專題2第3單元第1課時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)電源

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1、 第三單元 化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化 第 1 課時(shí) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 化學(xué)電源 學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1.通過(guò)銅 -鋅原電池的實(shí)驗(yàn)探究，初步了解原電池原理。 (重點(diǎn) )2. 了解化學(xué)電源的原理與應(yīng)用。 3.了解鋼鐵的電化學(xué)腐蝕。 [ 自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知 ] 一、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 1．實(shí)驗(yàn)探究 實(shí)驗(yàn)步驟 現(xiàn)象 解釋或說(shuō)明 鋅與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)生 鋅片溶解，表面有氣泡產(chǎn) 成 H2，而銅與稀硫酸不反 生；銅片無(wú)明顯變化 應(yīng) 鋅片溶解，銅片表面有氣 鋅與稀硫酸反應(yīng)，但氫氣 泡產(chǎn)生，電流計(jì)指針發(fā)

2、生 在銅片上產(chǎn)生，導(dǎo)線中有 偏轉(zhuǎn) 電流 2.原電池 (1)概念：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。 (2)工作原理 (以鋅 -銅 -稀硫酸原電池為例 ) 裝置 電極 Zn 電極 Cu 電極 現(xiàn)象 鋅片逐漸溶解 銅片上產(chǎn)生氣泡 得失電子 失電子 得電子 正、負(fù)極判斷 負(fù)極 正極 電子流向 流出 流入 第 1 頁(yè) 電極反應(yīng)式 Zn－2e－ ===Zn2 ＋ 2H＋ ＋2e－ ===H2↑ 總反應(yīng)式 Zn＋2H＋ ===Zn2＋ ＋H2↑ (3)

3、構(gòu)成原電池的“一個(gè)反應(yīng)，三個(gè)條件” ①原理反應(yīng)：自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。 ②三個(gè)條件 二、鋼鐵的電化學(xué)腐蝕 在一塊表面無(wú)銹的鐵片上滴一大滴含酚酞的食鹽 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 水，放置一段時(shí)間 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 溶液周圍逐漸呈現(xiàn)紅色，并慢慢形成褐色的銹斑 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 鋼鐵在潮濕的空氣中很快被腐蝕 圖示 鋼鐵 形成條件 鋼鐵表面形成的電解質(zhì)溶液中溶有 O2，通常溶液呈 的電 中性弱酸性或弱堿性 化學(xué) 電極材料 負(fù)極是 Fe，正極是 C 腐蝕 負(fù)極反應(yīng)式： 2Fe－

4、 2e－ 2＋ ，正極反應(yīng)式： 2H2 電極反應(yīng) ===2Fe O 原理 ＋O2＋4e－ ===4OH－ 總反應(yīng)式 2Fe＋2H2 ＋ 2 2 O O ===2Fe(OH) 溶液中的 4Fe(OH) 2＋O2＋2H2 3 O===4Fe(OH) 反應(yīng) Fe(OH)3 脫水生成紅色鐵銹 不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸，發(fā)生原電池反 電化學(xué)腐蝕概念 應(yīng)，比較活潑的金屬失去電子被氧化，這種腐蝕叫 做電化學(xué)

5、腐蝕 三、化學(xué)電源 1．優(yōu)點(diǎn)： 能量轉(zhuǎn)化率比燃料燃燒要大得多。 2．化學(xué)電源的分類 (1)一次電池：用過(guò)之后不能復(fù)原，如鋅錳干電池等。 (2)二次電池：充電后能繼續(xù)使用，如銀鋅紐扣電池。 第 2 頁(yè) (3)燃料電池：燃料和氧化劑分別在兩個(gè)電極上反應(yīng)，如氫氧燃料電池、甲 醇 -空氣燃料電池等。3．實(shí)例 (1)銀鋅紐扣電池的總反應(yīng)為 Zn＋Ag 2O＋ H2O Zn(OH) 2＋2Ag，則該電 池的負(fù)極為 Zn，發(fā)生氧化反應(yīng)。 (2)氫氧燃料電池工作時(shí)負(fù)極反應(yīng)的物質(zhì)為 H2，正極反應(yīng)的物質(zhì)為 O2

6、。 [ 基礎(chǔ)自測(cè) ] 1．判斷正誤 (正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“” ) (1)原電池是一種將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。 ( ) (2)原電池中活潑金屬作負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。 ( ) (3)原電池工作時(shí)，溶液中的陽(yáng)離子向負(fù)極移動(dòng)。 ( ) (4)燃料電池工作時(shí)燃料在電池中燃燒，然后熱能轉(zhuǎn)化為電能。 ( ) 【答案】 (1) (2)√ (3) (4) 2．將純鋅片和純銅片按圖示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時(shí)間，以下敘 述正確的是 ( ) ①兩裝置中銅片表面均無(wú)氣泡產(chǎn)生 ②甲中銅片是正極，乙中銅片是負(fù)極 ③兩裝置中溶液中

7、的 c(H＋ )均減小 ④產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙慢 ⑤甲中 SO24－ 向 Zn 片移動(dòng)， H＋向 Cu 片移動(dòng) ⑥乙中電流從 Cu 片流向 Zn 片 ⑦兩裝置中 Cu 片的質(zhì)量均不變 A．①②③ B．③⑤⑦ C．④⑤⑥ D．②③④⑤⑦ B [ 甲是原電池，甲中鋅片作負(fù)極， 銅片作正極， 正極上發(fā)生還原反應(yīng)： 2H ＋＋ 2e－===H2↑，有氣泡產(chǎn)生，乙裝置中鋅片上發(fā)生反應(yīng)： Zn＋2H＋ ===Zn2＋＋ H2 ↑，銅片上無(wú)氣體產(chǎn)生， ①錯(cuò)；乙中裝置不構(gòu)成原電池， ②、⑥錯(cuò)；兩裝置中 溶液中的氫離子均發(fā)生反應(yīng)， c(H＋

8、)均減小， ③正確；原電池反應(yīng)的反應(yīng)速率較 快， ④錯(cuò)；陽(yáng)離子 H＋向正極 Cu 片移動(dòng)，陰離子 SO24－向 Zn 片移動(dòng)， ⑤ 正確； 第 3 頁(yè) 兩裝置中 Cu 片未參加反應(yīng)，質(zhì)量均不變， ⑦正確。故選 B。] 3．下列說(shuō)法正確的是 ( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào) ：13572076】 A．鎳氫電池、鋰電池和堿性鋅錳干電池都是二次電池 B．燃料電池是一種高效但是會(huì)污染環(huán)境的新型電池 C．化學(xué)電池的反應(yīng)基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng) D．鉛蓄電池放電的時(shí)候正極材料是 Pb，負(fù)極材料是 PbO2 C [ 堿性鋅錳干電池是一

9、次電池； 燃料電池是一種高效且不會(huì)污染環(huán)境的新 型電池；鉛蓄電池放電的時(shí)候正極材料是 PbO2，負(fù)極材料是 Pb。] [ 合 作 探 究攻 重 難 ] 原電池的工作原理 [背景材料 ] 銅鋅原電池工作原理如圖所示： [思考交流 ] (1)在銅鋅原電池中，電子是怎樣移動(dòng)的？電子能否通過(guò)電解質(zhì)溶液？原電 池工作時(shí)電流是怎樣形成的？ 【提示】 鋅失去電子，電子通過(guò)導(dǎo)線流向銅片。 電子不能通過(guò)電解質(zhì)溶液， 在溶液中陽(yáng)離子流向正極，陰離子流向負(fù)極，陰陽(yáng)離子定向移動(dòng)形成電流。 (2)若將銅鋅原電池中的稀硫酸換作硫酸

10、銅溶液，能否產(chǎn)生電流？電極反應(yīng) 有何不同？ 【提示】 將稀硫酸換作硫酸銅溶液，也可以構(gòu)成原電池，產(chǎn)生電流。鋅為 負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng) Zn－2e－===Zn2＋ ，銅為正極，發(fā)生還原反應(yīng)： Cu2＋＋ 2e－===Cu，總反應(yīng)為 Zn＋ Cu2＋===Zn2＋＋Cu。 (3)某種燃料電池的工作原理示意圖如下所示， a、b 均為惰性電極。 根據(jù)電子流向判斷燃料和氧氣應(yīng)在哪個(gè)入口通入？ 【提示】 A 口通入燃料， B 口通入氧氣。 第 4 頁(yè) 原電池正、負(fù)極的判斷方法 原電池原理的應(yīng)用 [背景材料 ]

11、 [思考交流 ] (1)結(jié)合原電池構(gòu)成的條件， 思考怎樣依據(jù)反應(yīng) Cu＋2Ag＋ ===2Ag＋Cu2＋ 設(shè)計(jì) 一個(gè)原電池？畫(huà)出原電池裝置圖并標(biāo)出正、負(fù)極。 【提示】 先確定兩個(gè)電極，負(fù)極失電子化合價(jià)升高，所以銅作負(fù)極，再找 活潑性比銅弱的碳棒或銀棒作正極； 從反應(yīng)中可以看出電解質(zhì)溶液中必須含有銀 離子，所以用硝酸銀作電解質(zhì)溶液。裝置圖： (2)鋅與稀硫酸反應(yīng)時(shí)，若滴幾滴硫酸銅溶液，反應(yīng)速率會(huì)加快，試分析其 原因。 【提示】 滴加硫酸銅溶液后， 會(huì)有少量鋅與硫酸銅反應(yīng)置換出銅。 然后銅、 鋅分別作為原電

12、池的兩個(gè)電極而形成原電池，從而加快鋅與稀硫酸的反應(yīng)速率。 原電池原理的應(yīng)用 (1)加快氧化還原反應(yīng)的速率 自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，形成原電池時(shí)反應(yīng)速率增大。 例如， Zn 與稀 H2SO4 反應(yīng)時(shí)，滴加少量 CuSO4 溶液，則 Zn 和置換出的 Cu 在稀 H2SO4 中構(gòu)成原電池，加快 Zn 與稀硫酸反應(yīng)的速率。 (2)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱 兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí)，一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑。 例如，有兩種金屬 a、 b，用導(dǎo)線連接插入到稀 H2SO4 中，觀察到 a 極溶解， b 極上有氣泡產(chǎn)生

13、，則 a 為負(fù)極， b 為正極，金屬活動(dòng)性 a>b。 (3)用于金屬腐蝕保護(hù) 使金屬制品作原電池的正極而得到保護(hù)。 例如，將鐵質(zhì)輸水管道與鋅塊相連， 鋅作原電池的負(fù)極失電子， 保護(hù)鐵不被 第 5 頁(yè) 腐蝕。 (4)設(shè)計(jì)電池 理論上能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池。 如：把 Fe＋ 2Fe3＋===3Fe2＋設(shè)計(jì)成原電池， 可用 Fe 作負(fù)極，銅 (或石墨 )作正 極， FeCl3 溶液作電解質(zhì)溶液。 [ 當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基 ]

14、 題組 1 構(gòu)成原電池的條件 1．如圖所示的裝置，能夠組成原電池產(chǎn)生電流的是 ( ) D 2．下列各組材料中，不能組成原電池的是 ( ) A B C D 兩極材料 Zn 片、石墨 Cu 片、 Ag Zn 片、Cu Fe 片、 Cu 片 片 片 插入溶液 稀 H2 4 溶液 AgNO 3 溶液 蔗糖溶液 稀鹽酸 SO C [ 蔗糖是非電解質(zhì)，不能構(gòu)成原電池。 ] 題組 2 原電池中正極、負(fù)極的判斷 3.李明在學(xué)完了原電池的知識(shí)之后，設(shè)

15、計(jì)了如圖所示的檸檬水果電池，觀察 到外電路上的電流從電極 X 流向電極 Y 。已知他選擇了鐵為 X 極，則 Y 極應(yīng)該 是 () 【導(dǎo)學(xué)號(hào) ：13572077】 A．鋅 B．石墨 C．銀 D．銅 A [ 電流的方向與電子的流動(dòng)方向相反，則電子由電極 Y 經(jīng)導(dǎo)線流向電極 X，因此 Y 電極的活潑性強(qiáng)于鐵，故 Y 電極只能為鋅。 ] 4．下列敘述中正確的是 ( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào) ：13572078】 A．原電池的負(fù)極發(fā)生得電子的還原反應(yīng) B．原電池中較活潑的金屬作正極 第 6 頁(yè)

16、 C．原電池中的電極一定要由兩種不同的金屬組成 D．原電池中發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負(fù)極 D [ 原電池的兩極可以是兩種活潑性不同的金屬， 也可以是由金屬與非金屬 (例如石墨 )構(gòu)成，原電池的負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故 A、 B、 C 選項(xiàng)錯(cuò)； 只有 D 選項(xiàng)正確。 ] 題組 3 原電池的工作原理 5.右圖是 Zn 和 Cu 組成的原電池示意圖，某小組做完該實(shí)驗(yàn)后， 在讀書(shū)卡片上記錄如下，卡片上描述合理的是 ( ) 實(shí)驗(yàn)記錄： ①導(dǎo)線中電流方向： Zn→Cu ② Cu極上有氣泡產(chǎn)生，發(fā)生還原反應(yīng)③鋅片變薄

17、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論： ④ Zn為正極， Cu為負(fù)極 － 2＋ ⑤正極反應(yīng)式： Cu－2e ===Cu ，發(fā)生氧化反應(yīng) ＋ 2－ ⑥ H 向 Cu極移動(dòng)， SO4 向Zn極移動(dòng) A．①②③ B．④⑤⑥ C．③④⑤ D．②③⑥ D [ 鋅比銅活潑性強(qiáng)，因此在 Cu—Zn—H2SO4 原電池中，鋅為負(fù)極，電子由鋅 →銅，導(dǎo)線中電流由銅 →鋅，鋅失去電子而溶解，溶液中的 H＋移向銅片， 在 Cu 極得到電子而產(chǎn)生 H2 氣泡。故 D 項(xiàng)正確。 ] 6．堿性鋅錳電池的總反應(yīng)為 Zn＋2MnO 2＋ 2H2O===Zn(OH)2＋ 2MnO(OH) ， 下

18、列說(shuō)法不正確的是 ( ) A．該電池 Zn 為負(fù)極， MnO2 為正極，電解質(zhì)是 KOH B．放電時(shí)外電路電流由 Zn 流向 MnO 2 C．電池工作時(shí) OH－ 向鋅電極移動(dòng) D．該電池的正極反應(yīng)為 MnO 2＋e－ ＋H2O===MnO(OH)＋OH－ B [ 放電時(shí)，Zn 為負(fù)極，MnO 2 為正極，電子從 Zn 電極 (負(fù)極 )流向 MnO2(正 極 )，電流方向與電子流向相反，從正極流向負(fù)極，故 B 項(xiàng)錯(cuò)誤。 ] 第 7 頁(yè) 原電池工作中 “三個(gè)方向 ” 和“一個(gè)類型 ” 題組 4 原電

19、池工作原理的應(yīng)用 7．M 、N、 P、 E 四種金屬，已知：① M ＋N2＋ ===N＋M 2＋ ；② M 、 P 用導(dǎo)線連接放入 NaHSO4 溶液中， M 表面有大量氣泡產(chǎn)生；③ N、E 用導(dǎo)線連接放入 E 的硫酸鹽溶液中，電極反應(yīng)為 E2 ＋ ＋2e－ ===E，N－2e－ ===N2 ＋。則這四種金屬的 還原性由強(qiáng)到弱的順序是 ( ) A．P>M>N>E B．E>N>M>P C．P>N>M>E D．E>P>M>N A [ 由①知金屬活動(dòng)性： M>N ；由② 知 M 作原電池的正極， 故金屬活動(dòng)性： P>M；由 ③知 N 作負(fù)極，故金屬活動(dòng)性：

20、 N>E。A 正確。 ] 8．試根據(jù)氧化還原反應(yīng)： 2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2 設(shè)計(jì)原電池，回答 下列問(wèn)題。 【導(dǎo)學(xué)號(hào) ：13572079】 電解質(zhì)溶液是 ________，負(fù)極是 ________，電極反應(yīng)式為 ， 正極是 ________，電極反應(yīng)式為 ________________________。 【解析】 氧化還原反應(yīng)中的氧化劑在正極反應(yīng)， 還原劑在負(fù)極反應(yīng)。 根據(jù) 方程式可知，銅作負(fù)極， FeCl3 為電解質(zhì)，正極宜選用不與 FeCl3 反應(yīng)但能導(dǎo)電 的物質(zhì)。 【答案】 Fe

21、Cl3 Cu Cu－2e－===Cu2＋ 石墨 2Fe3＋＋ 2e－ ===2Fe2＋ 題組 5 鋼鐵的電化學(xué)腐蝕 9．鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時(shí)，正極上發(fā)生的電極反應(yīng)是 ( ) A．2H＋＋ 2e－ ===H2↑ B．Fe2 ＋ ＋2e－ ===Fe C．2H2O＋O2＋4e－ ===4OH－ D．Fe3＋ ＋e－ ===Fe2 ＋ C [ 鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為 Fe－ 2e－===Fe2＋，正極反應(yīng)為 O2 第 8 頁(yè) ＋ 4e－ ＋2H2O===4OH－ ，C 正確。 ] 10．如圖所示，液面上

22、浮著一個(gè)空心鐵球。數(shù)天后可觀察到的現(xiàn)象是 ( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào) ：13572080】 ①鐵球表面出現(xiàn)紅棕色銹斑 ②鐵球表面出現(xiàn)黑色銹斑 ③量筒內(nèi)水位下降 ④量筒內(nèi)水位上升 A．①③ B．①④ C．②③ D．③④ B [ 量筒中的空氣、溶有 O2 的食鹽水和鐵球 (鐵碳合金 )組成原電池，發(fā)生了電化學(xué)腐蝕。其負(fù)極反應(yīng)式是 2Fe－ 4e－===2Fe2＋，正極反應(yīng)式是 O2＋ 2H2O ＋ 4e－ ===4OH－。 Fe2＋與 OH－結(jié)合成 Fe(OH)2，再被氧化成 Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)3 脫水成為 Fe2O3x

23、H2O 而在鐵球表面出現(xiàn)紅棕色銹斑。由于量筒中的 O2 被吸收， 所以量筒內(nèi)的水位會(huì)上升。 ] 題組 6 化學(xué)電源 11．常用的紐扣電池為銀鋅電池，它分別以鋅和氧化銀為電極。放電時(shí)鋅極 上的電極反應(yīng)是 Zn＋ 2OH－ －2e－ ===Zn(OH)2，氧化銀極上的反應(yīng)是 Ag2O＋H2O ＋ 2e－===2Ag＋2OH－，下列判斷中，正確的是 ( ) A．鋅是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化銀是正極，發(fā)生還原反應(yīng) B．鋅是正極，發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化銀是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng) C．鋅是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)，氧化銀是正極，發(fā)生氧化反應(yīng) D．鋅是正極，發(fā)

24、生還原反應(yīng)，氧化銀是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng) A [ 放電時(shí)是原電池。 負(fù)極是較活潑金屬，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)； 正極是 較不活潑金屬或非金屬導(dǎo)體，發(fā)生還原反應(yīng)。 ] 12．氫氧燃料電池是一種能在航天飛機(jī)上使用的特殊電池， 其反應(yīng)原理示意 圖如圖。下列有關(guān)氫氧燃料電池的說(shuō)法不正確的是 ( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào) ：13572081】 第 9 頁(yè) A．由于 A 、B 兩電極材料沒(méi)有活潑性差別，故不能構(gòu)成原電池B．A 電極是負(fù)極，電極上發(fā)生氧化反應(yīng) C．產(chǎn)物為無(wú)污染的水，屬于環(huán)境友好的綠色電池 D．外電路中電流由

25、B 電極通過(guò)導(dǎo)線流向 A 電極 A [A 項(xiàng)，燃料電池中電極的活潑性可以是相同的，錯(cuò)誤； B 項(xiàng)， A 電極 通入的是氫氣， A 電極作負(fù)極，電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，正確； C 項(xiàng)，產(chǎn)物為無(wú)污 染的水，屬于環(huán)境友好的綠色電池，正確； D 項(xiàng)， B 電極是正極，則外電路中電 流由 B 電極通過(guò)導(dǎo)線流向 A 電極，正確。 ] 第 10 頁(yè)