1、第2节 化学反应与能量转化 基础课时9 化学反应能量转化的重要应用化学电池 第2章 化学键 化学反应规律 学习任务1.通过“初识氢氧燃料电池”“设计一个简单的原电池”等活动，认识到原电池能将化学能转化为电能，并建立关于原电池构成的认识模型，发展“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养。2.了解化学电池的工作原理及构成条件，学会设计原电池，形成“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。3.能举例说明化学能转化成电能的实例及其应用。了解研制新型电池的重要性及常用的化学电池，形成“科学态度与社会责任”的化学学科核心素养。必备知识自主预习储备 NO.1一、原电池的构造1原电池一种利用_将_直接转化成电
2、能的装置。氧化还原反应化学能2初识氢氧燃料电池负极反应：_。正极反应：_。总反应方程式：_。此装置中的能量变化：_能转化为_能。稀硫酸的作用：_，导线的作用：_。2H24e=4HO24e4H=2H2O2H2O2=2H2O化学电传导电荷传导电子3原电池的构造导电的固体电解质导线氧化还原 燃料电池是利用燃料(如 H2、CO、CH4 等)跟氧气反应从而将化学能转化成电能的装置。如图是关于 CO 空气燃料电池(KOH 作电解质)。完成下列表格：a 极为_极发生_ 通入_ b 极为_极发生_ 通入_ 内电路中钾离子移动方向 由 a 极向 b 极移动提示：一氧化碳空气燃料电池中，一氧化碳为负极，发生氧化反
3、应；氧气为正极，发生还原反应；外电路中电子由负极流向正极；内电路中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。a 极为_极发生_ 通入_ b 极为_极发生_通入_ 内电路中钾离子移动方向 由 a 极向 b 极移动负氧化反应一氧化碳气体正还原反应空气二、设计原电池及常见化学电源分类1基本思路2实例(1)原电池设计依据Zn2H=Zn2H2实验现象 选择负极反应物：_确定负极选择负极材料：_选择正极反应物：_确定正极选择正极材料：_选择离子导体：_构成闭合回路选择电子导体：_锌片_；正极材料_Zn Zn HCu 稀硫酸导线逐渐溶解表面有气泡产生(2)装置3常见化学电源的分类 判断正误(正确的打“”，错误的打
4、“”)。(1)HClNaOH=NaClH2O 是放热反应，可以设计成原电池。()(2)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转。()(3)在铜、锌及稀硫酸构成的原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌。()(4)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子。()(5)铅蓄电池是常见的一次电池。()答案(1)(2)(3)(4)(5)关键能力情境探究达成 NO.2学习任务1 学习任务2 原电池的工作原理及正、负极的判断下图是某同学设计的两个实验装置1甲、乙两个装置是原电池吗？提示：是，因为 FeCl3 与 Fe、Cu 均反应。2若是原电池，指明正、负极。提示：甲中铁片为负
5、极，铜片为正极；乙中铜片为负极，石墨棒为正极。1原电池工作原理示意图(以铜锌原电池为例)2正、负极的判断(大多数原电池)判断正负极时应注意的几个问题(1)活泼性强的不一定是负极，如镁和铝放入氢氧化钠溶液中形成原电池，铝是负极；铜和铝放入浓硝酸中形成原电池，由于铝的钝化，铜是负极。(2)燃料电池中电极不参与反应，通入燃料的一极为负极，通入助燃剂(一般为氧气)的一极为正极。(3)如果给了电池反应，正负极还可以根据化合价的改变来判断，化合价升高的物质失电子，为负极；化合价降低的物质得电子，为正极。【例题】(2021德州高一检测)某同学为了探究原电池产生电流的过程，设计了如图实验。(1)打开 K，观察
6、到的现象为_。(2)关闭 K，观察到的现象是_。此电池负极的电极反应式为_。(3)关闭 K，溶液中阳离子向_(填“Zn”或“C”)极移动，外电路中，电子流动方向是_。解析(1)打开 K，锌与硫酸铜接触，置换出铜，所以可以看到锌棒上附着有红色固体。(2)关闭 K，形成原电池，锌作负极，碳作正极，溶液中的铜离子在碳棒上得到电子生成铜，看到碳棒上附着有红色固体；负极反应为 Zn2e=Zn2。(3)关闭 K，溶液中的阳离子向正极移动，即向碳棒移动，电子从锌出来经过导线流向碳棒。答案(1)锌棒上附着有红色固体(2)碳棒上附着有红色固体 Zn2e=Zn2(3)C ZnC(或负极正极)1在盛有稀硫酸的烧杯中
7、放入导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是()A正极附近的 SO24 浓度逐渐增大B电子通过导线由铜片流向锌片C正极有 O2 逸出D铜片上有 H2 逸出D 本题符合铜锌原电池的形成条件，原电池工作时，电子由负极(锌)经外电路(导线)流向正极(铜)。负极锌片的电极反应为 Zn2e=Zn2；正极铜片的电极反应为 2H2e=H2，总反应为 Zn2H=Zn2H2，原电池中没有 O2 产生。没有参与反应的 SO24浓度不会逐渐增大。2氢氧燃料电池可以用在航天飞机上，其反应原理示意图如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法不正确的是()A该电池工作时化学能转化为电能B该电池中电极 b 是正极，发生还原反应C电
8、流由电极 a 通过导线流向电极 bD该电池的总反应为 2H2O2=2H2OC 氢氧燃料电池是原电池，工作时化学能转化为电能；该电池中电极 b 是正极，发生还原反应；电流由电极 b 通过导线流向电极 a；电池的总反应为 2H2O2=2H2O，故选 C。原电池原理的应用利用生活中常用物品，根据反应 Fe2H=Fe2H2，自己动手设计一个原电池，并证明其产生了电流(物品已有，功能正常的耳机)。1正、负极材料可选用什么物品？提示：负极材料选用铁片，正极材料可选用废旧干电池的石墨棒(或铜片等，合理即可)。2离子导体选用什么物质？提示：食醋等酸性物质。3画出装置图，并指出证明有电流产生的现象。提示：，耳机
9、发出“嚓嚓嚓”的声音。原电池原理的应用1加快化学反应速率实验室用锌和稀硫酸反应制备氢气时，常用粗锌，产生氢气的速率更快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸构成原电池，电子定向移动，加快了锌与硫酸反应的速率。2比较金属的活泼性一般情况下，在原电池中，负极金属的活泼性比正极金属的活泼性强。3设计原电池(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。(2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。1把 a、b、c、d 四块金属片浸入稀疏酸中，用导线两两相连组成原电池。若 a、b 相连时，a 为负极；c、d 相连时，电流由 d 到 c；b、c 相连时，c 上有大量气泡；b、d 相连时，d
10、上有大量气泡产生，则这四种金属的活动顺序由强到弱为()AabcdBacbdCcabdDbdcaA 由“a、b 相连时，a 为负极”可知金属 a 的活泼性金属 b的活泼性，由“c、d 相连时，电流由 d 到 c”知金属 c 的活泼性金属 d 的活泼性，由“b、c 相连时，c 上有大量气泡”知金属 b 的活泼性金属 c 的活泼性。2一个原电池总反应为 ZnCu2=Zn2Cu，该电池材料及电解质溶液可能是()选项正极负极电解质溶液 AZnCuCuCl2 BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DAgCuCuSO4C 原电池总反应为 ZnCu2=Zn2Cu，可得出其负极反应：Zn2e=Zn2(氧化反应
11、)，正极反应：Cu22e=Cu(还原反应)，因此负极材料只能是 Zn。正极为 Cu2得电子还原成铜，电解质应为可溶性铜盐，正极材料为活泼性比 Zn 弱的 Cu、Fe(或 C、Pt)等。3将等质量的两份锌粉 a、b 分别加入过量稀硫酸中，同时向 a中加少量 CuSO4 溶液，图中产生 H2 的体积 V(L)与时间 t(min)的关系，其中正确的是()A B C DA a 中加入 CuSO4 溶液，被置换出的铜覆盖在锌的表面，形成原电池，产生 H2 的速率加快，反应所需时间缩短，但置换铜时消耗了一部分锌，故与稀硫酸反应的锌的质量减少，完全反应后生成的H2 的量比 b 少。学习效果随堂评估自测 NO
12、.31 2 3 4 5 1某活动小组设计原电池装置，你认为设计合理的是()A B C D1 2 3 4 5 B 由原电池的构成条件可知，A 项中两个电极材料相同，不能形成原电池；C 项中没有形成闭合回路，不能形成原电池；D 项中酒精为非电解质，也不能形成原电池；B 项中 Fe 与 CuSO4 溶液能反应，形成闭合电路，能形成原电池。1 2 3 4 5 2下列关于原电池的叙述中错误的是()A电子流入的一极为正极B一般不活泼的一极为正极C电子流出的一极为负极D发生氧化反应的一极为正极1 2 3 4 5 D 电子流入的一极为正极，A 正确；一般不活泼的一极为正极，B 正确；电子流出的一极为负极，C
13、正确；发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极，D 错误。1 2 3 4 5 3下列关于如图所示装置的叙述，错误的是()A锌是负极，其质量逐渐减小B氢离子在铜表面被还原，产生气泡C电流从锌片经导线流向铜片D电子从锌片经导线流向铜片1 2 3 4 5 C 电子从负极(锌片)经导线流向正极(铜片)，电流的流向与电子的流向相反，从铜片流向锌片。1 2 3 4 5 4根据下列事实：XY2=X2Y；Z2H2O(冷)=Z(OH)2H2；Z2氧化性比 X2弱；由 Y、W 电极组成的电池，电极反应为 W22e=W、Y2e=Y2。可知 X、Y、Z、W 的还原性由强到弱的顺序为()AXZYW BZWXY
14、 CZYXW DZXYW1 2 3 4 5 D 由得还原性：XY；由知单质 Z 能与冷水反应，Z 为活泼的金属单质；由得还原性：ZX；由得还原性：YW，则有还原性 ZXYW。1 2 3 4 5 5分别按图甲、乙所示装置进行实验，两个烧杯里的溶液为同浓度的稀硫酸，甲中 A 为电流表。请回答下列问题：甲 乙1 2 3 4 5(1)下列叙述正确的是_。A两烧杯中铜片表面均无气泡产生B甲中铜片作正极，乙中铜片作负极C两烧杯中溶液的 H浓度均减小D甲产生气泡的速率比乙的慢1 2 3 4 5(2)甲装置中的能量转化形式：_能转化为_能，乙装置中的能量转化形式：_能转化为_能。(3)某同学发现甲装置中不仅铜
15、片上有气泡产生，且锌片上也产生了气泡，原因可能是_。(4)在甲装置中，若把稀硫酸换成 CuSO4 溶液，试写出铜电极的电极反应_。1 2 3 4 5 解析(1)甲装置为原电池，乙中 Zn 与稀硫酸接触反应；甲装置中铜片作正极，H在铜片上得电子被还原为 H2，形成原电池后产生气泡的速率比乙装置中产生气泡的速率快；随着两烧杯溶液中 H不断被消耗，溶液中的 H浓度均减小。(2)甲装置中，锌、铜及稀硫酸形成原电池，是将化学能转化为电能，乙装置主要是锌与稀硫酸反应，该反应是将化学能转化为热能。(3)锌片上产生气体，原因可能是锌片不纯，锌与杂质形成原电池。(4)若将稀硫酸换成 CuSO4 溶液，则铜片上会析出 Cu。答案(1)C(2)化学 电 化学 热 (3)锌片不纯，锌与杂质形成原电池(4)Cu22e=Cu点击右图进入 基 础 课 时 落 实 谢谢观看 THANK YOU!
