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1、第三第三单单元化学能与元化学能与电电能的能的转转化化第第1课时化学能转化为电能化学电源课时化学能转化为电能化学电源1通通过对铜锌过对铜锌原原电电池的池的实验实验探究，探究，认识认识化学化学能能转转化化为电为电能的装置。能的装置。2初步初步认识认识原原电电池反池反应应的原理。的原理。3能能够够正确的正确的书书写写电电极反极反应应式。式。4会利用原会利用原电电池原理，池原理，设计设计一些一些简单简单的化学的化学电电源。源。5了解常了解常见见的化学的化学电电源以及它源以及它们们在生在生产产和生和生活中的活中的应应用。用。一、原一、原电电池原理池原理1实验探究实验探究装置装置实验现实验现象象实验结论实
2、验结论锌锌片片:_,_铜铜片片:_,_逐逐渐渐溶解溶解有气泡有气泡产产生生没有没有变变化化锌锌能能够够和稀硫酸和稀硫酸反反应应生成生成氢氢气气铜铜不能与稀硫不能与稀硫酸反酸反应应锌锌片片:_,_铜铜片片:_锌锌片片:_铜铜片片:_锌锌片上的反片上的反应应:_铜铜片上的反片上的反应应:_逐逐渐渐溶解溶解有气泡有气泡产产生生没有没有变变化化锌锌能能够够和稀硫酸反和稀硫酸反应应生成生成氢氢气气,铜铜不能不能与稀硫酸反与稀硫酸反应应逐逐渐渐溶解溶解有气泡有气泡产产生生Zn2e=Zn22H2e=H2锌锌片片:_铜铜片片:_电电流流计计:_锌锌片上的反片上的反应应:_铜铜片上的反片上的反应应:_反反应过应
3、过程中程中有有_产产生生逐逐渐渐溶解溶解有气泡有气泡产产生生指指针发针发生生偏偏转转Zn2e=Zn22H2e=H2电电流流2.原电池原电池(1)含义含义:将将_转变为转变为_的装置。的装置。(2)构成条件构成条件两个两个_不同的电极材料不同的电极材料,可以是可以是_或是或是_。电极插入电极插入_中。中。构成构成_。能自发地发生氧化还原反应。能自发地发生氧化还原反应。(3)工作原理工作原理化学能化学能电电能能活活泼泼性性金属金属导电导电的非金属的非金属电电解解质质溶液溶液闭闭合回路合回路装装置置Zn电电极极Cu电电极极现现象象锌锌片片_ 铜铜片片上上_得失得失电电子子失失电电子子得得电电子子正正
4、负负极极判判断断负负极极正极正极电电子流向子流向流出流出流入流入反反应类应类型型氧化反氧化反应应还还原反原反应应电电极极反反应应式式Zn2e=Zn22H2e=H2总总反反应应式式Zn2H=Zn2H2逐逐渐渐溶解溶解有气泡生成有气泡生成二、二、钢铁钢铁的的电电化学腐化学腐蚀蚀1.电化学腐蚀电化学腐蚀金属跟金属跟_接触接触,发发生原生原电电池反池反应应,比比较较活活泼泼的金属失去的金属失去电电子而被氧化的腐子而被氧化的腐蚀蚀。2.钢铁的腐蚀钢铁的腐蚀(1)条件条件电电极极:铁铁和少量和少量_形成两个形成两个电电极。极。电电解解质质溶液溶液:水中溶有少量水中溶有少量_及及_等气体。等气体。(2)电电
5、极反极反应应(以吸氧腐以吸氧腐蚀为蚀为例例)负负极反极反应应式式(Fe):_。正极反正极反应应式式(C):_。电电解解质质溶液溶液H和和OH氧气氧气碳碳Fe2e=Fe22H2OO24e=4OH三、化学三、化学电电源源1.制造原理制造原理:_原理。原理。2.优点优点:能量能量转转化率比化率比_要大的多。要大的多。3.化学电源的分类化学电源的分类(1)_电电池池:用用过过之后不能复原之后不能复原,如如_电电池。池。(2)_电电池池:充充电电后能后能继续继续使用使用,如如_电电池、池、_电电池、池、_电电池。池。原原电电池池燃料燃燃料燃烧烧锌锰锌锰干干一次一次二次二次银锌纽银锌纽扣扣铅铅蓄蓄镍氢镍氢
6、学生交流学生交流【提示提示】(1)具有活动性不同的两电极。具有活动性不同的两电极。(2)具有电解质溶液。具有电解质溶液。(3)形成闭合回路。形成闭合回路。原原电电池正池正负负极的判断方法有哪些？极的判断方法有哪些？请请列列举举之。之。师生互动师生互动【提示提示】正确判断原电池正负极的方法正确判断原电池正负极的方法(1)根据组成原电池的两极材料判断。根据组成原电池的两极材料判断。一般是活泼的金属为负极；活泼性较弱的金属一般是活泼的金属为负极；活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。或能导电的非金属为正极。(2)根据电流方向或电子流动方向判断。根据电流方向或电子流动方向判断。电流是由正极流向负极；
7、电子流动方向是由负电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。极流向正极。(3)根据原电池中电解质溶液内离子的定向流动根据原电池中电解质溶液内离子的定向流动方向判断。方向判断。一般在原电池的电解质溶液内一般在原电池的电解质溶液内,阳离子移向的极阳离子移向的极是正极是正极,阴离子移向的极是负极。阴离子移向的极是负极。(4)根据原电池两极发生的变化来判断。根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极总是失电子发生氧化反应原电池的负极总是失电子发生氧化反应,正极总正极总是得电子发生还原反应。是得电子发生还原反应。(5)根据现象判断。根据现象判断。一般溶解的一极为负极一般溶解的一极为负极,增重
8、或有气泡放出的一增重或有气泡放出的一极为正极。极为正极。书书写写电电极反极反应应式的步式的步骤骤如何？如何？师生互动师生互动【提示提示】正确书写电极反应式的步骤及注意事正确书写电极反应式的步骤及注意事项项(1)写出总化学反应方程式。写出总化学反应方程式。(2)根据总化学反应方程式根据总化学反应方程式,按照电子得失情况按照电子得失情况,分分成氧化反应和还原反应。成氧化反应和还原反应。(3)氧化反应在负极发生氧化反应在负极发生,还原反应在正极发生还原反应在正极发生,注注意介质参与的反应；总的化学反应式是正负电意介质参与的反应；总的化学反应式是正负电极反应相加的结果极反应相加的结果,反过来也可以相减
9、反过来也可以相减,得电极反得电极反应应,电极反应也遵守质量守恒电极反应也遵守质量守恒,电荷守恒及正、负电荷守恒及正、负极得失电子相等的规律。极得失电子相等的规律。(4)弱电解质、气体或难溶物均以分子式表示弱电解质、气体或难溶物均以分子式表示,其其余均以离子符号表示。余均以离子符号表示。下列判断不正确的是下列判断不正确的是()A.反反应应开始开始时时,乙中石墨乙中石墨电电极上极上发发生氧化反生氧化反应应B.反反应应开始开始时时,甲中石墨甲中石墨电电极上极上Fe3被被还还原原C.电电流流计读计读数数为为零零时时,反反应应达到化学平衡状达到化学平衡状态态D.电电流流计读计读数数为为零后零后,在甲中溶
10、入在甲中溶入FeCl2固体固体,乙乙中石墨中石墨电电极极为负为负极极【解析解析】乙中乙中I失去电子放电失去电子放电,发生氧化反应发生氧化反应,A正确；由总反应方程式知正确；由总反应方程式知,Fe3被还原成被还原成Fe2,B正确；当电流计读数为零时正确；当电流计读数为零时,说明没有电子发生说明没有电子发生转移转移,反应达到平衡状态反应达到平衡状态,C正确。加入正确。加入Fe2,导致导致平衡逆向移动平衡逆向移动,则则Fe2失去电子生成失去电子生成Fe3,作为负作为负极极,D错误。错误。【答案答案】D【点评点评】本题考查原电池原理本题考查原电池原理,即原电池与氧化即原电池与氧化还原反应的关系还原反应
11、的关系,以及原电池正、负极的判断。以及原电池正、负极的判断。【解析解析】本题根据总反应式可判断本题根据总反应式可判断Li被氧化被氧化,应为负极材料应为负极材料,其失电子成为其失电子成为Li,正极放电的为正极放电的为MnO2。若已知电池总反应式。若已知电池总反应式,要写电极反应式要写电极反应式,一般处理方法是一般处理方法是:根据规律先判断负极材料根据规律先判断负极材料,负负极材料若是金属则失电子而变为相应的阳离子极材料若是金属则失电子而变为相应的阳离子(注意注意:Fe失电子一般为失电子一般为Fe2),负极材料若是其他负极材料若是其他被氧化的物质被氧化的物质,则失电子变为相应的氧化产物则失电子变为
12、相应的氧化产物,然后再推断正极反应式然后再推断正极反应式,可利用总反应式与已知可利用总反应式与已知某一极的电极反应式作差推出。某一极的电极反应式作差推出。【答案答案】B师生互动师生互动【提示提示】(1)加快氧化还原反应速率加快氧化还原反应速率如实验室用如实验室用Zn和稀和稀H2SO4(或稀或稀HCl)反应制反应制H2,常用粗锌常用粗锌,它产生它产生H2的速率快。原因是粗锌中的的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀杂质和锌、稀H2SO4的溶液形成原电池的溶液形成原电池,加快了加快了锌的腐蚀锌的腐蚀,使产生使产生H2的速率加快。的速率加快。(2)比较金属的活动性强弱比较金属的活动性强弱原电池中原电池
13、中,一般活动性强的金属为负极一般活动性强的金属为负极,活动性活动性弱的金属为正极。例如有两种金属弱的金属为正极。例如有两种金属A和和B,用导用导线连接后插入到稀硫酸中线连接后插入到稀硫酸中,观察到观察到A极溶解极溶解,B极极上有气泡产生上有气泡产生,由原电池原理可知由原电池原理可知,金属活动性金属活动性AB。(3)设计原电池设计原电池,防止金属腐蚀。防止金属腐蚀。(4)制作化学电源。制作化学电源。一个自一个自发发的氧化的氧化还还原反原反应应都可以都可以设计设计原原电电池池吗吗？【解析解析】电池工作时电池工作时,正极上正极上O2得到电子被还得到电子被还原原,电极反应为电极反应为:O22H2O4e
14、=4OH,A正正确。电解液为确。电解液为NaOH溶液时溶液时,在负极上产生的是在负极上产生的是NaAlO2而不是而不是Al(OH)3,B错误。电池的总反应错误。电池的总反应为为:4Al3O24NaOH=4NaAlO22H2O,消消耗耗NaOH,pH减小。电池工作时减小。电池工作时,电子通过外电电子通过外电路由负极流向正极。路由负极流向正极。【答案答案】A【点评点评】本题考查对原电池原理的应用。在本题考查对原电池原理的应用。在书写电极反应式时要注意体系所在的环境书写电极反应式时要注意体系所在的环境(酸性酸性或碱性或碱性)。【解析解析】铜片、银片、铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、溶液、AgNO3
15、溶液、盐桥构成一个原电池溶液、盐桥构成一个原电池,Cu作负极作负极,Ag作正极作正极,两极电极反应分别为两极电极反应分别为:负极负极:Cu2e=Cu2,正极正极:2Ag2e=2Ag,盐桥起到了盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用传导离子、形成闭合回路的作用,电子的流向是电子的流向是由负极流向正极由负极流向正极,电流的方向和电子的流向相反电流的方向和电子的流向相反,因此因此C正确。正确。【答案答案】C1.知识小结知识小结2.规律点拨规律点拨(1)有些原电池中有些原电池中,负极不一定比正极活泼负极不一定比正极活泼,也就是也就是说失去电子的不一定是较活泼的金属。如说失去电子的不一定是较活泼的金属。
16、如:当当Mg、Al用导线连接后插入用导线连接后插入NaOH溶液中构溶液中构成原电池时成原电池时,活泼金属活泼金属Mg作正极作正极,此时较不活泼的此时较不活泼的Al作负极。作负极。当铜、铁用导线连接后插入浓硝酸中构成原电当铜、铁用导线连接后插入浓硝酸中构成原电池时池时,由于由于Fe被钝化被钝化,此时此时Cu作原电池的负极。作原电池的负极。(2)书写电极反应方程式用总电极反应方程式与正、书写电极反应方程式用总电极反应方程式与正、负极电极反应方程式相加减时负极电极反应方程式相加减时,必须保证得失电必须保证得失电子守恒子守恒,且两边电荷守恒。且两边电荷守恒。(3)书书写写电电极反极反应应方程式方程式时
17、时要注意要注意电电极生成物能极生成物能否与否与电电解解质质溶液反溶液反应应。(4)在正极上在正极上,若是若是电电解解质质溶液中的某种离子被溶液中的某种离子被还还原原,无无论该论该离子是离子是强强电电解解质质提供的提供的,还还是弱是弱电电解解质质提供的提供的,一律写离子符号；而在原一律写离子符号；而在原电电池反池反应应中中,要要遵循离子方程式的遵循离子方程式的书书写写规则规则,只有易溶的只有易溶的强强电电解解质质用离子符号表示。用离子符号表示。(5)利用原利用原电电池原理可以池原理可以设计设计各种各种电电池池,减减缓缓金属金属的腐的腐蚀蚀。1.下列关于原下列关于原电电池的叙述中正确的是池的叙述中
18、正确的是()A.正极和正极和负负极必极必须须是两种不同的金属是两种不同的金属B.原原电电池是把化学能池是把化学能转转化成化成电电能的装置能的装置C.原原电电池工作池工作时时,正极和正极和负负极上极上发发生的都是氧化生的都是氧化还还原反原反应应D.锌锌、铜铜和和盐盐酸构成的原酸构成的原电电池工作池工作时时,锌锌片上有片上有6.5 g锌锌溶解溶解,正极上就有正极上就有0.1 g氢氢气生成气生成【解析解析】原电池是把化学能转化成电能的装原电池是把化学能转化成电能的装置置,它的正、负极可以是活泼性不同的金属它的正、负极可以是活泼性不同的金属,也也可以是金属与非金属可以是金属与非金属,工作时负极发生氧化
19、反应。工作时负极发生氧化反应。当锌片上有当锌片上有6.5 g锌溶解锌溶解,根据两极得失电子守恒根据两极得失电子守恒,正极上析出正极上析出0.2 g氢气。氢气。【答案答案】B2.如如图图所示装置中所示装置中,观观察到察到电电流流计计指指针针偏偏转转(指指针顺针顺着着电电流方向偏流方向偏转转),M棒棒变变粗粗,N棒棒变细变细,由此由此判断下表中所列判断下表中所列M、N、P三种物三种物质质,其中可以其中可以成立的是成立的是()MNPA锌锌铜铜稀硫酸溶液稀硫酸溶液B铜铜铁铁稀稀盐盐酸酸C银银锌锌硝酸硝酸银银溶液溶液D锌锌铁铁硝酸硝酸铁铁溶液溶液【解析解析】该原电池中该原电池中M棒变粗棒变粗,N棒变细。
20、说棒变细。说明原电池反应时明原电池反应时N棒溶解作负极棒溶解作负极,溶液中有金属溶液中有金属析出在析出在M棒上棒上,M棒作正极。棒作正极。A、B两项中两项中,电解电解质溶液分别为稀硫酸和稀盐酸质溶液分别为稀硫酸和稀盐酸,原电池工作时原电池工作时,不会有金属析出；不会有金属析出；C项正极反应为项正极反应为Age=Ag,符合题意；而符合题意；而D项正极反应为项正极反应为Fe3e=Fe2,不会有金属析出。不会有金属析出。【答案答案】C3.(2010年北京卷年北京卷)下列有关下列有关钢铁钢铁腐腐蚀蚀与防与防护护的的说说法正确的是法正确的是()A.钢钢管与管与电电源正极源正极连连接接,钢钢管可被保管可被
21、保护护B.铁铁遇冷遇冷浓浓硝酸表面硝酸表面钝钝化化,可保可保护护内部不被腐内部不被腐蚀蚀C.钢钢管与管与铜铜管露天堆放在一起管露天堆放在一起时时,钢钢管不易被腐管不易被腐蚀蚀D.钢铁发钢铁发生析生析氢氢腐腐蚀时蚀时,负负极反极反应应是是Fe3e=Fe3【解析解析】钢管与电源正极连接钢管与电源正极连接,作电解池的阳作电解池的阳极极,被氧化而腐蚀被氧化而腐蚀,A项错；铁在冷浓硝酸中表面项错；铁在冷浓硝酸中表面生成一层致密的氧化物保护膜生成一层致密的氧化物保护膜,从而保护内部不从而保护内部不被腐蚀被腐蚀,B项正确项正确,钢管与铜管堆放一起时钢管与铜管堆放一起时,构成构成原电池原电池,钢管作负极而易被
22、腐蚀钢管作负极而易被腐蚀,C项错；钢铁发项错；钢铁发生析氢腐蚀时生析氢腐蚀时,负极反应负极反应:Fe2e=Fe2,D项项错。错。【答案答案】B4.燃料燃料电电池是目前池是目前电电池研究的池研究的热热点之一。点之一。现现有某有某课课外小外小组组自制的自制的氢氢氧燃料氧燃料电电池池,如右如右图图所示所示,a、b均均为为惰性惰性电电极。下列叙述不正确极。下列叙述不正确的是的是()A.a极是极是负负极极,该电该电极上极上发发生氧化反生氧化反应应B.b极反极反应应是是O24OH4e=2H2OC.总总反反应应方程式方程式为为2H2O2=2H2OD.氢氢氧燃料氧燃料电电池是一种具有池是一种具有应应用前景的用
23、前景的绿绿色色电电源源【解析解析】依据原电池原理依据原电池原理,注意电解质溶液参注意电解质溶液参与反应。与反应。A项项:a极通极通H2为负极为负极,电极反应为电极反应为:2H24OH4e=4H2O发生氧化反应；发生氧化反应；B项项:b极通极通O2为正极为正极,电极反应为电极反应为:O22H2O4e=4OH,B项不正确；项不正确；C项项:正负极电极反应式正负极电极反应式相加得总反应为相加得总反应为2H2O2=2H2O；D项项:氢氧氢氧燃料电池的能量高燃料电池的能量高,且产物为水且产物为水,对环境无污染对环境无污染,故是具有应用前景的绿色电源。故是具有应用前景的绿色电源。【答案答案】B5.如如图图
24、所示装置所示装置,在盛有水的在盛有水的烧烧杯杯中中,铁铁圈和圈和银银圈的相接圈的相接处处吊着一根吊着一根绝缘绝缘的的细丝细丝,使之平衡。小心地向使之平衡。小心地向烧烧杯中央滴入杯中央滴入CuSO4溶液。溶液。(1)片刻后可片刻后可观观察到的察到的现现象是象是(指指悬悬吊的金属圈吊的金属圈)()A.铁铁圈和圈和银银圈左右圈左右摇摆摇摆不定不定B.保持平衡状保持平衡状态态不不变变C.铁铁圈向下圈向下倾倾斜斜D.银银圈向下圈向下倾倾斜斜(2)产产生上述生上述现现象的原因是象的原因是_。(3)写出反写出反应应的化学方程式的化学方程式:_。【解析解析】首先铁圈可以与首先铁圈可以与CuSO4发生氧化还发生
25、氧化还原反应原反应:FeCuSO4=FeSO4Cu；其次是铁；其次是铁圈和银圈直接相连圈和银圈直接相连,电子可以顺利传递电子可以顺利传递,所以可所以可以构成原电池。其电极方程式为负极以构成原电池。其电极方程式为负极:Fe2e=Fe2,正极正极:Cu22e=Cu。铁溶解。铁溶解,铁铁圈减轻；生成的圈减轻；生成的Cu沉积在银圈上沉积在银圈上,银圈增重。银圈增重。【答案答案】(1)D(2)加入加入CuSO4溶液后溶液后,构成构成FeAg原电池原电池,铁溶解铁溶解,质量减轻质量减轻,Cu2在银圈上在银圈上得电子得电子,生成生成Cu沉积在银圈上沉积在银圈上,质量增加质量增加(3)FeCuSO4=FeSO4Cu6.在由在由铜铜片、片、锌锌和和200 mL稀稀H2SO4组组成的原成的原电电池中池中,若若锌锌片只片只发发生生电电化学腐化学腐蚀蚀,当在当在铜铜片上放片上放出出3.36 L(标标准状况下准状况下)H2时时,H2SO4恰好用完恰好用完,则则产产生生这这些气体消耗的些气体消耗的Zn为为_g,在在导线导线上上有有_mol电电子通子通过过,原稀原稀H2SO4的物的物质质的的量量浓浓度是度是_。【答案答案】9.750.30.75 molL1同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全