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단원 3: 화학 에너지와 전기 에너지의 변환
1차 배터리 :
1. 개념 : 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치를 1차전지라고 합니다
2. 구성조건 : ① 서로 다른 활성을 갖는 두 개의 전극 ② 전해질 용액 ③ 전극 전선을 전해질에 연결하고 삽입하여 폐회로를 형성합니다. ④ 특정 전극이 전해질 용액과 산화환원 반응을 합니다
1차 전지의 작동 원리: 산화환원 반응을 통해 화학 에너지를 전기 에너지로 변환합니다( 전자의 이동).
3. 전자 흐름 방향: 외부 회로: 음극—→전선—→양극
내부 회로: 염교의 음이온이 음극의 전해질 용액으로 이동하고, 염다리의 양이온은 전해질 용액의 양극으로 이동합니다.
현재 방향: 양극—→전선—→음극
4. 전극 반응: 아연-구리 1차 전지를 예로 들어보겠습니다:
음극 : 산화 반응: Zn -2e=Zn2+ (활성 금속이 더 많음) 음극으로 활성이 더 많은 금속이 사용되고, 음극에서 산화 반응이 일어납니다. 전극 반응식: 활성이 더 많은 금속 -ne-= 금속 양이온 음성. 전극 현상: 음극이 용해되고 음극의 질량이 감소합니다.
양극: 환원 반응: 2H++2e=H2↑ (활성이 낮은 금속) 활성이 낮은 금속이나 흑연을 양극으로 사용하고, 양극에서 환원 반응이 일어납니다. 용액 내 양이온 + ne- = 원소 물질, 양극 현상: 일반적으로 가스가 방출되거나 음극의 질량이 증가합니다.
총 반응식: Zn 2H =Zn2 H2↑
5. 양극과 음극의 판단:
(1) 슬레이브 전극 재료: 일반적으로 더 활성 금속은 음극이고 금속은 음극이고 비금속은 양극입니다.
(2) 전자의 흐름 방향으로 보면 음극이 양극으로 흐른다
(3) 전류가 흐르는 방향으로 보면 양극이 음극으로 흐른다
(4) 전해액 내 이온의 분포에 따라 이동방향은 양이온은 양극으로, 음이온은 음극으로 흐르는 방향이다
(5) 실험현상에 ① 한 극은 녹아서 음극이 되고 ② 한 극은 무게가 나가거나 기포가 생기고 한 극은 양극이 된다
6 쓰는 방법:
(i) 1차 전지 반응의 기초가 되는 화학 반응 원리는 산화-환원 반응이고, 음극 반응은 산화 반응이고, 양극 반응은 환원 반응이다. 따라서 전극반응을 작성하는 방법은 다음과 같이 정리된다.
①전체 반응식을 작성한다. ② 전체 반응을 전자의 획득과 손실에 따라 산화반응과 환원반응으로 나눈다.
③산화반응은 음극에서 일어나고, 환원반응은 양극에서 일어나며, 반응물과 생성물이 반응에 참여한다는 점에 유의하세요.
(ii) 1차 전지의 전체 반응식은 일반적으로 양극과 음극의 반응식을 합하여 구한다.
7. 1차 전지의 응용: ① 화학 반응 속도를 가속화합니다. 예를 들어, 순수 아연보다 조아연에서 수소를 생성하는 속도가 더 빠릅니다. ② 금속의 활성을 비교해 보세요. ③1차 전지를 설계한다. ④ 금속 부식.
화학 배터리:
1. 배터리 분류: 화학 배터리, 태양 전지, 원자력 배터리
2. 화학 배터리를 사용합니다. , 직접 전기에너지 장치로 변환
3. 화학전지의 분류: 1차전지, 2차전지, 연료전지
1차전지
1. 1차 배터리: 알카라인 아연-망간 배터리, 아연-은 배터리, 리튬 배터리 등
2차 배터리
1. 2차 배터리: 방전 후 충전하여 재생 가능 활성 물질은 여러 번 재사용할 수 있으며 충전용 배터리 또는 축전지라고도 합니다.
2. 전극 반응: 납축전지
방전: 음극(납): Pb＋-2e-=PbSO4↓
양극(납산화물) : PbO2+4H ++2e -=PbSO4↓＋2H2O
충전: 음극: PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+4H+
방전
충전 양극 : PbSO4+2e-=Pb+
< p>두 방정식은 가역 반응으로 작성할 수 있습니다. PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4↓+2H2O3\현재 새 배터리가 개발되었습니다. 은-아연 배터리, 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-수소 배터리, 리튬-이온 배터리 및 폴리머 리튬-이온 배터리
3. 연료와 산화제를 반응시켜 직접 전류를 발생시키는 일차전지의 일종이다
2. 전극반응: 일반 연료전지에서 전기화학반응의 최종 생성물은 연소생성물과 동일하다. 총 배터리 반응은 연소 반응을 기반으로 작성할 수 있지만 반응 조건은 지정되지 않습니다. , 음극에서는 산화반응이 일어나고 양극에서는 환원반응이 일어난다. 다만, 전극반응에는 일반적인 전해액이 반드시 참여해야 한다는 점에 유의해야 한다. 수소-산소 연료전지를 예로 들면, 백금은 양극과 음극이며 매질은 산성, 알칼리성, 중성으로 구분됩니다.
전해액이 산성인 경우:
음극: 2H2-4e-=4H 양극: O2+4e-+4H =2H2O
전해질 용액은 알칼리성입니다.
음극: 2H2+4OH--4e-=4H2O 양극: O2+2H2O+4e-=4OH-
또 다른 유형의 연료 전지는 KOH 용액에 전극으로 삽입된 금속 백금 시트, 양극에는 연료인 메탄과 산화제인 산소가 각각 통과됩니다. 전극 반응식은 다음과 같습니다.
음극: CH4+10OH-+8e-?=7H2O;
양극: 4H2O+2O2+8e-?=8OH-?.
배터리의 총 반응식은 CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O입니다.
3. 연료전지의 장점: 높은 에너지 전환율, 적은 폐기물, 낮은 작동 소음
IV, 폐배터리 처리: 재활용
V. 금속의 전기화학적 부식
(1) 금속 부식의 내용:
(2) 금속 부식의 성질 : 모두 금속 원자가 전자를 잃고 산화되는 과정입니다.
(3) 금속 부식의 분류 :
화학적 부식 - 다음에 의해 발생합니다. 금속과 접촉하는 물질 사이의 직접적인 화학 반응 부식
전기화학적 부식 - 불순한 금속이 전해질 용액과 접촉하면 갈바니 반응이 발생합니다. 상대적으로 활성이 있는 금속은 전자를 잃고 산화됩니다. 이러한 종류의 부식을 전기화학적 부식이라고 합니다.