1、化学能与电能导学案2.2.1 化学能转化成电能【本课时学习目标(导)】1. 了解一次能源和二次能源；2. 认识氧化还原反应是化学电池形成的基础，了解原电池构成的基本原理，掌握原电池的形成条件；3. 学会判断原电池及正、负极的方法。【自主思考(思)】 一、一次能源和二次能源1.定义:一次能源是直接从自然界取得的能源，一次能源经加工、转换得到的能源是二次能源。2.实例:a.风力b.原煤c.天然气d.石油e.电力f.流水g.蒸汽，其中属于一次能源的是 abcdf；属于二次能源的是 eg 。二、化学能转化为电能1.燃煤发电的能量转化化学能热能机械能电能2.原电池(1)定义:将化学能转变为电能的装置。(
2、2)工作原理(以铜-锌-稀硫酸原电池为例).锌片失去电子，发生氧化反应，电极反应为Zn-2e-=Zn2+，所以锌片为原电池的负极。.H+在铜片上得电子，发生还原反应，电极反应为2H+2e-=H2，所以铜片为原电池的正极。【小组合作学习(议、展)】1.课本实验2-4的实验装置如下图：(1)铜片、锌片上各有什么现象？(2)电流计的指针是否偏转？电子移动方向与电流方向相反，由此推断电子在原电池中是如何流动的？(3)如果铜片和锌片之间没有导线相连，铜片和锌片上各有何现象？(4)分别改变下列条件，继续观察电流计指针是否偏转。将锌片换成石墨；将稀硫酸换成乙醇；将铜片换成石墨；一烧杯中放铜片与稀硫酸，另一烧
3、杯中放锌片与稀硫酸，用导线将锌片与铜片相连。(5)形成原电池必须满足哪些条件？答：(1)铜片上有气泡冒出，锌片逐渐溶解。(2)电流计指针发生偏转；电子由锌片经导线流入铜片(电子从负极流出经导线流入正极)。(3)铜片上没有任何现象发生，锌片上有气泡冒出。 (4)不偏转；不偏转；偏转；不偏转。(5)两种活泼性不同的金属电极(或一种为能导电的非金属电极)；电解质溶液；自发的氧化还原反应(其中一种电极必须能与电解质溶液发生反应)；形成闭合回路。2. 盐酸与氢氧化钠溶液反应是放热反应，该反应可以设计成原电池吗？为什么？答：不可以；因为设计成原电池的反应必须是氧化还原反应。3. 原电池反应中有氧化还原反应
4、发生，导线中靠电子定向移动产生电流，而溶液中靠阴阳离子定向移动产生电流，请问在Zn-Cu硫酸原电池的电解质溶液中，阴阳离子如何移动？答： H+ 向正极移动，SO42 - 向负极移动。4. 根据电学知识，由电子的流动方向可以判断原电池的正、负极吗？你还有其他的判断方法吗？答：(1)根据电子流出或电流流入的电极为负极，相反为正极；(2)由组成原电池的电极材料判断，如果两极是由活泼性不同的金属作电极时，一般情况下相对活泼的金属是负极，活泼性较弱的金属是正极。【说明】此判定一定要注意实际情况，如：MgAlNaOH，Al才是负极；AlCu浓硝酸，Cu才是负极；如果是由金属和非金属导体(或金属氧化物导体)
5、作电极，金属是负极，非金属导体(或金属氧化物导体)是正极。(3)根据氧化反应、还原反应发生的位置判定，发生氧化反应的极(或失电子的极)为负极，即(负失氧)；发生还原反应的极(或得电子的极)为正极，即(正得还)。(4)根据原电池里电解质溶液内离子流动方向判断：阳离子移向的极为正极，阴离子移向的极为负极。(5)根据原电池的两极发生的现象判断。溶解或质量减轻的电极为负极，有气体或金属析出的电极为正极。【课堂训练(检)】1.下列各装置中能构成原电池的是(B)。2.能源可分为一次能源和二次能源，自然界中以现成形式提供的能源称一次能源，需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二次能源。据此判断，下列叙述正确
6、的是(D)。A.天然气是二次能源 B.石油是二次能源C.电能是一次能源 D.水力是一次能源3.下列有关原电池的说法中不正确的是(D)。A.任何氧化还原反应原则上都可以设计成原电池B.原电池中电子从负极经导线流入正极C.原电池中正极得电子数与负极失电子数一定相等D.铜-锌-稀硫酸组成的原电池，电解质溶液中H+向负极移动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 ( C )A两烧杯中铜片表面均无气泡产生B甲中铜片是正极，乙中铜片是负极C两烧杯中溶液的酸性均减弱D产生气泡的速率甲比乙慢【课后练习(练)】1下图表示的装置属于原电池的是 ( B )2锌和碳棒用导线连
7、接后插入稀硫酸，锌片是( D )A.阴极 B.正极 C.阳极 D.负极3下面关于原电池的说法，正确的是( B )A在正极上发生氧化反应B化学性质较活泼的一极为负极C在外电路中电子流出的一极为正极D原电池是把电能转变为化学能的装置4某金属能和盐酸反应生成氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，该金属可能为( C ) A.铝 B.铜 C.锡 D.硅5如图所示，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的哪一组(D)AA是Zn、B是Cu、C为稀H2SO4 BA是Cu、B是Zn、C为稀H2SO4CA是Fe、B是Ag、C为AgNO3溶液 DA是Ag、B是
8、Fe、C为AgNO3溶液6. 如右图所示，烧杯中盛的是水，铁圈和银圈直接相连，在接头处用一根绝缘细丝吊住，并使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液，反应一段时间后，观察到的现象是 ( D )A.两圈仍保持平衡 B.有气泡产生，两圈摇摆不定C.铁圈向下倾斜 D.银圈向下倾斜7.(1)将铝片、镁片放入稀硫酸中，用导线相连组成原电池，该电池的负极是什么？请说明理由，并写出其负极反应式。(2)若将铝片、镁片放入NaOH溶液中，用导线相连组成原电池，该电池的负极是什么？请说明理由，并写出其负极反应式。答：镁片作负极；因为镁比铁活泼；负极的反应式为Mg-2e- Mg2+。Al为负极，在与碱反应中，铝
9、比镁活泼； 负极：Al +8OH-6e-=2AlO2- +4H2O2.2.2原电池的应用【本课时学习目标(导)】1. 进一步巩固原电池的工作原理；2. 学会设计原电池；3. 感受原电池在生活中的广泛用途。【小组合作学习(议、展)】 探究原电池的应用一、比较金属的活泼性1、有X、Y、Z三种金属，若X、Y组成原电池，X溶解；若把Y放入Z的硝酸盐溶液中， Y表面有Z析出，判断XYZ的金属性的顺序( A )A.XYZ B.ZYX C.XZY D.YXZ二、加快反应速率2、在实验室中欲制氢气，产生氢气速率最快的是( D )A.纯锌与稀H2SO4 B.纯锌与浓H2SO4C.粗锌与稀HNO3 D.粗锌与稀H
10、2SO4三、判断金属腐蚀的快慢3、A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。B中Sn极的电极反应式为_ 2H+2eH2_，Sn极附近溶液的pH(填“增大”、“减小”或“不变”)_增大_。C中总反应离子方程式为 2H+Zn= Zn2+H2_。比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢BAC四、金属防腐4、下列事实不能用电化学理论解释的是 ( C ) A轮船水线以下的船壳上镶嵌有一定量的锌块 B镀锌的铁制品比镀锡的铁制品耐用C铝片不需要用特殊方法保存 D埋在地下的水管与靠近地面的锌块连接用于防腐 五、设计原电池5、选择合适的正极材料、负极材料、电解质溶液，将反应:Fe+Cu2+Fe2+C
11、u设计成原电池，画出原电池装置图，并写出正、负极的电极反应式。装置图:；正极2Fe3+2e-2Fe2+； 负极Cu-2e-Cu2+【教师讲解(评)】原电池的应用：1、判断金属的活泼性用两种不同的金属作为原电池的电极时，较活泼的金属为负极，发生溶解，较不活泼的金属为正极，放出氢气或析出金属。一般来说，原电池的负极金属比正极金属活动性强。2、加快反应速率原电池反应速率大于化学反应速率。3、判断金属腐蚀的快慢原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀4、金属防腐做正极的金属被保护下来5、设计原电池从理论上说，任何氧化还原反应均可设计成原电池。【课堂训练(检)】1、有A、B、C、D四块金属片，用导线
12、两两相连插入稀硫酸中，可以组成各种原电池。若A与B相连时，A为负极；C与D相连时，C溶解，D上有氢气生成；A与C相连时，C为正极；B与D相连时，电子由D极经导线流向B极，则这四种金属的活泼性由强到弱的顺序为( B )A.ABCD B.ACDB C.CADB D.BDCA2、化学电池可以直接将化学能转化为电能，化学电池的本质是 ( B )A.化合价的升降 B. 电子的转移 C.氧化还原反应 D.电能的储存3、一个原电池的总反应的离子方程式是Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu，该反应的原电池的组成正确的是 ( C )ABCD正极ZnAgCuCu负极CuCuZnZn电解质溶液CuCl2H2S
13、04CuSO4 FeCl24、用铁片与稀硫酸反应制取氢气时，下列措施不能使氢气生成速率加大的是(B)A加热B不用稀硫酸，改用98浓硫酸C滴加少量CuSO4溶液D不用铁片，改用铁粉【课后练习(练)】1、下列说法中正确的是( D )A.原电池是把电能转为化学能的装置B.原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应C.原电池两极均发生氧化还原反应 D.原电池中的阳离子向正极移动2、下列烧杯中盛放的都是稀H2SO4，在Cu电极上产生大量气泡的是( A )3、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，其中正确的是(B)Zn为正极，Cu为负极H向负极移动电子是由Zn经外电
14、路流向CuCu极上有H2产生若有1 mol电子流过导线，则产生的H2为0.5 mol正极的电极反应式为Zn2e=Zn2A BC D4、原电池的电极反应不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中不正确的是 ( C )。A.由Al、Cu、稀H2SO4组成的原电池，其负极反应式为Al-3e-=Al3+B.由Mg、Al、NaOH溶液组成的原电池，其负极反应式为：Al+4OH-3e-=AlO2-+2H2OC.由Fe、Cu、FeCl3溶液组成的原电池，其负极反应式为Cu-2e-=Cu2+D.由Al、Cu、浓硝酸组成的原电池，其负极反应式为Cu-2e-=Cu2+5、下图中a为生铁，A、B、C烧
15、杯中均为1molL1的稀硫酸。比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是CAB。6、设计一个实验方案，使下图中的铁棒上析出铜，而铁的质量不变。硫酸铜溶液(用装置图表示)7、用铜、银与硝酸根设计一个原电池，此电极的负极是 Cu ，负极的电极反应式Cu-2e= Cu2 。将锌片、铜片链接后浸入稀硫酸溶液中，构成了原电池，工作一段时间，锌片的质量减少了3.25g，铜表面析出氢气的体积为 11.2 L(标况下)，导线中通过 0.1 mol电子。 2.2.3 发展中的原电池【本课时学习目标(导)】1.了解电池的分类以及研制新型电池的重要性；2.了解化学电池的工作原理；3.了解化学电源可能会引起的环
16、境问题，初步形成客观、正确的能源观。【自主思考(思)】1.干电池(1)干电池属于一次电池，放电后不能再充电。(2)锌锰电池的负极是锌筒，正极是石墨棒，电解质溶液是MnO2糊、NH4Cl糊。 (3)将锌锰电池中的电解质NH4Cl糊换成湿的KOH就变成了碱性锌锰电池2.充电电池(1)充电电池又称二次电池，放电时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状态。(2)填空电池类型负极正极电解质铅蓄电池Pb PbO2PH2SO4镍镉电池CdNi NiO(OH)O(OH)KOH锂离子电池Li-3.燃料电池(1)燃料电池是一种高效、环保的发电装置，产物对环境的污染较小。以H2为燃料时，产物
17、为H2O，以CH4为燃料时，产物是CO2和H2O。(2)燃料电池的反应物不是储存在电池内部，而是由外设装置提供燃料和氧化剂分别在两个电极上反应，将化学能转化为电能。(3)氢氧燃料电池中，负极通入的是氢气，正极通入的是氧气，电解质是硫酸或氢氧化钾，该电池的总反应式为2H2+O2=2H2O。【小组合作学习(议、展)】 1、充电电池在充电和放电时，能量是如何转化的？答：放电时是化学能转变为电能，充电时是电能转化为化学能。2、日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl为电解质(其中加入MnO2吸收H2)，其电池反应为Zn + 2MnO2 + 2NH4+ Zn2+ + 2MnO
18、(OH) + 2NH3(NH3 与Zn2+能生成一种稳定的物质)，请写出电池两极的电极反应式，并说明此种电池长时间连续使用，为什么可能会有糊状物流出腐蚀用电器？答：电极反应式略；因为电解质NH4Cl显酸性，长期会腐蚀锌皮流出。3、已知PbSO4是一种为微溶物，铅蓄电池的电极材料(Pb和PbO2)放电后在H2SO4溶液中以什么形式存在？试写出铅蓄电池的电极反应式。 答：以PbSO4固体存在。电极反应式略4、燃料电池的电极有什么特点？如何判断燃料电池的正、负极？答：均不参与电极反应，只是起了导电的作用。通燃料的为负极，通助燃剂的为正极。【教师讲解(评)】1、干电池(1)普通锌锰干电池电极反应：负极
19、 Zn 2e-Zn2+正极 2NH4+ +2e- 2NH3+ H2总反应：Zn+ 2NH4+Zn2+ +2NH3+ H2电解质溶液：糊状的 NH4Cl特点：电量小，放电过程易发生胀气和漏液(2)碱性锌锰干电池电极：负极由锌改为锌粉(反应接触面积增大，放电电流增大)电解液：由中性变为碱性(离子导电性好)2、充电电池(1)铅蓄电池正极(PbO2): PbO2 + SO42- + 4H+ + 2e- PbSO4 + 2H2O放电负极(Pb )：Pb + SO42- - 2e-PbSO4充电总反应：PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O电解液：硫酸溶液特点：电压稳定(2)其他
20、蓄电池放电镍镉可充电电池充电Cd + 2NiO(OH) + 2H2O Cd(OH)2 + 2Ni(OH)银锌蓄电池(3)锂电池3、燃料电池(1)燃料电池与普通电池的区别：不是把作为还原剂、氧化剂的物质全部储存在电池内部，而是不断地从外界输入，同时电极的反应产物不断地排出(2)原料：除氢气和氧气外，也可以是甲烷、煤气等其他燃料和氧气(3)氢氧燃料电池(电解液为40%的KOH溶液) 负极：2H2 + 4OH- - 4e-4H2O 正极：O2 + 2H2O + 4e-4OH- 总反应：2H2 + O2 2H2O特点：转化率高，持续使用，无污染【课堂训练(检)】1、现在电池的种类非常多，且由电池造成的
21、污染越来越严重，下列电池不会造成环境污染的是( C ) A、铅蓄电池 B、锌锰电池 C、氢氧燃料电池 D、镍镉电池2、下列电池中不属于二次电池的是( A ) A、碱性锌锰电池 B、铅蓄电池 C、镍镉电池 D、锂离子电池3、下列有关电池的叙述正确的是( D ) A、水果电池是高效环保的家用电池 B、锌锰干电池是一种常用的二次电池 C、锌锰干电池碳棒是负极，锌片是正极 D、锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄【课后练习(练)】1、关于原电池的叙述中正确的是( B ) A、构成原电池的电极必须是两种不同的金属 B、原电池是将化学能转变为电能的装置 C、原电池工作中总是负极溶解，正极上有气体放出 D
22、、原电池的正极是还原剂，总是溶液中的阳离子在此被还原2、汽车的启动电源常用铅蓄电池，放电时的电池反应式为：PbO2 + Pb + 2H2SO42PbSO4 + 2H2O，根据此反应判断下列叙述中正确的是( B ) A、PbO2是电池的负极 B、负极的电极反应式为：Pb + SO42- - 2e-PbSO4 C、电池放电时，PbO2得电子，被氧化 D、电池放电时，溶液酸性增强3、上海人张霞昌在芬兰发明了“纸电池”这种一面镀锌、一面镀二氧化锰的超薄电池，在使用印刷与压层技术后，变成一张可任意裁剪大小的“电纸”，纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液，电池总反应式为：Zn + 2MnO2 + H2
23、OZnO + 2MnO(OH)。下列说法正确的是( D ) A、该电池的正极材料为锌 B、该电池反应中二氧化锰发生了氧化反应 C、电池的正极反应式为 MnO2 + H2O + e-MnO(OH) + OH- D、当有0.1 mol 锌溶解时，流经电解液的电子数为 1.20410234、碱性锌锰电池获得了广泛的应用，根据电池的电极反应，下列判断正确的是(A ) A、Zn为正极，MnO2为负极 B、负极的反应为：Zn + 2OH- - 2e-Zn(OH)2 C、工作时电子由MnO2经外电路流向Zn极 D、Zn电极发生还原反应，MnO2为正极，发生氧化反应5、锂电池是新型高能电池，它以质量轻、能量高
24、而受到重视。某种锂电池的总反应式为Li+MnO2LiMnO2，下列说法正确的是(C)。A.Li是正极，电极反应式为Li-e-Li+B.Li是负极，电极反应式为Li+-e-LiC.MnO2是正极，电极反应式为MnO2+e-MnD.MnO2是负极，电极反应式为MnO2-e-Mn6、热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl-KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4+2LiCl+CaCaCl2+Li2SO4+Pb。下列有关说法正确的是(D)。A.正极反应式:Ca+2Cl-2e-CaCl2B.放电过程中，Li+向负极移动C.每转移0.1 mol电子，理论上生成20.7 g PbD.常温时，在正、负极间接上电流表或检流计，指针不偏转7、航天技术中使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池反应总式都表示为2H2O2=2H2O。酸式氢氧燃料电池的电解质是酸，其负极反应可表示为2H24e=4H，则其正极反应表示为_ _。答案：O24e4H=2H2O