关于电能转化为化学能中电能和化学能知识介绍

2022-06-01 16:38:02  信息编号：K30826  浏览次数：700

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↑