专题05 化学反应与电能【知识梳理】-2020-2021学年高一化学下学期期中专项复习（人教版2019必修第二册）

专题05  化学反应与电能

知识梳理

【化学反应与电能】

一.能源分类

1.一次能源：          直接从自然界取得的能源                 

   例如：       流水、风力、原油、原煤、太阳能、天然气、天然铀矿等     

2.二次能源：           一次能源经过加工转换得到的能源        例如：   电力、蒸汽等    

二.化学能与电能的相互转化

1.火力发电的能量转化关系

      化学能    热能  机械能  电能 

火力发电的缺点：

①化石燃料属于不可再生资源，用化石燃料发电会造成资源的浪费。

②火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。

③化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如SO2、CO、NO2、粉尘等)，污染环境。

2.原电池

原电池是一种    将化学能转化为电能的   装置。

【实验探究】参照实验2-4填写以下表格

(1)原电池的电极

       负极：   发生氧化反应，电子流出（流向正极）的一极   

       正极：   发生还原反应，电子流入（来自负极）的一极   

(2)原电池的原理：原电池中电子的流动方向是从  负  极到  正  极；电流方向是从 正  极到 负  极。

根据铜锌原电池，填写下表：总反应：________Zn+2H+=Zn2++H2↑

(3)组成原电池的条件：

①    自发进行的氧化还原反应           

②     活泼性不同的两个电极            

③       闭合回路                      

④    电解质溶液（熔融电解质）           

(4)原电池正、负极的判断

(5)原电池原理的应用

①比较金属活动性强弱。一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。

②金属的防护。使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。

③设计制作化学电源。化学能转化为电能。

④加快化学反应速率。自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。

原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。

三.原电池电极反应式的书写

(1)一般电极反应式的书写，以离子方程式形式表示。

①书写步骤

A.列物质，标得失：按照负极氧化反应，正极还原反应，判断电极反应物、生成物，标出电子得失。

B.看环境，配守恒：电极产物在电解质溶液的环境中应能稳定存在，如酸性介质中，OH－不能存在，应生成水；碱性介质中，H＋不能存在，应生成水；电极反应式同样要遵循电荷守恒、原子守恒、得失电子守恒。

C.两式加，验总式：正负极反应式相加，与总反应离子方程式验证。

②常见介质

(2)利用总反应式书写电极反应式

①根据总反应式，找出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物。

②确定介质的酸碱性或者其它特性。

③按照负极反应：还原剂-ne-=氧化产物

正极反应：氧化剂+ne-=还原产物，书写电极反应式。

④书写技巧：若某电极反应式较难写出时，可先写出较易写的电极反应式，然后根据得失电子守恒，用总反应式减去较易写的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。

【发展中的化学电源】

一．一次电池

1．碱性锌锰干电池

正极反应：     2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－     ；

负极反应：     Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2     ；

总反应：     Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2     。

2．锌银电池

负极反应：     Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2     ；

正极反应：     Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－     ；

总反应：     Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag     。

二．充电电池

1．充电电池的特点

充电电池又称    二次电池 ，在放电时       化学能转化为电能         ；

充电时     电能转化为化学能     。

2．几种常见的充电电池

（1）铅蓄电池

铅蓄电池可放电亦可充电，它是用硬橡胶和透明塑料制成长方形外壳，在正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极是海棉状的金属铅，两极均浸入硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开。放电时起原电池的作用。

①放电时的反应

负极：  Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)(氧化反应) 

正极：  PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)(还原反应) 

放电总化学方程式为：   Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)  

②充电时的反应

阴极：   PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)(还原反应)   。

阳极：   PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)(氧化反应)   。

充电总化学方程式为：   2PbSO4(s)＋2H2O(l)Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)   。

Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)              2PbSO4(s)＋2H2O(l)

三．燃料电池（碱性）

燃料电池与一般的电池不同的是，反应物不是储存在  电池内部  ，而是由外部提供，电池装置起着类似于试管、烧杯等反应容器的作用。

工作原理：利用原电池的工作原理将燃料(如H2)和氧化剂(如O2)分别在两个电极上反应所放出的化学能直接转化为　电能　。(实验装置如下) 

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性、碱性和中性三种。

【注意】不是燃烧反应。燃料电池是化学能直接转化为电能，具有清洁、安全、高效的优点。

燃料电池能量利用率可高达80%以上，但是说达到100%是错误的。

四.电池回收

废旧电池中含汞、镉、铅等重金属，随意丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。

【规律总结】

1.电极反应式的书写步骤：

①分析氧化还原反应，找出氧化反应和还原反应的物质，确定正负极反应的物质；

②注意电解质溶液环境，利用电荷守恒分别写出电极反应式；

③验证：两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。

2.充电电池电极反应式的书写：

(1)先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质。

(2)写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)。

(3)在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。

3.燃料电池电极反应式的书写：

(1)正极：(如通O2的一极即氧化剂)反应式为

碱性电解液：O2+4e-+2H2O4OH-

酸性电解液：O2+4e-+4H+2H2O

(2)负极：可燃性物质即还原剂，总反应式减去正极的电极反应式即为负极的电极反应式。

4.书写复杂电极反应式的方法——加减法：

(1)写出总反应。如Li+LiMn2O4Li2Mn2O4。

(2)写出其中容易写出的一个电极反应式(正极或负极)。

如Li- e -Li+(负极)。

(3)利用总反应与上述的一极反应相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4+Li++e-Li2Mn2O4(正极)。