1、第三单元化学能与电能的转化甲醇燃料电池是一种低温有机燃料电池，微型甲醇燃料电池适用于手机、电话、笔记本电脑、掌上摄像机和游戏机。它的电能要比传统电池大10倍，其面积约有一平方英寸、厚度不到英寸。这种电池“能呼吸”，完全摒弃了传统电池的“气泵”热转器和其他复杂装置，因而体积微小，其电路设计独特、精巧，非常适用于各种新电子产品。电池中化学能与电能是怎样转化的呢？1利用伏打电池发明的事例，激发学生学习和发明创造的欲望。通过实验探究，认识化学能可以转化为电能，初步认识原电池反应的原理。2根据原电池的工作原理，会判断原电池的正、负极和电子流动方向。3会书写简单原电池的电极反应式。4能设计简单原电池。5了
2、解常见的化学电源及其应用。6通过电能转化为化学能的实例电解和电镀的教学活动，了解电解和电镀的重要应用。第1课时化学能转化为电能一、原电池1实验：2.概念：把化学能转变为电能的装置。3.4反应本质：氧化还原反应。二、原电池中正负极判断方法原电池有两个电极：一个是正极，一个是负极，判断正极和负极的方法：1由组成原电池的两极材料判断。一般是较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。2根据电流方向或电子流动方向判断。电流是由正极流向负极，电子是由负极流向正极。3根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。4根据原
3、电池两极发生的变化来判断。原电池的负极总是失电子发生氧化反应，其正极总是得电子发生还原反应。5根据现象判断。溶解的一极为负极，增重或有气泡放出的一极为正极。探究点一原电池的构成条件和工作原理 在原电池中，活泼的金属电极一定作负极吗？提示：不一定。原电池的正、负极判断除考虑两极的活动性外，还应注意电极能否与电解质溶液发生反应。如下图所示，甲中，电解质溶液是稀硫酸，Fe作负极，电极反应：Fe2e=Fe2；但乙中，电解质溶液是浓硝酸，Fe发生钝化，Cu作负极，电极反应：Cu2e=Cu2；丙中，电解质溶液是稀硫酸，Mg较活泼作负极，电极反应：Mg2e=Mg2；但丁中，电解质溶液是NaOH溶液，Al与N
4、aOH溶液反应作负极，电极反应：Al4OH3e=AlO2H2O。【例11】判断下列装置是原电池的是()AB CD【思路分析】利用原电池构成条件判断。【答案】D在如图所示的8个装置中，属于原电池的是。(填序号)解析：不是由两个电极构成的，两电极的活动性应不同，无电解质溶液，不形成闭合回路，只有满足形成原电池的三个条件，形成了原电池。【例12】用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()在外电路中，电流由铜电极流向银电极正极反应为：Age=Ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入AgNO3溶液
5、中发生的化学反应与该原电池反应相同AB CD【思路分析】对于原电池工作原理常考查的几个方面可用顺口溜帮助掌握。原电池分为两极；负极氧化正还原；电子由负流向正；离子阳正阴向负。【解析】铜片、银片、Cu(NO3)2溶液，AgNO3溶液、盐桥构成一个原电池，Cu作负极，Ag作正极，两极的电极反应分别为：负极：Cu2e=Cu2，正极：2Ag2e=2Ag，盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，电子的流向是由负极流向正极，电流的方向和电子的流向相反，因此C正确。故选C。【答案】C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(B)Zn为正极，Cu为负
6、极H向负极移动电子流动方向，从Zn经外电路流向CuCu极上有H2产生若有1 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=Zn2A BC 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，选B。探究点二原电池原理的应用 1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的干扰减小，使反应速率增大。(2)实例：实
7、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。2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)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。氧化反应：还原剂ne=氧化产物；还原反应：氧化剂ne=还原产物；正极反应式负极反应式电池的总反应式。(2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生
8、反应或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。电极材料的选择：在原电池中，一般选择活泼性较强的金属作为负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。负极材料或还原性物质在负极上失去电子被氧化，氧化性物质在正极上得到电子被还原。(3)实例：4.判断金属腐蚀的快慢(1)原电池腐蚀化学腐蚀有防护的腐蚀。(2)对同一金属来说，金属腐蚀的快慢：离子浓度大的电解质溶液离子浓度小的电解质溶液非电解质溶液。(3)活动性不同的两金属，活动性差别越大，腐蚀越快。5用于金属保护：(1)原理：使被保护的金属作原电池的正极而得到保护。(2)实例：要保护一个铁制的输水管道，可用导线将其与一块锌块
9、相连，使锌作原电池的负极。在大海中航行的轮船，钢制船壳上常镶嵌一定量的锌块，目的是什么？提示：钢的成分是铁碳合金，轮船在大海中航行，钢铁与海水接触，形成铁碳原电池，能加速铁的腐蚀。由于锌比铁活泼，在船壳上镶嵌锌块后，形成铁锌原电池，锌作负极被腐蚀，从而保护了轮船不被腐蚀。【例2】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：_。(3)某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中
10、腐蚀现象明显。请从提供的药品：浓H2SO4、NaOH溶液、CuO、Cu中选择两种(蒸馏水可任选)，设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。有关反应的化学方程式：_；劣质不锈钢腐蚀的实验现象：_。【思路分析】设计原电池步骤如下：以自发发生的氧化还原反应为基础。把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应。以两极反应为原理，确定电极材料以及电解质溶液。画出示意图。【解析】由于Fe3具有较强的氧化性，能将铜氧化而溶解，所以将印刷电路铜板插入FeCl3溶液中时会发生反应生成FeCl2和CuCl2，其反应的离子方程式为：2Fe3Cu=2Fe2Cu2；如果要将它设计成原电池，则应选用铜
11、作原电池的负极，这样使铜与FeCl3溶液反应，再选一个比铜不活泼的金属或其他导电物质作正极，如选择银或石墨等作为正极材料；由于劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显，所以应找一种盐溶液来与不锈钢反应，在所提供的四种物质中能形成盐的有三种：浓硫酸和NaOH、浓硫酸和氧化铜、浓硫酸与铜。但第一种形成的Na2SO4不与铁反应，第二种浓硫酸(或加水形成稀硫酸)和氧化铜反应后得到硫酸铜溶液，再与铁反应生成铜和硫酸亚铁溶液，第三种浓硫酸与铜反应也能得到硫酸铜，但同时会得到有毒气体二氧化硫，所以第二种方法最佳，最佳的方法是选择浓硫酸和氧化铜反应配制盐溶液。【答案】(1)2Fe3Cu=2Fe2
12、Cu2(2)装置如图所示；Fe3e=Fe2(或2Fe32e=2Fe2)；Cu2e=Cu2(3)CuOH2SO4=CuSO4H2O，CuSO4Fe=FeSO4Cu不锈钢表面有红色物质生成某同学欲利用化学反应FeCu2=Fe2Cu设计一个简易原电池，电池方案设计了如图所示的两个，但都还没有完成。(1)请你从两个未完成的方案中任选一个继续完成电池的设计。设计要求：在你选择的图上继续完成设计，不再重新画图；所需要的试剂和材料自选，但必须符合原电池工作原理的要求；用符号标出原电池的正、负极，用化学式或名称对有关的化学试剂、材料进行标注；用适当的符号标出原电池中电子的流向。答案：如图所示：(2)在你的完整
13、设计的基础上写出电极反应式负极：Fe2e=Fe2；正极：Cu22e=Cu。解析：负极材料必须是铁，正极材料只要是金属活动性比铁弱的导体皆可；电解质溶液必须含有Cu2，具体的化合物只要合理即可；对金属导线写成具体导线的名称或化学式也可。图中的电解质溶液液面的高度，必须达到左右管液体相通的程度。若出现其他形式的答案，如在金属导线上串联上电流计、灯泡、开关等；选择X图进行设计，设计上了盐桥等，只要合理即可。1原电池产生电流的本质原因是(D)A原电池中溶液能电离出自由移动的离子B有两根导线将两个活泼性不同的电极连接C电极上进行的氧化还原反应的生成物为电子D电极上进行的氧化还原反应中会有电子的转移解析：
14、原电池产生电流的本质原因是在原电池的一极进行氧化反应另一极进行还原反应，发生氧化反应的一极所失去的电子沿导线流向另一极从而形成电流。2下列关于原电池的叙述中正确的是(A)A在锌、铜、CuSO4溶液组成的原电池中，负极质量减轻，正极质量增加B在铁、铝、稀硫酸组成的原电池中，电子由铁片通过导线流向铝片C在锌、铜、稀硫酸组成的原电池中，当电池工作时，硫酸根离子向正极移动D在镁、铝、稀NaOH溶液组成的原电池中，镁是负极，铝是正极解析：A项，锌作负极，电极反应式为Zn2e=Zn2，负极质量减轻，铜作正极，电极反应式为Cu22e=Cu，正极质量增加，故A正确；B项，铝作负极，铁作正极，电子由铝片(负极)
15、通过导线流向铁片(正极)，故B错误；C项，H向正极移动，得到电子，发生还原反应，则硫酸根离子必然向负极移动，这样才能形成一个闭合回路，故C错误；D项，虽然镁的金属活动性比铝强，但镁不与NaOH溶液反应，而铝能与NaOH溶液反应，即在此环境中铝更容易失去电子，铝作负极，镁作正极，故D错误。3如图所示的装置中，M为活动性顺序位于氢之前的金属，N为石墨棒，关于此装置的下列叙述中，不正确的是(D)AN上有气体放出BM为负极，N为正极C是化学能转变为电能的装置D导线中有电流通过，电流方向是由M到N解析：原电池中活泼金属为负极，失去电子，即M为负极，溶液中的氢离子在正极得到电子被还原为H2，则N为正极，电
16、流方向与电子流向相反，应由正极(N)流向负极(M)。4有a、b、c、d四种金属。将a与b用导线连接起来，浸入电解质溶液中，外电路电流从b流向a。将a、d分别投入等浓度盐酸中，d比a反应剧烈。将铜浸入b的盐溶液里，无明显变化。如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是(B)Adcab BdabcCdbac Dbadc解析：本题考查金属活动性强弱的判断。原电池中，电流从正极流向负极，负极材料比正极材料活泼，故活泼性：ab；与酸反应越剧烈，金属越活泼，则活泼性：da；铜不能置换出盐溶液中的b，故活泼性：dabCu；Cu能置换出盐溶液中的c，故活泼性：Cuc；综上所述
17、，活泼性顺序为dabc。5在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式：2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。下列说法正确的是(D)A铁片发生还原反应而被腐蚀B铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域C铁片腐蚀中负极发生的电极反应：2H2OO24e=4OHD铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀解析：铁作负极，发生失电子的氧化反应，选项A错误；铁片负极腐蚀最严重，由于离子的移动，在正极与负极之间的区域生成铁锈最多，选项B错误；铁作负极
18、，发生失电子的氧化反应，即Fe2e=Fe2，选项C错误；D项，铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀，铁作负极，碳作正极，选项D正确。6对于锌、铜和稀H2SO4组成的原电池装置中，当导线中有1 mol电子通过时，理论上两极变化是(A)锌片溶解了32.5 g 锌片增重32.5 g铜片上析出1 g H2 铜片上析出1 mol H2A和 B和C和 D和解析：锌铜原电池中，锌作负极，失去1 mol e时理论上溶解锌32.5 g，同时铜作正极铜片上有0.5 mol H2放出。7(1)在铜锌原电池中，以硫酸铜为电解质溶液，锌为负极，电极上发生的是氧化反应(填“氧化”或“还原”)，电极反
19、应式为Zn2e=Zn2，锌片上观察到的现象为锌片溶解；铜为正极，电极上发生的是还原反应(填“氧化”或“还原”)，电极反应式是Cu22e=Cu；铜片上观察到的现象是铜极变粗，原电池反应的离子方程式为ZnCu2=Zn2Cu。(2)在由铜片、锌片和200 mL稀H2SO4组成的原电池中，若H2只在铜片上产生，当在铜片上放出3.36 L(标准状况)的H2时，H2SO4恰好用完，则产生这些气体消耗的Zn为9.75 g，在导线上有0.3 mol电子通过，原稀H2SO4的物质的量浓度是0.75_mol/L。8某学习小组对原电池的构成及形成条件做如下探究性实验，请你对可能的现象作出推测，并作出合理的解释。解析：1、2组未形成闭合电路不能构成原电池；3、4、5组都形成闭合电路，能构成原电池；6组两个电极都用Zn，同种金属活泼性相同，无法构成原电池；7组两个电极都不能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应，构不成原电池；8、9组均构成原电池。
