學會學習 化學能與電能重點導析

學會學習化學能與電能的轉化重點導析摘要：化學能與電能主要涉及原電池的工作原理和發(fā)展中的化學電源，在學習時要注意原理的分析和應用。一、化學能與電能的轉化根據(jù)燃煤發(fā)電的原理和過程，可以發(fā)現(xiàn)：要使物質(zhì)的化學能直接轉變?yōu)殡娔?，必須滿足兩個條件：（1）前提條件：物質(zhì)間發(fā)生的化學反應必須為氧化還原反應；（2）關鍵條件：氧化反應和還原反應必須在兩個不同的區(qū)域進行。二、原電池的工作原理1．原電池的構成條件原電池的構成必須滿足三個條件：①兩個活動性不同的電極；②電解質(zhì)溶液；③形成閉合回路；④電解質(zhì)溶液中某種粒子能自動與某極發(fā)生氧化還原反應。其中電極材料可以是活動性不同的兩種金屬和金屬、金屬和非金屬、金屬和金屬氧化物。例如鋅銅原電池的電極材料分別為鋅和銅，鉛蓄電池的電極材料分別為鉛和二氧化鉛。例1下列裝置能夠組成原電池產(chǎn)生電流的是（）解析：根據(jù)原電池的構成條件，在A中兩個電極的金屬相同，不符合條件，在D中沒有電解質(zhì)溶液。故只有B、C符合條件。答案：BC2．原電池的工作原理（銅鋅原電池）原電池的工作原理涉及物理和化學兩個學科知識，要注意從以下幾個方面進行原理的分析和整合：實驗現(xiàn)象鋅片逐漸溶解，銅片上有氣泡冒出電極反應鋅片為原電池的負極，發(fā)生氧化反應：Zn－2e－＝Zn2＋；銅片為原電池的正極，發(fā)生還原反應：2H＋＋2e－＝H2↑。電子電流的方向電子的方向：鋅片（負極）流出經(jīng)導線流入銅片（正極）；電流的方向：外電路為銅片（正極）流出經(jīng)導線流入鋅片（負極）；內(nèi)電路為鋅片（負極）流入銅片（正極）。離子的遷移方向陽離子（H＋和Zn2＋）向正極（銅片）遷移，陰離子（SO42－）向負極（鋅片）遷移。例2如圖為原電池示意圖，在原電池兩極之間設有隔膜，離子可以自由通過。則下列說法不正確的是（）A．Zn2＋通過隔膜從負極區(qū)向正極區(qū)移動B．電子由銅極通過導線流向Zn極C．一段時間后，ZnSO4溶液濃度增大，CuSO4溶液濃度減小D．Cu2＋與Zn2＋的物質(zhì)的量之和保持不變解析：在原電池內(nèi)部離子向正極移動，陰離子向負極移動；電子沿導線從Zn流向Cu，此原電池反應為Zn+CuSO4＝Cu+ZnSO4，故CuSO4濃度減小，ZnSO4濃度增大；由方程式可知，每消耗1molZn則生成1molCu。故選項不B正確。答案：B三、原電池原理的應用利用原電池原理可以進行金屬活動性強弱的判斷、金屬腐蝕過程的分析、金屬防護措施的選擇、加快金屬與酸反應的速率等。例3把a、b、c、d4塊金屬片浸入稀硫酸中，用導線兩兩相連組成原電池.若a，b相連時，a為負極；c，d相連時，d上產(chǎn)生大量氣泡；a，c相連時，電流由c經(jīng)導線流向a；b、d相連時，電子由d經(jīng)導線流向b，則此4種金屬的活動性由強到弱的順序為()A．a(chǎn)＞b＞c＞d B．a(chǎn)＞c＞d＞bC．c＞a＞b＞d D．b＞d＞c＞a解析：根據(jù)原電池原理，較活潑的金屬為負極，被氧化溶解；相對不活潑的金屬為正極，冒氣泡或析出金屬.電子由負極經(jīng)外電路流向正極，電流方向與電子方向相反等進行推斷可得：a＞c＞d＞b。答案：B點撥：本題考查金屬的金屬性強弱的判斷，這類試題難度一般不大，只要能理解原電池原理的本質(zhì)即可解答，但需要注意的是，有一些特殊情況，如Al、Mg濃NaOH溶液構成的原電池、Al、Cu和濃硝酸構成原電池，根據(jù)根據(jù)電極反應來判斷就是錯誤的，請同學們自己分析其中的原由。四、常見的化學電源對于常見的化學電源，要注意運用原電池的工作原理進行原電池的分析，例如判斷電極材料、分析電極反應等。1．干電池負極（鋅筒）：Zn－2e－＝Zn2＋；正極（石墨）：2MnO2＋2NH4＋＋2e－＝Mn2O3＋2NH3＋H2O；電池反應：Zn＋2MnO2＋2NH4＋＝Zn2＋＋Mn2O3＋2NH2＋H2O。2．鉛蓄電池負極（Pb）：Pb－2e－＋SO42－＝PbSO4；正極（PbO2）：PbO2＋2e－＋SO42－＋4H＋＝PbSO4＋2H2O；電池反應：Pb＋PbO2＋2H2SO4＝2PbSO4＋2H2O。3．燃料電池（1）氫氧燃料電池酸式氫－氧燃料電池堿式氫－氧燃料電池負極反應2H2－4e－＝4H+2H2－4e－＋4OH－＝4H2O正極反應O2＋4H＋＋4e－＝2H2OO2＋2H2O＋4e－＝4OH－電池反應2H2＋O2＝2H2O2H2＋O2＝2H2O（2）甲烷燃料電池例4MCFC型燃料電池可同時供應電和水蒸氣，其工作溫度為600℃～700℃，所用燃料為H2，電解質(zhì)為熔融的K2CO3，已知該電池的總反應為2H2＋O2＝2H2O(該電池放電過程中，CO2被循環(huán)利用)。則下列有關該電池的說法正確的是（）A．該電池的正極的反應式為：4OH－＋4e－==O2＋2H2OB．該電池負極的反應為：H2＋CO32－－2e－==H2O＋CO2C．當電路中通過amol電子時，則該電池理論上可供應18ag水蒸氣D．放電時CO32－向正極移動解析：在600℃～700℃時，電解質(zhì)K2CO3已經(jīng)熔化，電離出K＋和CO32―，這些離子在傳遞電子的同時，CO32―也參與了電極反應轉化為CO2，根據(jù)電池的總反應2H2＋O2＝2H2O不難判斷H2是失去電子作電池的負極：H2＋CO32－－2e－==H2O＋CO2，O2獲得電子作電池的正極：1/2O2+2e－+CO