1、1第二节 化学能与电能学习目标：1.了解化学能与电能的转化关系。2.初步了解原电池的工作原理。(重点)3.了解能源的分类和常见化学电源。4.了解燃料电池的工作原理。(难点)自 主 预 习探 新 知1一次能源和二次能源2火力发电燃煤发电的能量转化过程化学能 热能 机械能 电能 燃 烧 蒸 汽 发 电 机 转化过程的关键是燃烧，燃烧一定是氧化还原反应(本质是电子的转移)。3原电池(1)概念：把化学能转变为电能的装置。(2)工作原理(以铜锌稀硫酸原电池为例)电极材料 电极名称 电子转移 电极反应式 反应类型锌 负极 电子流出 Zn2e =Zn2氧化反应铜 正极 电子流入 2H 2e =H2还原反应总
2、离子反应式 Zn2H =Zn2 H 2(3)电子的流向：电子由负极经导线流向正极。反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。4化学电源(1)干电池最早使用的化学电池是锌锰电池，它是一种一次性电池，放完电后不能再使用。锌锰电池Error!碱性锌锰电池：将锌锰干电池中的电解质 NH4Cl换成湿的 KOH，并在构造上作了改进。(2)充电电池充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。2铅蓄电池：正极材料为 PbO2，负极材料为 Pb，电解质为稀硫酸。镍镉电池：正极材料为 NiO(OH)，负极材料为 Cd，电解质为 KOH。碱金属中的 Li是最
3、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。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。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：2H 24OH 4e =4H2O(氧化反应)；正极：O 22H 2O4e =4OH (还原反应)；总反应：2H 2O 2=2H2O。基础自测1判断对错(对的打“” ，错的打“”)。(1)水能、风能
4、和化石能源均属于一次能源( )(2)火力发电过程经过了化学能转化为热能，热能转化为动能，动能转化为电能的过程( )(3)原电池工作时电子从正极流出( )(4)原电池中的阴离子移向正极( )(5)充电电池的放电反应与充电反应互为可逆反应( )【答案】 (1) (2) (3) (4) (5)2把一块纯净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里，可观察到锌片上有气泡，再平行插入一块铜片，可观察到铜片上_(填“有”或“没有”)气泡产生，再用导线把锌片和铜片连接起来，组成一个原电池，负极为_，正极的电极反应式为_。【导学号：43722089】【答案】 没有 锌片 2H 2e =H2合 作 探 究攻 重 难原电池的工
5、作原理及应用3装置 实验现象 实验结论 铜片上_ 铜与稀硫酸_ 锌片上_ 锌与稀硫酸_铜片上_，锌片_，电流表指针_该装置将_转化为_【提示】 无气泡 不反应 有气泡 反应 有气泡 溶解偏转 化学能 电能问题思考(1)装置中反应速率谁大？【提示】 反应速率大。(2)中 SO 移向什么极？正极反应式如何写？24【提示】 SO 移向负极，2H 2e =H2。24(3)仿照装置设计装置实现 ZnCuSO 4=ZnSO4Cu 反应。【提示】 (4)根据装置可得 Zn和 Cu的活泼性谁强？【提示】 Zn 强。(1)原电池的工作原理(2)原电池原理的应用加快氧化还原反应的速率原电池中，氧化反应和还原反应分
6、别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。4比较金属活泼性强弱一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。【注意】 在判断原电池正负极时，不要只根据金属活动性的相对强弱还要考虑电解质溶液的特点。aMgAl 和稀盐酸构成的原电池中，Mg 作负极，Al 作正极；而若把稀盐酸换为 NaOH溶液，Al 作负极，Mg 作正极。bAlCu 和 NaOH溶液构成的原电池中，Al 作负极；而若把 NaOH溶液换为浓硝酸，Cu作负极。设计原电池a依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶
7、液中的阳离子)在正极上被还原。b示例：以 FeCuSO 4=CuFeSO 4为例。对点训练1.如图所示电流计的指针发生偏转，同时 A极的质量减小，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 可分别为 Zn、Cu 和稀盐酸CC 中阳离子向 A极移动DA 极发生氧化反应C 根据题意知 A为负极，B 为正极，C 为酸液。2X、Y、Z 都是金属，把 X浸入 Z的硝酸盐溶液中，X 的表面有 Z析出，X、Y 和稀盐酸组成原电池时，Y 为原电池的负极。X、Y、Z 三种金属的活动性顺序为( )AXYZ BXZYCYXZ DYZXC X 浸入 Z的硝酸盐溶液中
8、，X 的表面有 Z析出，说明活泼性 XZ；X、Y 和稀盐酸组成原电池时，Y 为电池的负极，说明活泼性 YX。故三种金属的活动性顺序为5YXZ。3某原电池总反应离子方程式为 2Fe3 Fe= =3Fe2 ，不能实现该反应的原电池是( ) 【导学号：43722090】A正极为 Cu，负极为 Fe，电解质溶液为 FeCl3溶液B正极为 C，负极为 Fe，电解质溶液为 Fe(NO3)3溶液C正极为 Ag，负极为 Fe，电解质溶液为 Fe2(SO4)3溶液D正极为 Ag，负极为 Fe，电解质溶液为 CuSO4溶液D 由 2Fe3 Fe= =3Fe2 得出负极反应式为 Fe2e =Fe2 ，正极反应式为2
9、Fe3 2e =2Fe2 ，可知负极材料为铁，正极材料为比铁活泼性差的导体，电解质溶液中必须有 Fe3 。化学电源的原理分析典例导航某电池以 K2FeO4和 Zn为电极材料，KOH 溶液为电解质溶液。下列说法正确的是( )AZn 为电池的负极B正极反应式为 2FeO 10H 6e =Fe2O35H 2O24C该电池放电过程中电解质溶液浓度不变D电池工作时 OH 向正极迁移【思路点拨】 根据电极材料(K 2FeO4和 Zn)Zn 为负极，K 2FeO4为正极根据电解质溶液(KOH)得出两极反应，负极：Zn2e 2OH =Zn(OH)2；正极：2FeO 6e 8H 2O=2Fe(OH)310OH
10、。24A Zn 在反应中化合价升高为负极材料，A 正确；K 2FeO4为正极材料，KOH 溶液为电解质溶液，则正极电极反应方程式为 2FeO 6e 8H 2O=2Fe(OH)310OH ，B 错误；24该电池放电过程中生成 OH ，电解质溶液浓度增大，C 错误；电池工作时阴离子 OH 向负极迁移，D 错误。母题变式(1)溶液的 K 如何移动？_。(2)Zn极附近溶液的 c(OH )如何变化？_。【答案】 (1)K 向正极移动 (2) c(OH )减小(1)电极反应式的书写原电池负极反应式的书写6a较活泼金属作负极时，电极本身被氧化(a)若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可直接写为金属阳离
11、子，如Zn2e =Zn2 ，Cu2e =Cu2 。(b)若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应为两反应合并后的反应。如铅蓄电池负极反应为 PbSO 2e =PbSO4。24b负极本身不反应氢氧(酸性)燃料电池，负极反应为 H22e =2H ；氢氧(碱性)燃料电池，负极反应为 H22OH 2e =2H2O。原电池正极反应式的书写书写时总的原则是首先根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒；其次确定该微粒得电子后生成什么物质。如氢氧(酸性)燃料电池，正极反应为 O24H 4e =2H2O氢氧(碱性)燃料电池，正极反应为 O22H 2O4e =4OH 。书写复杂电极反应式的方法加减法a写出
12、总反应。如 LiLiMn 2O4=Li2Mn2O4。b写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)。如 Lie =Li (负极)。c利用总反应与上述的一极反应相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4Li e =Li2Mn2O4(正极)。(2)一般电极反应式的书写思路对点训练4电池是人类生产和生活中的重要能量来源。各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是( )A锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细7B氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能C氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化D太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅C 锌锰干电池中，碳棒作正极，电极本身不参加任何反应，故
13、不会变细，A 选项错误；燃料电池是将化学能直接转化为电能，B 选项错误；氢氧燃料电池中的总反应为2H2O 2=2H2O，H 2在负极被氧化，C 选项正确；太阳能电池的主要材料是半导体硅而不是SiO2，D 选项错误。5据报道，锌电池可能将会取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为：2ZnO 2=2ZnO，原料为锌粒、电解质溶液和空气。则下列叙述正确的是( ) 【导学号：43722091】A锌为正极，空气进入负极反应B负极反应为：Zn2OH 2e =ZnOH 2OC正极发生氧化反应D电解质溶液为强酸B Zn 与 O2反应的电子转移情况为 ，所以 Zn作负极，负极
14、发生氧化反应，Zn2OH 2e =ZnOH 2O。O 2是正极反应物，发生还原反应。若电解质溶液是强酸，电池的化学反应不是：2ZnO 2=2ZnO，而是：Zn2H =Zn2 H 2。当 堂 达 标固 双 基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变为电能的过程D在火力发电过程中，化学能转化为热能的过程实际上是氧化还原反应发生的过程，伴随着能量的变化C 氢气不能从自然界中直接取得，是二次能源，电能也是二次能源，且使用方便、污染最小，A、B 两项正确；以煤为原料，火力发
15、电的能量转化过程为：化学能 热能 燃 烧 机械能 电能，C 项错误，D 项正确。 蒸 汽 发 电 机 2下列装置可以构成原电池的是( )8C A 项，两电极应是不同的金属；B 项，蔗糖溶液为非电解质溶液，不导电；D 项，电路不闭合。3.在如图所示的装置中，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( )【导学号：43722092】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B 显然，电极 a、b 与电解质溶液稀 H2SO4组成原电池。因活泼性 ab(碳棒)，所以a为电池的负极，b 为正极。电
16、极反应式：a(负)极：a ne =an (氧化反应)，b(正)极：nH ne = H2(还原反应 )。由于正极放电消耗 H ，溶液中 c(H )减小，pH 增大，在n2外电路中，电子由 a极流出经电流表流向 b极。4一个原电池的总反应的离子方程式是 ZnCu 2 =Zn2 Cu，该原电池的合理组成是( )正极 负极 电解质溶液A Zn Cu CuCl2B Cu Zn H2SO4C Cu Zn CuSO4D Zn Fe CuCl2C 由总反应式知，Zn 被氧化作原电池的负极，符合条件的有 B、C 两项，正极反应为：Cu 2 2e =Cu，B 选项中是：2H 2e =H2，C 正确。95MgAgC
17、l 电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式：2AgClMg= =Mg2 2Ag2Cl 。有关该电池的说法正确的是( ) 【导学号：43722093】AMg 为电池的正极B负极反应为 AgCle =AgCl C不能被 KCl溶液激活D可用于海上应急照明供电D 由电池反应方程式看出，Mg 是还原剂，AgCl 是氧化剂，Mg 作负极，A 错误；Mg作负极，其电极反应式为：Mg2e =Mg2 ，B 错误；因为该电池能被海水激活，故 KCl溶液也可以激活电池，C 错误；电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池工作时将化学能转化为电能，电能的产生可用于海上应急照明供电，D 正确。原电池正、负极的判断10
