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关于电能转化为化学能中电能和化学能知识介绍

  日期:2022-06-01 16:38:02  浏览量:700   移动端
导读:关于电能和化学能是我们在校学习化学时化学中常见的知识,那么什么是电能?什么又是化学能?以及电能转化为化学能是如何进行的,

关于电能和化学能是我们在校学习化学时化学中常见的知识,那么什么是电能?什么又是化学能?以及电能转化为化学能是如何进行的,下面就跟小编一起来看看吧。



化学能和电能



化学能:化学能是一种很隐蔽的能量,它不能直接用来 做功,只有在发生 化学变化的时候才可以释放出来,变成热能或者其他形式的能量。像石油和 煤的 燃烧,炸 药爆 炸以及人吃的食物在体内发生化学变化时候所放出的能量,都属于化学能。化学能是指储存在物质当中的能量,根据 能量守恒定律,这种能量的变化与反应中热能的变化是大小相等、符号相反,参加反应的化合物中各原子重新排列而产生新的化合物时,将导致化学能的变化,产生 放热或 吸热效应。



电能:是指使用电以各种形式做功(即产生能量)的能力。电能既是一种经济、 实用、清洁且容易控制和转换的能源形态,又是电力部门向电力用户提供由发、供、用三方共同保证质量的一种特殊产品( 它同样具有产品的若干特征,如可被测 量、预估、保证或改善。电能被广泛应用在动力、照明、化学、纺织、通信、广播等各个领域,是科学技术发展、人民经济飞跃的主要动力。电能在我们的生活中起到重大的作用。



电能转化为化学能



1.原电池



(1)双液锌铜原电池






(2)原电池工作原理图解



在原电池内部,两电极浸入电解质溶液中,并通过阴、阳离子的定向移动形成内电路。放电时,负极上的电子通过导线流向正极,再通过溶液中的离子形成的内电路构成闭合回路。具体原理示意图如下:






(2)对原电池装置的认识



①从反应角度认识原电池



原电池中有电流通过,因此其中一定存在电子的得失,其总反应一定是氧化还原反应。当原电池工作时,负极失电子被氧化,发生氧化反应;正极得电子被还原,发生还原反应。因此,只有氧化还原反应才能被设计成原电池,但是要注意,原电池中存在的氧化反应与还原反应是分开进行的。



②从能量角度认识原电池



氧化还原反应有放热反应和吸热反应,一般放热反应才能将化学能转变为电能,产生电流。



③从组成角度认识原电池



a.要有两个电极。这两个电极的活泼性一般是不同的,一般情况下,负极是活泼性较强的金属,正极是活泼性较弱的金属或能导电的材料(包括非金属或某些氧化物,如石墨、氧化铅等),但只要求负极能与电解质溶液自发发生氧化还原反应,与正极能否发生反应无关。



b.两电极必须插入电解质溶液中。非电解质由于不导电,不能参与形成原电池。



c.必须形成闭合回路。闭合回路的形式是多种多样的,最常见的是通过导电将正、负极相连,也可以将两种金属材料相接触再插入电解质溶液中,日常生活中的合金则是两种材料相互熔合在一起形成正、负极。因此在判断是否形成闭合回路时,不能只看是否有导线。如闭合回路可以有如下形式:






d.能自发地发生氧化还原反应,若不能自发发生反应,则不能形成原电池。而自发发生的氧化还原反应不一定是电极与电解质溶液反应,也可能是电极与电解质溶液中溶解的氧气反应,如将铁与碳棒插入硫酸铜溶液中与食盐水中的反应不一样。






④从转移角度认识原电池



原电池工作时,能够发生电子、离子的定向移动,能够形成外电路与内电路。在原电池中,外电路通过电子的定向移动形成电流,电子从负极流出,从正极流入,电流的方向与电子移动的方向相反;在原电池内部则由电解质溶液与电极构成内电路,内电路中的电流通过离子的定向移动来形成(阳离子移向正极,阴离子移向负极)。因此,电子的流向仅限在外电路,而电解质溶液中没有电子流过,但电流在内、外电路同时形成。



(5)原电池原理的应用



①比较不同金属的活泼性



比较方法:



a.一般作负极的金属比作正极的金属活泼。



b.一般电极质量减少,作负极,较活泼。



c.一般有气体生成、电极质量不断增加,作正极,较不活泼。



②加快反应速率



构成原电池往往能加快反应速率。如实验室制H2时,粗锌比纯锌反应快;或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液,反应速率加快。



③用于金属的防护



如要保护铁制闸门,可用导线将其与锌块相连,使锌作负极,铁制闸门作正极,从而使铁制闸门受到保护。



④设计化学电源



设计原电池时要紧扣构成原电池的条件,首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应,然后根据原电池的电极反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料(负极是失电子的物质,正极用比负极活动性差的金属或导电的非金属如石墨)及电解质溶液。



2.电解池



(1)电解氯化铜溶液






(2)电解池工作原理图解






(3)电解池阴、阳极的判断



①由电源的正、负极判断:与电源负极相连的是电解池的阴极;与电源正极相连的是电解池的阳极。



②由电极现象确定:通常情况下,在电解池中某一电极若不断溶解或质量不断减少,则该电极发生氧化反应,为阳极;某一电极质量不断增加或电极质量不变,则该电极发生还原反应,为阴极。



③由反应类型判断:失去电子发生氧化反应的是阳极;得到电子发生还原反应的是阴极。



(4)电解产物的判断



①阳极产物的判断



a.若阳极由活性材料(除Pt、Au外的其他金属)做成,则阳极反应是阳极金属失去电子而被氧化成阳离子的反应;



b.若阳极由C、Pt、Au等惰性材料做成,则阳极反应是电解液中的阴离子在阳极失去电子被氧化的反应。阴离子失去电子能力的大小顺序为S2−>I−>Br−>Cl−>OH−>含氧酸根离子。



②阴极产物的判断



阴极反应一般是溶液中的阳离子得到电子的还原反应,阳离子得到电子能力的大小顺序为Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。



(4)电解原理的应用



①电解饱和食盐水——制取烧碱、氯气和氢气



阳极(石墨):2Cl−−2e−Cl2↑(氧化反应)



阴极(铁或石墨):2H++2e− H2↑(还原反应)



总反应:2NaCl+ 2H2O图片2NaOH+Cl2↑+H2↑



②电镀



应用电解原理,在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。



实例——电镀铜



阳极(铜片):Cu−2e−=Cu2+



阴极(待镀铁件):Cu2++ 2e−=Cu



③铜的精炼



阳极(粗铜):Cu−2e−=Cu2+



杂质金属的溶解:



Fe−2e−=Fe2+



Zn−2e−=Zn2+



Ni−2e−=Ni2+等



阴极(纯铜):Cu2++2e−=Cu



④电冶金



a.电解熔融NaCl制取金属钠



NaCl在高温下熔融,并发生电离:NaCl=Na++Cl−。



通直流电后,阴极:2Na++2e−=2Na



阳极:2Cl−−2e−=Cl2↑






b.电解熔融MgCl2制取金属镁



阴极:Mg2++2e−=Mg



阳极:2Cl−−2e−=Cl2↑






c.电解熔融Al2O3制取金属铝



阴极:4Al3++12e−=4Al



阳极:6O2−−12e−=3O2↑



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