资源简介

(共20张PPT)
化学反应与电能（整理与提升）
化学反应与电能
2 电极反应
3 微粒运动
1 能量转化
1 能量转化
原电池：将化学能直接转化为电能。
电解池：将电能直接转化为化学能。
电化学装置能有效提高能量利用率，减少环境污染；电化学产品种类丰富，应用广泛。
氢氧燃料电池工作原理示意图
车用燃料电池示意图
氯化铜溶液的电解装置示意图
氯碱工业产品及其应用
示例1. 甲烷燃料电池采用铂作为电极材料，两个电极上分别通入CH4和O2，电解质溶液为KOH溶液。某研究小组将上述两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行电解饱和NaCl溶液的实验,如下图所示。
化学能 电能
电能 化学能
燃料电池能连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能，具有广阔的发展前景。
示例2. 沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率，为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。
电能 化学能
利用氧化产物进一步生产，解决实际应用问题。
示例3. 一种光化学电池的结构如右图，当光照在表面涂有氯化银的银片上时，AgCl(s)===Ag(s)＋Cl(AgCl)，[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面]，接着Cl(AgCl)＋e－―→Cl－(aq)，若将光源移除，电池会立即回复至初始状态。
光能 化学能 电能
结合文字图像信息，判断电化学装置类型
2 电极反应
原电池:
负极：Zn- 2e- ═ Zn2+ 发生氧化反应；
正极：Cu2+ +2e- ═ Cu 发生还原反应；
电解池:
阳极：2Cl- -2e- ═ Cl2 发生氧化反应；
阴极：Cu2+ + 2e- ═Cu 发生还原反应；
e-
e-
e-
e-
e-
e-
示例4.分析下图所示的四个原电池装置，判断正负极
负极
发生氧化反应的金属作负极
不可仅通过金属活动性顺序判断电极！
负极
负极
负极
示例5. 研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如图所示。判断电极，书写电极反应和总反应。
1. 判断：燃料电池，将化学能转化为电能；
2. 通入燃料的一极发生氧化反应，为负极；
负极（Pt）：CH3CH2OH-12e-+3H2O=2CO2+12H+
正极：NO3-+4H++3e-=NO+2H2O
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
总：CH3CH2OH+3O2=2CO2+3H2O
正极区：O2+4H++4e-=2H2O
正极
负极
示例6. 通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。判断电极，书写电极反应和总反应。
1. A电极发生还原反应，为阴极，LiMn2O4+8H++3e- ═ Li++2Mn2++4H2O
阳极
阴极
A. 电极A为阴极，发生还原反应
B. 电极B的电极反应：Mn2+ - 2e-+2H2O═ MnO2+4H+
C. 电解一段时间后溶液中浓度Mn2+保持不变
D. 电解结束后，可通过调节pH除去Mn2+，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
2. 总反应为：2LiMn2O4+4H+ ═2 Li++Mn2++3MnO2+2H2O
示例7. 某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。
A. b端电势高于a端电势
B. 理论上转移2mole-生成4gH2
C. 电解后海水pH下降
D. 阳极发生：Cl--2e-+H2O=HClO+H+
阳极
阴极
＋
-
1.判断电化学装置类型
2.判断电极
宏观：物质变化、反应类型 微观：得失电子
3.结合物质变化、电子得失、电解质溶液环境对电极反应进行符号表征，据此判断电化学装置工作时溶液中离子浓度、pH等相关变化规律。
电极反应小结：
3 微粒运动
【问题】电解质溶液中阴阳离子如何迁移？
【思维探究】结合已有知识分析、推理、猜想？
电化学装置开始工作后，电路中有哪些变化？阴阳离子的迁移受什么因素影响？
【实验模拟】验证推理与猜想，进行归纳小结。
1.溶液中阴阳离子的迁移方向；
2.离子迁移方向与电子移动方向的关系；
3 微粒运动
模拟实验一 氢氧稀硫酸燃料电池
2.电解质溶液中离子的迁移方向：
带正电荷的阳离子 正极
带负电荷的阴离子 负极
1.电子迁移方向：负极 正极
3 微粒运动
模拟实验二 电解氯化钠饱和溶液
2.电解质溶液中离子的迁移方向：
阳离子 阴极
阴离子 阳极
1.电子迁移方向：
阳极 正极 负极 阴极
示例8. 全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。
负极
正极
锂硫电池中电子、离子的迁移方向
视频来自于网络
示例8. 全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。
负极：Li-e-=Li+
正极：S8+2e-+2Li+=Li2S8；
Li2S8+2e-+2Li+=2Li2S4；
Li2S8+2e-+2Li+=Li2S2+Li2S6
……
离子的迁移
S8 →Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2 锂元素的百分含量逐渐增大
示例8. 全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。
阴极
阳极
阴极：Li++e-=Li
阳极：2Li2S2-2e-=Li2S4+2Li+
2Li2S4-2e-=Li2S8+2Li+
Li2S4+Li2S6-2e-=Li2S8+2Li+
……
Li+→
＋
-
Li2S2→Li2S4→Li2S6→Li2S8→S8 锂元素的百分含量逐渐减小
示例9. 微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含 CH3COO-的溶液为例)。
e-
Na+→
←Cl-
负极
正极
本课小结
2 电极反应
3 微粒运动
1 能量转化
宏观：能量转化、物质变化。
微观：电子得失、离子迁移。
以原电池和电解池为模型，结合情境、实际生产需求等因素
综合分析电化学装置工作原理。

展开更多......

收起↑