归纳与整理教学设计(第一课时)

化学能与电能（第一课时）

［学习目标］

1、通过实验探究认识原电池的工作原理和原电池的构成条件，初步形成原电池的概念。

2、通过实验探究过程中实验现象的观察、讨论、归纳，培养实验观察能力、实验现象的描述能力和使用化学用语的技能，同时，在分组实验中培养学生合作学习的能力，体验与他人交流的重要性。

3、通过对探究化学能转化为电能的奥妙，激发学习化学的兴趣与热情，体验科学探究的艰辛与喜悦，感受化学世界的奇妙与和谐。

［学习重点］原电池的工作原理和构成条件

［学习难点］原电池的工作原理和构成条件

［问题激疑引入］化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化，既化学能与热能的转化，哪么化学能与其它形式的能如电能能否转化呢？

［阅读讨论探究1］阅读教材必修IIP40页图2-7 、图2-8，讨论化学能能否转化为电能？火力发电过程中化学能是如何转化为电能的？

［归纳总结1］一、化学能转化为电能

(一)火力发电过程中，化学能转化为电能的途径：

。

［问题激疑过渡］在火力发电过程中，化学能经过一系列能量转换环节才能转化为电能，由于转换环节多，能量利用率低，造成能源的极度浪费。化学能能否直接转化为电能，提高能量的利用率？

［实验探究1］1、将铜片和锌片分别插入稀硫酸溶液中，观察现象。

［实验现象1］

铜片插入稀硫酸溶液：

锌片插入稀硫酸溶液：

［讨论探究1］上述反应的△H大于0还是小于0？上述反应是否属于氧化还原反应？谁失去电子，谁得到电子？电子在物质间是如何转移的？

［实验探究2］1、将铜片和锌片用导线连接起来一起插入稀硫酸溶液中，观察现象。

［实验现象2］

铜片：

锌片：

［讨论探究2］(1)锌片溶解说明锌片发生了什么反应？(2)铜片上产生的气体是什么？发生什么反应？电子从何而来？(3)锌失去的电子是如何转移到铜片上的？

［归纳总结2］

锌片：发生

反应，

电子，反应过程可表示为

；

铜片：发生

反应，

电子，反应过程可表示为

。

电子从

片经

转移到

片。

［过渡激疑］电子的定向移动就会形成电流，上述实验过程中有电流形成吗？

［实验探究3］将锌片和铜片用导线连接，导线中间接入一个电流表，平行插入盛有

1

稀硫酸的烧杯中。观察电流表是否发生偏转？

［实验现象3］电流表指针

。

［讨论探究3］上述实验过程中存在哪些能量间的转化？

［归纳总结3］(二)化学能直接转换成电能的装置——原电池

［讨论探究4］(1)在如图所示的原电池中，正负极分别是什么？正负极上分别发生什么反应？(2)电子如何转移？(3)硫酸溶液中阴阳离子如何移动？（4）归纳总结原电池的原理和判断原电池正负极的方法。

［归纳总结4］1、原电池的化学原理

原电池装置将一个△H

0的氧化还原反应的氧化反应和还原反应分开，分别在两个不同区域进行，还原性强的物质在

极，

电子，发生

反应；电子经

转移到

极，

性强的物质在

极，

电子，发生

反应，从而形成电流，将

能转化为

能。在原电池内部即在电解质溶液中阳离子移向

极、阴离子移向

极使电流形成闭合回路。

(1)原电池的能量变化规律

原电池是将

能转化为

的装置；

(2)原电池的正负极判定的规律为：

①根据电子流向进行判断：电子流出的一极为

；电子流入的一极为

；

②根据两极发生的变化判断：正极发生

反应；负极发生

反应；

③根据原电池电解质溶液阴阳离子的移动方向来判断：电解质溶液中阳离子移向

；阴离子移向

。

［练习探究1］1、理论上不能设计为原电池的化学反应是

A、CH4(g)+2O2(g)点燃

CO2(g)+2H2O(l)

△H<0 B、HNO3(aq)+NaOH(aq)=NaNO3(aq)+H2O(aq)

△H<0 C、CO2(g)+C(s) 2CO(g)

△H>0 D、2FeCl3(l)+Fe(s)==3FeCl2(l)

△H<0 2、原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法正确的是

2

A：①②中Mg作负极，③④中Fe作负极

B：②中Al作负极，电极反应式为Al+4OH- -3e-=AlO2-+2H2O C：③中Fe作负极，电极反应式为Fe-2e- =2Fe2+ D：④中Cu作正极，电极反应式为2H++2e- =H2↑

3、有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下：

实验

装置

部分实a极质量减小；b极有气体产生；d极溶解

验现象

b极质量增加

c极无变化

电流计指示在导线中

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、a>b>c>d

B、b>c>d>a

C、d >a>b>c

D、a>b>d>c 4、瑞典ASES公司设计的曾用于驱动潜艇的某电池示意图如下图所示，有关说法正确的是

A、电极2发生氧化反应

＋B、电池工作时，Na

向负极移动

C、电流由电极1经外电路流向电极2 －D、电极1发生的电极反应为：2NH3＋6OH--6e＝N2↑＋6H2O 5、一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是

A、反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1molCH4转移12mol电子

B、电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH-－2e-=2H2O C、电池工作时，电子从电极A经电池内部转移到电极B D、电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e- =2CO32- ［归纳总结5］结合上述练习归纳电极反应式书写的方法：

3

(3)电极反应式书写的方法：

［过渡激疑］形成原电池有什么样的条件？

［实验探究4］按下表所示装置、电极材料和溶液进行实验：

实验装置示意图

电极材料

Al—Cu

稀硫酸

Zn—C Zn—C

C—C（或完全相同的．．．．两块金属电极）

Zn—Cu Zn—Cu 酒精

菜油

氯化钠溶液

溶液

电流表指针是否偏转

是否形成原电池

Zn—Cu

左：ZnSO4

右：CuSO4

［讨论探究5］(1)根据上述实验及原电池原理讨论形成原电池的条件？(2)实验中盐桥有何作用？在电池放电时，盐桥中的阴阳离子如何移动？(3)若负极区的电解质溶液是AgNO3溶液时，盐桥中的电解质溶液能否用KCl琼脂溶液？

［归纳总结6］2、形成原电池的条件：

(1)

(2)

(3)

4

［讨论探究6］讨论填写下表：

原电池名称

单液原电池

双液原电池

装置示意图

电极反应

及总反应

正极：

负极：

总反应：

正极：

负极：

总反应：

能量转化

还原剂Zn与Cu2+直接接触，所以能量转还原剂Zn与Cu2+不直接接触，所以能量化形式有：

和

转化形式仅有

。

。

［练习探究3］1、选用下列试剂和电极：稀H2SO4、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)，观察到电流计Ⓖ的指针均明显偏转，．．则其可能的组合共有

A、6种

B、5种

C、4种

D、3种

2、实验室用Zn与稀H2SO4反应来制取H2，为了加快反应速率，往往需向稀硫酸溶液中加入少量的CuSO4溶液，请分析加入少量CuSO4溶液可以加快反应速率的原因。

＋＋3、依据氧化还原反应：2Ag(aq)＋Cu(s)===Cu2(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示，其中盐桥内装琼脂—饱和KNO3溶液。请回答下列问题：

(1)电极X的材料是

；电解质溶液Y是

。

(2)银电极为电池的

极，发生的电极反应为

。

(3)外电路中的电子流向为

。

(4)盐桥中向CuSO4溶液中迁移的离子是

。

4、利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示，下列说法不正确的是

5

A、电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极

B、为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜

－＋C、电极A极反应式为2NH3－6e===N2＋6H

D、当有4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子为

0.8 mol ［讨论探究6］讨论归纳原电池原理有何应用？

［归纳总结7］3、原电池的化学原理的应用

(1)一个自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率

。

(2) 比较金属活动性强弱：两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作．．正极的金属

。

(3)设计制作化学电源

①首先将氧化还原反应分成两个半反应。

②根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。

如：根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2制作化学电源，画出简易装置图，标明电极材料和电解质溶液。

6

化学能与电能巩固练习1 1、关于原电池的叙述中正确的是

A、任何氧化还原反应，均可以设计成原电池

B、原电池产生电流的本质原因是电极上进行的氧化还原反应中会有电子的转移

C、原电池的两极必须都是金属

D、原电池都可以提供持续稳定的电流，应用十分广泛

2、对于原电池的电极名称叙述有错误的是

A、发生氧化反应的为负极

B、正极为电子流入的一极

C、比较不活泼的金属为负极

D、电流的方向由正极到负极

3、常用的纽扣电池为银锌电池，它分别以锌和氧化银为电极。放电时锌极上的电极－－－－反应是Zn＋2OH－2e=Zn(OH)2，氧化银极上的反应是Ag2O＋H2O＋2e=2Ag＋2OH，下列判断中，正确的是

A、锌是负极，发生氧化反应，氧化银是正极，发生还原反应

B、锌是正极，发生氧化反应，氧化银是负极，发生还原反应

C、锌是负极，发生还原反应，氧化银是正极，发生氧化反应

D、锌是正极，发生还原反应，氧化银是负极，发生氧化反应

4、有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。它依靠人体内体液中含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作。下列推断不合理的是

A、Zn是负极，电极反应式是2Zn-4e-=2Zn2+

B、Pt是正极，电极反应式是O2+4H++4e-=2H2O C、在整个原电池反应中，Zn是还原剂，体液中的溶解氧是氧化剂

D、Pt的性质比Zn活泼

5、可用于电动汽车的铝－空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是

A、以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液时，正极反应都为O2＋2H2O＋4e- =4OH- －－B、以NaOH溶液为电解质溶液时，负极反应为Al＋3OH－3e===Al(OH)3↓

C、以NaOH溶液为电解质溶液时，电池在工作过程中电解质溶液的pH保持不变

D、电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极

6、新装修的房屋会释放出有毒的甲醛气体。银-Ferrozine法检测甲醛(HCHO)的原理如下(在原电池中完成氧化银与甲醛的反应)：

下列说法正确的是

A、其他条件相同，甲醛浓度越小，所得有色配合物溶液的吸光度越大

＋－B、电池正极的电极反应式为Ag2O＋2H＋2e===2Ag＋H2O C、30 g HCHO被氧化时，理论上电路中通过2 mol电子

＋D、理论上，消耗HCHO和消耗Fe3的物质的量之比为4∶1

7

7、硼化钒(VB2)-空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如图，该电池工作时反应为：4VB2+11O2=4B2O3+2V2O5。下列说法正确的是

A、电极a为电池负极

B、图中选择性透过膜只能让阳离子选择性透过

C、电子由VB2极经KOH溶液流向a电极

D、VB2极发生的电极反应为：2VB2+22OH- -22e- = V2O5+2 B2O3+11H2O 8、氨硼烷(NH3·BH3)电池可在常温下工作，装置如图所示。该电池工作时的总反应为NH3·BH3＋3H2O2=NH4BO2＋4H2O。下列说法正确的是

A、负极附近溶液的pH增大

＋－B、正极的反应式为H2O2＋2H＋2e===2H2O －C、电池工作时，BO2通过质子交换膜向正极移动

D、消耗3.1 g氨硼烷，理论上转移0.2 mol电子

9、一种锂钒氧化物热电池装置如图所示。其电池总反应为xLi＋LiV3O8===Li1＋xV3O8。工作时，需先引发铁和氯酸钾反应使共晶盐融化。下列说法正确的是

A、Li-Si合金为该热电池的正极

－B、电池放电时，Cl移向LiV3O8电极

C、LiCl-KCl共晶盐可用LiCl和KCl的混合水溶液代替

＋－D、放电时，正极反应式为LiV3O8＋xLi＋xe===Li1＋xV3O8

10、原电池的应用极为广泛。利用如下图所示原电池可测量空气中Cl2的含量，其中电解质是Ag+可以自由移动的固体物质，下列分析正确的是

A、电流经外电路从Ag流向Pt电极

B、电池工作时，电解质中Ag+数目增多

－－C、正极反应：Cl2+2e=2Cl

D、空气中c(Cl2)越大，Ag极消耗速率越快

8

11、锂空气电池作为新一代大容量电池而备受瞩目，其工作原理如图所示。下列有关锂空气电池的说法不正确的是

A、随着电极反应的不断进行，正极附近的电解液pH不断升高

B、若把碱性电解液换成固体氧化物电解质，则正极会因为生成Li2O而引起碳孔堵塞，不利于正极空气的吸附

＋C、放电时，当有22.4 L O2(标准状况下)被还原时，溶液中有4 mol Li从左槽移动到右槽

D、锂空气电池又称作“锂燃料电池”，其总反应方程式为4Li＋O2===2Li2O 12、有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D导线C；③A、C用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是

A、A>B>C>D

B、A>C>D> B

C、C>A>D>B

D、C>B>D>A 13、在如图所示的8个装置中，属于原电池的是

①②③④

⑤⑥⑦⑧A、①④

B、③④⑤

C、④⑧

D、②④⑥⑦

＋＋

14、某原电池总反应离子方程式为2Fe3+Fe=3Fe2能实现该反应的原电池是

A、正极为铜，负极为铁，电解质溶液为FeCl3溶液

B、正极为铜，负极为铁，电解质溶液为Fe(NO3)2溶液

C、正极为铁，负极为锌，电解质溶液为Fe2(SO4)3

D、正极为银，负极为铁，电解质溶液为CuSO4

15、有甲、乙两位学生均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L-1

H2SO4溶液中，乙同学将电极放入

6 mol·L-1的NaOH溶液中，如下图所示。

9

(1)写出甲池中正极的电极反应式：

正极：_____________________________________________________。

(2)写出乙池中负极的电极反应式和总反应的离子方程式：

负极：_____________________________________________________。

总反应的离子方程式：______________________________________________。

(3)如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出________活动性更强，而乙会判断出________活动性更强(填写元素符号)。

(4)由此实验，可得到如下哪些正确结论？

A、利用原电池反应判断金属活动顺序时应注意选择合适的介质

B、镁的金属性不一定比铝的金属性强

C、该实验说明金属活动顺序表已过时，已没有实用价值

D、该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析

(5)上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动顺序表判断原电池中的正负极”这种做法________(可靠或不可靠)。如不可靠，请你提出另一个判断原电池正负极的可行实验方案__________________________________________________。(如可靠，此空可不填)。

16、金属铬和氢气在工业上都有重要的用途。已知：铬能与稀硫酸反应，生成氢气和硫酸亚铬(CrSO4)。

甲

乙

(1)铜、铬构成的原电池如图甲，其中盛稀硫酸的烧杯中的现象为

。盐桥中装的是饱和KCl琼脂溶液，下列关于此电池的说法正确的是

(填选项字母)。

A、盐桥的作用是使整个装置构成通路、保持溶液呈电中性，凡是有盐桥的原电池，盐桥中均可以用饱和KCl琼脂溶液

－＋B、理论上1 mol Cr溶解，盐桥中将有2 mol Cl进入左池，2 mol K进入右池

＋C、此过程中H得电子，发生氧化反应

D、电子从铬极通过导线到铜极，又通过盐桥转移到左烧杯中

(2)如果构成图乙电池，发现铜电极上不再有图甲的现象，铬电池上产生大量气泡，遇空气呈红棕色。写出正极的电极反应式：

。

(3)某同学把已去掉氧化膜的铬片直接投入氯化铜溶液时，观察到了预料之外的现象：①铬片表面上的铜没有紧密吸附在铬片的表面而是呈蓬松的海绵状；②反应一段时间后有大量气泡逸出，且在一段时间内气泡越来越多，经点燃能发出爆鸣声，证明是氢气。请解释这两种现象的原因：

。

10