1、第2节化学能与电能第1课时化学能与电能的相互转化1.初步认识化学能不仅可以转化为热能,在一定条件下还可以转化为电能。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并能根据该原理设计简单的原电池。3.会书写简单的电极反应式。围绕原电池的概念、原理和组成,组织学生开展发现性学习活动,在“实现化学能直接向电能转化”的一系列探究实验中,让学生积累解决问题的经验及提高化学实验操作的技能。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a
2、bcdf;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)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。1.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?【答案】不可以;因为设计成原电池的反应必须是氧化还原反应。2.如何判断原电池的正、负极?【答案】失去电子的电极为负极,得到电子的电极为正极(或发生氧化反应的电极为负极,
3、发生还原反应的电极为正极)。3.构成原电池的条件有哪些?【答案】构成原电池的条件有:两个活泼性不同的电极(燃料电池中也可以是两个相同的电极);电解质溶液(或熔融电解质);电极用导线相连并插入电解质溶液(或熔融电解质);能自发进行的一个氧化还原反应。4.原电池原理的应用有哪些?【答案】制作电池、比较金属的活动性强弱、防止金属被腐蚀、提高化学反应速率等。探究:原电池的工作原理及应用按如图所示装置进行实验,回答下列问题:(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
4、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?【答案】(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。1.将铝片、铁片放入稀
5、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。【答案】铝片作负极;因为铝比铁活泼;负极的反应式为Al-3e-Al3+。2.选择合适的正极材料、负极材料、电解质溶液,将反应:Fe+Cu2+Fe2+Cu设计成原电池,并写出正、负极的电极反应式。【答案】铁片作负极,铜片(或石墨)作正极,硫酸铜溶液作电解质溶液;正极反应式:Cu2+2e-Cu;负极反应式:Fe-2e-Fe2+。一、原电池正、负极的判断方法1.根据电极材料判断:一般来讲,活动性较强的金属为负极,活动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:在外电路上,电流由正极流向负极,
6、电子由负极流向正极。3.根据反应类型判断:原电池的负极总是失电子发生氧化反应,正极总是得电子发生还原反应。4.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。二、如何设计原电池1.电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反应,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)。2.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负极,活泼性较弱的金属或能导电的惰性电极材料作正极。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。1.下列各装置中能构成原电池的是()。【答案】B2.能源可分为一次能源和二次能源,自然界中以现成形式提
7、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,下列叙述正确的是()。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【解析】天然气、石油是化石燃料,都是一次能源;电能如火力发电是通过化石燃料的燃烧,使化学能转化为热能,加热使水转化为蒸汽推动蒸汽轮机,然后带动发电机发电得到的,是二次能源;水力是直接从自然界取得的能源,是一次能源。【答案】D3.下列有关原电池的说法中不正确的是()。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【答案】D4.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,请画出原电池的装置图,标出正、负极,并写出电极反应式。正极:;负极:。【解析】根据氧化还原反应:2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+设计原电池,负极发生氧化反应,Cu失电子,正极选择比Cu活动性弱的金属或碳棒,电解质溶液为FeCl3溶液。【答案】(1)2Fe3+Cu2Fe2+Cu2+(2)装置图:;2Fe3+2e-2Fe2+;Cu-2e-Cu2+。
