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

知識目標(biāo)：

能力目標(biāo)：

通過實驗和科學(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）通過實驗和科學(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)探究和實驗中的良好態(tài)度和合作學(xué)習(xí)。情感目標(biāo)：重點(diǎn)：

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

通過對原電池實驗的探究，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，將電子移動過程中產(chǎn)生的電流利用起來？2.若要實現(xiàn)上述想法，你能否用銅片、鋅片、稀硫酸、電流表等設(shè)計一個看能否產(chǎn)生電流的裝置，畫出其裝置圖，并通過實驗驗證。實驗裝置A

CuZn稀硫酸

一.探究實驗實驗一

把一塊鋅片和銅片分別插入盛有稀硫酸的燒杯中,觀察實驗,記錄現(xiàn)象(注意稀硫酸的量不要太多)實驗二

把一塊鋅片和銅片同時插入盛有稀硫酸的燒杯中,觀察實驗,記錄現(xiàn)象(注意兩塊金屬片不要相接觸)實驗三

用導(dǎo)線把實驗二中的鋅片和銅片連接起來,觀察實驗現(xiàn)象并記錄(注意兩塊金屬片不要相接觸)實驗四

如圖所示在導(dǎo)線中間連接一個靈敏電流計,觀察電流計的指針是否發(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？請設(shè)計出你的實驗方案。方案1：稱量實驗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，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)實驗探究形成原電池的條件形成條件一：活潑性不同的兩個電極負(fù)極：較活潑的金屬正極：較不活潑的金屬、石墨等第一組實驗形成條件二：電極需插進(jìn)電解質(zhì)溶液中；第二組實驗實驗探究形成原電池的條件第三組實驗實驗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，不斷從外界輸入，同時將電極反應(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。A項中，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。B、C、D項都正確。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，負(fù)極的電極反應(yīng)式：Li-e-=Li+B.充電時，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→←D解析：

本題考查電化學(xué)知識，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，A項正確，D項錯誤；充電過程中，Li0.85NiO2轉(zhuǎn)化為Li和Li0.35NiO2，元素化合價發(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)

下列說法錯誤的是（）

A.電池工作時，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，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，Y是電池的負(fù)極。X、Y、Z三種金屬的活動性順序為（）Ａ．Ｘ＞Ｙ＞ＺＢ．Ｘ＞Ｚ＞ＹＣ．Ｙ＞Ｘ＞ＺＤ．Ｙ＞Ｚ＞ＸC因為X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，a為負(fù)極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時，c極上產(chǎn)生大量氣泡，b、d相連時，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動性順序由強(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