1、基础课时9化学反应能量转化的重要应用化学电池学 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。一、原电池的构造1原电池一种利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。2初识氢氧燃料电池负极反应：2H24e=4H。正极反应：O24
2、e4H=2H2O。总反应方程式：2H2O2=2H2O。此装置中的能量变化：化学能转化为电能。稀硫酸的作用：传导电荷，导线的作用：传导电子。3原电池的构造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极为负极发生氧化反应通入一氧化碳气体b极为正极发生还原反应通入
3、空气内电路中钾离子移动方向由a极向b极移动二、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实验现象确定负极选择负极反应物：Zn锌片逐渐溶解；正极材料表面有气泡产生选择负极材料：Zn确定正极选择正极反应物：H选择正极材料：Cu构成闭合回路选择离子导体：稀硫酸选择电子导体：导线(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“”)。(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
4、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)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
5、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
6、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)CZnC(或负极正极)1在盛有稀硫酸的烧杯中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SO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，
7、总反应为Zn2H=Zn2H2，原电池中没有O2产生。没有参与反应的SO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
8、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
9、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上有大量气泡产生，则这四种金属的活动顺序由强到弱为()AabcdBacbdCcabd DbdcaA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AZ
10、nCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DAgCuCuSO4C原电池总反应为ZnCu2=Zn2Cu，可得出其负极反应：Zn2e=Zn2(氧化反应)，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()ABCDAa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
11、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。1某活动小组设计原电池装置，你认为设计合理的是()ABCDB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。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正确；发生氧化反应的一极为负极，发生
12、还原反应的一极为正极，D错误。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。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 ()AXZYWBZWXYCZYXW DZXYWD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
13、原性：YW，则有还原性ZXYW。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)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(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_。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
