第二節(jié) 化學(xué)能及電能(人教版)必修二

意大利解剖學(xué)家伽伐尼1786年有一天，伽伐尼在實(shí)驗(yàn)室解剖青蛙，把剝了皮的蛙腿，用刀尖碰蛙腿上外露的神經(jīng)時(shí)，蛙腿劇烈地痙攣，同時(shí)出現(xiàn)電火花。導(dǎo)入新課蛙腿經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，他認(rèn)為痙攣起因于動(dòng)物體上本來(lái)就存在的電，他還把這種電叫做“生物電”。伽伐尼的一個(gè)偶然發(fā)現(xiàn)，引出伏打電池的發(fā)明和電生理學(xué)的建立。張奶奶自從鑲了兩顆假牙（一顆金牙、一顆鋼牙）后，經(jīng)常頭痛失眠，這是為什么？思考電流的作用

蛙腿痙攣和鑲假牙，這兩種現(xiàn)象都是由電流引起的，那么這里的電流是如何產(chǎn)生的？電能

化學(xué)能電解電池一、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能二、發(fā)展中的化學(xué)能源第二節(jié)化學(xué)能與電能知識(shí)目標(biāo)：

能力目標(biāo)：通過(guò)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(guò)對(duì)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(cè)和猜想等，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。教學(xué)目標(biāo)（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究，對(duì)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(duì)現(xiàn)代化的重大意義。通過(guò)對(duì)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)

如何將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)而提高資源的利用率呢？思考一、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

火力發(fā)電中，燃燒是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿年P(guān)鍵。燃燒作為氧化還原反應(yīng)，本質(zhì)是氧化劑與還原劑之間電子的轉(zhuǎn)移。

能不能使氧化還原反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移在不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，從而形成電流，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能呢？

將銅片和鋅片分別插入稀硫酸溶液中，觀察現(xiàn)象并解釋原因。稀H2SO4ZnCu現(xiàn)象：解釋：

Zn片上有氣泡（H2），Zn片逐漸被腐蝕；Cu片無(wú)明顯現(xiàn)象。Zn+2H+=Zn2++H2↑實(shí)驗(yàn)一

將銅片和鋅片用導(dǎo)線連接插入稀硫酸溶液中，觀察現(xiàn)象并解釋原因。現(xiàn)象：解釋：Zn片上有少量氣泡（H2），Zn片逐漸被腐蝕；Cu片上有氣泡（H2）。？稀H2SO4ZnCuG實(shí)驗(yàn)二

指針偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明電路中有電流通過(guò)，說(shuō)明發(fā)生了電子定向移動(dòng)。

Zn片失去的電子經(jīng)導(dǎo)線轉(zhuǎn)移到Cu片上，Cu片周?chē)腍＋得電子。

把這種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的裝置，稱為原電池，例如：Cu-Zn原電池。分析與討論Zn－2e－=Zn2+2H+＋2e－=H2↑Cu-Zn原電池的正負(fù)極？Zn片（負(fù)極）：Cu片（正極）：Zn－2e－=Zn2+2H＋2e－=H2↑總反應(yīng)：Zn+2H+=Zn2++H2↑表示下列原電池的放電過(guò)程：稀H2SO4FeCu稀HClZnCu12隨堂練表示下列原電池的放電過(guò)程：稀H2SO4MgCCuSO4溶液ZnC34化學(xué)能熱能機(jī)械能電能火電站工作原理示意圖1.燃燒反應(yīng)是否是氧化還原反應(yīng)？氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)又是什么？燃燒反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是氧化劑與還原劑之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，引起化學(xué)鍵的重新結(jié)合，伴隨體系能量的變化。知識(shí)拓展2.原電池的工作原理是什么？原電池的工作原理是將氧化、還原兩反應(yīng)分割在正負(fù)兩極同時(shí)不同地進(jìn)行，電子從負(fù)極定向流入正極，從而產(chǎn)生了道路電流。3.構(gòu)成原電池的條件是什么？（1）有活潑性，不同的兩種金屬或者一種金屬與一種非金屬導(dǎo)體（如石墨）或者一種金屬與一種氧化物等作電極，并用導(dǎo)線連接或直接接觸。（2）兩電極都插入電解質(zhì)溶液（酸、堿、鹽）中構(gòu)成閉合回路。（3）在電極表面上發(fā)生有電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)反應(yīng)，即氧化—還原反應(yīng)。正負(fù)兩極上進(jìn)出電子總數(shù)相等，椐此電子守恒原理可進(jìn)行兩極上物質(zhì)變化的計(jì)算。利用原電池原理可制作各種電池，如干電池、鉛蓄電池、銀鋅電池、鋰電池、氫氧燃料電池…。4.如何計(jì)算原電池物質(zhì)量的變化？5.原電池原理還有哪些應(yīng)用？負(fù)極:較活潑的金屬正極:較不活潑的金屬或非金屬導(dǎo)體ZnCuA-+稀硫酸ZnFeA稀硫酸CZnFeCA稀硫酸-+-+-+A

請(qǐng)根據(jù)下列原電池正負(fù)構(gòu)造特點(diǎn)，總結(jié)出如何判斷原電池的正負(fù)極思考與交流稀硫酸動(dòng)腦動(dòng)手

有下列材料：Zn片（2片）、Cu片（2片）、導(dǎo)線、水果（西紅柿、蘋(píng)果等）、電流計(jì)，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)裝置使電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并畫(huà)出設(shè)計(jì)草圖。二、發(fā)展中的化學(xué)電源廣泛用于卡式錄音機(jī)、閃光燈、電動(dòng)玩具、袖珍電視機(jī)等。1.干電池ZnZn2++2e-2NH4++2e-2NH3+H2鋅錳電池：使用最早的化學(xué)電池，屬于一次性電池正極反應(yīng)為其負(fù)極反應(yīng)為①鉛蓄電池：最早使用的充電電池，它是用硬橡膠或透明塑料制成長(zhǎng)方形外殼，在正極板上有一層棕褐色的PbO2，負(fù)極板是海綿狀的金屬鉛，兩極均浸入硫酸溶液中。鉛蓄電池電極反應(yīng)：負(fù)極：Pb+SO42-—2e-＝PbSO4正極：PbO2+4H++SO42-+2e-＝PbSO4+2H2O鉛蓄電池充電和放電的總化學(xué)方程式：PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O放電充電2.充電電池充電電池又稱二次電池，能夠重復(fù)使用至一定的周期

②鎳鎘充電電池：它是一種體積少，具有殘留性記憶的充電電池，可重復(fù)使用500次以上。它以Cd為負(fù)極，NiO(OH)為正極，KOH為電解液。廣泛用于收錄機(jī)、無(wú)線對(duì)講機(jī)、電子閃光燈、電動(dòng)剃須刀等，但有毒。

③鋰離子電池：它是新一代可充電的綠色電，現(xiàn)已成為筆記本電腦、移動(dòng)電話、攝像等低功耗電器的主流。它是一種高效、環(huán)境友好的發(fā)電裝置。它的電極材料一般為活性電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極，活性炭電極等。電極反應(yīng)為負(fù)極：2H2+4OH--4e-4H2O正極：O2+2H2O+4e-4OH-總反應(yīng)：2H2+O2＝2H2O該電池用金屬鉑片插入KOH溶液中作電極，又在兩極上分別通甲烷和氧氣。電極反應(yīng)：負(fù)極：CH4+10OH--8e-＝CO32-+7H2O正極：2O2+4H2O+8e-＝8OH-總反應(yīng)：CH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O3.氫氧燃料電池4.新型燃料電池

電化學(xué)研究對(duì)象

電化學(xué)主要是研究電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化過(guò)程中有關(guān)規(guī)律的科學(xué)知識(shí)拓展電化學(xué)的用途⒈電解精煉和冶煉有色金屬和稀有金屬；電解法制備化工原料；電鍍法保護(hù)和美化金屬；還有氧化著色等。⒉電池汽車(chē)、宇宙飛船、照明、通訊、生化和醫(yī)學(xué)等方面都要用不同類(lèi)型的化學(xué)電源。⒊電分析 ⒋生物電化學(xué)兩類(lèi)導(dǎo)體A.自由電子作定向移動(dòng)而導(dǎo)電B.導(dǎo)電過(guò)程中導(dǎo)體本身不發(fā)生變化C.溫度升高，電阻也升高D.導(dǎo)電總量全部由電子承擔(dān)1.第一類(lèi)導(dǎo)體：又稱電子導(dǎo)體，如金屬、石墨等。A.正、負(fù)離子作反向移動(dòng)而導(dǎo)電B.導(dǎo)電過(guò)程中有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生C.溫度升高，電阻下降D.導(dǎo)電總量分別由正、負(fù)離子分擔(dān)⒉第二類(lèi)導(dǎo)體：又稱離子導(dǎo)體，如電解質(zhì)溶液、熔融電解質(zhì)等。

固體電解質(zhì)，如 等,也屬于離子導(dǎo)體，但它導(dǎo)電的機(jī)理比較復(fù)雜，導(dǎo)電能力不高，本章以討論電解質(zhì)水溶液為主。正極、負(fù)極電勢(shì)低的極稱為負(fù)極，電子從負(fù)極流向正極。在原電池中負(fù)極是陽(yáng)極；在電解池中負(fù)極是陰極。負(fù)極：電勢(shì)高的極稱為正極，電流從正極流向負(fù)極。在原電池中正極是陰極；在電解池中正極是陽(yáng)極。正極：陰極、陽(yáng)極發(fā)生還原作用的極稱為陰極，在原電池中，陰極是正極；在電解池中，陰極是負(fù)極。陰極：(Cathode)發(fā)生氧化作用的極稱為陽(yáng)極，在原電池中，陽(yáng)極是負(fù)極；在電解池中，陽(yáng)極是正極。陽(yáng)極：(Anode)原電池(galvaniccell)Cu2++2e-→Cu(S)發(fā)生還原作用，是陰極。電流由Cu極流向Zn極，Cu極電勢(shì)高，是正極。Cu電極：Zn(S)→Zn2++2e-發(fā)生氧化作用，是陽(yáng)極。電子由Zn極流向Cu極，Zn極電勢(shì)低，是負(fù)極。Zn電極：電解池(electrolyticcell)與外電源正極相接，是正極。發(fā)生氧化反應(yīng)，是陽(yáng)極。Cu(S)→Cu2++2e-電極②：與外電源負(fù)極相接，是負(fù)極。發(fā)生還原反應(yīng)，是陰極。Cu2++2e-→Cu(S)電極①：①②1.做原電池的正極，即與較之活潑的金屬鑲嵌在一起。3.在鐵的表面鍍保護(hù)層。2.與電源的負(fù)極相連，即做電解池的陰極。鐵的防腐1.我國(guó)煤炭資源豐富,廉價(jià)方便.2.電能清潔安全,又快捷方便.1.排出大量的溫室效應(yīng)氣體.2.有廢氣可能導(dǎo)致酸雨3.廢料4.廢水5.能量轉(zhuǎn)換效率低火力發(fā)電的優(yōu)勢(shì)火力發(fā)電的缺點(diǎn)練習(xí)：下列哪些裝置可以形成原電池：硫酸銅溶液ZnCu(B)稀硫酸ZnCu(E)Zn硫酸銅溶液Zn(A)酒精ZnC(C)稀硫酸稀硫酸CuZn(F)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(yáng)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(yáng)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(shuō)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(duì)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(guò)程，但不是化學(xué)反應(yīng)過(guò)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(duì)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(guò)程也是一種化學(xué)變化，故D不正確。3.（09浙江卷）市場(chǎng)上經(jīng)常見(jiàn)到的標(biāo)記為L(zhǎng)i-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(guò)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(guò)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(guò)程中，Li0.85NiO2轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)i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(shuō)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(guò)外電路流向負(fù)極

D.外電路中每通過(guò)O.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g課堂練習(xí)C2.銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源,它的充電和放電過(guò)程可以表示為：

在此電池放電時(shí),負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是()

A.AgB.Zn(OH)2C.Ag2OD.Zn充電放電2Ag+Zn(OH)2Ag2O+Zn+H2OC3.氫鎳電池是近年開(kāi)發(fā)出來(lái)的可充電電池，它可以取代會(huì)產(chǎn)生污染的銅鎳電池。氫鎳電池的總反應(yīng)式是：

根據(jù)此反應(yīng)式判斷，下列敘述中正確的是（）A.電池放電時(shí)，H2是負(fù)極

B.電池放電時(shí)，氫元素被氧化

C.電池充電時(shí)，鎳元素被還原

D.電池充電時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能充電放電H2+NiO(OH)2Ni(OH)2+H2OC4.判斷下列哪些裝置構(gòu)成了原電池？若不是，請(qǐng)說(shuō)明理由；若是，請(qǐng)指出正負(fù)極名稱，并寫(xiě)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↑5.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；6.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

7.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