資源簡介

(共20張PPT)
化學反應與電能（整理與提升）
化學反應與電能
2 電極反應
3 微粒運動
1 能量轉化
1 能量轉化
原電池：將化學能直接轉化為電能。
電解池：將電能直接轉化為化學能。
電化學裝置能有效提高能量利用率，減少環境污染；電化學產品種類豐富，應用廣泛。
氫氧燃料電池工作原理示意圖
車用燃料電池示意圖
氯化銅溶液的電解裝置示意圖
氯堿工業產品及其應用
示例1. 甲烷燃料電池采用鉑作為電極材料，兩個電極上分別通入CH4和O2，電解質溶液為KOH溶液。某研究小組將上述兩個甲烷燃料電池串聯后作為電源，進行電解飽和NaCl溶液的實驗,如下圖所示。
化學能 電能
電能 化學能
燃料電池能連續地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能，具有廣闊的發展前景。
示例2. 沿海電廠采用海水為冷卻水，但在排水管中生物的附著和滋生會阻礙冷卻水排放并降低冷卻效率，為解決這一問題，通常在管道口設置一對惰性電極(如圖所示)，通入一定的電流。
電能 化學能
利用氧化產物進一步生產，解決實際應用問題。
示例3. 一種光化學電池的結構如右圖，當光照在表面涂有氯化銀的銀片上時，AgCl(s)===Ag(s)＋Cl(AgCl)，[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化銀表面]，接著Cl(AgCl)＋e－―→Cl－(aq)，若將光源移除，電池會立即回復至初始狀態。
光能 化學能 電能
結合文字圖像信息，判斷電化學裝置類型
2 電極反應
原電池:
負極：Zn- 2e- ═ Zn2+ 發生氧化反應；
正極：Cu2+ +2e- ═ Cu 發生還原反應；
電解池:
陽極：2Cl- -2e- ═ Cl2 發生氧化反應；
陰極：Cu2+ + 2e- ═Cu 發生還原反應；
e-
e-
e-
e-
e-
e-
示例4.分析下圖所示的四個原電池裝置，判斷正負極
負極
發生氧化反應的金屬作負極
不可僅通過金屬活動性順序判斷電極！
負極
負極
負極
示例5. 研究發現，在酸性乙醇燃料電池中加入硝酸，可使電池持續大電流放電，其工作原理如圖所示。判斷電極，書寫電極反應和總反應。
1. 判斷：燃料電池，將化學能轉化為電能；
2. 通入燃料的一極發生氧化反應，為負極；
負極（Pt）：CH3CH2OH-12e-+3H2O=2CO2+12H+
正極：NO3-+4H++3e-=NO+2H2O
4NO+3O2+2H2O=4HNO3
總：CH3CH2OH+3O2=2CO2+3H2O
正極區：O2+4H++4e-=2H2O
正極
負極
示例6. 通過電解廢舊鋰電池中的LiMn2O4可獲得難溶性的Li2CO3和MnO2，電解示意圖如下(其中濾布的作用是阻擋固體顆粒，但離子可自由通過。電解過程中溶液的體積變化忽略不計)。判斷電極，書寫電極反應和總反應。
1. A電極發生還原反應，為陰極，LiMn2O4+8H++3e- ═ Li++2Mn2++4H2O
陽極
陰極
A. 電極A為陰極，發生還原反應
B. 電極B的電極反應：Mn2+ - 2e-+2H2O═ MnO2+4H+
C. 電解一段時間后溶液中濃度Mn2+保持不變
D. 電解結束后，可通過調節pH除去Mn2+，再加入Na2CO3溶液以獲得Li2CO3
2. 總反應為：2LiMn2O4+4H+ ═2 Li++Mn2++3MnO2+2H2O
示例7. 某無隔膜流動海水電解法制H2的裝置如下圖所示，其中高選擇性催化劑PRT可抑制O2產生。
A. b端電勢高于a端電勢
B. 理論上轉移2mole-生成4gH2
C. 電解后海水pH下降
D. 陽極發生：Cl--2e-+H2O=HClO+H+
陽極
陰極
＋
-
1.判斷電化學裝置類型
2.判斷電極
宏觀：物質變化、反應類型 微觀：得失電子
3.結合物質變化、電子得失、電解質溶液環境對電極反應進行符號表征，據此判斷電化學裝置工作時溶液中離子濃度、pH等相關變化規律。
電極反應小結：
3 微粒運動
【問題】電解質溶液中陰陽離子如何遷移？
【思維探究】結合已有知識分析、推理、猜想？
電化學裝置開始工作后，電路中有哪些變化？陰陽離子的遷移受什么因素影響？
【實驗模擬】驗證推理與猜想，進行歸納小結。
1.溶液中陰陽離子的遷移方向；
2.離子遷移方向與電子移動方向的關系；
3 微粒運動
模擬實驗一 氫氧稀硫酸燃料電池
2.電解質溶液中離子的遷移方向：
帶正電荷的陽離子 正極
帶負電荷的陰離子 負極
1.電子遷移方向：負極 正極
3 微粒運動
模擬實驗二 電解氯化鈉飽和溶液
2.電解質溶液中離子的遷移方向：
陽離子 陰極
陰離子 陽極
1.電子遷移方向：
陽極 正極 負極 陰極
示例8. 全固態鋰硫電池能量密度高、成本低，其工作原理如圖所示，其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料，電池反應為：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。
負極
正極
鋰硫電池中電子、離子的遷移方向
視頻來自于網絡
示例8. 全固態鋰硫電池能量密度高、成本低，其工作原理如圖所示，其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料，電池反應為：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。
負極：Li-e-=Li+
正極：S8+2e-+2Li+=Li2S8；
Li2S8+2e-+2Li+=2Li2S4；
Li2S8+2e-+2Li+=Li2S2+Li2S6
……
離子的遷移
S8 →Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2 鋰元素的百分含量逐漸增大
示例8. 全固態鋰硫電池能量密度高、成本低，其工作原理如圖所示，其中電極a常用摻有石墨烯的S8材料，電池反應為：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。
陰極
陽極
陰極：Li++e-=Li
陽極：2Li2S2-2e-=Li2S4+2Li+
2Li2S4-2e-=Li2S8+2Li+
Li2S4+Li2S6-2e-=Li2S8+2Li+
……
Li+→
＋
-
Li2S2→Li2S4→Li2S6→Li2S8→S8 鋰元素的百分含量逐漸減小
示例9. 微生物脫鹽電池是一種高效、經濟的能源裝置，利用微生物處理有機廢水獲得電能，同時可實現海水淡化。現以NaCl溶液模擬海水，采用惰性電極，用下圖裝置處理有機廢水(以含 CH3COO-的溶液為例)。
e-
Na+→
←Cl-
負極
正極
本課小結
2 電極反應
3 微粒運動
1 能量轉化
宏觀：能量轉化、物質變化。
微觀：電子得失、離子遷移。
以原電池和電解池為模型，結合情境、實際生產需求等因素
綜合分析電化學裝置工作原理。

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