1、第二节化学能与电能目标与素养：1.能举例说明化学能转化成电能的实例并了解其应用。(科学态度与社会责任)2.理解原电池工作原理及构成条件。(宏观辨识与微观探析)3.了解发展中的化学电源类型及其工作原理。(宏观辨识与模型认知)4.认识提高燃料的燃烧效率、开发清洁燃料和研制新型电池的重要性。(科学态度与社会责任)一、一次能源和二次能源分类定义实例一次能源直接从自然界取得的能源流水、风力、化石能源、天然铀矿、太阳能等二次能源一次能源经加工、转换得到的能源电力、蒸汽、水煤气等二次能源中的电能是应用最广泛，使用最方便，污染最小的能源。二、化学能转化为电能1火力发电简称火电(1)火电是通过化石燃料燃烧，使化
2、学能转变为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。(2)火力发电的能量转换过程化学能热能机械能电能。2原电池(1)实验探究(以铜锌稀H2SO4原电池为例)(2)电子流向从Zn片流出，通过导线流入Cu片，Zn片上发生氧化反应，Cu片上发生还原反应。(3)原电池的定义：将化学能转变为电能的装置；原电池反应本质是氧化还原反应。(4)电极名称：锌铜原电池中，Zn作负极，Cu作正极。三、发展中的化学电源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。(1)锌锰电池(2)碱性锌锰电池：将锌锰干电池中的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上作了改进。2
3、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。(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，活动性极强，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
4、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：2H24OH4e=4H2O(氧化反应)；正极：O22H2O4e=4OH(还原反应)；总反应：2H2O2=2H2O。1判断对错(对的打“”，错的打“”)(1)氢能、水能、风能和化石能源均属于一次能源()(2)火电是化学能间接转化为电能的过程()(3)原电池的负极发生还原反应()(4)氢氧燃料电池工作时，H2在负极上发生还原反应()提示(1)(2)(3)(4)2下列有关电池的说法不正确的是()A手机上用的锂离子电池属于二次电池B铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
5、D锌锰干电池中，锌电极是负极答案B3由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。装置()()()现象二价金属A不断溶解C的质量增加A上有气体产生根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是_。(2)装置乙中正极的电极反应式是_。(3)装置丙中溶液的pH_(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是_。解析根据实验知金属活动性AB，A作负极，电极反应为A2e=A2；根据实验知金属活动性BC，正极反应为Cu22e=Cu；根据实验知金属活动性DA，正极反应为2H2e=H2，故c(H)减小，pH增大。根据、知活动性DABC。答案(1)A2e=A2(2)Cu22
6、e=Cu(3)变大(4)DABC原电池的组成和工作原理1.原电池的构成2原电池的工作原理模型认知正负极的判断在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼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；Al(Fe)Cu浓硝酸构成的原电池中，Cu为负极。1下列装置可以构成原电池的是()CA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。2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 ()甲乙A两个装置都构成了原电池B两烧杯中铜片均发生2H2e=H
7、2C甲烧杯中，电子从锌片流出，流入铜片D两烧杯中，SO均移向铜片CA项，乙装置没有形成闭合回路，不是原电池；B项，乙装置中铜片上没有H2生成；D项，甲装置中SO移向锌片，乙装置中SO自由移动，无方向性。原电池原理的三大应用1.加快氧化还原反应的速率(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中粒子运动相互间的干扰减小，使反应速率增大。(2)应用：实验室用Zn和稀H2SO4(或稀盐酸)反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4(或稀盐酸)形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。2比较金属的活动性强弱(1)原理：原电池中，一般活动性
8、强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。(2)应用：有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，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。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)实例以FeCuSO4=FeSO4Cu为例装置材料选择电极反应负极：Fe正极：Cu(或活泼性比Fe差的金属或导电的石墨棒均可)电解质溶液：CuSO4溶液负极：Fe2e=Fe2正极：Cu22e=Cu3X、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
9、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()AXYZBXZYCYXZDYZXCX浸入Z的硝酸盐溶液中，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YXZ。4铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：_。(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请在框图中画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应：_；负极反应：_。解析(2)负极发生氧化反应，反应式为Cu2e=Cu2，正极发生还原反应
10、，反应式为2Fe32e=2Fe2。负极：Cu；正极：C或铂等；电解质溶液：FeCl3溶液。答案(1)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(2)装置图2Fe32e=2Fe2Cu2e=Cu2常见化学电源的原理及电极反应式书写1.常见化学电源的原理(与原电池原理相似)(1)反应类型：正极还原反应，负极氧化反应。(2)电子流向：负极流出。(3)电流流向：正极流出。(4)离子流向：阴离子负极，阳离子正极。2电极反应式的书写(1)原电池负极反应式的书写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子。如Zn2e=Zn2，Cu2e=Cu2。b若生成的金属阳离子与电解质
11、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PbSO2e=PbSO4。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H22OH2e=2H2O。(2)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O24H4e=2H2O；氢氧(碱性)燃料电池，正极反应为O22H2O4e=4OH。模型认知电极反应式书写模板【典例】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
12、2FeO10H6e=Fe2O35H2OC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AZn在反应中化合价升高，为负极材料，A正确；K2FeO4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2FeO6e8H2O=2Fe(OH)310OH，B错误；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。(1)溶液的K如何移动？_。(2)Zn极附近溶液的c(OH)如何变化？_。负极反应式为_。答案(1)K向正极移动(2)c(OH)减小Zn2e2OH=Zn(OH)25锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到普遍重视，目前已成功
13、研制多种锂电池。某种锂电池的总反应为LiMnO2=LiMnO2，下列说法中正确的是()ALi是正极，电极反应为Lie=LiBLi是负极，电极反应为Lie=LiCMnO2是负极，电极反应为MnO2e=MnODLi是负极，电极反应为Li2e=Li2B根据原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再结合总反应可知，Li失去电子生成Li被氧化，为负极；MnO2得到电子被还原，为正极。6如图是铅蓄电池构造示意图，下列说法不正确的是()A铅蓄电池充电时电能转化为化学能B电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板C电池工作时，H移向PbO2板D负极反应：PbO22e4HSO=PbSO42H2O答案D
14、7燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是()A负极反应式：O22H2O4e=4OHB负极反应式：CH48OH8e=CO26H2OC随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变D放电时溶液中的阴离子向负极移动DO22H2O4e=4OH应为正极反应式。燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根。所以负极反应式为CH410OH8e=CO7H2O。由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液的c(OH)将减小。1下列有关能源的说法错误的是()A风能是人类通过风车等工具获取的能源，但属
15、于一次能源B在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将成为主要能源C月球土壤中含有丰富的质量数为3的氦，它可作为未来核能的重要原料D原电池把化学能直接转化为电能，所以由原电池提供的电能是一次能源D风能是直接从自然界中取得的能源，属于一次能源，原电池提供的电能是由化学能转化而得到的，不能直接获得，属于二次能源，A正确，D错误；随着时代的发展，化石能源逐渐枯竭，所以新能源时代污染小的核能、太阳能、氢能将成为主要能源，B、C正确。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：Zn为正极，Cu为负极。H向负极移动。电子流动方向：从Zn经外电路流向Cu。Cu极上有H2产生。若有1
16、 mol电子流过导线，则产生H2为0.5 mol。正极的电极反应式为Zn2e=Zn2。描述合理的是()ABCDB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，负极反应为Zn2e=Zn2，正极反应为2H2e=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，SO向负极移动，故错误，正确。3一个原电池的总反应的离子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，该原电池的合理组成是()正极负极电解质溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DZnFeCuCl2C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
17、，正极反应为Cu22e=Cu，B选项中是2H2e=H2，C正确。4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 ()AabcdBbcdaCdabcDabdcC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，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
18、活动性顺序为dabc。5(1)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn2K2FeO48H2O3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH。请回答下列问题：高铁电池的负极材料是_。放电时，正极发生_(填“氧化”或“还原”)反应；已知负极反应式为Zn2e2OH=Zn(OH)2，则正极反应式为_。放电时，_(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。(2)某种燃料电池的工作原理示意图如图所示，a、b均为惰性电极。使用时，空气从_(填“A”或“B”)口通入。假设使用的燃料是H2，则a极反应式为_。解析(1)高铁电池放电时为原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。总反应式减去负极反应式得正极反应式，正极生成OH，故此极附近溶液碱性增强。(2)由电子流动方向可知a为负极，b为正极，空气应从B口通入，H2从A口进，反应式为H22e2OH=2H2O。答案(1)Zn还原FeO3e4H2O=Fe(OH)35OH正(2)BH22e2OH=2H2O
