高中化学 第2章 第2节 化学能与电能学案(新人教版)必修

1、化学能与电能【学习目标】1了解化学能与电能的转化关系。2初步了解化学电池的工作原理及应用。3了解研制新型电池的重要性。4会书写简单的电极反应式。【学习过程】1原电池(1)概念：将化学能转变为电能的装置。(2)构成条件：理论上，能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池。构成原电池需有两个活泼性不同的电极,将电极插入电解质溶液中,两电极间用导线连接使之构成闭合回路。电极的作用是导电,有些电池中电极材料会参加反应；导线的作用是传导电子；电解质溶液的作用是通过自由离子的移动传导电荷。(3)工作原理：反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。离子的移动方向

2、：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。（4）电极判断：根据电极材料的活动性判断：相对活泼的金属为负极,相对稳定的金属或导电的非金属为正极。根据电极反应类型判断：发生氧化反应的是负极,可能是电极材料被氧化(溶解)也可能是溶液中的阴离子被氧化;发生还原反应的是正极,一般是溶液中的阳离子被还原。根据电子流向判断：电子由负极沿导线流向正极。根据溶液中的离子流向判断：阳离子移向正极,阴离子移向负极。温馨提示：在判断原电池正负极时，不要只根据金属活动性的相对强弱，还要考虑电解质溶液的特点。(1)MgAl和稀盐酸构成的原电池中，Mg作负极，Al作正极;而若把稀盐酸换为NaOH溶液，Al作负极，Mg作正极。(

3、2)AlCu和NaOH溶液构成的原电池中，Al作负极；而若把NaOH溶液换为浓硝酸，Cu作负极。2.发展中的化学电源（1）干电池一次电池：特点：属于一次性电池，放电后不能再充电。实例锌锰电池：负极为锌，正极为石墨棒，电解质为氯化铵。（2）充电电池二次电池：利用化学反应的可逆性,可以组建成一个新电池,即当一个化学反应转化为电能之后,还可以用电能使化学体系修复,然后再利用化学反应转化为电能。特点：在放电时进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。实例：（3）燃料电池：一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。特点：能量转化效率高,燃料和空气分别送进燃料电

4、池,它直接将燃料的化学能转化为电能,中间不经过燃烧过程。实例氢氧燃料电池：负极为氢气失电子，正极为氧气得电子，电解质是氢氧化钾或硫酸。温馨提示：燃料电池正极上的反应物质一般是O2。(1)电解质溶液为中性或碱性，则H2O必须写入正极反应式中,且O2生成OH，电极反应式为O22H2O4e=4OH。(2)电解质溶液为酸性，则H必须写入正极反应式中，且O2生成H2O，电极反应式为O24H4e=2H2O。3.原电池原理的应用(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属或能导电的非金属为正极。如有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生

5、，由原电池原理可知，金属活动性AB。（2）加快氧化还原反应速率：如实验室用Zn和稀硫酸反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快；如加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu,附着在锌片上形成原电池也可以加快反应速率。（3）设计原电池：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。设计原电池时，如果给出的是具体的化学反应方程式，电解质溶液是确定的；如果给出的是离子方程式，如FeCu2=CuFe2，则电解质不是确定的具体物质，只要是含有

6、Cu2的可溶盐溶液即可，如CuCl2溶液、CuSO4溶液等。【归纳总结】原电池的判断方法【当堂检测】1. 下列关于铜锌稀硫酸构成的原电池的有关叙述，错误的是()A锌为负极，锌发生氧化反应B铜为正极，铜不易失去电子而受到保护C负极发生还原反应，正极发生氧化反应D外电路电子流入的一极为正极，电子流出的一极为负极2.如图所示，两电极一为石墨棒，一为铁片。若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡产生，则以下叙述中正确的是() Aa为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸Bb为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液Ca为正极，是石墨棒，烧杯中的溶液为硫酸Db为正极，是石墨棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液3.向等

7、质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，下列各图表示的是产生H2的体积V与时间t的关系，其中正确的是()4. 为了探究原电池的工作原理，某化学学习小组设计了一组实验，其装置如下图，回答下列问题：(1)根据原电池原理填写下表：装置序号正极负极反应式阳离子移动方向甲乙丙丁戊(2)电极类型除与电极材料的性质有关外，还与_有关。(3)根据上述电池分析，负极材料是否一定参加电极反应？_(填“是”、“否”或“不一定”)，请举例说明：_。(4)指出下列电池的放电过程中，电解质溶液酸碱性的变化：甲_，丙_，戊_。5. 氢气是未来最理想的能源之一,科学家最近研制出利用太阳

8、能产生激光,并在二氧化钛(TiO2)表面作用使海水分解得到氢气的新技术：2H2O2H2+O2。制得的氢气可用于燃料电池。试回答下列问题：(1)海水分解生成的氢气用于燃料电池时,实现能转变为_能。水分解时,断裂的化学键为键,分解海水的反应属于反应(填“放热”或“吸热”)。(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质,两极上发生的电极反应分别为A极：2H2+2O2-4e-=2H2O;B极：O2+4e-=2O2-,则A极是电池的极;电子从该极(填“流入”或“流出”)。(3)有人以化学反应：2Zn+O2+4H+=2Zn2+2H2O为基础设计出一种原电池,移入人体内作为心脏起搏器的能源,它靠人体

9、内血液中溶有一定浓度的O2、H+进行工作。则原电池的负极材料是,正极上发生反应的电极反应式为 答案与解析题号答案解析1C在铜锌稀硫酸构成的原电池中，锌是负极，铜是正极，所以锌极发生氧化反应；铜电极上是溶液中的阳离子H得电子，发生还原反应；外电路电子的流向应该是由负极流向正极2C因为a极上有大量气泡生成，所以a为正极，是石墨棒，烧杯中的溶液为硫酸3A 向等质量的两份锌粉中加入等体积等物质的量浓度且均过量的稀硫酸，同时向a中加入少量CuSO4溶液，则a中发生的反应有ZnCu2=Zn2Cu，Zn2H=Zn2H2，由于置换出来的Cu与Zn在稀硫酸中构成原电池，所以，a中的反应速率比b中的反应速率大，即

10、反应完成所需的时间短，但Cu2消耗了少量的Zn，a中产生的H2比b中产生的H2少。b中只发生如下反应：Zn2H=Zn2H2。符合这些条件的图像是A4(1)(2)电解质溶液的性质(3)不一定上述五个原电池中，戊装置的负极材料没有参与反应，其他电池的负极发生了氧化反应(4)酸性减弱碱性减弱碱性减弱(1)甲电池：在稀硫酸中，镁比铝活泼，镁为负极，发生氧化反应，铝为正极，H在铝极上发生还原反应；乙电池：铁比铂活泼，铁为负极；丙电池：在氢氧化钠溶液中，铝与氢氧化钠溶液反应，铝失去电子，发生氧化反应，铝离子与氢氧化钠反应生成偏铝酸根离子和水；丁电池：常温下，浓硝酸使铝钝化，铜溶解，铜为负极；戊电池是燃料电池，甲烷与氧气反应，甲烷发生氧化反应，在碱中生成碳酸盐和水，氧气发生还原反应。所以，在负极区通入甲烷，在正极区通入空气。(2)通过比较甲、丙电池可知，电极都是铝、镁，由于电解质溶液不同，故电极名称不同，即电极类型与电极材料、电解质溶液都有关。(3)大多数电池的负极材料参与反应发生氧化反应，燃料电池的负极材料不参与反应，可燃物如氢气、一氧化碳、甲烷、乙醇等在负极区发生氧化反应。(4)根据溶液中离子参加反应情况判断溶液酸碱性的变化。5(1)化学电共价吸热(2)负流出(3)ZnO2+4H+4e-2H2O(1)