归纳与整理教学设计

第二节

化学能与电能

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。

化学能转化为电能

[基础·初探] 教材整理

能源和化学能转化为电能

1．能源的分类

分类

一次能源

定义

直接从自然界取得的能源

一次能源经过加工、转换得到的能源

实例

流水、风力、化石能源、天然铀矿等

电力、蒸汽等

二次能源

其中电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的二次能源。

2．火力发电——燃煤发电的能量转化过程

燃烧蒸汽发电机化学能――→热能――→机械能――→电能

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

锌

铜

电极名称

负极

正极

电子转移

电子流出

电子流入

电极反应式

Zn－2e－===Zn2＋

2H＋＋2e－===H2↑

反应类型

氧化反应

还原反应

1

总离子反应式

Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑

(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。

[探究·升华] [思考探究] 探究

原电池反应的实验探究

装置

①

②

③

铜片上无气泡

锌片上有气泡

实验现象

实验结论

铜与稀硫酸不反应

锌与稀硫酸反应

该装置将化学能转化为电能

铜片上有气泡，锌片溶解，电流表指针偏转

[认知升华] 升华1

原电池的工作原理

升华2

原电池原理的应用

(1)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。

(2)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。

2

①Mg—Al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。

②)Al—Cu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。

(3)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示例：Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4为例。

[题组·冲关] 题组1

原电池的构成与工作原理

1．下列装置中，能构成原电池的是(

)

A．只有甲

C．只有丙

B．只有乙

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，丁装置酒精不是电解质溶液，只有丙装置具备原电池的构成条件，故选C。

【答案】

C 2．

如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，记录如下：①Zn为正极，Cu为负极。

②H＋向负极移动。

③电子流动方向，从Zn经外电路流向Cu。

④Cu极上有H2产生。

⑤若有1 mol电子流过导线，则产生H2为0.5 mol 3

⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。

描述合理的是(

) A．①②③

C．④⑤⑥

B．③④⑤

D．②③④

【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，负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故每转移1 mol电子时，产生H2 0.5 mol，在溶液中H＋向正极移动，－SO24向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确。

【答案】

B 【题后归纳】

原电池正、负极的判断

题组2

原电池原理的应用

3．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极有气体产生，d极溶解，c极有电流从a极流向db极质量增大

c极无变化

气体产生

极

由此可判断这四种金属的活动性顺序是(

)

【导学号：30032038】

A．a>b>c>d C．d>a>b>c B．b>c>d>a D．a>b>d>c 【解析】

装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属失电子形成离子，4

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c活泼，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三形成原电池，易知d比c活泼；装置四中，电流从a极流向d极，则电子是从d极流向a极，知d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。

【答案】

C 4．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(

) 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

【解析】

由2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋得出负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，可知负极材料为铁，正极材料为不比铁活泼的导体，电解质溶液中必须有Fe3＋。

【答案】

D 发展中的化学电源

[基础·初探] 教材整理

化学电源简介

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。

负极：锌筒(1)锌锰电池正极：石墨棒电解质：NH4Cl造上作了改进。

2．充电电池

(2)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。

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(1)铅蓄电池：正极材料为PbO2，负极材料为Pb，电解质为稀硫酸。

(2)镍镉电池：正极材料为NiO(OH)，负极材料为Cd，电解质为KOH。

(3)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。

(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：2H2＋4OH－－4e－===4H2O(氧化反应)；

正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应) 总反应：2H2＋O2===2H2O [题组·冲关] 题组

常见化学电源的构成和基本原理分析

1．右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．锌锰干电池是一次性电池

【解析】

锌锰干电池是一次性电池，负极材料是Zn，正极材料是碳棒，电解质是NH4Cl。因为废电池中含有多种重金属和酸、碱等有害物质，随意丢弃对生态环境和公众健康危害很大，所以应该对废电池进行集中处理，不能埋入土壤。

【答案】

C 2．燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是(

)

【导学号：30032039】

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A．a极是负极，该电极上发生氧化反应

B．b极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2O C．总反应方程式为2H2＋O2===2H2O D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

【解析】

A项，a极通H2为负极，电极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，发生氧化反应；B项，b极通O2为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B项不正确；C项，正、负极电极反应式相加得总反应为2H2＋O2===2H2O；D项，氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源。

【答案】

B

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