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1、第 6 讲化学能与电能1. 熟悉能源的分类和化学能与电能的转化关系。2. 知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，通过实验会说明原电池的原理，以及判断原电池的正、负极。（重点、难点）3. 初步掌握形成原电池的基本条件，会正确书写电极反应式，熟知原电池的应用。（重点）4. 知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。5. 认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。在学习原电池之前，学生已经学习了氧化还原反应，并且对带电粒子定向移动也非常了解。这为学生学习原电池两极变化和外电路电子流向，理解原电池原理提供了理论依据。学生通过对原电池的学习增加学生对原
2、电池的感性认识，对原电池的探究，掌握逻辑推理方法， 学会归纳化学反应原理的过程和运用相关原理解决实际问题的演绎过程。但在学习过程中由于学生缺乏知识连贯性，学生可能不会判断氧化还原反应，对原电池中正负极判断及电极方程式书写会存在问题。第 16 页知识点一化学能转化为电能一、一次能源和二次能源1. 能源按其来源可分为一次能源和二次能源。能源类别定义实例一次能源直接从自然界中取得的能源太阳能、风能、地热能、潮汐能、原煤、石油、天然气等二次能源由一次能源经过加工、转换得到的能源电能(水电、火电、核电)、蒸汽能、机械能等2. 二次能源火力发电（1） 火力发电原理：首先通过化石燃料燃烧，使化学能转变为热能
3、，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。燃烧蒸汽发电机（2） 能量转换过程：化学能热能机械能电能。其中能量转换的关键环节是燃烧。（3） 火力发电弊端：煤属于不可再生资源，用一点少一点，用煤发电会造成资源的浪费。能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。煤燃烧会产生有害物质(如 SO2、CO、NO2、粉尘等)，污染环境。二、化学能直接转化为电能1. 按要求完成下列实验实验步骤现象解释或说明2. 原电池(1)概念：是将化学能转变为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应。(2)构成条件原电池反应必须是自发的氧化还原反应；具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)
4、；两电极均插入电解质溶液中；电解质溶液、电极、导线形成闭合回路。(3) 原电池的工作原理原电池总反应式：Zn2H=Zn2H 。2(4) 能量转化过程：原电池在工作时，负极失电子，电子通过导线流向正极，被氧化性物质得到，闭合回路中形成电流，化学能转变为电能。例 1下列有关燃煤发电的一系列能量转换的过程，正确的是() A化学能热能机械能电能B热能化学能机械能电能C机械能化学能热能电能D热能机械能化学能电能练习 1下列叙述不正确的是()A. 根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源B. 电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源C火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程
5、D火力发电时，化学能转化为热能的过程实际上是氧化还原反应的过程，伴有能量的变化练习 2下列关于原电池的叙述中正确的是() A把电能转化为化学能的装置B活泼金属作正极，不活泼金属作负极C外电路中电子从负极流向正极D正极发生氧化反应练习 3在下图的装置中，属于原电池且有电流产生的是()练习 4下图所示的装置中能产生有效电流的是()练习 5下列图示的装置属于原电池的是()AB C D练习 6下列各组电极材料和电解质溶液中，不能组成原电池的是() A铜片、石墨棒、稀硫酸B铜片、石墨棒、硝酸银溶液C锌片、铜片、稀盐酸D铜片、铁片、氯化铁溶液知识点二原电池的工作原理1. 原电池的工作原理(1) 反应类型：
6、负极发生氧化反应，正极发生还原反应。(2)电子的移动方向：负极流出，经导线流向正极。(3)离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。2原电池正、负极的判断3原电池原理的应用(1)比较金属活动性作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性弱。(2) 改变化学反应速率如：在 Zn 和稀硫酸反应时，滴加少量 CuSO4 溶液，则 Zn 置换出的铜和锌能构成原电池的正、负极，从而加快 Zn 与稀硫酸反应的速率。(3) 设计原电池3如：把 Fe2Fe3=3Fe2设计成原电池，可用 Fe 作负极，铜(或石墨)作正极，FeCl 溶液作电解质溶液。(4) 保护金属设备如：船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀
7、，在船体外壳焊接上比铁活泼的金属(如 Zn)， 则构成以 Zn、Fe 为电极的原电池，Zn 被消耗掉而 Fe 得到保护。 例 1如图是 Zn 和 Cu 形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下，在卡片上描述合理的是()Zn 为正极，Cu 为负极H向负极移动电子流动方向：从 Zn 经外电路流向 CuCu 极上有H2 产生若有 1 mol 电子流过导线，则产生 H2 为 0.5 mol正极的电极反应式为 Zn2e=Zn2实验后的记录：ABCD练习 1如图所示，电流表指针发生偏转，同时 A 极质量减少，B 极上有气泡产生，C 为电解质溶液，下列说法错误的是()AB 极为原电池的正
8、极BA、B、C 可能分别为 Zn、Cu、稀盐酸CC 中阳离子向A 极移动DA 极发生氧化反应练习 2在如右图所示的装置中，a 的金属活泼性比氢要强，b 为碳棒，关于此装置的下列叙述不正确的是()A碳棒上有气体放出，溶液 pH 变大Ba 是正极，b 是负极C导线中有电子流动，电子从 a 极到 b 极Da 极上发生了氧化反应练习 3根据 Zn2H=Zn2H2的反应原理设计一个原电池，当锌为负极时， 正极可以选用的金属材料是()A镁B石墨C铝D铅练习 4如图所示，电流表指针发生偏转，同时 A 极质量减少，B 极上有气泡产生，C 为电解质溶液。下列说法错误的是()AB 极为原电池的正极BA、B、C 可
9、能分别为锌、铜、稀盐酸CC 中阳离子向A 极移动DA 极发生氧化反应练习 5下图为铜锌原电池示意图，下列说法正确的是()A. 锌片逐渐溶解B烧杯中溶液逐渐呈蓝色C电子由铜片通过导线流向锌片D锌为正极，铜为负极练习 6如图所示是锌和铜形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡上的记录如下，则卡片上的描述合理的是()实验后的记录：铜为负极，锌为正极铜极上有气泡产生，发生还原反应硫酸根离子向铜极移动若有 0.5mol 电子流经导线，则可产生 0.25mol 气体电子的流向是铜锌正极反应式：Cu2e=Cu2，发生氧化反应ABCD练习 7用铁片与稀硫酸反应制取氢气时，下列措施可以加快氢气生成的是(
10、) A加入少量的硫酸钠固体B. 加入硝酸钠固体 C滴加少量硫酸铜溶液D改用浓硫酸练习 8等质量的两份锌粉 a、b，分别加入两支相同的试管中，然后加入等体积等物质的量浓度且均过量的稀硫酸，同时向 a 中加入少量硫酸铜溶液，则产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系用图像表示如下，其中正确的是( )练习 9下列金属性质的比较中，能说明甲的金属性比乙强的是()甲与水反应比乙与水反应剧烈单质甲能从乙的盐溶液中置换出单质乙甲的最高价氧化物对应水化物的碱性比乙的最高价氧化物对应水化物的碱性强以甲、乙金属为电极构成原电池，甲作负极A B C D练习 10根据下列事实：AB2=A2B；D2H2O=D(OH)2H
11、2； 以 B、E 为电极与 E 的盐溶液组成原电池，电极反应为E22e=E， B2e=B2，由此可知A2、B2、D2、E2的氧化性强弱关系是() AD2A2B2E2BA2B2D2E2 CD2E2A2B2 DE2B2A2D2练习 11把 a、b、c、d 四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若 a、b 相连时，a 为负极；c、d 相连时，电流由 d 到 c；a、c 相连时，c 极上产生大量气泡；b、d 相连时，b 上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱为()Aacdb Babcd Ccabd Dbdca知识点三常见的化学电源1. 锌锰干电池(1) 结构：锌锰干电池是以锌筒为
12、负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的 MnO2 和NH4Cl 作电解质。(2) 原理：锌锰电池是一次性电池，放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。负极发生的电极反应为 Zn2e=Zn2，正极发生的电极反应为 2MnO 2NH242 3322e=Mn O 2NH H O 。(3) 缺陷与改进：锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容易发生气涨或漏液，会导致电器2. 充电电池设备的腐蚀。改进措施：在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池；将电池内的电解质 NH4Cl 换成湿的 KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。（1） 充电电池又称二次电池。充电电池在放电时所进行的氧化还原反
13、应，在充电时又逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。充电电池中能量的转化关系是化学能 电能。（2） 常见的充电电池铅蓄电池负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液，常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。镍镉电池以 Cd 为负极，NiO(OH)为正极，以 KOH 为电解质，寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境。碱金属中的 Li 是最轻的金属，活泼性极强，是制造电池的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。3. 燃料电池（1） 燃料电池是通过燃料与氧化剂分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。（
14、2） 燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。（3） 以 30%的 KOH 溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下： 负极：2H24OH4e=4H2O(氧化反应)；正极：O22H2O4e=4OH(还原反应)； 总反应：2H2O2=2H2O。4. 电极反应方程式的书写方法（1） 负极反应式的书写活泼金属作负极(电极材料本身反应)生成的阳离子与电解质溶液不反应时：Mne=Mn。若生成的阳离子与电解质溶液反应，应将“金属失电子的反应式”与“阳离子和电解质溶液反应的反应式”叠加写出。燃料电
15、池(电极材料本身不反应) H2O2(H2SO4)燃料电池负极反应式： H22e=2H。H2O2(KOH) 燃 料 电 池 负 极 反 应 式 ： H22e2OH=2H2OH22e=2H；2H2OH=2H2O。（2） 正极反应式的书写首先判断在正极反应的物质当负极材料与电解质溶液能反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解液中的某种粒子。当负极材料与电解质溶液不反应时，在正极上发生电极反应的是溶解在电解液中的 O2。燃料电池中正极反应的物质是作氧化剂的物质。根据具体情况书写正极反应式(也要考虑是否与电解液反应) H2O2(H2SO4)的正极反应式：O24e4H=2H2O。H2O2(KOH)的正极反
16、应式：O24e2H2O=4OH。5. 书写原电池电极反应式时注意的问题（1） 正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。（2） 确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。（3） 在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。 例 1汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2Pb 2H2SO4=2PbSO42H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是()A. 铅是正极B. 二
17、氧化铅得电子，被氧化44C. 负极反应是PbSO 2-2e=PbSO D电池放电时，溶液的酸性增强练习 1下图是生活中常用的锌锰干电池的示意图，下列有关说法中不正确的是 ()A电池内部含有电解质B锌是负极，碳棒是正极C电池用完后可埋入土壤D锌锰干电池属于一次电池练习 2下列说法中不正确的是()A普通干电池工作时将化学能转化为电能B锌锰干电池中，锌电极是负极C. 锌锰干电池属于一次电池D. 锌锰干电池中，锌电极发生还原反应练习 3已知铅蓄电池放电时的原电池反应：PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O。关于铅蓄电池的下列说法中正确的是()44A放电时的正极反应式是PbSO 2-2e=PbS
18、O B放电时电池的负极材料是铅板C. 充电时，电池中硫酸的浓度不断变小D充电时，铅板发生氧化反应练习 4下图是氢氧燃料电池的示意图，按图中提示，下列叙述不正确的是()Aa 电极是负极，b 电极是正极Ba 电极的电极反应式为H22e=2HCb 电极的电极反应式为 4OH4e=2H2OO2D. 氢氧燃料电池不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内练习 5某课外小组自制的氢氧燃料电池如下图所示，a、b 均为惰性电极。下列叙述中不正确的是()Aa 极是负极，该电极上发生氧化反应Bb 极反应式是O24OH4e= 2H2O C总反应方程式为 2H2O2=2H2OD氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源练习
19、 6下图是氢氧燃料电池(电解质溶液为磷酸溶液)构造示意图。下列关于该电池的说法不正确的是()Aa 极是负极B. 电子由 a 通过灯泡流向 bC. 正极的电极反应是O22H2O4e=4OHD. 氢氧燃料电池是环保电池练习 7氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如下。下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是()A该电池工作时电能转化为化学能B该电池中电极 a 是正极C外电路中电子由电极 b 通过导线流向电极 a D该电池的总反应：2H2O2=2H2O练习 8用锌棒、铁棒和硫酸铜溶液组成原电池，正极上发生的反应为() AFe2e=Fe2BCu22e=Cu CFe3e=Fe3 DZn2e=Zn
20、2练习 9用铜片、铁片和硝酸银组成的原电池，负极上发生的是() AAge=AgBCu2e=Cu2CFe3e=Fe3DFe2e=Fe2练习 10一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷；电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)，在熔融状态下能传导 O2。下列对该燃料电池说法正确的是( )A在熔融电解质中，O2由负极移向正极B电池的总反应是 2C4H1013O2=8CO210H2OC. 通入空气的一极是负极，电极反应式为 O24e=2O2D. 通入丁烷的一极是负极，电极反应式为 C4H1026e13O2=4CO25H2O练习 11铜锌原电池 (硫酸铜溶液为电解质)如下图所示：(1)
21、锌为 极，电极反应是 (填“氧化反应”或“还原反应”)，电极反应式是 。 (2)铜为 极，电极反应是 (填“氧化反应”或“还原反应”)，电极反应式是 。(3) 原电池总反应的离子方程式为 。(4) 锌片上观察到的现象为 ， 铜片上观察到的现象是 。练习 12下图为铜锌原电池，请回答下列问题：(1)铜片 ；锌片 。(2)写出此时原电池的电极反应式：正极 ，负极 。(3) 在实际实验中，锌片上也有气泡产生(装置连接正常)，其原因可能是 。练习 13A、B、C 三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。(1) A 中反应的离子方程式为 。(2) B 中锡极为 极，电极反应式为 ，锡极附近溶液的酸性 (填“增大”、“减小”或“不变”) 。B 中 Fe 极为 极，电极反应方程式为 。(3) C 中被腐蚀的金属是 ，总反应式方程式为 。(4) A、B、C 中铁被腐蚀由快到慢的顺序是 。