1、第2课时 化学反应为人类提供能量 1.了解原电池的构成和工作原理。2.知道构成原电池的条件。3.了解化学能与电能的相互转化以及化学反应的其他应用。4.了解常见的化学电源。一、化学反应为人类提供能量 1.化学反应中的能量转化形式:2.化学能转化成电能:(1)原电池:概念:把化学能转化为_的装置。工作原理:(以锌铜原电池为例)电能 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 _ _ 反应类型 _反应 _反应 外电路电子 流向 由_片沿导线方向流向_片 内电路离子 流向 溶液中的_向正极移动,在铜片上_被还原为氢气而逸出 Zn-2e-=Zn2+2H+2e-=H2 氧化 还原 锌 铜 H+得
2、电子(2)原电池的构成条件:两个电极:相对活泼的金属作_，相对不活泼的金属或能 导电的非金属作_；一个溶液:两个电极插入_溶液中；一个回路:用导线连接成_或直接接触。(3)常见电池:干电池:又称_电池，如锌锰干电池。蓄电池:又称_电池，如铅蓄电池。燃料电池:能量转化率高，无污染。负极 正极 电解质 闭合回路 一次 二次 二、化学反应在其他领域中的应用 1.了解土壤中营养元素的_及_，以做到合理施肥，达 到提高农业生产水平的目的。2.在病理诊断化验、药品质量鉴定、环境监测等领域对样品进 行分析。种类 含量【思考辨析】1.判断正误:(1)化学能只能与电能之间相互转化。()分析:化学能不只和电能之间
3、相互转化，还能与光能、热能之 间相互转化。(2)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流计指针发生偏 转。()分析:酒精不是电解质，不能构成闭合回路,不能形成原电池，电流计指针不会发生偏转。(3)原电池中外电路中的电子的流向是由正极流向负极。()分析:原电池中外电路中的电子的流向是由负极流向正极的。(4)原电池的正极发生还原反应，负极发生氧化反应。()分析:原电池的负极失电子，发生氧化反应；原电池的正极，溶液中的阳离子在此得电子，发生还原反应。2.问题思考:(1)请讨论作原电池两极的材料有什么样的要求?提示:首先必须能导电，如金属材料、石墨等；其次，若两极都是金属，则活泼性必须不同，且一般负极材
4、料和电解质溶液能发生化学反应。(2)原电池工作时，负极失去电子的总数与正极得到电子的总数有何关系，为什么?提示:原电池中，负极失去电子发生氧化反应，正极上得到电子发生还原反应，根据氧化还原反应中电子守恒定律知，正极上得电子总数与负极上失电子总数相等。【知识链接】化学能:化学能是物质发生化学反应时所释放的能量，是一种很隐蔽的能量，它不能直接用来做功，只有在发生化学变化的时候才释放出来，变成热能或者其他形式的能量。电极:在电池中电极一般指与电解质溶液发生氧化还原反应的位置。原电池中电极有正负之分，一般正极获得电子发生还原反应；负极失去电子发生氧化反应。电极可以是金属或非金属，只要能够与电解质溶液交
5、换电子，即成为电极。一、原电池的工作原理及正负极的判断方法 1.原电池的判断方法“四看”:2.原电池工作原理:3.原电池正、负极的“四种”判断方法:【学而后思】(1)“原电池的两个电极的电极材料必须都是金属电极”的说法是否正确？试举例说明。提示:不正确。对于原电池的两个电极来说不一定都是金属电极，如干电池的正极就是石墨电极，是非金属。(2)原电池的电极材料是否一定参加电极反应？试举例说明。提示:不一定。原电池的电极材料有的参加电极反应，如铜锌原电池的负极材料金属锌表现为电极溶解，但是有的原电池负极材料并不参与电极反应(如燃料电池)；原电池的正极材料通常不参与电极反应，如铜锌原电池的正极材料金属
6、铜不参加反应。二、原电池原理的相关应用 1.加快氧化还原反应的速率:实验室用Zn和稀硫酸(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、稀硫酸(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: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，根据电极现象判断出A是负极，B是正极；通常情况下，由原电池原理可知，金属活动性AB，则原电池中，活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。3.设计原电池:利用Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2的氧化还原反应可设计成原电池，该原电池的电极反应式为 负
7、极(Cu):Cu-2e-=Cu2+(氧化反应)，正极(C):2Fe3+2e-=2Fe2+(还原反应)。4.金属腐蚀防护:在轮船外壳上镶嵌锌块，在海水中形成原电池，锌作负极失去电子，保护铁不被腐蚀。【学而后思】(1)某同学设计原电池时将锌片和铜片作电极插入蔗糖溶液并用导线相连，请问该同学能成功吗？并分析其原因。提示:不会成功。因为蔗糖不是电解质，缺少构成原电池的条件之一电解质溶液。(2)反应CaO+H2O=Ca(OH)2是一个放热反应，请思考能否根据该反应来设计原电池？为什么？提示:不能。该反应虽是一个放热反应，但其不是一个氧化还原反应，构成原电池的反应必须是自发的氧化还原反应。类型 一 原电池
8、的原理【典例】如图所示是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做 完实验后，在读书卡上的记录如下，则卡片上的描述合理的是 ()实验后的记录:Cu为负极，Zn为正极 Cu极上有气泡产生，发生还原反应 向Cu极移动 若有0.5 mol电子流经导线，则可产生0.25 mol气体 电子的流向是:CuZn 正极反应式:Cu-2e-=Cu2+，发生氧化反应 A.B.C.D.24SO【解题指南】解答本题要注意以下两点:(1)熟练掌握原电池的原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。(2)原电池外电路中电子的流向是从负极流向正极。【解析】选B。铜锌形成原电池的时候，锌是负极，铜为正极；由于锌失去电子变成锌离子
9、进入溶液中，电子通过外电路流向正极，溶液中的氢离子在正极上得到电子，变成氢气，发生还原反应；由于阳离子向正极移动所以阴离子硫酸根离子向负极移动；若有0.5 mol电子流经导线，由于正极的电极反应式为2H+2e-=H2，所以会产生0.25 mol的氢气；电子的流向是由负极流向正极，所以应该是由ZnCu；正极反应式是2H+2e-=H2，发生还原反应。【互动探究】(1)若将上题图示中的电解质溶液变成硫酸铜溶液，能否形成原电池？若能，请写出电极反应式；若不能，请说明理由。提示:可以形成，只不过是溶液里的氢离子参加反应变成铜离子参加反应。其电极反应如下:负极(Zn):Zn-2e-=Zn2+；正极(Cu)
10、:Cu2+2e-=Cu。(2)若此原电池有0.5 mol电子流经导线，此时锌电极的质量将如何变化？提示:由原电池原理可知，锌电极的质量将减少，由Zn-2e-=Zn2+可知，减少的质量为16.25 g。【变式训练】(2013汕头高一检测)某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是()A.a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B.a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2+2e-=Cu C.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 D.a和b用导线连接时，铁片上发生的反应为Fe-3e-=Fe3+【解析】选D。a和b不连接时，未形成原电池，所以铁会与铜离子发生置换反
11、应，铁片上会有金属铜析出；a和b用导线连接时，形成原电池，铜为正极，所以正极发生的反应为Cu2+2e-=Cu；无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液中的铜离子浓度均会减小，铁离子浓度均会变大，所以溶液会逐渐从蓝色变成浅绿色；a和b用导线连接时，铁片为负极，所以铁片上发生的反应为Fe-2e-=Fe2+。【变式备选】(2013延边高一检测)氢氧燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，它是以铂作电极，KOH溶液作电解液，总反应为2H2+O2=2H2O，正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，下列叙述不正确的是()A.H2通入负极区 B.O2通入正极区 C.负极发生氧化反应 D.正极发生氧化反应【
12、解析】选D。根据原电池的原理，还原性的物质应该在负极上发生反应，氧化性的物质应该在正极上发生反应，根据总反应，H2通入负极区，O2通入正极区，对应的负极发生氧化反应而正极发生还原反应。类型 二 原电池原理的应用【典例】将金属A和金属B分别放入稀硫酸中有氢气生成。若把金属A和金属B相连后投入稀硫酸中发现A被腐蚀，B未被腐蚀，关于A、B的叙述正确的是()A.金属活泼性AB B.还原性BA C.在后者装置中金属A发生还原反应，金属B发生氧化反应 D.金属A的表面有明显气泡产生，金属B表面无明显现象【解题指南】解答本题时要注意以下两点:(1)原电池中负极金属活泼性强而被氧化腐蚀。(2)原电池内部阳离子
13、向正极移动在正极上得电子。【解析】选A。由于当A、B形成原电池时A被腐蚀，说明A作原电池的负极，活泼性强于B，故A的还原性也强；A作原电池的负极，失电子，被氧化，发生氧化反应，金属B作正极，溶液中的H+在这里得电子生成H2，放出气泡，B电极并未发生反应。【名师点评】讲解本题时应注意以下3点:(1)强调学生熟记金属活动性顺序，即钾钙钠镁铝，锌铁锡铅氢，铜汞银铂金。(2)通过本题的讲解让学生进一步熟悉如何通过原电池判断金属的活泼性强弱。(3)让学生进一步理解原电池的工作原理。【方法规律】金属活动性强弱的判断方法(1)与水或酸反应置换出氢气的难易程度。(2)最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱。(3)
14、置换反应。(4)阳离子氧化性的强弱。(5)通常情况下原电池中负极金属强于正极。【变式训练】(2013惠州高一检测)把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀硫酸中，用导线两两连接，可组成若干原电池。若 a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为正极；b、d相连时，b为正极。则下列说法正确的是()A.b的活动性一定在氢之后 B.若a与b相连，则a为原电池的正极 C.若c与b相连，则b极上发生氧化反应 D.若将稀硫酸换为NaOH溶液，a、c分别为镁、铝，则a极上有气泡产生【解析】选D。由于两两连接形成原电池，当a、b相连时，a为负极，所以金属性ab；c、d相连时，c为负极，所以金属
15、性cd；a、c相连时，c为正极，所以ac；b、d相连时，b为正极，所以db，根据以上分析，所以金属性的大小关系是acdb。则根据相关的分析可知，答案选D。1.(2013徐州高一检测)下列关于原电池的叙述正确的是()A.原电池将化学能转化为电能 B.原电池负极发生的反应是还原反应 C.原电池在工作时其正极不断产生电子并经过外电路流向负极 D.原电池的电极只能由两种不同的金属构成【解析】选A。原电池是将化学能转化成电能的装置，A正确；原电池的负极失电子发生氧化反应，B不正确；原电池在工作时，负极的电子不断流向正极，C不正确；原电池的两个电极既可以是金属电极，也可以是非金属电极，D不正确。2如图所示
16、装置的叙述中正确的是()A.铜是阳极，铜片上有气泡产生 B.铜片质量减少 C.电流从锌片经导线流向铜片 D.氢离子在铜片表面被还原【解析】选D。原电池的电极是正负极，而非阴阳极；锌片作负极，所以锌片溶解；电子的流向是从锌片流向铜片，而电流的流向和电子的流向相反，应该是从铜片流向锌片；氢离子向正极铜片移动在正极上得到电子被还原。3.如图装置中，M棒变细，N棒变粗。由此判断下表所列M、N、R物质，其中合理的是()【解析】选C。由于D中蔗糖溶液不是电解质溶液，故D不正确；M棒变细，N棒变粗，则M为负极，N为正极，M的金属活动性比N强，故B错误；N棒变粗则电解质溶液中有能得电子的金属阳离子，故A不正确
17、。M N R A 锌 铜 稀硫酸 B 铜 铁 稀盐酸 C 铁 铜 硝酸银 D 铜 铁 蔗糖溶液 4.将铜棒和铝棒用导线连接后插入浓硝酸溶液中，下列叙述中正确的是()A.该装置能形成原电池，其中铝是负极 B.该装置能形成原电池，其中铜是负极 C.该装置不能形成原电池 D.以上说法均不正确【解析】选B。由于铝与浓硝酸发生钝化，而铜棒可以与浓硝酸发生反应，所以该装置可以形成原电池，所以铜是负极，铝是正极。5.(2013淄博高一检测)由ZnCuH2SO4组成的原电池，工作一段时间后，锌片的质量减少了6.5 g。求:(1)原电池的_极生成氢气_ L(标准状况)。(2)已知:1 mol氢气完全燃烧放出28
18、5.8 kJ的热量。将(1)中获得的氢气燃烧，可以得到_ kJ的热量。(3)若将电解质溶液改为硫酸铜溶液，当电池输出相同的电量时，电池两极的质量差为_(已知初始时两电极质量相等)。【解析】(1)由于ZnCuH2SO4组成原电池后，锌是负极，铜是正极，所以负极发生的电极反应是Zn-2e-=Zn2+，所以当锌片减少6.5 g时，原电池转移的电子的物质的量是0.2 mol，所以正极上会产生0.1 mol的氢气，所以氢气的体积在标准状况下是2.24 L。(2)由于1 mol氢气完全燃烧放出285.8 kJ的热量，所以 0.1 mol的氢气燃烧放出的热量是0.1285.8 kJ=28.58 kJ。(3)
19、若将电解质溶液改为硫酸铜溶液，则正极上会析出铜，析出铜的物质的量是0.1 mol，所以析出的铜的质量是6.4 g，由于负极减少的质量是6.5 g，所以两极的质量差值是6.5 g+6.4 g=12.9 g。答案:(1)正 2.24 (2)28.58 (3)12.9 g 原电池构成条件的实验探究 上图是铜锌原电池示意图，某同学为了进一步探究该原电池的构成条件及原电池外电路上电子的流向，进行了以下实验探究:(1)若单独将锌片插入H2SO4溶液中有什么现象？为什么？提示:锌片逐渐溶解，有大量气泡产生。因为锌的活泼性比氢强，所以锌可以将氢离子还原成氢气。(2)若单独将铜片插入H2SO4溶液中有什么现象？
20、为什么？提示:铜片不溶解，无气泡产生。原因是铜的活泼性比氢弱，所以铜不能将氢离子还原成氢气。(3)将锌片,铜片平行插入H2SO4溶液中，有什么现象？提示:锌片逐渐溶解，在锌片上产生大量气泡，铜片无变化。(4)若将锌片,铜片用一导线连接再浸在H2SO4溶液中，有什么现象？提示:锌片逐渐溶解，铜片上有大量气泡产生。(5)铜片与稀硫酸不反应，但与锌片相连后，铜片上为什么有气泡产生？气体是什么？导线间接一电流计有何现象产生？为什么？提示:当铜片和锌片用导线相连后浸入稀硫酸中，形成原电池，锌作负极，铜作正极，锌片失去电子逐渐溶解形成锌离子进入溶液中，电子通过外电路由负极流向正极，溶液中的氢离子在铜电极上得到电子形成氢气放出。若在导线间连接一电流计会看到电流计指针发生偏转，原因是导线上有电子通过，电子的定向移动就会形成电流。(6)通过上述实验，请总结构成原电池的条件是什么？提示:通过上述实验，构成原电池的条件有3点:有活动性不同的两个电极；电解质溶液；形成闭合回路。
