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1、第二节化学能与电能学习目标学习目标1.1.了解原电池的概念、反应原理及构成。了解原电池的概念、反应原理及构成。2.2.举例说明化学能与电能的转化关系及应用。举例说明化学能与电能的转化关系及应用。3.3.认识研制新型电池的重要性。认识研制新型电池的重要性。4.4.了解几种重要的化学电源。了解几种重要的化学电源。学习重点学习重点1.1.原电池概念、反应原理、构成及应用。原电池概念、反应原理、构成及应用。2.2.化学能转化为电能对现代化的重要意义。化学能转化为电能对现代化的重要意义。【自主预习自主预习】一、化学能一、化学能转化为电能转化为电能1.1.间接转化间接转化火力发电：火力发电：化学化学热热机
2、械机械电电燃烧燃烧 氧化还原氧化还原2.2.直接转化直接转化原电池：原电池：(1)(1)概念：将概念：将_转变为转变为_的装置。的装置。(2)(2)构成条件：构成条件：化学能化学能电能电能活泼性不同活泼性不同电解质溶液电解质溶液闭合回路闭合回路(3)(3)工作原理：工作原理：ZnZn电极电极(_(_极极) )反应式：反应式：_,_,发生发生_反应反应; ;CuCu电极电极(_(_极极) )反应式：反应式：_,_,发生发生_反应反应; ;原电池总反应：原电池总反应：_。(4)(4)反应本质：反应本质：_反应。反应。负负Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+氧化氧化正正2H2H+ +2e+
3、2e- -=H=H2 2还原还原Zn+2HZn+2H+ +=Zn=Zn2+2+H+H2 2氧化还原氧化还原二、发展中的化学电源二、发展中的化学电源1.1.干电池干电池一次性电池：一次性电池：特点：放电后不能再充电。特点：放电后不能再充电。电池类型电池类型负极负极正极正极电解质电解质锌锰干电池锌锰干电池_碱性锌锰电池碱性锌锰电池_锌筒锌筒石墨棒石墨棒NHNH4 4ClCl锌筒锌筒石墨棒石墨棒KOHKOH2.2.充电电池充电电池二次电池二次电池：特点：在放电时所进行的氧化还原反应特点：在放电时所进行的氧化还原反应, ,在充电时可以在充电时可以_进进行行, ,使电池恢复到放电前的状态。使电池恢复到放
4、电前的状态。电池类型电池类型负极负极正极正极电解质电解质铅蓄电池铅蓄电池_镍镉电池镍镉电池_锂离子电池锂离子电池新一代可充电的绿色电池新一代可充电的绿色电池, ,低功耗电器电源低功耗电器电源逆向逆向PbOPbO2 2硫酸硫酸PbPbCdCdNiO(OH)NiO(OH)KOHKOH3.3.燃料电池燃料电池：(1)(1)原理：利用原电池的工作原理将原理：利用原电池的工作原理将_反应所放出反应所放出的的_直接转化为直接转化为_。(2)(2)与其他电池的区别：反应物不是储存在电池内部与其他电池的区别：反应物不是储存在电池内部, ,而是由外而是由外设装备提供燃料和氧化剂。设装备提供燃料和氧化剂。燃料和氧
5、化剂燃料和氧化剂化学能化学能电能电能【自我小测自我小测】判断或回答下列问题：判断或回答下列问题：1.(1.(判一判判一判) )中和反应是放热反应中和反应是放热反应, ,故能设计成原电池。故能设计成原电池。( )( )提示：提示：原电池反应的本质是氧化还原反应原电池反应的本质是氧化还原反应, ,而中和反应是复而中和反应是复分解反应不是氧化还原反应分解反应不是氧化还原反应, ,反应过程中没有电子转移反应过程中没有电子转移, ,无法无法形成电流形成电流, ,故不能设计成原电池。故不能设计成原电池。2.2.在原电池中在原电池中, ,电子和离子的移动方向是怎样的电子和离子的移动方向是怎样的? ?提示：提
6、示：电子移动的方向是从负极经过导线移向正极电子移动的方向是从负极经过导线移向正极; ;在原电池在原电池电解质溶液中电解质溶液中, ,带正电荷的阳离子向正极移动带正电荷的阳离子向正极移动, ,带负电荷的阴带负电荷的阴离子向负极移动。离子向负极移动。3.3.原电池的电极材料必须是金属吗原电池的电极材料必须是金属吗? ?提示：提示：原电池的电极材料可以是两种活泼性不同的金属原电池的电极材料可以是两种活泼性不同的金属, ,也可也可以是一种金属与一种可导电的惰性材料以是一种金属与一种可导电的惰性材料( (如石墨如石墨),),在燃料电池在燃料电池中中, ,电极材料均不发生反应电极材料均不发生反应, ,故两
7、极均可用惰性材料。故两极均可用惰性材料。4.(4.(判一判判一判) )氧化还原反应都可设计成原电池。氧化还原反应都可设计成原电池。( )( )提示：提示：只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池, ,而吸热的而吸热的氧化还原反应不能设计成原电池。氧化还原反应不能设计成原电池。5.(5.(判一判判一判) )在原电池中发生还原反应的电极为负极。在原电池中发生还原反应的电极为负极。( )( )提示：提示：在原电池中负极失电子发生氧化反应在原电池中负极失电子发生氧化反应, ,而正极得电子发而正极得电子发生还原反应生还原反应, ,故发生氧化反应的电极为负极故发生氧化反
8、应的电极为负极, ,发生还原反应的发生还原反应的电极为正极。电极为正极。6.(6.(判一判判一判) )在铜在铜锌锌稀硫酸原电池中稀硫酸原电池中, ,电子由锌通过导线流电子由锌通过导线流向铜向铜, ,再由铜通过电解质溶液到达锌。再由铜通过电解质溶液到达锌。( )( )提示：提示：电子只能在两极和外电路中流动电子只能在两极和外电路中流动, ,不能进入溶液不能进入溶液, ,在溶在溶液中是阴阳离子的定向移动。液中是阴阳离子的定向移动。【释义链接释义链接】化学能化学能化学能是物质发生化学反应时所释放的能量化学能是物质发生化学反应时所释放的能量, ,是一种很隐蔽的是一种很隐蔽的能量能量, ,它不能直接用来
9、做功它不能直接用来做功, ,只有在发生化学变化的时候才释只有在发生化学变化的时候才释放出来放出来, ,变成热能或其他形式的能量。变成热能或其他形式的能量。二次电池二次电池利用化学反应的可逆性利用化学反应的可逆性, ,可以组建成一个新电池可以组建成一个新电池, ,即当一个化即当一个化学反应转化为电能之后学反应转化为电能之后, ,还可以用电能使化学体系修复还可以用电能使化学体系修复, ,然后然后再利用化学反应转化为电能。再利用化学反应转化为电能。燃料电池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。具有以下特点：能量转化效率
10、高电装置。具有以下特点：能量转化效率高, ,燃料和空气分别送燃料和空气分别送进燃料电池进燃料电池, ,它直接将燃料的化学能转化为电能它直接将燃料的化学能转化为电能, ,中间不经过中间不经过燃烧过程。燃烧过程。原电池的工作原理原电池的工作原理铜锌原电池工作原理如下图：铜锌原电池工作原理如下图：1.1.原电池是由哪几部分组成原电池是由哪几部分组成? ?各起什么作用各起什么作用? ?提示：提示：构成原电池需有两个活泼性不同的电极构成原电池需有两个活泼性不同的电极, ,将电极插入将电极插入电解质溶液中电解质溶液中, ,两电极间用导线连接使之构成闭合回路。两电极间用导线连接使之构成闭合回路。电极的作用是
11、导电电极的作用是导电, ,有些电池中电极材料会参加反应有些电池中电极材料会参加反应; ;导线的导线的作用是传导电子作用是传导电子; ;电解质溶液的作用是通过自由离子的移动电解质溶液的作用是通过自由离子的移动传导电荷。传导电荷。合作探究合作探究2.2.原电池中电流的方向、电子的流向、阴阳离子的流向有何原电池中电流的方向、电子的流向、阴阳离子的流向有何关系关系? ?提示：提示：原电池中电流的方向与阳离子的流向一致原电池中电流的方向与阳离子的流向一致, ,电子的流电子的流向与阴离子的流向一致向与阴离子的流向一致; ;电子的流动与离子的流动形成闭合电子的流动与离子的流动形成闭合回路。回路。3.3.锌与
12、稀硫酸反应时锌与稀硫酸反应时, ,若滴几滴硫酸铜溶液若滴几滴硫酸铜溶液, ,反应速率会加快反应速率会加快, ,试分析其原因。试分析其原因。提示：提示：滴加硫酸铜溶液后滴加硫酸铜溶液后, ,会有少量锌与硫酸铜反应置换出会有少量锌与硫酸铜反应置换出铜。然后铜、锌分别作为原电池的两个电极而形成原电池铜。然后铜、锌分别作为原电池的两个电极而形成原电池, ,从而加快锌与稀硫酸的反应。从而加快锌与稀硫酸的反应。4.4.怎样判断原电池中的正负极怎样判断原电池中的正负极? ?提示：提示：(1)(1)根据电极材料的活动性判断：相对活泼的金属为根据电极材料的活动性判断：相对活泼的金属为负极负极, ,相对稳定的金属
13、或导电的非金属为正极。相对稳定的金属或导电的非金属为正极。(2)(2)根据电极反应类型判断：发生氧化反应的是负极根据电极反应类型判断：发生氧化反应的是负极, ,可能是可能是电极材料被氧化电极材料被氧化( (溶解溶解) )也可能是溶液中的阴离子被氧化也可能是溶液中的阴离子被氧化; ;发发生还原反应的是正极生还原反应的是正极, ,一般是溶液中的阳离子被还原。一般是溶液中的阳离子被还原。(3)(3)根据电子流向判断：电子由负极沿导线流向正极。根据电子流向判断：电子由负极沿导线流向正极。(4)(4)根据溶液中的离子流向判断：阳离子移向正极根据溶液中的离子流向判断：阳离子移向正极, ,阴离子移阴离子移向
14、负极。向负极。5.5.已知反应已知反应Cu+2AgCu+2Ag+ +=2Ag+Cu=2Ag+Cu2+2+, ,请将该反应设计成原电池请将该反应设计成原电池, ,画出原电池装置图并标出正、负极。画出原电池装置图并标出正、负极。提示：提示：先确定两个电极先确定两个电极, ,负极失电子化合价升高负极失电子化合价升高, ,所以铜作负所以铜作负极极, ,再找活泼性比铜弱的碳棒或银棒作正极再找活泼性比铜弱的碳棒或银棒作正极; ;从反应中可以看从反应中可以看出电解质溶液中必须含有银离子出电解质溶液中必须含有银离子, ,所以用硝酸银作电解质溶所以用硝酸银作电解质溶液。装置图：液。装置图：【探究提升探究提升】【
15、知识点睛知识点睛】原电池的判断方法原电池的判断方法【规律方法规律方法】原电池正、负极判断的五个依据原电池正、负极判断的五个依据负极依据正极负极依据正极较活泼金属较活泼金属 电极材料电极材料较不活泼金属或导电的非金属较不活泼金属或导电的非金属发生氧化反应发生氧化反应 反应类型反应类型发生还原反应发生还原反应流出电子流出电子 电子流向电子流向流入电子流入电子阴离子移向阴离子移向 离子移向离子移向阳离子移向阳离子移向电极不断溶解电极不断溶解 电极现象电极现象电极质量增加或有气泡产生电极质量增加或有气泡产生某小组为研究电化学原理某小组为研究电化学原理, ,设计了如图装置。设计了如图装置。下列叙述不正确
16、的是下列叙述不正确的是( () )A.aA.a和和b b不连接时不连接时, ,铁片上会有金属铜析出铁片上会有金属铜析出B.aB.a和和b b用导线连接时用导线连接时, ,铜片上发生的反应为铜片上发生的反应为CuCu2+2+2e+2e- -=Cu=CuC.C.无论无论a a和和b b是否连接是否连接, ,铁片均会溶解铁片均会溶解, ,溶液均溶液均由蓝色逐渐变成浅绿色由蓝色逐渐变成浅绿色D.aD.a和和b b用导线连接时用导线连接时,Cu,Cu2+2+移向铁电极移向铁电极【解析解析】选选D D。a a与与b b不连接不连接, ,未构成原电池未构成原电池,Cu,Cu2+2+与与FeFe直接反应直接反
17、应而析出而析出,A,A正确正确;a;a、b b用导线连接用导线连接, ,构成原电池构成原电池, ,铜片为正极铜片为正极,Cu,Cu2+2+移向铜电极并在该电极上得电子被还原移向铜电极并在该电极上得电子被还原,B,B正确正确,D,D错错; ;无论无论a a、b b是否连接是否连接, ,溶液中的溶液中的CuCu2+2+均得电子被还原为均得电子被还原为Cu,FeCu,Fe均失电均失电子发生氧化反应生成子发生氧化反应生成FeFe2+2+, ,故溶液均由蓝色逐渐变成浅绿色故溶液均由蓝色逐渐变成浅绿色,C,C正确。正确。【变式训练变式训练】(2013(2013淮阴高一检测淮阴高一检测) )下列叙述中下列叙
18、述中, ,金属金属a a的活的活泼性肯定比金属泼性肯定比金属b b的活泼性强的是的活泼性强的是( () )A.aA.a原子的最外层电子数比原子的最外层电子数比b b原子的最外层电子数少原子的最外层电子数少B.B.把把a a、b b两块金属片浸入稀硫酸中两块金属片浸入稀硫酸中, ,用导线相连组成原电池用导线相连组成原电池时时, ,电流由电流由a a到到b bC.1 mol aC.1 mol a从酸中置换从酸中置换H H+ +生成的生成的H H2 2比比1 mol b1 mol b从酸中置换从酸中置换H H+ +生生成的成的H H2 2多多D.D.常温时常温时,a,a能从水中置换出氢能从水中置换出
19、氢, ,而而b b不能不能【解析解析】选选D D。金属原子最外层电子数的多少不能决定金属。金属原子最外层电子数的多少不能决定金属的活泼性强弱的活泼性强弱,A,A错错; ;在原电池中在原电池中, ,电流方向由正极到负极电流方向由正极到负极, ,电电流由流由a a到到b,b,说明说明a a为正极为正极,b,b为负极为负极, ,则则a a的活泼性比的活泼性比b b弱弱,B,B错错;C;C项说明项说明1 mol a1 mol a失去电子的物质的量比失去电子的物质的量比b b多多, ,不能说明两种金不能说明两种金属的活泼性强弱属的活泼性强弱; ;常温下常温下a a能从水中置换出能从水中置换出H H2 2
20、, ,而而b b不能不能, ,说明说明a a比比b b的活泼性强。的活泼性强。【知识拓展知识拓展】原电池原理的应用原电池原理的应用(1)(1)加快氧化还原反应的进行：加快氧化还原反应的进行：原理：原电池反应在正极产生相应的物质。原理：原电池反应在正极产生相应的物质。应用：如实验室制备应用：如实验室制备H H2 2, ,下列两种方法都可以加快反应速下列两种方法都可以加快反应速率。如用粗锌：实验室中用率。如用粗锌：实验室中用ZnZn和稀硫酸反应制和稀硫酸反应制H H2 2, ,常用粗锌常用粗锌, ,它产生它产生H H2 2的速率快。因为粗锌中的杂质、锌、稀硫酸形成原的速率快。因为粗锌中的杂质、锌、
21、稀硫酸形成原电池电池, ,加快了反应进行。加快了反应进行。(2)(2)比较金属的活动性：比较金属的活动性：原理：一般原电池中活动性较强的金属作负极原理：一般原电池中活动性较强的金属作负极, ,活动性较活动性较弱的金属作正极。弱的金属作正极。应用：应用：A A、B B两种金属用导线连接后插入稀硫酸中两种金属用导线连接后插入稀硫酸中, ,若若A A极溶极溶解解,B,B极上冒气泡极上冒气泡, ,则活动性：则活动性：ABAB。(3)(3)设计原电池：设计原电池：以以Zn+2HZn+2H+ +=Zn=Zn2+2+H+H2 2为例为例1.1.（双选）（双选）（20132013兰州高一检测）下列各个装置中能
22、组兰州高一检测）下列各个装置中能组成原电池的是（成原电池的是（ ）【解析解析】选选A A、B B。C C中酒精是非电解质，其溶液不导电，不中酒精是非电解质，其溶液不导电，不能组成原电池；能组成原电池；D D中两烧杯中的稀硫酸不连通，不能形成闭中两烧杯中的稀硫酸不连通，不能形成闭合电路，也不能组成原电池；合电路，也不能组成原电池；A A、B B选项符合构成原电池的选项符合构成原电池的条件，能够形成原电池。条件，能够形成原电池。2.2.下列说法错误的是（下列说法错误的是（ ）A.A.燃煤发电是将化学能通过热能间接转化为电能燃煤发电是将化学能通过热能间接转化为电能B.B.化学能可通过氧化还原反应直接
23、转变为电能化学能可通过氧化还原反应直接转变为电能C.C.化学电池是将化学能转化为电能的装置化学电池是将化学能转化为电能的装置D.D.在化学反应中，化学能转化为电能必须先将化学能转化在化学反应中，化学能转化为电能必须先将化学能转化为热能，热能再转化为机械能，机械能再转化为电能为热能，热能再转化为机械能，机械能再转化为电能【解析解析】选选D D。根据原电池原理，化学反应可以直接将化学。根据原电池原理，化学反应可以直接将化学能转变为电能，能转变为电能，D D项错误。项错误。3.3.（20132013长春高一检测）将锌片和铜片用导线连接置于长春高一检测）将锌片和铜片用导线连接置于同一稀硫酸中，下列叙述
24、正确的是（同一稀硫酸中，下列叙述正确的是（ ）A A锌片是正极锌片是正极B B电流从锌片流向铜片电流从锌片流向铜片C C氢气在锌片上析出氢气在锌片上析出D D若锌片、铜片同时有气泡冒出，则说明锌片不纯若锌片、铜片同时有气泡冒出，则说明锌片不纯【解析解析】选选D D。CuCu、ZnZn、稀硫酸构成原电池，、稀硫酸构成原电池，ZnZn为负极，发为负极，发生氧化反应生氧化反应Zn-2eZn-2e- -=Zn=Zn2+2+，CuCu为正极，发生还原反应为正极，发生还原反应2H2H+ +2e+2e- -=H=H2 2，电子由，电子由ZnZn电极流向电极流向CuCu电极，电流方向与电极，电流方向与之相反，
25、之相反，A A、B B、C C错；不纯的锌片在其表面会形成许多微小错；不纯的锌片在其表面会形成许多微小的原电池，在锌片表面也会产生的原电池，在锌片表面也会产生H H2 2，D D正确。正确。4.4.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是（段时间，以下叙述正确的是（ ）A A甲中铜片是负极甲中铜片是负极B B两烧杯中铜片表面均无气泡产生两烧杯中铜片表面均无气泡产生C C产生气泡的速率甲比乙快产生气泡的速率甲比乙快D D两烧杯中溶液的两烧杯中溶液的pHpH均减小均减小【解析解析】选选C C。甲构成了铜锌原电池，锌为负
26、极、铜为正极，。甲构成了铜锌原电池，锌为负极、铜为正极，H H+ +在铜电极上得电子生成在铜电极上得电子生成H H2 2，原电池的构成加快了反应速率，原电池的构成加快了反应速率，故产生气泡的速率甲比乙快；乙中发生置换反应故产生气泡的速率甲比乙快；乙中发生置换反应Zn+HZn+H2 2SOSO4 4=ZnSO=ZnSO4 4+H+H2 2，甲、乙中，甲、乙中H H+ +均被消耗，均被消耗，c(Hc(H+ +) )减小，减小，pHpH增大。增大。5.5.据报道，锌电池可能取代目前广泛应用的铅蓄电池，因据报道，锌电池可能取代目前广泛应用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为为锌
27、电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为2Zn2ZnO O2 2=2ZnO=2ZnO，原料为锌粒、电解质和空气，则下列叙述正确，原料为锌粒、电解质和空气，则下列叙述正确的是（的是（ ）A A锌为正极，空气进入负极反应锌为正极，空气进入负极反应B B负极反应为负极反应为ZnZn2e2e=Zn=Zn2 2C C正极发生氧化反应正极发生氧化反应D D电解质溶液肯定是强酸电解质溶液肯定是强酸【解析解析】选选B B。ZnZn与与O O2 2的反应中，的反应中，ZnZn失去电子发生氧化反应失去电子发生氧化反应ZnZn2e2e=Zn=Zn2 2，所以，所以ZnZn作负极，作负极，O O2 2在正极发生还原
28、反应。若在正极发生还原反应。若电解质溶液是强酸，电池反应就不是电解质溶液是强酸，电池反应就不是2Zn2ZnO O2 2=2ZnO=2ZnO而是而是ZnZn2H2H=Zn=Zn2 2H H2 2，故选项，故选项B B正确。正确。6.6.（1 1）原电池是一种把）原电池是一种把_转化为转化为_的装置。的装置。在原电池中，较活泼的金属发生在原电池中，较活泼的金属发生_反应，是反应，是_极，极，活泼性较差的金属发生活泼性较差的金属发生_反应，是反应，是_极。极。（2 2）化学电池可以将化学能转化为电能，化学电池的本质）化学电池可以将化学能转化为电能，化学电池的本质是是_，下列电池中属于二次电池的是，下
29、列电池中属于二次电池的是_。A.A.碱性锌锰电池碱性锌锰电池 B.B.铅蓄电池铅蓄电池C.C.镍镉电池镍镉电池 D.D.锂离子电池锂离子电池【解析解析】化学能转化为电能必须有电子的转移，故化学电化学能转化为电能必须有电子的转移，故化学电池的本质是氧化还原反应；二次电池即为可充电电池，碱池的本质是氧化还原反应；二次电池即为可充电电池，碱性锌锰电池是一次性电池。性锌锰电池是一次性电池。答案：答案：（1 1）化学能）化学能 电能电能 氧化氧化 负负 还原还原 正正（2 2）氧化还原反应）氧化还原反应 B B、C C、D D7.(20137.(2013大连高一检测大连高一检测) )氯铝电池是一种新型的
30、燃料电池，氯铝电池是一种新型的燃料电池，电解质溶液是电解质溶液是KOH(aq)KOH(aq)。试完成下列问题：。试完成下列问题：(1)(1)通入通入ClCl2 2(g)(g)的电极是的电极是_极极( (填填“正正”或或“负负”) )。(2)Al(2)Al电极是电极是_极极( (填填“正正”或或“负负”) )。(3)(3)电子从电子从_(_(填填“AlAl”或或“ClCl2 2”，下同，下同) )极流向极流向_极。极。【解析解析】电池中电池中AlAl与与ClCl2 2发生反应：发生反应：2Al2Al3Cl3Cl2 2=2AlCl=2AlCl3 3，AlAl失去电子是负极，失去电子是负极，ClCl2 2得到电子是正极，电子由得到电子是正极，电子由AlAl极流向极流向ClCl2 2极。极。答案：答案：(1)(1)正正 (2)(2)负负 (3)Al Cl(3)Al Cl2 2
