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1、化学能与电能适用学科高中化学适用年级高中一年级适用区域人教版新课标课时时长（分钟）2课时知识点1、原电池的概念及组成，2、原电池的工作原理，3、原电池的判定，4、化学电源学习目标原电池的电极名称及电极反应式；对几种化学电源的电极反应式的认识和书写；原电池原理的应用。学习重点原电池的电极名称及电极反应式；化学电源的电极反应式的认识和书写；原电池原理的应用。学习难点原电池原理的应用教学过程课堂导入1.格林太太是一位美丽、乐观的中年妇女，当她开怀大笑的时候，人们可以发现她一口整齐洁白的牙齿中镶有两颗假牙：其中一颗是黄金的，另一颗是不锈钢的。令人百思不解的是自从镶上不锈钢假牙后，格林太太经常头痛、夜间
2、失眠、心情烦躁医生绞尽了脑汁，格林太太的病情仍未好转。后来一位年轻的化学家来看望格林太太，并为格林太太揭开了病因。原来是两颗金属的假牙与唾液中的电解质形成了原电池，产生了微小的电流，使得格林太太头痛。原电池是如何形成的？它需要什么条件？2.锂离子电池的阴极材料为锂金属氧化物，具有高效率、高能量密度的特点，并具有放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、储存寿命长、无记忆效应及无公害等优点。但目前锂离子电池在大尺寸制造方面存在一定问题，过充控制的特殊封装要求高，价格昂贵，所以尚不能普遍应用。目前世界上运行的最大锂离子储能系统是A123公司投资建设的，装机容量为2兆瓦。 一、复习预习1、氧化还原反
3、应的特征是什么？氧化还原反应的本质是什么？2、电池在当今生产、生活和科技发展中广泛的用途（电脑展示）3、Mg条在空气中燃烧现象如何？过程中发生的能量变化有哪些？答：发出耀眼的强光，同时放出大量的热，化学能转变为光能、化学能转变为热能，这是一个氧化还原反应，Mg直接失电子给氧，设想如果把Mg失去的电子通过导线递给氧，在导线中不就有电流产生吗？该过程就是化学能转变成电能了。那么到底通过何种途径、何种装置来实现这种转变呢？二、知识讲解知识点1：原电池的概念及组成1、原电池定义：把化学能转变为电能的装置注意：原电池是一种装置，其能量转化形式是化学能转化为电能。2、典型装置把锌粒放入稀硫酸中；铜片放入稀
4、硫酸中；锌粒放在铜片上一起浸入稀硫酸中；锌片、铜片用导线连在灵敏电流计上一起浸入稀硫酸中。观察四个装置的现象。如上图当闭合开关后可以看到Zn片溶解，电流计的指针偏转，说明有电流的形成；但是电流在较短时间内就会衰减，说明该装置简单、效率低；在两个电极上都会有气体产生，而且溶液的温度升高说明Zn可以直接与硫酸反应，在Cu片上是溶液中的H+得到电子生成H2，因此在该装置中既有化学能转化为电能又有化学能转化为热能。如上图将Zn片和Cu片分别置于和ZnSO4和CuSO4溶液中，用导线连接，两烧杯之间用盐桥接通，发现电流计的指针偏转，说明有电流的形成；而且电流稳定持续时间较长，说明该装置简单、效率高；在Z
5、n表面有红色物质析出，因此在该装置中只有化学能转化为电能。【注意：】盐桥起着平衡溶液电荷，构成回路，提高原电池工作效率的作用。3、原电池的基本组成：由电极材料和电解质溶液形成两个半电池，两个隔离的半电池通过导线连接。4、构成原电池条件a溶液相同，电极变化b电极相同，溶液变化：c电路是否闭合分析得构成原电池的条件（1）两个电极：负极（较活泼的金属，失去电子的一极），正极（较不活泼的金属或非金属，得到电子的一极）； （2）电解质溶液或者熔融电解质（两电极浸在其中） （3）闭合回路 （4）电池反应应为自发的氧化还原反应知识点2：原电池的工作原理1、 原电池原理：宏观上我们看到了两极上的变化，从微观上
6、我们再来探讨一下就能够发现作为负极的较活泼的金属不断失去电子变成阳离子进入溶液中，而电子则沿着外电路也就是导线转移到作正极的较不活泼的金属上，溶液中的阳离子会移向正极并在正极上获得电子发生还原反应，溶液中的阴离子向负极移动，这样才会是完整的闭合回路，从而形成电流，化学能转换为电能。上面讲到的丹尼尔电池中盐桥的作用就是离子在其中可以移动而形成完整的闭合回路。2、 电子流向：负极导线正极3、 离子迁移：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。（使得电源有了电势差）4、 电流流向：与电子移动方向相反5、 电极反应与总反应：原电池将一个完整的氧化还原反应分为两个半反应，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
7、一般将两个电极反应中得失电子的数目写为相同，相加后便得到总反应方程式。以Zn-Cu原电池为例：电极反应：（-）Zn-2 e=Zn2+（+）2H+2 e=H2电池总反应：Zn+2H+=H2+Zn2+6、 pH的变化规律：若电极反应消耗OH-（或者H+），则电极周围溶液的pH减小（或增大）；若电极反应生成OH-（或者H+），则电极周围溶液的pH增大（或减小）。若总反应的结果是消耗OH-（或者H+）或生成OH-（或者H+）则溶液的pH减小（或增大）或增大（或减小）。若两极消耗等物质的量的OH-和H+，则溶液的pH变化规律随溶液的酸碱性的不同而不同。知识点3：原电池正负极的判断方法1、 由组成原电池的
8、两级材料判断：一般活泼的金属作为负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属作为正极。2、 根据电流方向或电子流动方向判断：在外电路电流时由正极流向负极；电子是由负极流向正极。3、 根据原电池里电解质溶液中离子的定向移动方向判断：在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。4、 根据原电池两级发生的变化来判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。5、 X极增重或减轻：工作后，X极质量增加，说明X极有物质析出，X极为正极；反之，X极质量减少，说明X极金属溶解，X极为负极。6、 X极有气泡冒出：工作后，X极上有气泡冒出，是因为发生了析出H2的电极反应，说明X极为正
9、极。7、 X极附近pH的变化：析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而工作后，X极附近pH增大了说明X极为正极。8、 特例：在根据金属活动性的规律判断的时候还得考虑溶液的酸碱性以及浓溶液、稀溶液等问题。知识点4：常见的化学电源及其电极反应1、 化学电源分类：一次电池（发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后就不能再使用的电池，如普通锌-锰电池、银-锌电池等干电池）；二次电池（可多次充、放电的电池，如铅蓄电池、镍-铬电池等蓄电池）；燃料电池（利用燃料和氧化还原反应的电池，如氢氧燃料电池、甲醇燃料电池等）2、 电极反应式的书写a、 书写应遵循的原则：要遵循质量守恒、电子守
10、恒及电荷守恒。弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的以离子形式表示。正极反应产物、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。b、 电极反应式的书写类型：根据装置书写电极反应式、给出总反应写出电极反应式（列出物质，标出电子的得失；选离子，配电荷；配个数，巧加水；两式加，验总式。）c、 以2H2O2=2H2O为例，当电解质溶液为KOH溶液时，根据总反应方程式得到两边化合价升高的物质是H2转移电子数为4e，即负极反应式书写为2H2-4e=4H+，根据电解质溶液的酸碱性，用H+或OH-或其他离子配平，使得两边电荷总数相等，即2H2-4e+4OH-=4H2O在碱
11、性溶液中，电极反应式中不能出现H+；同理正极反应式的书写是O22H2O+4e =4OH-。在碱性溶液中提供H+的是水，要写成化学式的形式。将正负极反应式相加若得到总反应方程式说明书写正确。注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如H+和OH-要写成反应后的物质H2O。知识点5：原电池原理的应用1比较金属活泼性作负极的金属活泼性强，作正极的金属活泼性弱。2改变化学反应速率如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率。3保护金属设备如：船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀。在船体外壳焊接上比铁活泼的金属(如Zn)，则构成以Zn
12、、Fe为电极的原电池，Zn被消耗掉而Fe得到保护。4原电池的设计以ZnCuSO4=ZnSO4Cu为例说明。注意：在设计原电池时，若给出的是离子反应方程式，如：FeCu2=CuFe2，此时电解质不确定为具体的物质，只要是可溶性铜盐即可，如CuCl2、CuSO4等。三、例题精析【例题1】甲烷燃料电池，分别选择H2SO4溶液和NaOH溶液做电解质溶液，下列有关说法正确的是()A总反应式都为CH42O2=CO22H2OBH2SO4和NaOH的物质的量都不变，但浓度都减小C若用H2SO4溶液做电解质溶液，负极反应式为CH44eH2O=CO24HD若用NaOH溶液做电解质溶液，正极反应式为O22H2O4e
13、=4OH【解题思路】A项，在氢氧化钠溶液中，生成的CO2会与氢氧化钠反应生成碳酸钠；B项，在碱性溶液中，由于CO2与氢氧化钠反应，使得氢氧化钠的物质的量减小；C项，负极反应中，1个CH4应该失去8个电子，其电极反应式是CH48e2H2O=CO28H+。【答案】D【例题2】有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线联结起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为 （ ）ADCAB BDABC CDBAC DBADC【解题思路】根据原电池原理，较活
14、泼金属作负极，较不活泼金属作正极，B不易被腐蚀，说明B为正极，金属活动性AB。另可比较出金属活动性DA，BC。故答案为B项。【答案】B【例题3】100mL浓度为2molL-1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是 （ ）A加入适量的6molL-1的盐酸 B加入数滴氯化铜溶液 C加入适量蒸馏水D加入适量的氯化钠溶液【解题思路】向溶液中再加入盐酸，H+的物质的量增加，生成H2的总量也增加，A错。加入氯化铜后，锌置换出的少量铜附在锌片上，形成了原电池反应，反应速率加快，又锌是过量的，生成H2的总量决定于盐酸的量，故B正确。向原溶液中加入水或氯化钠溶液都引起溶液
15、中H+浓度的下降，反应速率变慢，故C、D都不正确。本题答案为B项。【答案】B四、课堂运用【基础】1.家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是A.4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3B.2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2C.2H2OO24e=4OHD.Fe3e=Fe3【解题思路】Fe 在空气中发生原电池的负极反应是失去两个电子，所以是Fe2e=Fe2所给选项D是错的；在空气中生成的Fe2不能够存在，它与O2和H2O结合生成Fe(OH)2，所以B正确；Fe(OH)2在空气中也不稳定又会变成Fe(OH)3，所以A正确；而正极反应式是O2得电子，发生2H2OO24e=4OH，所以C正确。【答案】D2.随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理
