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1、中学化学精品资料第三单元化学能与电能的转化第1课时化学能转化为电能化学电源学习目标核心素养建构1.通过铜锌原电池的实验探究，初步了解原电池原理。2.了解化学电源的原理与应用。3.了解钢铁的电化学腐蚀。知 识 梳 理一、原电池及其工作原理1实验探究实验步骤现象解释或说明锌片逐渐溶解，表面有气泡；铜片表面无气泡锌与稀硫酸发生置换反应产生H2，而铜则不能锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，电流计指针发生偏转锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生，导线中有电流2.原电池(1)概念：将化学能转化成电能的装置称为原电池，在原电池中发生的化学反应是氧化还原
2、反应。(2)工作原理： (以ZnH2SO4Cu原电池为例)电极材料锌铜电极名称负极正极电极反应Zn2e=Zn2 2H2e=H2 反应类型氧化反应还原反应外电路电子流向由锌片沿导线流向铜片内电路离子移向溶液中H向正极移动，在铜片上被还原为H2原电池总反应Zn2H=Zn2H23.按要求完成下列实验，并填表实验步骤现象解释或说明两锌片逐渐溶解且表面都有气泡，电流计指针不偏转锌与稀硫酸反应，但导线中无电流无现象乙醇是非电解质，与Zn、Cu都不反应结合以上实验，分析原电池的构成条件是什么？答案理论上，自发的氧化还原反应均可构成原电池。具体条件是：(1)具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的
3、非金属)；(2)两电极均插入电解质溶液中；(3)两极用导线相连，形成闭合回路。【自主思考】1是否所有的化学反应理论上都可以设计成原电池？提示不是。原电池是利用氧化还原反应原理，将还原反应与氧化反应分别在两极发生，使电子在导线中定向移动，形成电流。2根据课本中的活动与探究回答：H得到的电子是Cu失去的吗？在这个过程中Cu起什么作用？你怎样知道导线中有电子通过？提示不是；Cu做导体，起传导电子的作用；电流表的指针发生了偏转。3若将铜锌原电池中的Cu电极换成石墨，可以吗？为什么？提示可以，因为Cu在该原电池中起到的是传递电子的作用，其本身并未参与电极反应。所以，把Cu电极换成能导电的材料就可以。当然
4、，该材料的活泼性不能比负极活泼。二、钢铁的电化学腐蚀实验内容在一块表面无锈的铁片上滴一大滴含酚酞的食盐水，放置一段时间实验现象液滴周围逐渐呈现红色，并慢慢形成红色的锈斑实验结论钢铁在潮湿的空气中很快被腐蚀钢铁的电化学腐蚀原理图示形成条件钢铁表面形成的电解质溶液中溶有O2，通常溶液呈中性或弱碱性电极材料负极是Fe，正极是C电极反应负极反应式：2Fe4e=2Fe2，正极反应式：2H2OO24e=4OH总反应式2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2溶液中的反应4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(3x)H2O电化学腐蚀概念不纯金属或合金与电解质溶液接触，
5、发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀【自主思考】4钢铁在干燥的空气中长时间不易生锈，但在潮湿的空气里很快就会生锈，纯的铁片在潮湿的空气里也不容易生锈，这是什么原因呢？提示钢铁腐蚀实质上是发生了原电池反应，潮湿的空气具备了构成原电池的条件，而干燥的空气中不具备与电解质溶液接触的条件；纯的铁片不能构成原电池的两电极，所以不容易生锈。三、化学电源1分类(1)一次电池：不能充电，用过之后不能复原。(2)二次电池：可充电，可多次重复使用。2常见的化学电源电池名称电池组成电池反应锌锰干电池锌筒为负极，石墨棒为正极，MnO2和NH4Cl作电解质Zn2NH4Cl2MnO2=Zn
6、(NH3)2Cl22MnO(OH)银锌纽扣电池负极是锌，正极是氧化银，电解质溶液是氢氧化钾溶液ZnAg2OH2O Zn(OH)22Ag铅蓄电池负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液PbPbO22H2SO4 2PbSO42H2O镍氢电池负极是贮氢合金，正极是泡沫氧化镍，电解质溶液是KOH溶液NiO(OH)MHNiOMH2O (MH表示贮氢合金M中吸收结合的氢)氢氧燃料电池负极通氢气，正极通氧气，KOH溶液为电解质溶液2H2O2=2H2O甲醇空气燃料电池负极通甲醇，正极通入空气，电解质溶液是KOH溶液2CH3OH3O24OH=2CO6H2O【自主思考】5铅蓄电池的电池反应式为PbPbO2
7、2H2SO4=2PbSO42H2O。请写出负极、正极的电极反应式。提示负极：Pb2eSO=PbSO4；正极：PbO22e4HSO=PbSO42H2O。6燃料电池两电极反应有何特点？提示两个电极均为惰性电极，本身不参与反应。燃料电池常用的燃料有H2、CH4、C2H4、CH3OH等可燃性物质，在反应中燃料一般表现为失去电子，在电源负极通入。常用的氧化剂是氧气，在反应中表现为得到电子，在电源正极通入。效 果 自 测1判断(1)原电池是一种电能转化为化学能的装置。()(2)负极失去电子发生氧化反应。()(3)正极是电子流出极。()(4)用导线连接的铜片和锌片插入稀H2SO4中，铜片上有大量气泡产生。(
8、)(5)在铜锌稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌。()(6)原电池中阳离子向正极移动。()答案 (1)(2)(3)(4)(5)(6)2下列说法正确的是()A镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池B燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池C化学电池的反应基础是氧化还原反应D铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2解析碱性锌锰干电池是一次电池；燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池；铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。答案C探究一、原电池工作原理【合作交流】1将反应：ZnCu2=CuZn2，设计成原电池写出正、负极反应式。提
9、示正极：Cu22e=Cu，负极：Zn2e=Zn2。2某种燃料电池的工作原理示意图如下所示，a、b均为惰性电极。(1)使用时，空气从_(填“A”或“B”)口通入。(2)假设使用的“燃料”是甲醇(CH3OH)，a极的电极反应式为_。提示(1)B(2)CH3OH6e8OH=CO6H2O【点拨提升】1原电池正、负极的判断方法关键提醒判断原电池要“四看”一看本质：反应是自发进行的氧化还原反应。二看电极：具有两个活泼性不同的电极(燃料电池的电极一般是惰性电极)。三看溶液：电解质溶液(一般负极材料与电解质溶液反应)。四看回路：电极、电解质溶液构成闭合回路。2原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)【典题例证1】
10、右图是Zn和Cu组成的原电池示意图，某小组做完该实验后，在读书卡片上记录如下，卡片上描述合理的是()实验记录：导线中电流方向：ZnCuCu极上有气泡产生，发生还原反应锌片变薄实验结论：Zn为正极，Cu为负极正极反应式：Cu2e=Cu2，发生氧化反应H向Cu极移动，SO向Zn极移动ABCD解析锌比铜活泼性强，因此在CuZnH2SO4原电池中，锌为负极，电子由锌铜，导线中电流由铜锌，锌失去电子而溶解，溶液中的H移向铜片，在Cu极得到电子而产生H2气泡。故D项正确。答案D方法拓展：判断电极时，有时不能只看金属的活泼性强弱，还要看电解质溶液的性质，如：Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，M
11、g作正极；Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。【学以致用1】一个原电池反应的离子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，该原电池的合理组成是()正极负极电解质溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DCuZnZnCl2解析由总反应式知，Zn被氧化，作原电池的负极，符合条件的有B、C、D，正极反应为Cu22e=Cu，B选项中是2H2e=H2，D选项不含Cu2，故应选C。答案C探究二、原电池原理的应用【合作交流】3实验室用稀H2SO4与Zn反应制H2时，用纯锌快还是粗锌快？提示粗锌。4钢铁制品在潮湿空气中易生锈的原理是什么？提
12、示发生了原电池反应。【点拨提升】1加快氧化还原反应的速率自发进行的氧化还原反应，形成原电池时反应速率增大。例如，Zn与稀H2SO4反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn和置换出的Cu在稀H2SO4中构成原电池，加快Zn与稀硫酸反应的速率。2比较金属的活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。例如，有两种金属a、b，用导线连接插入到稀H2SO4中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生，则a为负极，b为正极，金属活动性ab。3用于金属腐蚀保护使金属制品作原电池的正极而得到保护。例如，将铁质输水管道与锌块相连，锌作原电池的负极失电子，保护铁不被腐蚀。4设计电池理论上能自
13、发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。如：把Fe2Fe3=3Fe2设计成原电池，可用Fe作负极，铜(或石墨)作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。【典题例证2】有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D流向C；A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是()AABCDBACDBCCABDDBDCA解析金属与稀H2SO4溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H在正极表面得到电子生成H2，电子运动方向由负极正极，电流方向则由正极负极。在题述原电池中，AB原电池，A为负极；CD原电池，C为负极；AC原电池，A为负极；BD原电池，D为负极。综上可知，金属活动性：ACDB。答案B【学以致用2】试根据氧化还原反应：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2设计原电池，并画出装置图。指出电解质溶液是_，负极是_，电极反应式为_，正极是_，电极反应式为_。解析氧化还原反应中的氧化剂在正极反应，还原剂在负极反应。根据方程式可知，铜作负极，FeCl3为电解质，正极选用不
