化學(xué)能及電能

復(fù)習(xí)：氧化還原反應(yīng)一.能源的分類一次能源：直接從自然界中取得的能源如：流水、風(fēng)力、石油、天然氣二次能源：一次能源經(jīng)過加工、轉(zhuǎn)換得到的能源如：電力、蒸汽等電能是現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用最廣泛、使用最方便、污染最小的一種二次能源，又成電力。新課標(biāo)人教版化學(xué)必修Ⅱ

第二章第二節(jié)化學(xué)能與電能

知識(shí)目標(biāo)：

能力目標(biāo)：

通過實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究形成原電池概念，初步了解原電池的組成，理解其工作原理。

（1）分析火力發(fā)電的原理及利弊，建立“將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能”的新思路，通過對氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)的分析，提出實(shí)現(xiàn)新思路的各種推測和猜想等，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。教學(xué)目標(biāo)

（2）通過實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究，對比、歸納，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神和分析、歸納的能力?？茖W(xué)探究和實(shí)驗(yàn)中的良好態(tài)度和合作學(xué)習(xí)。情感目標(biāo)：重點(diǎn)：

初步認(rèn)識(shí)原電池概念、反應(yīng)原理、構(gòu)成及應(yīng)用。認(rèn)識(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能對現(xiàn)代化的重大意義。

通過對原電池實(shí)驗(yàn)的探究，引導(dǎo)學(xué)生從電子轉(zhuǎn)移角度理解化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化的本質(zhì)。難點(diǎn)：教學(xué)重難點(diǎn)2008年

我國南方和西部廣大地區(qū)總共有十三個(gè)省份，遭受了歷史上空前的暴風(fēng)雪襲擊，有三千萬人受災(zāi)，房屋倒塌無數(shù)，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和交通運(yùn)輸受到了嚴(yán)重影響。

南方廣大地區(qū)冰雪成災(zāi)，道路封凍，電力中斷，許多地方交通癱瘓

南方大雪南方大雪南方大雪2001年我國發(fā)電總量構(gòu)成1990-2005年全國火力發(fā)電量占全國發(fā)電總量比重變化估計(jì)在2050年火電仍居首位討論：分析Ｐ40圖2—8，談?wù)劵鹆Πl(fā)電的工作原理，并指出其利與弊；

化學(xué)能熱能機(jī)械能電能燃燒蒸汽發(fā)電機(jī)一、火力發(fā)電的原理分析。思考

火力發(fā)電要經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)換才能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，能否發(fā)明一種裝置將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能呢？能電池火力發(fā)電的化學(xué)深層本質(zhì)分析燃燒氧化還原反應(yīng)氧化劑與還原劑之間發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移火力發(fā)電將化學(xué)能經(jīng)一系列能量轉(zhuǎn)化為電能舊鍵斷裂和新鍵形成、體系能量變化過程關(guān)鍵本質(zhì)本質(zhì)引起思考：1.電子的定向移動(dòng)形成電流，我們能否在氧化劑與還原劑之間架設(shè)橋梁，將電子移動(dòng)過程中產(chǎn)生的電流利用起來？2.若要實(shí)現(xiàn)上述想法，你能否用銅片、鋅片、稀硫酸、電流表等設(shè)計(jì)一個(gè)看能否產(chǎn)生電流的裝置，畫出其裝置圖，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)裝置A

CuZn稀硫酸

一.探究實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一

把一塊鋅片和銅片分別插入盛有稀硫酸的燒杯中,觀察實(shí)驗(yàn),記錄現(xiàn)象(注意稀硫酸的量不要太多)實(shí)驗(yàn)二

把一塊鋅片和銅片同時(shí)插入盛有稀硫酸的燒杯中,觀察實(shí)驗(yàn),記錄現(xiàn)象(注意兩塊金屬片不要相接觸)實(shí)驗(yàn)三

用導(dǎo)線把實(shí)驗(yàn)二中的鋅片和銅片連接起來,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄(注意兩塊金屬片不要相接觸)實(shí)驗(yàn)四

如圖所示在導(dǎo)線中間連接一個(gè)靈敏電流計(jì),觀察電流計(jì)的指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn),如果是偏向哪邊?請記錄現(xiàn)象①鋅片表面有氣泡②銅片表面無氣泡同上銅片表面有氣泡鋅片上也有少量氣泡電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)Zn+2H+=Zn2++H2↑Cu不與稀H2SO4反應(yīng)同上有電流形成?思考與交流：既然銅片上產(chǎn)生了氣體(H2)，哪么H+得到的電子是銅失去的還是鋅失去的？如何檢驗(yàn)？請?jiān)O(shè)計(jì)出你的實(shí)驗(yàn)方案。方案1：稱量實(shí)驗(yàn)前后銅片或鋅片的質(zhì)量。方案2：觀察溶液的顏色，看有無Cu2+生成二.原電池：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。討論：根據(jù)物理學(xué)的知識(shí)，如何確定Cu、Zn、稀硫酸組成原電池的正、負(fù)極？填表：Zn片Cu片Zn–2e-=Zn2+2H++2e-=H2↑氧化反應(yīng)還原反應(yīng)電極負(fù)極正極電極材料電極反應(yīng)反應(yīng)類型電子流動(dòng)方向Zn片Cu片負(fù)極正極Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2還原劑(Zn)失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)氧化劑(H+)在銅極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)還原劑失去的電子從鋅極流出流入銅極.經(jīng)外電路Zn2+H+SO42-電流方向小結(jié)實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件形成條件一：活潑性不同的兩個(gè)電極負(fù)極：較活潑的金屬正極：較不活潑的金屬、石墨等第一組實(shí)驗(yàn)形成條件二：電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中；第二組實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件第三組實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究形成原電池的條件形成條件三：必須形成閉合回路三、原電池的形成條件4.前提條件自發(fā)的氧化還原反應(yīng))四、判斷原電池正、負(fù)極的方法1、由組成原電池的兩極材料判斷：一般是活潑的金屬為負(fù)極活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極2、根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷：電子流出的一極是負(fù)極，電子流進(jìn)的一極是正極4、根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷：發(fā)生氧化反應(yīng)的是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的是正極5、電極反應(yīng)現(xiàn)象：

不斷溶解，質(zhì)量減少為負(fù)極；有氣體產(chǎn)生,或質(zhì)量增加或不變?yōu)檎龢O3、根據(jù)內(nèi)電路離子移動(dòng)的方向判斷：陽離子移向的一極為正極，陰離子移向的為負(fù)極小結(jié)化學(xué)能與電能間接：直接：化學(xué)能燃燒熱能蒸汽機(jī)械能發(fā)動(dòng)機(jī)電能裝置原電池概念構(gòu)成條件工作原理1.下列裝置中能組成原電池形成電流的是()習(xí)題一：CAZnCuH2SO4CuZnA酒精ABZnH2SO4ACuH2SO4CDACuCuH2SO4一.化學(xué)能通過加熱轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能燃燒熱能蒸汽機(jī)械能發(fā)電機(jī)電能化石燃料發(fā)展中的化學(xué)電源關(guān)于電池你了解多少？你知道電池是如何分類的嗎？形狀各異的電池遵循的工作原理是否相同？1、干電池（鋅錳電池）負(fù)極：Zn–2e-==Zn2+正極：2NH4++2MnO2+2e-

==2NH3+Mn2O3+H2O總反應(yīng)：Zn+2NH4++2MnO2=Zn2++2NH3+Mn2O3+H2O干電池

上圖是鋅－錳干電池負(fù)極:Zn--2e-==Zn2+正極(C):2NH4++2e-==2NH3↑+2H2↑

體積小、性能好的堿性鋅－錳電池應(yīng)運(yùn)而生。這類電池的重要特征是電解液由原來的中性變?yōu)殡x子導(dǎo)電性更好的堿性，負(fù)極也由鋅片改為鋅粉，反應(yīng)面積成倍增長，使放電電流大幅度提高。鉛蓄電池總反應(yīng)：

Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O負(fù)極：Pb+SO42--2e-

==PbSO4正極：PbO2+4H++SO42-+2e-

==PbSO4+2H2O2、充電電池已知：PbSO4難溶于水鉛蓄電池構(gòu)造示意圖汽車用的蓄電池鋰電池

鋰是密度最小的金屬，用鋰作為電池的負(fù)極，跟用相同質(zhì)量的其他金屬作負(fù)極相比較，使用壽命大大延長。新型燃料電池

燃料電池不是把還原劑、氧化劑物質(zhì)全部貯藏在電池內(nèi)，而是在工作時(shí)，不斷從外界輸入，同時(shí)將電極反應(yīng)產(chǎn)物不斷排出電池負(fù)極:2H2－4e-+4OH-==4H2O正極:O2+2H2O+4e-==4OH-總反應(yīng):2H2+O2==2H2O電極:多孔鎳電解質(zhì):KOH3、燃料電池：正極：O2+2H2O+4e-==4OH-2H2+O2==2H2O4e-負(fù)極：2H2–4e-==4H+⑴氫氧燃料電池總反應(yīng)：2H2+O2==2H2OH2O2堿性條件下

電解質(zhì)溶液的酸堿性對電極反應(yīng)的影響負(fù)極：2H2–4e-==4H+正極：O2+4H++4e-==2H2O酸性條件下負(fù)極：2H2+4OH-–4e-==4H2O正極：O2+2H2O+4e-==4OH-—有效地防止電解質(zhì)溶液對外殼的腐蝕總反應(yīng)：2H2+O2=2H2O總反應(yīng)：2H2+O2=2H2O

改變?nèi)剂螲2正極：2O2+4H2O+8e-==8OH-負(fù)極：CH4+10OH-–8e-==CO32-+7H2OCH4+2O2==CO2+2H2OCH4+2O2+2OH-==CO32-+2H2OCH4O2總反應(yīng)：1.原電池：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置2.原電池原理原電池負(fù)極（較活潑金屬）正極（較不活潑金屬或非金屬導(dǎo)體）3.構(gòu)成原電池的條件課堂小結(jié)6.兩電極材料均為惰性電極，電極本身不發(fā)生反應(yīng)，而是由引入到兩電極上的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，如燃料電池。4.活潑金屬作負(fù)極，被腐蝕或消耗，發(fā)生氧化反應(yīng)，如：Cu-Zn原電池。5.兩極都參加反應(yīng)的原電池，如蓄電池，鋰電池和銀鋅電池等。高考鏈接1.(09上海卷)下列敘述不正確的是（）A.鐵表面鍍鋅，鐵作陽極B.船底鑲嵌鋅塊，鋅做負(fù)極，以防船體被腐蝕C.鋼鐵吸氧腐蝕的正極反應(yīng)：O2+2H2O+4e-=4OH-D.工業(yè)上電解飽和食鹽水的陽極反應(yīng)：2Cl—2e-=Cl2↑A解析：

本題主要考查原電池及電解池的有關(guān)知識(shí)。A項(xiàng)中，鐵表面鍍鋅，并不構(gòu)成原電池。鍍層被損后，則構(gòu)成原電池，活潑的鋅作負(fù)極、鐵作正極，故A錯(cuò)。B、C、D項(xiàng)都正確。2.（09廣東卷）出土的錫青銅（銅錫合金）文物常有Cu2(OH)3Cl覆蓋在其表面。下列說法正確的是（）A.錫青銅的熔點(diǎn)比純銅高B.在自然環(huán)境中，錫青銅中的錫可對銅起保護(hù)作用C.錫青銅文物在潮濕環(huán)境中的腐蝕比干燥環(huán)境中快D.生成Cu2(OH)3Cl覆蓋物是電化學(xué)腐蝕過程，但不是化學(xué)反應(yīng)過程。BC解析：

合金的熔點(diǎn)比純組分的金屬熔點(diǎn)低，故A不正確。錫比銅活潑，錫可對銅起保護(hù)作用。在潮濕的環(huán)境易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，故潮濕環(huán)境中的腐蝕比干燥環(huán)境中快。即B、C正確。電化學(xué)腐蝕過程也是一種化學(xué)變化，故D不正確。3.（09浙江卷）市場上經(jīng)常見到的標(biāo)記為Li-ion的電池成為“鋰離子電池”。它的負(fù)極材料是金屬鋰和碳的復(fù)合材料（碳作為金屬鋰的載體），電解質(zhì)為一種能傳到Li+的高分子材料。這種鋰離子電池的電池反應(yīng)式為：Li+2Li0.35NiO22Li0.85NiO2()A.放電時(shí)，負(fù)極的電極反應(yīng)式：Li-e-=Li+B.充電時(shí)，Li0.85NiO2既發(fā)生氧化反應(yīng)又發(fā)生還原反應(yīng)C.該電池不能用水溶液作為電解質(zhì)D.放電過程中Li+向負(fù)極移動(dòng)→←D解析：

本題考查電化學(xué)知識(shí)，依據(jù)電池反應(yīng)式，放電過程中，鋰為負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，Li+向正極移動(dòng)，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；充電過程中，Li0.85NiO2轉(zhuǎn)化為Li和Li0.35NiO2，元素化合價(jià)發(fā)生升高及降低，故既發(fā)生氧化反應(yīng)又發(fā)生還原反應(yīng)，B正確；Li屬活潑金屬，能與水反應(yīng)，該電池不能用水溶液作為電解質(zhì)，C正確。堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅—錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為：

Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)

下列說法錯(cuò)誤的是（）

A.電池工作時(shí)，鋅失去電子

B.電池正極的電極反應(yīng)式為：

2MnO2(s)+H2O(1)+2e-=Mn2O3(s)+2OH-(aq)C.電池工作時(shí)，電子由正極通過外電路流向負(fù)極

D.外電路中每通過O.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g課堂練習(xí)C2.判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，請說明理由；若是，請指出正負(fù)極名稱，并寫出電極反應(yīng)式.①②③(×)(×)(∨)2H++2e-＝H2↑負(fù)極：總反應(yīng)：正極：Zn－2e-＝Zn2+Zn+2H+＝Zn2++H2↑⑤④(∨)(∨)負(fù)極：正極：總反應(yīng)：正極：負(fù)極：總反應(yīng)：Zn－2e-＝Zn2+2H++2e-＝H2↑Zn+2H+＝Zn2++H2↑Fe－2e-＝Fe2+Cu2++2e-＝CuFe+Cu2+＝Fe2++CuFe+CuSO4＝Cu+FeSO4⑦⑥(×)(∨)負(fù)極：正極：總反應(yīng)：Zn－2e-＝Zn2+Cu2++2e-＝CuZn+Cu2+＝Zn2++Cu或

Zn+CuSO4＝ZnSO4+Cu⑧⑨(×)(∨)負(fù)極：正極：總反應(yīng)：Fe－2e-＝Fe2+2H++2e-＝H2↑Fe+2H+＝Fe2++H2↑或

Fe+H2SO4＝FeSO4+H2↑3.如圖所示，在鐵圈和銀圈的焊接處，用一根棉線將其懸在盛水的燒杯中，使之平衡；小心的向燒杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可觀察到的現(xiàn)象是（）

DA.鐵圈和銀圈左右搖擺不定；B.保持平衡狀態(tài)；C.鐵圈向下傾斜；D.銀圈向下傾斜；4.X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硝酸鹽溶液中，X的表面有Z析出，X與Y組成原電池時(shí)，Y是電池的負(fù)極。X、Y、Z三種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)椋ǎ粒兀荆伲荆冢拢兀荆冢荆伲茫伲荆兀荆冢模伲荆冢荆谻因?yàn)閄置換出Z,所以金屬性Ｘ＞Ｚ負(fù)極的金屬較活潑,所以Ｙ＞Ｘ

5.把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時(shí)，a為負(fù)極；c、d相連時(shí)，電流由d到c；a、c相連時(shí)，c極上產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時(shí)，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱的為：()

A．a(chǎn)>b>c>dB．a(chǎn)>c>d>bC．c>a>b.>dD．b>d>c>aB6.下列裝置中能組成原電池形成電流的是()CZnCuH2SO4A