1、第三单元化学能与电能的转化第1课时化学能转化为电能化学电源1.通过实验探究认识化学能可以转化为电能。2.从电子转移的角度理解化学能向电能转化的本质及原电池的构成条件。3.会书写简单的原电池的电极反应式及电池总反应方程式(离子方程式)。4.了解常见的化学电源以及它们在生产和生活中的应用。5.了解金属的电化学腐蚀。化学能转化为电能原电池一、原电池的定义把将化学能转变为电能的装置称为原电池。二、原电池的构成条件1电极材料，两种活动性不同的金属或金属和其他导电的材料(非金属或某些氧化物等)。2两电极必须浸在电解质溶液中，两电极之间要用导线连接，形成闭合回路。3氧化还原反应自发进行(较活泼的金属电极材料
2、能与电解质溶液发生氧化还原反应)。三、原电池的工作原理1外电路中：较活泼金属材料作负极，失去电子，电子经外电路流向较不活泼金属或导体(正极)，而使外电路中产生电流。2内电路中：电解质溶液内，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，使电流通过电解质溶液。四、电极反应以铜锌(稀硫酸)原电池为例，如图所示。负极(锌)反应式：Zn2e=Zn2，发生氧化反应；现象：锌不断溶解。正极(铜)反应式：2H2e=H2，发生还原反应；现象：有气泡逸出。总反应式：ZnH2SO4=ZnSO4H2。五、金属的电化学腐蚀1电化学腐蚀(1)条件：不纯的金属跟电解质溶液接触。(2)反应：发生原电池反应。(3)结果：较活泼的金属失
3、去电子而被氧化。2钢铁的腐蚀(1)条件电极：铁和少量碳形成两个电极。电解质溶液：水膜中含有少量H和OH及O2等气体。(2)电极反应(以吸氧腐蚀为例)负极(Fe)反应式：2Fe4e=2Fe2。正极(C)反应式：2H2OO24e=4OH。1下列各装置露置在空气中，能在外电路获得电流的是()解析：选B。A项，两极的材料相同，不能形成原电池；C项，酒精是非电解质，不能形成原电池；D项，没有形成闭合回路，不能获得电流。2已知锌空气电池的电极反应如下：锌电极：Zn2OH2e=ZnOH2O；石墨电极：O2H2O2e=2OH。可以判断石墨电极是()A负极，发生还原反应B正极，发生氧化反应C负极，发生氧化反应D
4、正极，发生还原反应解析：选D。锌空气电池中，失去电子的一极是负极，发生氧化反应，得到电子的一极是正极，发生还原反应。3家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此过程中不能发生的化学反应是()A4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3B2FeO22H2O=2Fe(OH)2CO22H2O4e=4OHDFe3e=Fe3解析：选D。只考虑到Fe与O2在室温下不反应而错选B。洗过的铁锅在空气中放置，可发生吸氧腐蚀。电极反应式分别为负极：2Fe4e=2Fe2，正极：O22H2O4e=4OH；总反应式：2FeO22H2O=2Fe(OH)2，而Fe(OH)2在空气中又易被氧化为Fe(OH)3。1
5、构成原电池的必要条件(1)具有活泼性不同的两个电极，或者是金属与石墨构成的两个电极，而且要求其中较活泼的金属能与电解质溶液发生氧化还原反应。(2)电解质溶液：根据电极的性质选择合适的酸、碱或者盐作为电解质溶液，以利于电极发生化学反应。电解质溶液的作用：一是参与氧化还原反应，二是在溶液中构成闭合回路，起到导电的作用。(3)形成闭合回路：外电路有导线导电，内电路有电解质溶液和电极导电(有时两个电极直接接触可以省略外部导线)。2原电池正、负极的判断方法(1)根据组成原电池的两极材料判断一般是活泼的金属为负极，活泼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中，电流
6、是由正极流向负极，电子流动方向是由负极流向正极。(3)根据原电池中电解质溶液内离子的定向流动方向判断在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。(4)根据原电池两极发生的反应来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。(5)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。正确理解电极反应(1)负极：还原剂ne=氧化产物，正极：氧化剂ne=还原产物；(2)正极上得电子发生还原反应的物质可能是溶液中的阳离子，也可能是电解质溶液中溶解的O2，而正极本身不损耗；(3)负极上失电子的物质可能是电极本身，也可能是其他物质发生氧化反应。3原电池的
7、应用(1)加快氧化还原反应速率如实验室用Zn和稀硫酸(或稀盐酸)反应制H2，常用粗锌，粗锌中的杂质和锌、稀硫酸(或稀盐酸)形成原电池，加快了锌的氧化，使产生H2的速率加快。(2)比较金属的活动性强弱原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。(3)判断金属腐蚀快慢原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。(4)设计原电池从理论上说，任何一个自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。例如：利用Cu2FeCl3=2FeCl2CuCl2的氧化还原反应就可设计成原电池。当原电池的负极材料与电解质溶液不能直接反应时，正极上发生的反应一般为溶解在溶液中的氧气得电子生成氢氧根离子的反应，类
8、似于钢铁的电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是()A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡解析ACu作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO不参加电极反应，故甲池的c(SO)基本不变，错误；C.电池工作时，甲池反应为Zn2e=Zn2，乙池反应为Cu22e=Cu，甲池中Zn2会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64 g Cu析出，则进入乙
9、池的Zn2为65 g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。答案C(1)上述例题的原电池装置中，ZnSO4(aq)与CuSO4(aq)能否互换？(2)上述例题的原电池装置中，电子如何流动？答案：(1)不能。(2)电子从Zn电极经导线流向Cu电极。原电池的工作原理(以铜锌原电池为例) 工作过程中电解质溶液中阳离子向正极移动(如H向Cu片定向移动)，阴离子向负极移动(如SO向Zn片定向移动)；与外电路构成闭合回路。原电池的工作原理1某原电池结构如图所示，下列有关该原电池的说法正确的是()A总电池反应为Mg2H=Mg2H2B镁棒发生还原反应C电子从铜棒经外电
10、路流向镁棒D铜棒为负极解析：选A。A.镁比铜活泼，镁作负极，其总电池反应为Mg2H=Mg2H2，故正确；B.镁失去电子，化合价升高，被氧化，发生氧化反应，故错误；C.根据原电池工作原理，电子从镁经外电路流向铜，故错误；D.镁化合价升高，作负极，故错误。2图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示()A铜棒的质量Bc(Zn2)Cc(H) Dc(SO)解析：选C。图2显示，在铜锌原电池中，随着流入正极的电子的物质的量(x)的增加，y逐渐减小。该铜锌原电池中发生的电池反应：负极(Zn)：Zn2e=Zn2；正极(Cu)：2H2e=H2；随着流入正极的电子的物质的量
11、的增加，铜棒质量不变、c(Zn2)增加、c(H)减小、c(SO)不变。3 MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是()A负极反应式为Mg2e=Mg2B正极反应式为Age=AgC电池放电时Cl由正极向负极迁移D负极会发生副反应Mg2H2O=Mg(OH)2H2解析：选B。该电池中Mg作负极，失去电子发生氧化反应，生成Mg2，A项正确；正极反应为AgCle=AgCl，B项错误；电池放电时，Cl从正极向负极移动，C项正确；在负极，Mg会发生副反应Mg2H2O=Mg(OH)2H2，D项正确。原电池的电极判断4下列关于原电池的说法，正确的是()A在正极上发生氧化反应B一般化学
12、性质较活泼的电极为负极C在外电路中电子流出的一极为正极D原电池中的阳离子向负极移动解析：选B。原电池负极发生氧化反应，A错误；外电路中电子流出的一极为负极，C错误；原电池中阳离子向正极移动，D错误。5如图所示装置均为原电池。下列说法错误的是()A在金属活动性顺序中，Mg在Al之前B电池a中，Al是负极C电池b中，Al是正极D电池a和b中，都是铝片上产生H2解析：选D。在金属活动性顺序中，Mg排在Al之前。在b中，镁为负极，但在a中，铝为负极。6如图所示的装置中可观察到电流计的指针发生偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的组合是()选项MNPA锌铜稀硫酸B铜铁
13、稀盐酸C银锌AgNO3溶液D锌铁Fe(NO3)3溶液解析：选C。该原电池中M棒变粗，N棒变细，说明原电池反应时N棒溶解作负极，在M棒上有金属析出，M棒作正极。A选项中，负极为M棒且反应为Zn2e=Zn2，没有金属析出；B选项中，电解质溶液为稀盐酸，原电池工作时，不会有金属析出；C选项中，正极为M棒且反应为Age=Ag，符合题意；D选项中，正极为N棒且反应为Fe3e=Fe2，没有金属析出。原电池原理的应用7有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置图及部分反应现象如下：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由强
14、到弱的顺序是()Aabcd BbcdaCdabc Dabdc解析：选C。装置甲中，a极质量减小，b极质量增大，a极为负极，b极为正极，所以金属的活动性顺序：ab；装置乙中，b极有气泡产生，c极无变化，所以金属的活动性顺序：bc；装置丁中，电流从a极流向d极，a极为正极，d极为负极，所以金属的活动性顺序：da；装置丙中，d极溶解，所以d是负极，c极有气泡产生，所以c是正极，所以金属的活动性顺序：dc，故这四种金属的活动性顺序：dabc。8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
15、的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应式：_；负极反应式：_。解析：首先分析Fe3与Cu反应中的氧化剂、还原剂，然后依据原电池原理，再设计成原电池。依据反应：2Fe3Cu=2Fe2Cu2，Cu失电子，应为原电池的负极，正极材料选用比铜不活泼的铂丝，或导电的非金属如石墨棒，电解质溶液选用FeCl3溶液。答案：(1)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(2)2Fe32e=2Fe2Cu2e=Cu2化学电源1化学电源人们根据原电池的反应原理，发明并制造了多种多样的化学电源。在日常生活、高科技领域、航天技术中化学电源是不可或缺的。化学电源具有能量转化率高、使用
16、方便、用途广泛等优点。化学电源可分为两类：一次电池、二次电池。其中一次电池又称为一次性电池，其特点是用过之后不能复原；二次电池充电后可重复多次使用。常见的化学电源有锌锰干电池、银锌纽扣电池、铅蓄电池、镍氢电池、氢氧燃料电池、甲醇空气燃料电池等。2常见化学电源的组成与反应原理电池名称电池组成电池反应特点与应用锌锰干电池锌、碳棒、二氧化锰、氯化锌、氯化铵Zn2NH4Cl2MnO2=Zn(NH3)2Cl22MnO(OH)电压1.5 V，用途广泛银锌纽扣电池锌、氧化银、氢氧化钾溶液ZnAg2OH2OZn(OH)22Ag电压1.6 V，放电平稳，电流大铅蓄电池铅、二氧化铅、硫酸PbO2Pb2H2SO42
17、PbSO42H2O电压2.0 V，广泛用于机动车辆镍氢电池贮氢合金、泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液NiO(OH)MHNiOMH2O(MH表示贮氢合金M中吸收结合的氢)电压1.2 V，寿命长，性能好，比能量高氢氧燃料电池铂碳/氢气、铂碳/氧气、氢氧化钾溶液2H2O2=2H2O用于航天飞机、牵引车等甲醇空气燃料电池钯碳/甲醇、铂烧结镍/空气、氢氧化钾溶液2CH3OH3O24OH=2CO6H2O能量转换率高1下列有关电池的说法不正确的是()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，锌电极是负极解析：选B。锂离子电池
18、可以充电后再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流为由铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错；电池的实质是把化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2，故作为负极，D项正确。 2.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，电池放电时的反应为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，下列对电池放电时的分析正确的是()APb为正极被氧化B电子从PbO2流向外电路CSO向PbO2处移动D电解质溶液pH不断增大解析：选D。根据元素化合价变化知，铅失电子被氧化，作还原剂，则铅作负极，故A错误；该原电池中，电子从负极铅沿导线流向正极二氧化铅，故B错误；该
19、原电池放电时，硫酸根离子向负极铅移动，氢离子向正极二氧化铅移动，故C错误；根据电池反应式知，硫酸参加原电池反应被消耗，则溶液中氢离子浓度逐渐减小，溶液的pH逐渐增大，故D正确。3.(2018浙江6月学考)普通锌锰干电池的构造如图所示。其电池反应方程式为Zn2NH4Cl2MnO2=Zn(NH3)2Cl22MnO(OH)。下列说法不正确的是()A石墨做正极B锌发生氧化反应C电池工作时，电子从石墨经导线流向锌D正极的电极反应为NHMnO2e=MnO(OH)NH3答案：C1燃料电池及海水电池(1)氢氧燃料电池()铂碳，H2|KOH溶液|O2，铂碳()。总反应式：2H2O2=2H2O；负极：2H24e4
20、OH=4H2O，正极：O24e2H2O=4OH。(2)甲烷燃料电池将两个Pt电极插入KOH溶液中，再分别通甲烷和氧气，可形成甲烷燃料电池。总反应式：CH42KOH2O2=K2CO33H2O；负极：CH48e10OH=CO7H2O，正极：2O28e4H2O=8OH。(3)甲醇燃料电池()钯碳，甲醇|KOH溶液|空气，铂烧结镍()。总反应式：2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O；负极：2CH3OH16OH12e=2CO12H2O，正极：3O212e6H2O=12OH。(4)海水电池该电池以取之不尽的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。总反应式：4Al3O26H2O=4A
21、l(OH)3；负极：4Al12e= 4Al3，正极：3O26H2O12e=12OH。2电极反应式的书写(1)负极反应式的书写活泼金属作负极时，本身被氧化若生成的阳离子不与电解质溶液反应，可直接写成的产物为金属阳离子。例如：Zn2e=Zn2，Cu2e=Cu2。若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，应写成“金属失电子的反应式”与“阳离子与电解质溶液反应的反应式”相叠加的形式。例如：MgAl(KOH)原电池，负极反应式为Al3e4OH=AlO2H2O；铅蓄电池负极反应式为Pb2eSO=PbSO4。负极材料本身不反应时，常见书写方法H2O2(H2SO4)燃料电池，负极反应式为H22e=2H；H2O2(K
22、OH)燃料电池，负极反应式为H22e2OH=2H2O。(2)正极反应式的书写首先根据化合价变化或氧化性强弱判断哪种微粒得电子，其次确定该微粒得电子后变成哪种形式。例如：H2O2(H2SO4)原电池，正极反应式为O24e4H=2H2O；H2O2(KOH)原电池，正极反应式为O24e2H2O=4OH。3原电池总反应式的书写两电极反应式，得失电子数相等时，将两电极反应式相加即得原电池总反应式。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为H2SO4溶液时)和碱式(当电解质溶液为NaOH溶液或KOH溶液时)两种。如图所示的装置可形成氢氧燃料电池。试回答下列问题：(1)酸式电池的电极反应：负极_，正极_；电池总
23、反应：_；电解质溶液的pH_(填“变大”“变小”或“不变”)。(2)碱式电池的电极反应：负极_，正极_；电池总反应：_；电解质溶液的pH_(填“变大”“变小”或“不变”)。解析燃料电池所用的介质不同，相应的电极反应就不同；但无论如何书写，两电极反应相叠加始终等于燃料的燃烧反应。 (1)正极上，O2得电子变为O2，溶液中O2不能单独存在，酸性条件下与H结合生成H2O；负极上，H2失电子变为H，H进入电解质溶液。电池总反应为H2在O2中的燃烧反应，由于有水生成，溶液将逐渐变稀，故pH增大。(2)正极上，O2得电子变为O2，溶液中O2不能单独存在，碱性条件下与H2O分子结合生成OH；负极上，H2失去
24、电子变为H，碱性条件下H不能大量存在，与OH结合生成水。电池总反应也是H2在O2中的燃烧反应，由于有水生成，c(OH)变小，pH变小。答案(1)2H24e=4HO24e4H=2H2O2H2O2=2H2O变大(2)2H24e4OH=4H2OO24e2H2O=4OH2H2O2=2H2O变小一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H。下列有关说法正确的是()A检测时，电解质溶液中的H向负极移动B若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气C电池反应的化学方程式为CH3CH2OHO2=CH3COOHH2OD正极上发生的反应为
25、O24e2H2O=4OH解析：选C。原电池中H移向电池的正极，A项错误；该原电池的总反应为乙醇氧化的化学方程式，C项正确；用C项的化学方程式进行判断，若有0.4 mol电子转移时，消耗氧气为 0.1 mol，即标准状况下为2.24 L，B项错误；酸性电池中不可能存在OH，D项错误。一般化学电源1下列电池工作时，O2在正极放电的是() A.碱性锌锰干电池B.氢燃料电池C.铅蓄电池D.镍镉电池解析：选B。碱性锌锰干电池，正极反应：MnO22H2O2e=Mn(OH)22OH，MnO2在正极放电，A错误。氢燃料电池，正极反应(酸性条件下)：O24H4e=2H2O，O2在正极放电，B正确。铅蓄电池，正极
26、反应：PbO24HSO2e=PbSO42H2O，PbO2在正极放电，C错误。镍镉电池，正极反应：NiO(OH)H2Oe=Ni(OH)2OH，NiO(OH)在正极放电，D错误。2(2019浙江6月学考)银锌纽扣电池的构造如图所示。其电池反应方程式为Ag2OZnH2O=2AgZn(OH)2。下列说法正确的是()A锌粉为正极BAg2O发生氧化反应C电池工作时，电子从锌粉经KOH溶液流向Ag2OD正极的电极反应式为Ag2O2eH2O=2Ag2OH答案：D燃料电池3氢氧燃料电池是将H2和O2分别通到浸入20%40%(质量分数)的KOH溶液的多孔石墨电极上，其电池总反应为2H2O2=2H2O，则下列叙述正
27、确的是()A通入H2的一极是正极，通入O2的一极是负极B通入O2的一极是正极，通入H2的一极是负极C该电池工作一段时间后，电解质溶液的pH增大D该电池工作一段时间后，负极区附近溶液的pH增大解析：选B。根据电池总反应可知，该电池工作时不断有H2O生成，则电解质溶液的pH不断减小。通入O2的一极作正极，通入H2的一极作负极，H2在负极上发生氧化反应，其电极反应式为2H24OH4e=4H2O，负极区附近溶液中OH浓度降低，则pH减小。综上分析，B项正确。4(2019浙江1月学考)氢氧燃料电池构造如图所示。其电池反应方程式为2H2O2=2H2O。下列说法不正确的是()A多孔金属a做负极B多孔金属b上
28、，O2发生还原反应C电池工作时，电解质溶液中OH移向a极D正极的电极反应为O24e4H=2H2O答案：D重难易错提炼1.原电池的判定(1)分析有无外接电源，有外接电源的一定不是原电池。(2)依据原电池的形成条件，掌握“四看”一看电极两极导体存在活性差异(燃料电池两电极均为惰性电极)；二看溶液两极与溶液接触；三看回路形成闭合回路；四看本质有自发氧化还原反应发生(或形成吸氧腐蚀情况)。2原电池电极反应式及电池总反应式的书写(1)确定原电池正、负极，弄清正、负极上发生反应的物质。(2)书写原电池的电极反应式时，要注意保证原子守恒、电荷守恒和不忽视介质参与反应。(3)弱电解质、气体、难溶物、单质或氧化
29、物均以化学式表示，可溶性的强电解质以离子符号表示。(4)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则H2O必须写入正极反应式中，且O2生成OH；若电解质溶液为酸性，则H必须写入正极反应式中，O2生成H2O。(5)正负极反应式相加得到电池反应的总方程式，若能写出已知电池反应的总方程式，可以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式。(6)电极反应式中若有气体生成，需加“”。原电池的总反应式：一般把正极和负极的电极反应式相加而得。若电解质为弱电解质，在相加时应把离子改为相应的弱电解质。