4(aq) | Al(＋) ②(－)Al | NaOH(aq) | Mg(＋) ③(－)Al | NaOH(aq) | Cu(＋) ④(－)Cu | 濃HNO3(aq) | Al(＋) ㈢怎么寫原電池的電極反應(yīng)式——關(guān)鍵是理解反應(yīng)原理 1、 確定正、負(fù)極和反應(yīng)的物質(zhì) 2、 注意守恒(原子

4、守恒、電子得失守恒)關(guān)系——①電極反應(yīng)式中的原子一定要守恒 ②正、負(fù)極電極方程式中的得失電子數(shù)一定要相等 3、 看電解質(zhì)溶液中的離子是否參與反應(yīng) 發(fā)生的自發(fā)反應(yīng)的本質(zhì)是不變的，只是看反應(yīng)生成的微粒在電解質(zhì)溶液（酸性、中性或堿性）中的存在形式。 例如：⑴Zn2＋在酸性溶液中就只是Zn2＋，在堿性溶液中則必須與OH－結(jié)合生成Zn(OH)2。 ⑵H＋在酸性溶液中就只是H＋，在堿性溶液中則必須與OH－結(jié)合生成H2O。 ⑶O2－在酸性溶液中只能結(jié)合H＋以H2O的形式存在，在堿性溶液中只能結(jié)合H2O以O(shè)H－的形式存在，在熔融氧化物電池中就直接以O(shè)2－形式存在 4、通常用離

5、子方程式表示——弱電解質(zhì)要寫化學(xué)式。 ㈣有關(guān)原電池的計算——只抓電子得失守恒即可（教輔47頁資料備選） 原電池知識總覽表 知識要點 實例 概念 將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置 G Zn Cu 電解質(zhì)溶液為稀硫酸 原理 使氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移作定向移動，從而形成電流 實質(zhì) 化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? 構(gòu)成前提 能自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng) (負(fù)極與電解質(zhì)溶液之間的反應(yīng)) 構(gòu)成條件 ①兩種活動性不同的金屬(或能導(dǎo)電的非金屬或能導(dǎo)電的金屬氧化物)相連 ②電解質(zhì)(水溶液或熔融狀態(tài)可導(dǎo)電) ③形成閉合回路(兩極一液一連線) 電極構(gòu)成

6、由電極本身決定(以稀H2SO4為電解質(zhì)溶液)： 正極：較不活潑的金屬(或能導(dǎo)電的非金屬、金屬氧化物) 負(fù)極：較活潑的金屬 Zn——負(fù)極 Cu——正極 【課堂強化訓(xùn)練】教輔46頁例2 電極反應(yīng) 負(fù)極：失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng) 正極：得到電子，發(fā)生還原反應(yīng) 負(fù)極：Zn-2e-=Zn2+（氧化反應(yīng)） 正極：2H+-2e-=H2↑（還原反應(yīng)） 電荷(電子)流向 (e－) 負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極 (e－)由Zn流出，經(jīng)導(dǎo)線到Cu 電流 流向 (I) 正極沿導(dǎo)線流向負(fù)極 (I) 由Cu流出，經(jīng)導(dǎo)線到Zn 電解質(zhì)溶液內(nèi)部離子的移動方向 陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極

7、 陰離子SO4－、(OH－)移向Zn極 陽離子H＋、Zn2＋移向Cu極 電極反應(yīng)式與總反應(yīng)式的關(guān)系 兩個電極反應(yīng)式相加，即得反應(yīng)總式 (總反應(yīng)式－負(fù)極反應(yīng)式=正極反應(yīng)式 總反應(yīng)式－正極反應(yīng)式=負(fù)極反應(yīng)式) Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑ 重要應(yīng)用 ①抗金屬的電化腐蝕(金屬防腐蝕) ②實用電池(設(shè)計新電池) ③加快氧化還原反應(yīng)的速率 ④比較金屬的活潑性，但必須用稀硫酸作電解質(zhì)溶液(教輔47頁例3) ①船體吃水線下放Zn ②干電池、充電電池、燃料電池 ③用粗鋅代替純Zn制H2、生鐵比純鐵更易腐蝕等 ④負(fù)極為活潑性強的金屬 補充知識 二、金屬的腐蝕 1、金屬腐

8、蝕的本質(zhì)：金屬原子失去電子變?yōu)殛栯x子，金屬發(fā)生氧化反應(yīng) 2、金屬腐蝕的類型 ⑴化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕 條件 金屬跟非金屬單質(zhì)、電解質(zhì)溶液接觸直接反應(yīng) 不純的金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸而反應(yīng) 現(xiàn)象 無電流產(chǎn)生 有電流產(chǎn)生 本質(zhì) 金屬被氧化 較活潑的金屬被氧化 聯(lián)系 兩者往往同時發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍 ⑵析氫腐蝕與吸氧腐蝕（要求掌握鋼鐵的腐蝕） 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜酸性比較強(pH≤4.3) (酸雨pH＜5.6) 弱酸性或中性環(huán)境 電極 反應(yīng) 負(fù)極 Fe－2e－=Fe2＋(或

9、寫2Fe－4e－=2Fe2＋) 正極 2H＋＋2e－=H2↑ O2＋2H2O＋4e－=4OH－ 總反應(yīng)式 Fe＋2H＋=Fe2＋=H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2 聯(lián)系 吸氧腐蝕更為普遍 Fe生銹之原理： (－)Fe | NaCl(aq)或某些電解質(zhì)溶液 | 石墨電極(＋) O2(空氣) 2Fe＋O2＋2H2O = 2Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O = 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3 Fe2O3 ＋3H2O (此步實際是多個Fe(OH)3微粒失水生成Fe2O3·nH2O) 3、金屬的防護 ⑴電化學(xué)防護：利用

10、原電池原理或電解池的原理對金屬進(jìn)行保護 ⑵改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成合金 ⑶加防護層：如噴油漆、涂油脂、電鍍、表面鈍化等 4、判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律 ⑴電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防護措施的腐蝕 ⑵對同一種金屬來說，腐蝕的快慢：強電質(zhì)溶液＞弱電解質(zhì)溶液＞非電解質(zhì)溶液 ⑶活潑性不同的兩種金屬，活潑性相差越大，腐蝕越快 ⑷對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越大 [課堂練習(xí)]如圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為 Fe G Cu Fe Cu Fe Cu Fe G Zn Fe

11、 G Sn Fe ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 補充 一、普通原電池的裝置 G Zn Cu G Zn Cu 稀硫酸 隔膜 ZnSO4 CuSO4 G Zn Cu ZnSO4 CuSO4 鹽 橋 隔膜：允許某種微粒通過 鹽橋：允許某種微粒通過 強調(diào)：電池中發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的物質(zhì)可以不直接接觸，只要是閉合回路，就可形成原電池反應(yīng) 1．(—)

12、金屬 | 稀H2SO4(aq) | C(石墨)(＋) 可用于 。 2．(—) Al、(Mg) | 海水(aq) | 石墨電極 空氣(＋) 負(fù)極： 正極： 總反應(yīng)： 。 3．Al、Mg、NaOH溶液形成的原電池 負(fù)極： 正極：

13、 總反應(yīng)： 。 4．Al、Zn、濃硝酸(或濃硫酸)形成的原電池 負(fù)極： 正極： 總反應(yīng)： 。 5．酸性鋅錳干電池(—) Zn │ NH4Cl·ZnCl2 (糊狀)│ MnO2 (+) 負(fù)極：

14、 正極： 總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2NH4＋=Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O 或Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+Mn2O3+H2O 6．Fe、CuSO4溶液形成原電池(或Fe(Cu）、FeCl3溶液形成原電池) (正極用石墨或可導(dǎo)電的惰性電極) 負(fù)極： 正極： 總反應(yīng)：

15、 。 7． Fe在潮濕空氣中的吸氧腐蝕 (Cu、Al等也要掌握) 負(fù)極： 正極： 總反應(yīng)： 。 8．心臟起搏器Li電池 電池材料為鋰和碳，電解液為LiAlCl4－SOCl2 4Li ＋ 2SOCl2 = 4LiCl ＋ S ＋ SO2 或 8Li＋3SOCl2 = 6LiCl＋Li2SO3＋2S 或Li ＋ MnO2 = LiM

16、nO2 9．鋅—KOH溶液—空氣電池 二、燃料電池的主要品種(優(yōu)點：效率高，能量轉(zhuǎn)化率可高達(dá)60%左右；潔凈，無污染，噪聲低，有害氣體排放少；適用范圍廣，組裝方便。) 電池 氫氧堿 性電池 氫氧磷 酸電池 氫氧質(zhì)子 交換膜電池 熔融碳酸 鹽電池 固體電解 質(zhì)電池 甲醇質(zhì)子 交換膜電池 代號 AFC PAFC PEMFC MCFC SOFC DMFC 工作溫度(℃) 60～120 180～210 80～100 600～700 900～1000 燃料 高純H2 H2 H2 H2－CO CH4 H2－CO CH4 CH

17、3OH 氧化劑 高純O2 空氣 空氣 空氣＋CO2 空氣 空氣 電解質(zhì) KOH H3PO4 質(zhì)子交換膜 K2CO3 Li2CO3 Y2O3 ZrO2 質(zhì)子交換膜 陰極催化劑 Pt Pt Pt Ni Ni/Zr2O3 Pt 陽極催化劑 Pt Pt Pt NiO La－Sr－MnO3 Pt 燃料電池除了本體，還有一套相應(yīng)的輔助系統(tǒng)，包括反應(yīng)劑供給系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、電性能控制系統(tǒng)、安全裝置等。 電極除了可以導(dǎo)電作用之外，還起催化作用；多孔性電極是為了增大接觸面積(更好地吸附燃料或助燃劑)，加快反應(yīng)速率，使反應(yīng)充分；電極本身

18、不參與反應(yīng)。 所采用燃料一般為：H2、CH4、CH3OH、C4H10、CO等，助燃劑一般為O2(或空氣)，CO燃料電池助燃劑中通常還需CO2氣體 1．以酸溶液作電解質(zhì)：例如以C4H10(或甲醇)——氧氣燃料電池，以稀硫酸為電解質(zhì)溶液。 電極反應(yīng)：陽極________________ 陰極__________________ 電池總反應(yīng)： 2．以堿溶液作電解質(zhì)：例如以C4H10——氧氣燃料電池，以氫氧化鈉為電解質(zhì)溶液。 電極反應(yīng)：陽極__________________ 陰極__

19、_________________ 電池總反應(yīng)： 3．以熔融Li2CO3和Na2CO3作電解質(zhì)：例如以CO——氧氣（混有CO2）燃料電池。 電極反應(yīng)：陽極____________________ 陰極________________________ 電池總反應(yīng)： 4．固體氧化物燃料電池： 一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體；電解質(zhì)是摻雜氧化釓（Y2O3）的氧化鋯（ZrO2）晶體，

20、在熔融狀態(tài)下能傳導(dǎo)O2—。 電極反應(yīng)：陽極___________________ 陰極______________________ 電池總反應(yīng)： 三、可充電電池 ㈠ 作電源時，為原電池，叫正負(fù)極。正極發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)。 ㈡ 充電時，為電解池，原電池的負(fù)極與電源的負(fù)極相連，叫陰極(得電子，發(fā)生還原反應(yīng)) ；原電池的正極與電源的正極相連，叫陽極(失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)) 負(fù)極→氧化反應(yīng) 正極→還原反應(yīng) 還原反應(yīng)←陰極 氧化反應(yīng)←陽極 原電池 放電 充電 電解

21、池 外 加 電 源 (－) (＋) 1．鉛蓄電池 負(fù)極是Pb，正極是PbO2，(用含銻5%～8%的鉛銻合金鑄成格板) 電解質(zhì)是一定濃度的H2SO4溶液 (ρ在1.25g·cm－3～1.28g·cm－3之間） 放電 充電 Pb ＋ PbO2 ＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O 放電 充電 Li ＋ 2Li0.35NiO2 2Li0.85NiO2 2．鋰電池 負(fù)極是金屬鋰和碳的復(fù)合材料，電解質(zhì)為一種能傳導(dǎo)Li＋的高分子材料 放電 充電

22、 0.45Li ＋ Li0.35CoO2 LiCoO2 放電 充電 C6Li ＋ Li1－xMO2 C6Li1－x ＋ LiMO2 (C6Li表示鋰與石墨形成的復(fù)合材料，LiMO2表示含鋰的過渡金屬氧化物，電解質(zhì)為允許Li＋通過的物質(zhì)） 放電 充電 Li ＋ LiMn2O4 Li2Mn2O4 (LiMn2O4為正極，鋰與碳形成的復(fù)合材料為負(fù)極，含Li＋的導(dǎo)電固體為電解質(zhì)） 放電 充電 3Zn＋2K2FeO4＋

23、8H2O 3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH 3．高鐵電池 4．磷酸鐵鋰電池 電池正極材料是LiFePO4 ，負(fù)極材料是金屬鋰和碳的復(fù)合材料(放電的是Li)，含Li＋的導(dǎo)電固體為電解質(zhì) 放電 充電 FePO4 ＋ Li LiFePO4 放電 充電 Zn＋Ag2O 2Ag ＋ ZnO 5. 銀鋅可充電電池 放電 充電 Zn＋Ag2O＋H2O 2Ag ＋ Zn(OH)2 以KOH為電解液 6. 鎳鎘電池 鎳氫電池 　鎳氫電池Ni—MH 電池正極板材料為NiO(OH），負(fù)極板材料為吸氫合金（儲氫合金為LaNi5）。電解液通常用30％的KOH水溶液，并加入少量的NiOH。隔膜采用多孔維尼綸無紡布或尼龍無紡布等。 LaNi5H＋NiO(OH) LaNi5 ＋Ni(OH)2 放電 充電 鎳鎘電池 電解質(zhì)為KOH—NiOH 放電 充電 Cd+2NiO(OH)+2H2O 2Ni(OH)2+Cd(OH)2 　　 7．高溫鈉硫蓄電池（可充電電池） 6