搜索
第二节化学能与电能第1课时化学能转化为电能目标导航预习引导1.了解化学能与电能的转化关系,认识化学能转化为电能的重大意义。2.掌握原电池的工作原理。3.掌握简单电极反应式的书写。从电子转移的角度理解化学能向电能转化的本质及原电池的构成条件、工作原理。目标导航预习引导1.一次能源和二次能源(1)一次能源:直接从自然界获得的能源。如流水、风力、原煤、石油、天然气、天然铀矿等。(2)二次能源:一次能源经过加工、转换得到的能源。如电力、蒸汽等。(3)电能,俗称电力,是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源。目标导航预习引导2.火力发电原理火电是通过化石燃料燃烧,使化学能转变为热能,加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机,然后带动发电机发电。燃煤发电是从煤中的化学能开始的一系列能量转换过程:化学能热能机械能电能其中,燃烧是使化学能转换为电能的关键。氧化还原反应的本质是氧化剂与还原剂之间发生电子转移的过程,电子转移引起化学键的重新组合,同时伴随着体系能量的变化。目标导航预习引导3.原电池锌片(负极):Zn-2e-Zn2+(氧化反应)铜片(正极):2H++2e-H2↑(还原反应)总反应方程式:2H++ZnZn2++H2↑铜锌原电池中,负极是锌,正极是铜,外电路中电流从铜片流向锌片,电子从锌片流向铜片。原电池中发生了氧化还原反应,负极锌失电子,发生氧化反应;正极氢离子得电子,发生还原反应。化学电池的本质是氧化还原反应,化学能电能。化学能转变为电能的装置叫作原电池。化学电池是把电能以化学能的形式储存起来的一种装置。目标导航预习引导预习交流原电池反应中有氧化还原反应发生,在电路中会产生电流,根据我们所学过的电学知识,你能检验电流的存在,知道电子的流向吗?你知道溶液中阴、阳离子的移动方向吗?答案:在电学中,我们可以利用电流表来检验电流,一般电流表指针会偏向电池的正极。在外电路中,电流方向是正极→负极,电流的方向与电子流动的方向相反,电子流向是负极→正极,电子从原电池的负极流出,经过导线流入原电池的正极。负极发生氧化反应,生成阳离子,故负极区“阳盛阴衰”,为了保持溶液电中性,阳离子(带正电荷)向正极移动,阴离子(带负电荷)向负极移动。这样就形成了电荷连续定向流动、电性趋向平衡的闭合电路。问题导学当堂检测一、原电池的基本知识活动与探究实验步骤现象结论①②问题导学当堂检测③④问题导学当堂检测⑤⑥问题导学当堂检测⑦—(1)以上实验各装置是原电池的有。通过对比,你能总结出构成原电池的条件吗?(2)上述实验中Zn均为纯锌,若用了粗锌(比如含C),试分析对哪些实验有明显影响?可能会有什么影响?问题导学当堂检测答案:①锌片逐渐溶解,表面有气泡锌与稀硫酸反应,且锌片上产生氢气②无明显现象③锌片逐渐溶解,表面有气泡,铜片表面无气泡锌与稀硫酸反应且氢气在锌片上产生,铜与稀硫酸不反应④锌片逐渐溶解,铜片上有气泡放出锌与稀硫酸反应,但氢气在铜片上产生⑤锌片逐渐溶解,铜片表面有气泡,电流表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⑥两锌片逐渐溶解且表面都有气泡,电流表指针不偏转锌与稀硫酸反应,但导线中无电流问题导学当堂检测⑦无明显现象(1)④⑤组成原电池须有两个活动性不同的电极、电解质溶液、构成闭合回路,有自发进行的氧化还原反应发生。(2)会对④⑤产生明显影响;粗锌含碳,会自身组成原电池,则④⑤装置中会观察到Zn片上也会放出气泡。问题导学当堂检测迁移与应用例1如图所示是Zn和Cu形成的原电池,某实验兴趣小组做完实验后,在读书卡上的记录如下,则卡片上描述合理的是()问题导学当堂检测实验后的记录:①Cu为负极,Zn为正极②Cu极上有气泡产生,发生还原反应③SO42-向Cu极移动④若有0.5mol电子流经导线,则可产生0.25mol气体⑤电子的流向是:CuZn⑥正极反应式:Cu+2e-Cu2+,发生氧化反应A.①②③B.②④⑥C.③④⑤D.②④问题导学当堂检测解析:由图可知,锌为负极,铜为正极,电子流向是由锌到铜;SO42-向负极移动,即向锌极移动;H+在正极发生得电子还原反应;产生0.25molH2会有0.5mol电子流经导线。答案:D规律技巧:原电池的负极发生失电子的氧化反应,生成阳离子,为保持溶液电中性,阳离子应移向正极,而阴离子移向负极。问题导学当堂检测迁移训练1下面关于原电池的说法,正确的是()A.在正极上发生氧化反应B.化学性质较活泼的一极为负极C.在外电路中电子流出的一极为正极D.原电池是把电能转变为化学能的装置解析:本题主要考查原电池的定义、两极判断等问题。原电池是把化学能转变为电能的装置;两极的判断为:负极失电子,发生氧化反应,电子流出;正极发生还原反应,电子流入。答案:B问题导学当堂检测知识要点示例概念将化学能转化为电能的装置实质氧化还原反应构成条件①两个电极②电解质溶液③“两极”“一液”连成回路问题导学当堂检测电极构成负极:还原性相对较强的材料正极:还原性相对较弱的材料Zn片为负极Cu片为正极电极反应负极:失去电子,氧化反应正极:得到电子,还原反应负极:Zn-2e-Zn2+正极:Cu2++2e-Cu电子、电流流向外电路:电子由负极流向正极,电流方向相反内电路:阴离子移向负极,阳离子移向正极外电路:电子由Zn极经导线流向Cu极内电路:SO42-、OH-移向Zn极;Cu2+、Zn2+移向Cu极问题导学当堂检测电池中的总反应式两个电极反应式加合,即得反应总式负极:Zn-2e-Zn2+正极:Cu2++2e-Cu总反应式:Zn+Cu2+Zn2++Cu重要应用①制作电池②防止金属被腐蚀③增大化学反应速率①制作干电池、铅蓄电池、新型高能电池②用粗锌代替纯锌制取H2,反应速率大③Fe与Cu相连接,处于电解质溶液中的Cu受保护问题导学当堂检测二、原电池的设计方法活动与探究(1)根据已具备的氧化还原反应知识和原电池的知识,利用下列实验用品,你能设计出一套电池装置吗?实验用品:镁条、铜片、铁片、导线、金属夹、手电筒用小灯泡(或发光二极管)、果汁(橙汁、苹果汁、柠檬汁等)、500mL烧杯。问题导学当堂检测答案:实验方案:①CuMg原电池,电解质溶液为橙汁。②CuFe原电池,电解质溶液为苹果汁。③FeMg原电池,电解质溶液为柠檬汁。(2)实验操作:用导线分别将三种方案中的金属片连接到金属夹上,分别将金属片两两插入到盛有果汁的三个500mL的烧杯中,用发光二极管两端分别接触三种方案中金属活动性不同的金属夹。观察现象,连接方式如图所示。问题导学当堂检测实验设计装置图:(3)上述三种方案会有什么实验现象?答案:三种方案中发光二极管均发光。(4)分别指出三种方案中的负极材料,你能得出什么规律?答案:镁片、铁片、镁片得出规律:活泼金属作负极。问题导学当堂检测迁移与应用例2请利用Cu+2FeCl32FeCl2+CuCl2的氧化还原反应设计一个原电池。解析:化学反应符合设计要求。该氧化还原反应可拆分为如下两个半反应:氧化反应(负极反应):Cu-2e-Cu2+还原反应(正极反应):2Fe3++2e-2Fe2+结合原电池构成的条件而定,负极材料为铜,正极材料可用石墨,电解质溶液为FeCl3溶液。问题导学当堂检测答案:该原电池可设计成如图所示。规律技巧:给出总反应式设计原电池时,一般用反应式中被氧化的金属材料作负极,碳棒作正极,含反应式中被还原的元素的阳离子的溶液作电解质溶液。问题导学当堂检测迁移训练2(2011广东理综,12,改编)某小组为研究电化学原理,设计如图装置。下列叙述不正确的是()A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为:Cu2++2e-CuC.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色D.a和b用导线连接时,SO42-向铜电极移动问题导学当堂检测解析:a和b不连接时,不能构成原电池,铁置换出的铜附着在铁片上,故A正确;a和b用导线连接时,构成原电池,溶液中的Cu2+得到电子生成的铜在铜片上析出,故B正确;无论a和b是否连接,都是铁片不断溶解生成Fe2+,溶液中的Cu2+不断得到电子生成Cu,从溶液中析出,溶液颜色从蓝色逐渐变成浅绿色,故C正确;a和b用导线连接时,铁作负极,Fe失去电子转化为Fe2+,负极有多余的正电荷,因此SO42-向铁电极移动,故D错误。答案:D问题导学当堂检测简单原电池的设计设计思路示例写出氧化还原反应方程式Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑确定电极反应式(把氧化还原反应拆成两个半反应)氧化反应(负极):Zn-2e-Zn2+还原反应(正极):2H++2e-H2↑确定电极及电解质溶液负极:Zn正极:Cu(活动性比Zn差)电解质溶液:H2SO4溶液图示问题导学当堂检测123451.下列装置中,能构成原电池的是()A.只有甲B.只有乙C.只有丙D.除乙均可以解析:甲装置不能构成闭合回路,乙装置两极材料相同,丁装置酒精不是电解质溶液,只有丙装置具备原电池的构成条件,故选C。答案:C问题导学当堂检测123452.如图所示,烧杯中盛的是水,铁圈和银圈直接相连,在接头处用一根绝缘细丝吊住,并使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液,反应一段时间后,观察到的现象是()A.两圈仍保持平衡B.有气泡产生,两圈摇摆不定C.铁圈向下倾斜D.银圈向下倾斜解析:根据形成原电池的条件。滴入的CuSO4溶液作电解质溶液,铁圈和银圈直接相连形成了闭合回路,构成了原电池,其电极反应式为:负极:Fe-2e-Fe2+正极:Cu2++2e-Cu铁溶解,铁圈减轻;生成的Cu沉积在银圈上,银圈增重。答案:D12345问题导学当堂检测3.如图所示的原电池装置,X、Y为两个电极,电解质溶液为稀硫酸,外电路中的电子流向如图所示,对此装置的下列叙述正确的是()A.外电路中的电流方向:X→外电路→YB.若两个电极分别为Zn和碳棒,则X为碳棒,Y为ZnC.若两个电极都是金属,则它们的活动性为XYD.X极上发生的是还原反应,Y极上发生的是氧化反应解析:由图可知电子的流动方向是X→外电路→Y,则电流的方向应该为Y→外电路→X;X为原电池的负极,Y为正极,X的活动性比Y的强;X极上发生的是氧化反应,Y极上发生的是还原反应。答案:C12345问题导学当堂检测4.(2014河北衡水中学期中测试)有a、b、c、d四个金属电极,有关的反应装置及部分反应现象如下:实验装置1234部分现象a极质量减小,b极质量增加c极有气体产生,b极质量减小d极溶解,c极有气体产生电流从a极流向d极12345问题导学当堂检测由此可判断这四种金属的活动性顺序是()A.abcdB.bcdaC.dabcD.abdc解析:由装置1可知a作负极,金属性:ab;由装置2可知b作负极,金属性:bc;由装置3可知d作负极,金属性:dc;由装置4可知d作负极,金属性:da。综上分析可得金属性:dabc。答案:C12345问题导学当堂检测5.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池,完成下列反应:Zn+CuSO4ZnSO4+Cu。(1)画出装置图,并标明各部分材料名称。(2)负极材料,正极材料,电解质溶液是。(3)写出电极反应式:负极:;正极:。12345问题导学当堂检测解析:设计原电池一定要满足原电池的构成条件。答案:(1)(2)锌片铜片CuSO4溶液(3)Zn-2e-Zn2+Cu2++2e-Cu