化学能与电能转化

第三单元化学能与电能的转化讨论探究铜片:无现象锌片:有无色气体产生铜片:无现象锌片:有无色气体产生铜片:有无色气体产生锌片:有无色气体产生电流计发生偏转原电池

问题探究

1、你能找到原电池的正负极吗?这一原电池在工作时的电流流动方向是怎样的？定义:把化学能转变为电能的装置。电子由锌片经导线流向铜片，电流由铜片流出，从锌片流入。电极材料电极反应反应类型原电池的电极Zn片Cu片电池总反应氧化反应Zn－2e-＝Zn2+2H++2e-＝H2↑负极正极Zn+2H+＝Zn2++H2↑锌铜原电池原理还原反应负极正极Zn-2e-=Zn2+2H++2e-=H2还原剂(Zn)失去电子，发生氧化反应氧化剂(H+)在铜极上得到电子，发生还原反应还原剂失去的电子从锌极流出流入铜极.经外电路Zn2+H+SO42-电流方向意大利物理学家亚历山德罗.伏打(AlessandroVolta)伏打电池探究形成原电池的条件形成条件一：活泼性不同的两个电极负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属、石墨等形成条件二：电极需插进电解质溶液中探究形成原电池的条件形成条件三：必须形成闭合回路探究形成原电池的条件探究形成原电池的条件形成条件四：必须存在自发的氧化还原反应判断下列装置能否形成原电池√√√√资料卡在一块表面无锈的铁片上滴一大滴含酚酞的食盐水，放置一段时间后可以看到液滴周围逐渐呈现红色，并慢慢形成褐色的锈斑。试说明产生此现象的原因。交流与讨论钢铁的

电化学腐蚀钢铁的防腐蚀：（1）覆盖保护层；（2）改变金属内部结构；（3）钢铁表面镶嵌活泼金属，如锌；（4）钢铁连接电源负极。电极名称负极正极电极材料电子流向电极反应电极反应式原电池的总反应离子方程式作用结果外电路电流方向：电子流动方向：较活泼的金属(Zn)较不活泼的非金属(C)

电子流出(Zn)

电子流入(C)

氧化反应(Zn)还原反应(C)Zn-2e-=Zn2+2Cu2++2e-=Cu

Zn+Cu2+

=Zn2++Cu

被腐蚀没被腐蚀（被保护）从正极(C)流向负极(Zn)

从负极(Zn)流向正极(C)

化学能转化成电能原电池的形成加快了化学反应的速度原电池总结动脑动手有下列材料：Zn片、Cu片、导线、水果

、电流计，请设计一个装置使电流计指针发生偏转。例题：把A、B、C、D4块金属片浸入稀硫酸中，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，D上产生大量气泡；A、C相连时，电流由C经导线流向A；B、D相连时，电子由D经导线流向B，则此4种金属的活动性由强到弱的顺序为（）①A＞B＞C＞D②A＞C＞D＞B③C＞A＞B＞D④B＞A＞C＞D②

A＞BC＞DA＞CD＞B２、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ四种金属，将Ａ和Ｂ用导线连接起来，浸入电解质溶液中，Ｂ不易腐蚀。将Ａ、Ｄ分别放入等浓度盐酸中，Ｄ比Ａ反应剧烈。将Ｃｕ浸入Ｂ的盐溶液中无明显变化，如果把Ｃｕ浸入Ｃ的盐溶液中，有金属Ｃ析出。其活动顺序为：（）Ａ、ＤＣＡＢＢ、ＤＡＢＣＣ、ＤＢＡＣＤ、ＢＡＤＣB试一试1、判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式.①②③(×)(×)(∨)2H++2e-＝H2↑负极：总反应：正极：Zn－2e-＝Zn2+Zn+2H+＝Zn2++H2↑⑤④(∨)(∨)负极：正极：总反应：正极：负极：总反应：Zn－2e-＝Zn2+2H++2e-＝H2↑Zn+2H+＝Zn2++H2↑Fe－2e-＝Fe2+Cu2++2e-＝CuFe+Cu2+＝Fe2++Cu2、一个原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++Cu，该反应的原电池的组成正确的是（）ABCD正极ZnAgCuCu负极CuCuZnZn电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4FeCl2C5.原电池的设计（1）请结合组成原电池的条件，将氧化还原反应：

Fe+Cu2+=Cu+Fe2+设计成一个原电池。1、电解液：

。2、电极材料：正极

，负极

。3、电极反应式：负极:.

正极:.5.原电池的设计（2）将氧化还原反应：Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2设计成一个原电池。1、电解液：

。2、电极材料：正极

，负极

。3、电极反应式：负极:.

正极:.5.原电池的设计（3）将氧化还原反应：2Al+6HCl=2AlCl3+3H2￪设计成一个原电池。1、电解液：

。2、电极材料：正极

，负极

。3、电极反应式：负极:.

正极:.5.原电池的设计（4）将氧化还原反应：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2￪设计成一个原电池。1、电解液：

。2、电极材料：正极

，负极

。3、电极反应式：负极:.

正极:.问题探究将铜棒和铝棒用导线连接后插入浓硝酸中,是否构成了原电池?若构成了原电池,负极材料是什么?电极反应式?二.化学电源一次电池（如干电池）:用过后不能复原二次电池（如蓄电池）:充电后能继续使用燃料电池海水电池

负极（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+正极（石墨）：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O总反应：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2O干电池——Zn-Mn普通干电池1、一次电池锌锰碱性电池是一种新型的干电池。正极材料为MnO2,负极材料为Zn，还原产物为MnOOH,电解质是KOH溶液，总：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnOOH请写出电极反应式并分析其工作原理。负极：Zn+2OH－－2e-=Zn(OH)2正极：2MnO2+2H2O+2e-

=2MnO（OH）

+2OH－

总反应：Zn+2MnO2+2H2O=Zn(OH)2+2MnO（OH）碱性Zn-Mn干电池银锌电池—钮扣电池

该电池使用寿命较长，广泛用于电子表和电子计算机。其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液。发生反应后生成Ag和ZnO,其电极反应式为：

负极：Zn+2OH--2e-

=

ZnO+H2O

正极：Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-银锌纽扣电池总反应式为：Zn+

Ag2O=

ZnO+2Ag2、二次电池铅蓄电池（1）电极材料及原料（2）电解质溶液（3）电极反应式：正极：PbO2

负极：PbH2SO4溶液负极（Pb）:

Pb-2e-+SO42

-=PbSO4Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O正极（PbO2）:PbO2+4H++SO42

-+2e-=PbSO4+2H2O总反应：负极：Pb+SO42-=PbSO4+2e-正极：PbO2+SO42-+4H++2e-=PbSO4+2H2O电池总反应：Pb+PbO2+2SO42-+4H+=2PbSO4+2H2O阴极：PbSO4+2e-

＝

Pb+SO42-阳极：PbSO4+2H2O＝PbO2+SO42-+4H++2e-

电池总反应：2PbSO4+2H2O＝

Pb+PbO2+2SO42-+4H+铅蓄电池的放电过程——原电池铅蓄电池的充电过程——电解池放电充电2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4铅蓄电池的充放电过程

把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”优点：效率高、无污染，装置可持续使用

燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池

3、新型燃料电池演示探究教材40页燃料电池负极：2H2+4OH--4e-=4H2O

正极：O2+2H2O+4e-=4OH-

总反应：O2+2H2=2H2O常见的燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、铝-空气燃料电池、熔融盐燃料电池等。如图电池反应4、海水电池1991年，我国首创以铝-空气-海水为能源的新型电池，用作航海标志灯。该电池以取之不的海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。这种海水电池的能量比“干电池”高20～50倍。电极反应式为：负极：正极：电池总反应：4Al-12e-=4Al3+3O2+6H2O+12e-=12OH-4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)3↓怎样书写燃料电池的电极反应式和总反应式？

书写步骤：（1）写出燃烧反应，根据电解液改写燃料电池总反应；（2）写出正极的电极反应式(一般较简单);（3）由燃料电池总反应减去正极的电极反应式得负极的电极反应式。正极反应一般为

①酸性介质

②碱性介质O2+4H++4e－=2H2OO2+2H2O+4e－=4OH-

CH4、O2、NaOH组成的燃料电池1.燃烧总化学反应：

CH4+2O2→CO2+2H2O2.燃料电池总反应：

3.正极：4.负极：CH4+2OH-+2O2=CO32-+3H2O2O2+4H2O+8e－=8OH-CH4+10OH--8e－=CO32-+7H2O甲醇燃料电池是由甲醇和氧气及强碱电解质溶液构成的新型手机电池，电量可达现用镍氢或锂电池的十倍，可连续使用一个月才充一次电。据此回答：

(1)甲醇是

极,电极反应式是:

;(2)电池反应的离子方程式:

2CH3OH+16OH--12e－=2CO32-+12H2O2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O.

负

在生产和生活中我们不但要利用化学反应，使化学能转化为电能，而且要利用化学反应使电能转化为化学能。电能转化为化学能一般通过电解的方法来完成。你能举出在我们已学过的化学课程里涉及利用电解反应来制取新物质的例子吗？实例被电解物质电解产物化学方程式电解水水H2、O22H2O==2H2￪

+O2￪电解食盐水H2O、NaClNaOH

、H2、

Cl22NaCl+2H2O=2NaOH+H2￪

+

Cl2￪电解融熔氯化钠NaClNa、Cl22NaCl=2NaCl+

Cl2￪电解融熔氧化铝Al2O3Al、O22Al2O3==2Al+3O2￪在U形管中加入饱和氯化铜溶液，用石墨棒作电极，接通电源，电解数分钟后，观察现象。（1）接电源负极的石墨棒上有＿＿＿＿＿＿＿＿，电极反应为＿＿＿＿＿＿＿＿。（2）接电源正极的石墨棒上有＿＿＿＿＿＿＿＿，电极反应为＿＿＿＿＿＿＿＿。（3）电解反应的化学方程式＿＿＿＿＿＿＿＿。（4）在上述电解反应中，被氧化的物质是＿＿＿＿，被还原的物质是＿＿＿＿。（5）比较电解饱和氯化钠溶液与电解饱和氯化铜溶液，有什么不同？为什么？有铜析出Cu2++2e-=Cu有Cl2放出2Cl--2e-=Cl2CuCl2

==Cu+Cl2￪

CuCl2CuCl2因参与电解的微粒不同。三.电解原理及电解池

3.电极名称和电极反应

与电源负极相连的电极叫阴极，阴极上发生还原反应。与电源正极相连的电极叫阳极，阳极上发生氧化反应。构成电解池有什么条件？构成条件:（1）与外加电源相连的两个电极

（2）有电解质溶液

（3）形成闭合回路1.电解:使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程.2.电解池:借助于电流引起氧化还原反应的装置，即把

电能转化为化学能的装置叫电解池或电解槽比较原电池、电解池的异同点。原电池电解池定义化学能转变成电能的装置。自发的氧化还原反应将电能转变成化学能的装置。非自发的氧化还原反应形成条件①活动性不同两电极②电解质溶液③形成闭合回路①两电极接直流电源②电极插入电解质溶液③形成闭合回路电极名称负极：较活泼金属；正极：较不活泼金属(或能导电的非金属等)阳极：电源正极相连阴极：电源负极相连电极反应负极：氧化反应正极：还原反应阳极：氧化反应阴极：还原反应原电池、电解池的比较阴极:与电源负极相连，电子流入，发生还原反应阳极:与电源正极相连，电子流出，发生氧化反应4.电极的判断e－e－CC阴极阳极电解质溶液5.电子、离子的流向电子从阳极通过电源流向阴极阳离子在电解质溶液中移向阴极阴离子在电解质溶液中移向阳极稀硫酸稀硫酸稀硫酸硫酸

ABCD例题1：下列装置中属于原电池的是（）属于电解池的是（）

BCD怎样区分原电池、电解池？原电池、电解池的区分关键看是否有外接电源；

多池组合判断：

①无外电源：一池为原电池，其余为电解池；②有外电源：全部为电解池或电镀池、精炼池。

1.(05上海)10、关于如图所示装置的叙述，正确的是（）A、铜是阳极，铜片上有气泡产生B、铜片质量逐渐减少C、电流从锌片经导线流向铜片D、氢离子在铜片表面被还原D高考题例析2.（2002广东10）在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是A.原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应B.原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应C.原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应D.原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应高考题例析BC

3.（05全国卷I）11．关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠B．若在阳极附近的溶液中滴入KI试液，溶液呈棕色C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性B4.（2003上海16．右图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关的判断正确的是A.a为负极、b为正极B.a为阳极、b为阴极C.电解过程中，d电极质量增加D.电解过程中，氯离子浓度不变C（2）活泼金属的冶炼钠的制取镁的制取铝的制取总反应式:2NaCl2Na+Cl2↑总反应式:MgCl2Mg+Cl2↑总反应式:2Al2O32Al+3O2↑（1）氯碱工业——电解饱和食盐水总反应：2NaCl+2H2O＝＝2NaOH+Cl2↑+H2↑电解5.电解原理的应用（3）电镀铜

(1)电镀是利用电解原理在某些镀件上镀上一层其他金属或合金的过程，是电解的一个重要应用。

(2)电镀池的形成条件

阴极：待镀金属制品

阳极：镀层金属

电镀液：含有镀层金属阳离子的可溶性盐溶液

镀件铜氯化铜溶液实验现象阳极：阴极：铜变小有红色固体产生反应方程式Cu－2e-＝Cu2+Cu2++2e-＝Cu电镀液的组成及酸碱性不会变化（4）铜的电解精炼⑴、粗铜所含的杂质Zn、Fe、Ni、Ag、Au等+纯铜粗铜－CuSO4溶液⑵、粗铜的精炼以粗铜为阳极，以纯铜为阴极，以CuSO4溶液为电解液进行电解阳极：Zn－2e－＝Zn2+Fe－2e－＝Fe2+Ni－2e－＝Ni2+Cu－2e－＝Cu2+

阴极：

Cu2++2e－＝Cu长时间电解后必须补充电解液6.电极产物的判断及电极反应的书写阳极:先看电极后看溶液

(1)活泼金属电极:金属电极失电子（除金和铂)(2)惰性电极:溶液中阴离子失去电子,

失电子能力为:S2->I->Br->Cl

->OH->含氧酸根>F-阴极:溶液中阳离子得电子,得电子能力为:

Ag+>Fe3+>Cu2+>H+（酸）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+（水）

>Al3+>Mg2+>……如电解H2SO4、HNO3、NaOH、Na2SO4等溶液时其电极反应式为：阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑阴极：4H++4e－＝2H2↑