1、基础课时8化学反应与电能学 习 任 务1根据实验，了解化学能可以转化为电能，理解原电池的构成和原理，培养“科学探究与模型认知”的核心素养。2结合实例，了解常见的化学电池的基本原理与分类，培养“宏观辨识与社会责任”的核心素养。知识点一化学能转化为电能1火力发电(1)火力发电原理：通过化石燃料燃烧时发生的氧化还原反应，使化学能转化为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。间接实现了化学能转化为电能。(2)能量转换过程：化学能热能机械能电能。其中能量转换的关键环节是燃烧(氧化还原反应)。2化学能直接转化为电能原电池(1)定义：把化学能转变为电能的装置。(2)工作原理(以铜锌稀硫酸原
2、电池为例)：原电池原理示意图电极材料电极名称电子流向电极反应式反应类型锌负极流出Zn2e=Zn2氧化反应铜正极流入2H2e=H2还原反应总反应Zn2H=Zn2H2现象：锌片溶解，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转。判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)火力发电是将化学能间接转化为电能的过程。()(2)HClNaOH=NaClH2O是放热反应，可以设计成原电池。()(3)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。()(4)原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应。()在ZnH2SO4Cu形成的原电池中，H、SO如何移动？提示：H向正极移动，SO向负极移动。知识点二常见化学
3、电源1锌锰干电池(1)结构：锌锰干电池是以锌筒作负极，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液。(2)原理：锌锰干电池属于一次电池，放电之后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)。负极发生的电极反应为Zn2e=Zn2，正极发生的电极反应为2MnO22NH2e=Mn2O32NH3H2O。2充电电池(1)充电电池属于二次电池。有些充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。充电电池中能量的转化关系是化学能电能。(2)常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。3燃料电池(了解)(1)燃料电池一种将燃料(如氢气、甲烷、
4、乙醇)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。(2)生活中电动车、手机的电池属于一次电池还是二次电池？提示：电动车、手机的电池都可以反复充电使用，都属于二次电池。已知铅酸蓄电池的原理为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，该铅酸蓄电池的负极材料是_，发生反应的类型为_，电极反应式为_。提示：Pb氧化反应Pb2eSO=PbSO4深化理解原电池的工作原理上面是某实验小组设计的水果电池，你知道其中的工作原理吗？利用下列装置进行探究。装置实验现象实验结论铜片上_铜与稀硫酸_锌片上_锌与稀硫酸_铜片上_，锌片_，电流表指针_该装置将_转化为_(1)装置中，哪个发生的反应更快？
5、(2)中Zn、Cu两极发生的反应类型分别是什么？分别是电池的什么极？(3)中SO移向哪一极？写出正极反应式。(4)中的电流和电子流向如何？提示：无明显现象不反应有气泡产生反应有气泡产生溶解偏转化学能电能(1)反应更快。(2)Zn极发生氧化反应，Cu极发生还原反应。Zn极为负极，Cu极为正极。(3)负极。2H2e=H2。(4)电流：正极导线负溶液正极，电子：负极导线正极。1形成原电池的条件(1)具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)；(2)两电极均插入电解质溶液中；(3)电解质溶液、电极、导线形成闭合回路。(4)有一个能自发进行的氧化还原反应。2原电池的工作原理(1)两反应
6、：正极还原反应；负极氧化反应。(2)三方向：电流方向：正极负极；电子流动方向(导线中)：负极正极；阴、阳离子移动方向(电解质溶液中)；阳离子：负极正极；阴离子：正极负极。注意：(1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，两极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。(2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。1某小组为研究原电池原理，设计如图装置。下列叙述正确的是()Aa和b不连接时，铁片上会有H2产生Ba和b用导线连接时，铁片上发生的反应为Cu22e=CuCa和b用导线连接时，电子由a流向
7、bD无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色DA项，a和b不连接时，铁和Cu2发生置换反应而析出铜，没有氢气生成，错误；B项，a和b用导线连接时构成原电池，铁是负极，铁片上发生氧化反应：Fe2e=Fe2，错误；C项，Fe比铜活泼，形成原电池时Fe为负极，则电子由b流向a，错误；D项，无论a和b是否连接，铁片均会溶解，都生成亚铁离子，溶液由蓝色变为浅绿色，D正确。2如图所示，电流表指针发生偏转，同时a极质量减小，b极上有气泡产生，c为电解质溶液，下列说法错误的是()Ab极为原电池的正极Ba、b、c可能分别为Zn、Cu、稀盐酸Cc中阳离子向a极移动Da极发生氧化反应C原电池中，负
8、极金属失去电子，溶解，质量减小，故a极是负极，b极是正极，根据构成情况判断a、b、c可能分别为Zn、Cu、稀盐酸，A、B两项正确；原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，D项正确。原电池电极的判断原电池原理的应用1锌与H2SO4反应制H2时向溶液中加少量CuSO4后为什么反应速率加快？提示：锌置换出铜构成原电池。2“A稀硫酸B”形成的原电池中，B为正极，则金属A、B的活泼性谁较强？提示：A较强。3“MgNaOH溶液Al”形成的原电池中，负极是什么物质？负极电极反应式如何书写？提示：负极是Al，负极电极反应式为Al3e4OH=AlO2H2O。4
9、根据反应：ZnCuSO4=CuZnSO4，设计简单原电池装置图(注明电极材料和电解质溶液)提示：原电池原理的三个应用1加快反应速率：如实验室制H2用粗锌与酸反应。2比较金属的活泼性：原电池中一般负极金属比正极金属活泼。但注意：“MgNaOH溶液Al”，原电池的负极为Al；“Cu浓硝酸Fe(Al)”，原电池的负极为Cu。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)选择合适的材料电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子
10、的材料；正极材料一般活泼性比负极的弱，也可以是能导电的非金属。电解质溶液：电解质溶液一般能与负极材料反应。3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极有气泡产生，c极无变化d极溶解，c极有气泡产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()Aabcd Bbcda Cdabc DabdcC装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属易失电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，由b极有气泡产生可知金属活动性顺序中b极金属位于氢的前面，c极金属位于氢的后面。装置三和四均形成原电池，根据电极质量变化
11、及电流方向易知d极金属比c极金属活泼，d极金属比a极金属活泼。因此四种金属的活动性顺序为dabc，C正确。4某化学兴趣小组利用反应：Zn2FeCl3=ZnCl22FeCl2，设计了如图所示的原电池装置，下列说法正确的是()AZn为负极，发生还原反应Bb电极反应式为2Fe32e=2Fe2C电子流动方向是a电极FeCl3溶液b电极D电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜电极D根据Cl的移动方向可知，b电极为负极，a电极为正极，根据电池反应式可知，Zn发生失电子的氧化反应，即b电极反应式为Zn2e=Zn2，A、B错误；电子流动方向是b电极导线a电极，C错误；正极材料的活泼性应比负极材料弱，D
12、正确。1下面是四个化学反应，你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是()A2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2B2H2O22H2OCMg3N26H2O=3Mg(OH)22NH3DCH42O2CO22H2O答案C2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。卡片上描述合理的是()实验后的记录：Zn为正极，Cu为负极H向负极移动电子流动方向为由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的物质的量为0.5 mol正极的电极反应式为Zn2e=Zn2A B C DB在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu作正极，电子
13、由Zn流出经导线流向Cu，负极反应式为Zn2e=Zn2，正极反应式为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。3a、b、c都是金属，把a浸入c的硝酸盐溶液中，a的表面有c析出，a、b和酸溶液组成原电池时，b为电池的负极。a、b、c三种金属的活动性顺序为()Aabc BacbCbac DbcaCa能从c的盐溶液中置换出c，金属活动性：ac；a、b和酸溶液组成原电池时，b为负极，则金属活动性：ba。4下列有关电池的叙述不正确的是()A水果电池是方便实用的家用电池B铅酸蓄电池是一种常用的二次电池C氢氧燃料电池是一种高效、无
14、污染的发电装置D锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄A水果电池产生的电流非常微弱且不能连续长时间放电，不能作为家用电池；铅酸蓄电池是一种常用的二次电池；氢氧燃料电池产物为水，无污染；锌锰干电池工作时，Zn放电被消耗，故工作一段时间后，锌外壳会逐渐变薄，B、C、D三项正确，A项错误。5(素养题)有人设计以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病患者的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中有一定浓度的O2和H2O进行工作。请讨论解答：(1)负极材料是_，电极反应式为_。(2)正极材料是_，电极反应式为_。解析以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病患者的心脏起搏器的能源，正极是铂，负极是锌，电解质溶液是人体血液，工作时，负极锌被氧化，血液中的O2得到电子被还原。正极的反应式为O24e2H2O=4OH；负极的反应式为2Zn4e=2Zn2。答案(1)锌2Zn4e=2Zn2(2)铂O22H2O4e=4OH
