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12、化学能与电能化学能与电能原电池：原电池：化学能化学能转变为转变为电能电能的装置的装置原电池的形成条件：原电池的形成条件：两个电极两个电极 负极、正极负极、正极 (正极只是用来导电正极只是用来导电) 当电极都是金属时，当电极都是金属时，比较活泼金属作负极比较活泼金属作负极 电极必须插入电极必须插入电解质电解质溶液溶液(绝不能是蔗糖、酒精绝不能是蔗糖、酒精)；构成闭合回路构成闭合回路( (用导线连接或电极直接触用导线连接或电极直接触) )；能自发发生氧化还原反应。能自发发生氧化还原反应。2ZnZnFeFe 稀硫酸稀硫酸CuCuAgAg 硝酸银溶液硝酸银溶液CuCuZnZn 蔗糖溶液蔗糖溶液CuCuZnZn 稀硫酸稀硫酸C CZnZn硫酸铜溶液硫酸铜溶液CuCuZnZn稀硫酸稀硫酸 判断下装置能否形成原电池判断下装置能否形成原电池+3负极反应：负极反应：Zn 2e- = Zn2+ 发生发生氧化氧化反应反应正极反应：正极反应：2H+ +2e- = H2 发生发生还原还原反应反应电池总反应化学方程式书写要求电池总反应化学方程式书写要求: 得失电子守恒，正、负极反应加合得失电子守恒，正、负极反应加合总反应化学方程式：总反应化学方程式：Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2锌铜原电池：锌铜原电池：(一一)稀稀H2SO4为电解质为电解质ZnCu H2SO4+Zn被腐蚀被腐蚀mZn减小减小负极质量减小负极质量减小H+在正极得电子在正极得电子 产生产生H2正极表面有气泡产生正极表面有气泡产生电流表发生偏转电流表发生偏转电解质溶液电解质溶液PH值值变大变大4负极反应：负极反应：Zn 2e- = Zn2+ 发生发生氧化氧化反应反应正极反应：正极反应：Cu2+ +2e- = Cu 发生发生还原还原反应反应锌铜原电池：锌铜原电池：(二二)稀稀CuSO4为电解质为电解质ZnCu CuSO4+Zn被腐蚀被腐蚀mZn减小减小负极质量减小负极质量减小Cu2+在正极得电子在正极得电子 正极质量增加正极质量增加电解质溶液电解质溶液PH值值不变不变5外电路外电路内电路内电路原电池工作原理：原电池工作原理：62. X、Y、Z、W四种金属片进入稀盐酸中四种金属片进入稀盐酸中，用导线连接用导线连接，可以组成原电池可以组成原电池，实验结果如实验结果如下图所示下图所示:则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为：_ZYXW7负极：负极：Al + 4OH 3e- = AlO2 + 2H2O 正极：正极：2H2O + 2e- = H2+ 2OH总总: 2Al+ 2OH + 2H2O = 2AlO2 + 3H2 稀 硫 酸负极：负极： Mg 2e- = Mg2+ 正极：正极： 2H+ + 2e- = H2总：总：Mg + 2H+ = Mg 2+ + H2 特例特例1 1+8负极负极: Cu 2e- = Cu 2+ 正极正极: 2H+ + NO3 + e- = NO2 + H2O总总: Cu + 4H+ +2NO3 = 2NO2 + Cu 2+ + 2H2O稀H2SO4负极：负极： Al 3e- = Al 3+ 正极：正极：2H+ + 2e- = H2总：总：2Al + 6H+ = 2Al3+ + 3H2特例特例2 2+91、下列关于下图所示原电池的说法正确的是下列关于下图所示原电池的说法正确的是( )A 、铝片为正极铝片为正极B、正极上有正极上有H2产生产生C、Al是电池的负极，开始工作时溶液中会立即有是电池的负极，开始工作时溶液中会立即有 白色沉淀析出白色沉淀析出D、当转移当转移0.04 mol e- 时，产生时，产生 0.01 mol H2 CuBC 10ZnCuH2SO4ZnSO4盐桥盐桥+饱和饱和KCl琼脂溶胶琼脂溶胶盐桥作用：盐桥作用：形成闭合回路，形成闭合回路， 维持电荷平衡维持电荷平衡提高电池效率提高电池效率CuCuZnZn稀硫酸稀硫酸11化学电池化学电池一次电池一次电池二次电池二次电池燃料电池燃料电池碱性锌锰电池碱性锌锰电池铅蓄电池铅蓄电池氢氧燃料电池氢氧燃料电池有机物燃料电池有机物燃料电池锂离子电池锂离子电池银锌蓄电池银锌蓄电池普通锌锰干电池普通锌锰干电池锌银纽扣电池锌银纽扣电池化学电池的分类化学电池的分类12锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和 C普通锌普通锌- -锰干电池锰干电池NH4Cl、锌筒锌筒石墨棒石墨棒MnO2和和 C碱性锌碱性锌- -锰干电池锰干电池KOH1314锌银锌银碱性纽扣电池碱性纽扣电池 负极：负极：Zn- 2e- + 2OH- = Zn(OH)2 正极：正极：Ag2O + H2O +2e- = 2Ag + 2OH-放电过程放电过程(原电池原电池)负极：负极：正极：正极：电解质：电解质：ZnAg2OKOH总反应：总反应：Zn +Ag2O + H2O 2Ag + Zn(OH)215铅蓄电池铅蓄电池 负极： 正极：电解质： 负极：负极：Pb + SO42- - 2e- = PbSO4 正极：正极：PbO2 + SO42- + 4H+ +2e- = PbSO4+ 2H2O放电过程放电过程( (原电池原电池) ) 阴极：阴极： PbSO4 +2e- = Pb + SO42- 阳极：阳极： PbSO4+ 2H2O - 2e- = PbO2 +SO42- +4H+充电过程充电过程 ( (电解池电解池) )PbPbO2H2SO4总反应：总反应：Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4 +2H2O负极、正极质量都增加负极、正极质量都增加16燃料电池燃料电池17二次二次电池电池(充电电池充电电池)一次一次电池电池18燃料电池燃料电池由外设装备提供由外设装备提供燃料和氧化剂燃料和氧化剂19优点优点:1.1.产物是水，清洁环保产物是水，清洁环保; ;2.2.能量转换率较高能量转换率较高, ,超过超过80%80% ( (普通燃烧能量转换率普通燃烧能量转换率30%30%左右左右););3.3.可以组合为燃料电池发电站可以组合为燃料电池发电站, ,排放废弃物少排放废弃物少, , 噪音低噪音低, ,绿色发电站。绿色发电站。( (一一) )氢氧燃料电池氢氧燃料电池20(1)(1)中中性性电解质：例如电解质：例如Na2SO4溶液溶液H2 - 2e- = 2H+ 正极：正极：O2+ 4e- + 2H2O = 4OH- 总反应：总反应：2H2+O2 = 2H2O负负极极、正极正极反应加合：反应加合：2H2 - 4e- +O2+2H2O+4e- = 4H2O石墨电极石墨电极 (氧化反应氧化反应) 负极负极 21(2)(2)酸酸性电解质：性电解质：H2SO4溶液溶液 负极负极反应反应： H2 - 2e- = 2H+ O2+2H2O+4e- = 4OH- 负极、正极反应加合：负极、正极反应加合： 2H2 - 4e- + O2+ 4H+ +4e- = 4H+ +2H2O总反应：总反应：2H2+O2 = 2H2O4OH- + 4H+ = 4H2O正极反应：正极反应：O2+ 4H+ +4e- = 2H2O+22(3)(3)碱碱性电解质：性电解质：KOH溶液溶液 负极负极反应：反应：H2- 2e- +2OH- = 2H2O 正极正极反应：反应：O2 +4e- + 2H2O= 4OH- H2 - 2e- = 2H+ 负极、正极反应加合：负极、正极反应加合： 2H2 - 4e- + 4OH- + O2 + 4e- + 2H2O = 4H2O+ 4OH- 总反应：总反应：2H2+O2 = 2H2O 2H+ + 2OH- = 2H2O+ 23总结：总结：中中性性电解质：电解质：负极：负极： H2 - 2e- = 2H+ 正极正极：O2 + 4e- + 2H2O = 4OH- 酸酸性电解质：性电解质：负极：负极： H2 - 2e- = 2H+ 正极正极：O2 +4e- + 4H+ = 2H2O碱碱性电解质：性电解质：负极：负极：H2- 2e- +2OH- = 2H2O 正极正极：O2 + 4e- + 2H2O= 4OH- 所有氢氧燃料电池所有氢氧燃料电池中中性、性、酸酸性、性、碱碱性电解质总反应：性电解质总反应：2H2+O2 = 2H2O中中性、性、酸酸性电解质中负极反应：性电解质中负极反应：H2 - 2e- = 2H+ 中中性、性、碱碱性电解质中正极反应：性电解质中正极反应：O2+2H2O+ 4e- =4OH- 24( (二二) )甲烷燃料电池甲烷燃料电池负极：负极：正极正极：CH4O2总反应：总反应：CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O(1)(1)中性电解质：中性电解质：如如NaCl溶液溶液负极：负极：CH4 -4+4正极正极： O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-= CO2 8e- + 8H+ H2O 225总反应：总反应：CH4+ 2OH- + 2O2 = CO32- + 3H2O(3)(3)碱碱性电解质：如性电解质：如 KOH溶液溶液 CH4 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+总反应：总反应：CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O(2)(2)酸酸性电解质：如性电解质：如 HCl溶液溶液负极：负极：CH4 8e- + 2H2O = CO2 + 8H+正极：正极：O2+ 4e- + 4H+ = 2H2O正极：正极： O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-CO2 + 2OH- = CO32- + H2O 8H+ + 8OH- = 8H2O 负极：负极：CH4 8e- +10OH- = CO32- +7H2O+26乙醇乙醇燃料电池燃料电池电解质电解质溶液溶液C2H5OHO2H2Oa b+总反应：总反应：C2H5OH + 3O2 = 2CO2 + 3H2O中性电解质；中性电解质；如如NaCl溶液溶液负极：负极：C2H5OH 12e- + 3H2O = 2CO2 + 12H+正极：正极： O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-负极：正极：C2H5OHO2-2+427总反应：总反应：C2H5OH + 4OH- + 3O2 = 2CO32- + 5H2O碱性电解质：碱性电解质：如如 KOH溶液溶液负极：负极：C2H5OH 12e- + 16OH- = 2CO32- + 11H2O正极：正极： O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-总反应：总反应：C2H5OH + 3O2 = 2CO2 + 3H2O酸性电解质：酸性电解质：如如 H2SO4溶液溶液负极：负极：C2H5OH 12e- + 3H2O = 2CO2 + 12H+正极：正极： O2 + 4e- + 4H+ = 2H2O28负负极：极： Fe 2e- = Fe2+正极：正极： 2H+ + 2e- = H2总：总：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 稀稀 硫硫 酸酸FeCu稀 硫 酸FeCuNaCl溶液溶液负极：负极： 2Fe 4e- = 2Fe2+正极：正极： 2H2O + O2 + 4e- = 4OH-总：总：2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2 不同的介质不同的介质 不同的电极反应不同的电极反应29类型类型化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀金属跟接触到干燥气体金属跟接触到干燥气体( (如如Cl2.O2等等) )或液体等或液体等直接发生化直接发生化学反应学反应而引起的腐蚀而引起的腐蚀不纯的金属（或合金）跟电解质不纯的金属（或合金）跟电解质溶液接触时，溶液接触时，发生原电池反应发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧比较活泼的金属失去电子而被氧化化腐蚀腐蚀如：钢管被原油中的含硫化合物腐蚀如：钢管被原油中的含硫化合物腐蚀（更普遍）（更普遍）30两者往往两者往往同时同时发生，电化学腐蚀更发生，电化学腐蚀更快，快，更普遍，危害更大更普遍，危害更大相互相互联系联系较活泼较活泼金属被氧化金属被氧化金属被氧化金属被氧化本质本质有有微弱电流微弱电流产生产生无电流无电流产生产生有无有无电流电流 不纯不纯金属或合金跟金属或合金跟电电解质溶液解质溶液等氧化剂接等氧化剂接触触金属跟金属跟氧化性物质氧化性物质直接接触直接接触条件条件电化学腐蚀电化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀化学腐蚀与电化学腐蚀的比较化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 31电化学腐蚀：电化学腐蚀：析氢腐蚀、吸氧腐蚀析氢腐蚀、吸氧腐蚀1.金属电化学腐蚀的原理金属电化学腐蚀的原理FeCH+H+H+H+H+H+Fe2+Fe2+Fe2+Fe2+e-正极：正极：负极：负极：钢铁在酸性条件下钢铁在酸性条件下 析氢腐蚀析氢腐蚀Fe 2e- = Fe2+2H+ + 2e- = H2 总反应：总反应：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 FeCFe2+Fe2+Fe2+Fe2+e-O2H2OH2OOH-OH-OH-OH-Fe 2e- = Fe2+O2 + 4e- + 2H2O = 4OH-钢铁在酸性极弱或中性条件钢铁在酸性极弱或中性条件 吸氧腐蚀吸氧腐蚀2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2 正极：正极：负极：负极：总反应：总反应：Fe(OH)2 继续与空气中继续与空气中O2 的作用的作用4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3FeFe2 2O O3 3 n nH H2 2O O（铁锈）（铁锈）水膜呈酸性水膜呈酸性水膜呈中性或酸性很弱水膜呈中性或酸性很弱Fe-Fe- 2e2e- -= = FeFe2+2+2Fe-4e2Fe-4e- -=2Fe=2Fe2+2+2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 2O O2 2+ + 2H2H2 2O O +4e+4e- - = = 4OH4OH- -Fe+2HFe+2H+ + = = FeFe2+2+ +H+H2 22Fe2Fe + + 2H2H2 2O O + + O O2 2 = = 2Fe(OH)2Fe(OH)2 24Fe(OH)4Fe(OH)2 2+2H+2H2 2O+OO+O2 2=4Fe(OH)=4Fe(OH)3 3用牺牲镁块的方法来防止地用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块必下钢铁管道的腐蚀，镁块必须定期更换须定期更换 制成不锈钢，在金属表面镀一层比要保制成不锈钢，在金属表面镀一层比要保护的金属更活泼的金属。护的金属更活泼的金属。用牺牲锌块的方法来保护用牺牲锌块的方法来保护船身，锌块必须定期更换船身，锌块必须定期更换锌块锌块牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法. .外加电流的阴极保护法外加电流的阴极保护法通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，抑制钢铁发生失电子作用，从而被保护抑制钢铁发生失电子作用，从而被保护常用于防常用于防止土壤、止土壤、海水及河海水及河水中的金水中的金属设备的属设备的腐蚀。腐蚀。总结：金属防护的常用方法总结：金属防护的常用方法(1)(1)在金属表面覆盖保护层在金属表面覆盖保护层: :a.a.涂矿物质油脂、油漆或覆盖搪瓷塑料涂矿物质油脂、油漆或覆盖搪瓷塑料. .b.b.镀抗蚀金属电镀、热镀、喷镀法镀抗蚀金属电镀、热镀、喷镀法. .c.c.用化学方法使其表面形成一层致密氧化膜，如烤蓝用化学方法使其表面形成一层致密氧化膜，如烤蓝. .(2)(2)改变金属内部组成结构而增强抗腐蚀能力，如改变金属内部组成结构而增强抗腐蚀能力，如制成不锈钢制成不锈钢. .(3)(3)电化学保护法电化学保护法. .a.a.牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法. .b.b.外加电流的阴极保护法外加电流的阴极保护法. .防腐措施由好到坏的顺序防腐措施由好到坏的顺序: : 外接电源的阴极保护法外接电源的阴极保护法 牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法 有一般防腐条件保护有一般防腐条件保护 无防腐条件无防腐条件排除造成腐蚀的因素排除造成腐蚀的因素
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