1、第二章 化学反应与能量 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)自 主 预 习 探 新 知 一、一次能源和二次能源分类定义实例 一次能源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、得到的能源电力、蒸汽、水煤气等二次能源中的是应用最广泛，使用最方便，污染最小的能源。直接加工 转换电能二、化学能
2、转化为电能1火力发电简称火电(1)火电是通过燃烧，使能转变为能，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燃烧蒸汽发电机电能。化石燃料化学热热能机械能2原电池(1)实验探究(以铜锌稀 H2SO4 原电池为例)(2)电子流向从片流出，通过导线流入片，Zn 片上发生反应，Cu 片上发生反应。(3)原电池的定义：将能转变为能的装置；原电池反应本质是。(4)电极名称：锌铜原电池中，Zn 作极，Cu 作极。ZnCu氧化还原化学电氧化还原反应负正三、发展中的化学电源1干电池最早使用的化学电池是，它是一种电池，放完电后不能再使用。锌锰电池一次性(1)锌锰电池负
3、极：正极：电解质：NH4Cl(2)碱性锌锰电池：将锌锰干电池中的电解质换成湿的，并在构造上作了改进。NH4Cl锌筒石墨棒KOH2充电电池充电电池又称电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以进行，使电池恢复到放电前的状态。(1)铅蓄电池：正极材料为，负极材料为，电解质为。二次逆向PbO2Pb稀硫酸(2)镍镉电池：正极材料为，负极材料为，电解质为。(3)碱金属中的是最轻的金属，活动性，是制造电池的理想物质。电池是新一代可充电的绿色电池。NiO(OH)CdKOHLi极强锂离子3燃料电池(1)燃料电池是通过与分别在两个电极上发生反应，将能直接转化为能的装置。(2)燃料电池与火力发电相比，其燃
4、料的利用率、能量转化率。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物，而是由外设装备提供和等。燃料氧化剂氧化还原化学电高高不是储存在电池内部燃料氧化剂(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：(氧化反应)；正极：O22H2O4e=4OH(还原反应)；总反应：2H2O2=2H2O。2H24OH4e=4H2O1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
5、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D锌锰干电池中，锌电极是负极答案 B 3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，
6、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)Cu2 2e=Cu(3)变大(4)DABC核 心 突 破 攻 重 难 原电池的组成和工作原理 1.原电池的构成1两个活泼性不同的金属或一个是 金属，另一个是导电的非金属电极2两电极均插入电解质溶液中3形成闭合回路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 A
7、l，正极为 Mg；AlFeCu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()C A 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=H2C甲烧杯中，电子从锌片流出，流入铜片D两烧杯中，SO24 均移向铜片C A 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 SO24 移向锌片，乙装置中SO24 自由移动，无方向性。原电池原理的三大应用 1.加
8、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
9、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()AXYZ BXZYCYXZDYZXC X 浸入 Z 的硝酸盐溶液中，X 的表面有 Z 析
10、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，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=2Fe
11、2Cu2(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 PbSO24 2e=PbSO4。负极本身不反应氢氧(酸
12、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 2FeO24 10H6e=Fe2O35H2OC该电池放电过程中电解质溶液浓度不变D电池
13、工作时 OH向正极迁移A Zn 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2FeO24 6e8H2O=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，目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应为 LiMnO
14、2=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=MnO2DLi 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：PbO22e4HSO24=PbSO42H2O答案 D7
15、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D O22H2O4e=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=CO23 7H2O。由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液的 c(OH)将减小。当 堂 达 标 提 素 养 1下列有关能源的说法错误的是()
16、A风能是人类通过风车等工具获取的能源，但属于一次能源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
17、。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 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()A BCDB 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，SO24 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 AZn
18、CuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DZnFeCuCl2 C 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，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；
19、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，_
20、(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 FeO24 3e4H2O=Fe(OH)35OH 正(2)B H22e2OH=2H2O点击右图进入 课 时 分 层 作 业 Thank you for watching!