1、第第 2 2 课时课时 化学反应与电能化学反应与电能 学业要求 核心素养建构 1.能举出化学能转化为电能的实例，能辨识 简单原电池的构成要素，并能分析简单原电 池的工作原理。 2.能从物质及能量变化的角度评价燃料的使 用价值。能举例说明化学电池对提高生活质 量的重要意义。 知识梳理 一、化学能转化为电能 1.燃煤发电的能量转化 (1)过程：化学能 燃烧 热能 蒸汽 机械能 发电机电能 (2)燃烧(氧化还原反应)是使化学能转化为电能的关键。 2.原电池 (1)实验实验 63 实验装置 实验现象 铜片：有气泡产生 锌片：逐渐溶解 电流表：指针偏转 结论 有电流产生，装置中化学能转化为电能 (2)原
2、电池概念：将化学能转化为电能的装置。 (3)铜锌原电池工作原理： 电极材料 电子转移 电极反应式 反应类型 Zn 失电子 Zn2e =Zn2 氧化反应 Cu 得电子 2H 2e=H 2 还原反应 电池总反应：Zn2H =Zn2H 2。 (4)反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。 (5)构成原电池的条件 理论上，自发的氧化还原反应均可设计成原电池。 两个活泼性不同的金属(或一个为金属，一个为能导电 的非金属)电极。 具有电解质溶液。 形成闭合回路。 微自测 1.判断正误(正确的打“”，错误的打“”) (1)火力发电是化学能间接转化为电能的过程( ) (2)HClNaOH=NaClH2O 是
3、放热反应，可以设计成原电池( ) (3)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转( ) (4)在铜锌稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质 溶液到达锌( ) (5)原电池中阳离子向正极移动( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) 二、常见化学电源 1.干电池 干电池是一种一次性电池，放电后不能再充电。 2.充电电池 充电电池又称为二次电池，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。 常见可充电电池有：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。 3.燃料电池 (1)原理：利用原电池工作原理将燃料和氧化剂反应所释放的化学能
4、直接转化为 电能。 (2)与其他电池的区别：反应物由外设装备提供燃料和氧化剂。 微自测 2.判断正误(正确的打“”，错误的打“”) (1)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子( ) (2)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细( ) (3)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能( ) (4)氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化( ) (5)太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) 探究一 原电池的工作原理及正、负极的判断 从微观探析原电池的工作原理 探究素材 原电池的工作原理 1.反应类型：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
5、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。 4.电流的方向： 外电路中电流由正极沿导线到负极， 内电路中电流由负极到正极。 口诀：负氧化，正还原；电子不下水，离子不上岸； 电子移动负向正，离子移动正向正，负向负。 探究题目 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( ) 实验后的记录： A. B. C. D. 解析 在该原电池中，Zn 比 Cu 活泼，故 Zn 作负极，Cu 作正极，电子由 Zn 流 出经导线流向 Cu 片，负极反应式为：Zn2e =Zn2，正极反应式为：2H 2e
6、 =H 2，故转移 1 mol 电子时，产生 H2 0.5 mol，在溶液中 H 向正极移动， SO2 4向负极移动，故错误，正确，选 B 项。 答案 B 从反应原理建构原电池装置的构成要素 探究素材 原电池的判断方法 易错提醒 (1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电 的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。 (2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成 原电池，必须有能自发进行的氧化还原反应。 探究题目 2.下列装置中能够组成原电池的是_。 解析 构成原电池的条件缺一不可： 缺少一个电极；中电极相同；中酒精为非电解质；中
7、不能形成闭合回 路。 答案 从宏微结合建构原电池正、负极的判 断方法 探究素材 原电池正、负极的判断方法 易错提醒 在判断原电池正、负极时，既要考虑金属活泼性的强弱也要考虑电解 质溶液性质。如 MgAlHCl 溶液构成的原电池中，负极为 Mg；但是 MgAlNaOH 溶液构成的原电池中，负极为 Al，正极为 Mg。 探究题目 3.在如图所示装置中，观察到电流表指针发生偏转，M 棒变粗，N 棒变细，P 为 电解质溶液。由此判断下列 M、N、P 所代表的物质可以成立的是( ) 解析 经分析可知该装置是原电池，其中 M 棒作正极，有金属单质析出，N 棒 作负极，失电子溶解。A 项，锌、铜、稀硫酸构成
8、原电池，则锌是负极，M 棒 变细，A 项错误；B 项，铁、铜、稀盐酸构成原电池，M 棒上 H 得电子无金属 单质析出，B 项错误；C 项，锌、银、硝酸银溶液构成原电池，则锌是负极，M 棒上有银析出，C 项正确；D 项，铁离子得到电子转化为亚铁离子，不能析出金 属，D 项错误。 答案 C 探究二 原电池原理的应用 从宏观现象探究形成原电池对反应速 率的影响 探究素材 加快氧化还原反应的速率 1.原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时 相互干扰减小，使反应速率增大。 2.实例：实验室用 Zn 和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成 原电池，加快反应速率。
9、探究题目 4.将等质量的两份锌粉 a 和 b 分别加入过量的稀硫酸，同时向 a 中加少量 CuSO4 溶液，下图中产生 H2的体积 V(L)与时间 t(min)的关系，其中正确的是( ) 解析 a 中加入少量 CuSO4溶液，被置换出的 Cu 覆盖在 Zn 的表面，形成原电 池，产生 H2的速率加快，反应所需时间变短，但置换铜时消耗了一部分锌，故 与稀硫酸反应的锌的量比 b 少，产生的 H2量比 b 少。 答案 A 从原电池原理建构金属活泼性强弱比较 探究素材 比较金属活泼性强弱 1.原理：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。 2.实例：有两种金属 A
10、 和 B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到 A 极溶解，B 极上有气泡产生。由原电池原理可知，金属活动性：AB。 探究题目 5.有 a、b、c、d 四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验 装置 部分实 验现象 a 极质量减小， b 极质量增大 b 极有气体产 生， c 极无变化 d 极溶解，c 极 有气体产生 电流从 a 极流 向 d 极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ) A.abcd B.bcda C.dabc D.abdc 解析 装置一是原电池，a 极质量减小，说明 a 极金属易失去电子形成离子，故 a 极金属比 b 极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知 b 比
11、c 活泼，且 c 位于 金属活动性顺序表中氢的后面；装置三和四均形成原电池，易知 d 比 c 活泼，d 比 a 活泼。因此四种金属的活动性顺序为 dabc，故选 C。 答案 C 从反应和构成建构设计原电池方法模型 探究素材 设计原电池 1.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(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。 2.选择合适的材料。 (1)电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者 在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料。 (2)电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应。 (3)实例：以 FeCu
12、SO4=FeSO4Cu 为例 探究题目 6.选用下列试剂和电极：稀硫酸、Fe2(SO4)3溶液、铁棒、铜棒、铂棒，组成如图 所示的原电池装置(只有两个电极)，观察到电流表的指针明显偏转，则构成原电 池的可能组合共有( ) A.6 种 B.5 种 C.4 种 D.3 种 解析 当电解质溶液为稀硫酸时， 只有铁棒能作负极， 则正极可以是铜棒或铂棒， 有 2 种组合。当电解质溶液为 Fe2(SO4)3溶液时，负极可以是铁棒，则正极可以 是铜棒或铂棒；若负极为铜棒时，正极只能是铂棒，共有 3 种组合。通过以上分 析可知，能构成原电池的组合有 5 种。 答案 B 探究三 常见化学电池及电极反应式的书写
13、从化学电池特点认知几种常见化学电池 探究素材 几种常见化学电池 名称 干电池(一次电池) 充电电池(二次电 池) 燃料电池 特点 活性物质(发生放电后可再充电电极本身不包含活性 氧化还原反应的物 质)消耗到一定程 度后，不能再使用 电解质溶液为胶 状，不流动 使活性物质获得再 生 可以多次充电， 重复使用 物质，只是一个催化转换 元件 工作时，燃料和氧化剂 连续地由外部供给，在电 极上不断地进行反应，生 成物不断地被排出 举例 普通的锌锰电池、 碱性锌锰电池、银 锌电池等 铅酸蓄电池、锂电 池、镍镉电池等 氢氧燃料电池、CH4燃料 电池、 CH3OH 燃料电池等 探究题目 7.下列有关电池的叙
14、述不正确的是( ) A.水果电池是方便实用的家用电池 B.铅酸蓄电池是一种常用的二次电池 C.氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置 D.锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄 解析 水果电池产生的电流非常微弱且不能连续长时间放电， 不能作为家用电池； 铅酸蓄电池是一种常用的二次电池，氢氧燃料电池产物为水，无污染；锌锰干电 池工作时，Zn 放电被消耗，故工作一段时间后锌外壳会逐渐变薄，B、C、D 正 确，A 错误。 答案 A 从反应特点建构电极反应式书写模型 探究素材 1.电极反应式形式 负极反应：还原剂ne =氧化产物 正极反应：氧化剂ne =还原产物 2.电极反应式的书写思路 特别提醒
15、 (1)若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，在保证 电子转移数目相同的情况下，用总反应式减去较易的电极反应式，即可得出较难 写的电极反应式。 如：CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中：总反应式：CH3OCH33O2=2CO2 3H2O 正极：3O212H 12e=6H 2O 负极：CH3OCH33H2O12e =2CO 212H (2)电极反应中转移的电子数必须要与总反应方程式中转移的电子数相同。 探究题目 8.分析下列装置，按要求填空。 (1)负极材料：_，电极反应式：_ _； 正极材料：_，电极反应式：_ _； 总反应式：_。 (2)负极材料：_，负极反应式：_ _； 正极
16、材料：_，正极反应式：_ _； 总反应式：_。 (3)负极材料：_，电极反应式：_ _； 正极材料：_，电极反应式：_ _； 总反应式：_。 (4)负极材料：_，电极反应式：_ _； 正极材料：_，电极反应式：_ _； 总反应式：_。 答案 (1)Mg Mg2e =Mg2 Al 2H2e=H 2 Mg2H =Mg2 H2 (2)Al 2Al6e 8OH=2AlO 24H2O Mg 6H2O6e =6OH3H 2 2Al2OH 2H 2O=2AlO 23H2 (3)Cu Cu2e =Cu2 Fe 2NO 32e 4H=2NO 22H2O Cu 2NO 34H =Cu22NO 22H2O (4)F
17、e 2Fe4e =2Fe2 Cu O22H2O4e =4OH 2FeO2 2H2O=2Fe(OH)2 1.下列装置中，能构成原电池的是( ) A.只有甲 B.只有乙 C.只有丙 D.除乙均可以 解析 甲装置不能构成闭合回路， 乙装置两极材料相同， 丁装置酒精是非电解质， 只有丙装置具备原电池的构成条件。 答案 C 2.据媒体报道，以氢氧燃料电池为动力的公交车在北京试运行。质子交换膜燃料 电池(PEMFC)常作为电动汽车的动力源。该燃料电池以氢气为燃料，空气为氧化 剂，铂作催化剂，导电离子是 H 。下列对该燃料电池的描述中正确的是( ) 正极反应为 O24H 4e=2H 2O 负极反应为 2H2
18、4e =4H 总的化学反应为 2H2O2= 点燃 2H2O 氢离子通过电解质向正极移动 A. B. C. D. 解析 此题考查了原电池的基本原理，包括燃料电池的电极反应、总反应及电解 液中离子的移动等相关理论。通过分析，反应条件是点燃，显然是错误的，其 余各项均正确。 答案 C 3.有 A、B、C、D 四块金属片，进行如下实验：A、B 用导线相连后，同时浸 入稀 H2SO4溶液中，A 极为负极；C、D 用导线相连后，同时浸入稀 H2SO4溶 液中，电流由 D 流向 C；A、C 相连后，同时浸入稀 H2SO4溶液中，C 极产生 大量气泡；B、D 相连后，同时浸入稀 H2SO4溶液中，D 极发生氧
19、化反应。 据此，判断四种金属的活动性顺序是( ) A.ABCD B.ACDB C.CABD D.BDCA 解析 金属与稀 H2SO4溶液组成原电池， 活泼金属为负极， 失去电子发生氧化反 应，较不活泼的金属为正极，H 在正极表面得到电子生成 H 2，电子运动方向由 负极正极，电流方向则由正极负极。在题述原电池中，AB 原电池，A 为 负极；CD 原电池，C 为负极；AC 原电池，A 为负极；BD 原电池，D 为 负极。综上可知，金属活动性：ACDB。 答案 B 4.将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述 正确的是( ) A.两个装置都构成了原电池 B.甲装置构成了
20、原电池，乙装置没有构成原电池 C.两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生 D.产生气泡的速率甲比乙慢 解析 甲中构成了铜锌原电池，锌作负极，失电子；铜作正极，H 在铜极上得 电子，生成 H2；总反应方程式为 ZnH2SO4=ZnSO4H2，乙装置没有构成 原电池，因为没有形成闭合电路。构成原电池后生成 H2的速率加快。 答案 B 5.试根据氧化还原反应：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2设计原电池，并画出装置 图。 电解质溶液是_，负极是_，电极反应式为_，正极是 _，电极反应式为_。 解析 氧化还原反应中的氧化剂在正极反应，还原剂在负极反应。根据方程式可 知，铜作负极，FeCl3为电解质，正极选用不与 FeCl3反应但能导电的物质。 答案 FeCl3 Cu Cu2e =Cu2 石墨(Pt、Ag 等合理即可) 2Fe32e =2Fe2