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第二节化学能与电能第1课时化学能转化为电能学习目标核心素养建构1.熟悉能源的分类和化学能与电能的转化关系。2．知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，通过实验会说明原电池的原理，以及判断原电池的正、负极。3．会正确书写电极反应式，熟知原电池的应用。[知识梳理]一、一次能源和二次能源分类定义实例一次能源直接从自然界取得的能源流水、风力、化石能源、天然铀矿等二次能源一次能源经加工、转换得到的能源电力、蒸汽等二次能源中的电能是应用最广泛，使用最方便，污染最小的能源。二、化学能转化为电能1．燃煤发电的能量转化(1)过程：化学能――→燃烧热能――→蒸汽机械能―――→发电机电能(2)燃烧(氧化还原反应)是使化学能转换为电能的关键。2．原电池(1)实验实验装置实验现象铜片：有气泡产生锌片：逐渐溶解电流表：指针偏转结论有电流产生，装置中化学能转化为电能(2)原电池概念：将化学能转变为电能的装置。(3)铜锌原电池工作原理：电极材料电子转移电极反应式反应类型Zn失电子Zn－2e－===Zn2＋氧化反应Cu得电子2H＋＋2e－===H2↑还原反应电池总反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。(4)反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。(5)构成原电池的条件理论上，自发的氧化还原反应均可设计成原电池。①两个活泼性不同的金属(或一个为金属，一个为能导电的非金属)电极。②具有电解质溶液。③形成闭合回路。【自主思考】1．原电池是如何构成闭合回路的？(请从电子流向和离子移动方向分析)提示在外电路，电子从负极流出经导线流向正极，在电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。2．原电池中作负极的一定是活泼金属，作正极的一定是不活泼金属吗？提示不一定。在原电池中的两极可以都是活泼金属(如Zn－Fe－稀硫酸，Zn作负极)，也可以都是不活泼金属(如Cu－Ag－AgNO3，Cu作负极)也可以是一种金属和一种能导电的非金属(如Cu－C－AgNO3，Cu作负极)。[效果自测]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源()(2)电能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()(3)火力发电是化学能间接转化为电能的过程()(4)水力发电是将化学能转化为电能的过程()(5)HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池()(6)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转()(7)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()(8)原电池中阳离子向正极移动()(9)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子()答案(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×(6)×(7)×(8)√(9)×2．下列装置中能够组成原电池的是________。解析构成原电池的条件缺一不可：①②缺少一个电极；③中电极相同；⑤中酒精为非电解质；⑧中不能形成闭合回路。答案④⑥⑦⑨探究一、原电池的构成条件、工作原理及正负极的判断【合作交流】1．原电池是由哪几部分组成？各起什么作用？提示构成原电池需有两个活泼性不同的电极，将电极插入电解质溶液中，两电极间用导线连接使之构成闭合回路。电极的作用是导电，有些电池中电极材料会参加反应；导线的作用是传导电子；电解质溶液的作用是通过自由离子的移动传导电荷。2．在铜锌稀硫酸原电池中，电子是怎样移动的？电子能否通过电解质溶液？如果不能，电流是如何形成的？提示由于金属锌比金属铜活泼，锌失去电子，电子通过导线流向铜片。电子不能通过电解质溶液，在稀硫酸中H＋移向铜片，SO2－4移向锌片，阴阳离子定向移动形成电流。3．(1)若将2中铜片换作石墨棒，能否产生电流？电极反应有无变化？(2)若将2中稀硫酸换作硫酸铜溶液，能否产生电流？电极反应有何不同？(3)若将稀硫酸换为酒精，还能否产生电流？提示(1)改为石墨棒后，仍然可以形成原电池，产生电流。锌为负极，石墨棒为正极，电极反应及原电池反应均不变。(2)将稀硫酸换作硫酸铜溶液，也可以形成原电池，产生电流。锌为负极，发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋，铜为正极，发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，总反应为：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。(3)酒精是非电解质，此时不能构成原电池，因此不能产生电流。【点拨提升】1．原电池的工作原理(1)反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。(2)电子的移动方向：负极流出，经导线流向正极。(3)离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。2．原电池的判断方法3．原电池正负极的判断方法易错提醒(1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。(2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。(3)在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼的强弱也要考虑电解质溶液性质。如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。【典题例证1】在如图所示装置中，观察到电流表指针发生偏转，M棒变粗，N棒变细，P为电解质溶液。由此判断下列M、N、P所代表的物质可以成立的是()解析经分析可知该装置是原电池，其中M棒作正极，有金属单质析出，N棒作负极，失电子溶解。A项，锌、铜、稀硫酸构成原电池，则锌是负极，M棒变细，A项错误；B项，铁、铜、稀盐酸构成原电池，M棒上无金属单质析出，B项错误；C项，锌、银、硝酸银溶液构成原电池，则锌是负极，M棒上有银析出，C项正确；D项，铁离子得到电子转化为亚铁离子，不能析出金属，D项错误。答案C【学以致用1】如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下，在卡片上描述合理的是()实验后的记录：①Zn为正极，Cu为负极②H＋向负极移动③电子流动方向：从Zn经外电路流向Cu④Cu极上有H2产生⑤若有1mol电子流过导线，则产生H2为0.5mol⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋A．①②③B．③④⑤C．④⑤⑥D．②③④解析在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu片，负极反应为：Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为：2H＋＋2e－===H2↑，故转移1mol电子时，产生H20.5mol，在溶液中H＋向正极移动，SO2－4向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确，选B项。答案B探究二、原电池原理的应用【合作交流】1．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，这个反应能设计成原电池吗，为什么？提示不能，因为它不是氧化还原反应。2．CO2＋C=====高温2CO，这个反应能设计成原电池吗，为什么？提示不能，虽然它是氧化还原反应，但不是释放能量的氧化还原反应。3．锌与H2SO4反应制H2时向溶液中加少量CuSO4后为什么反应速率加快？提示锌置换出铜构成原电池。【点拨提升】1．加快氧化还原反应的速率(1)原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。(2)实例：实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。2．比较金属活泼性强弱(1)原理：一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。(2)实例：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生。由原电池原理可知，金属活动性：A＞B。3．设计原电池(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。(2)选择合适的材料。①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料。②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应。(3)实例：以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例电极反应负极反应：Fe－2e－===Fe2＋正极反应：Cu2＋＋2e－===Cu电极材料及电解质1负极：Fe2正极：Cu或C比Fe的活泼性差的金属或能导电的非金属3电解质：CuSO4溶液装置图【典题例证2】有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减小，b极质量增大b极有气体产生，c极无变化d极溶解，c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()A．a＞b＞c＞dB．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞cD．a＞b＞d＞c解析装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属易失去电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三和四均形成原电池，易知d比c活泼，d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d＞a＞b＞c，故选C。答案C【学以致用2】锌－空气电池(如图所示)适宜用作城市电动车的动力电源，该电池放电时Zn转化为ZnO。则该电池工作时，下列说法正确的是()A．Zn电极是该电池的正极B．Zn电极的电极反应式为Zn＋H2O－2e－===ZnO＋2H＋C．OH－向石墨电极移动D．氧气在石墨电极上发生还原反应解析氧气得电子发生还原反应，石墨电极是正极，锌电极是负极，A项错误，D项正确；锌作负极，碱性条件下，负极的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，B项错误；原电池工作时，溶液中的阴离子向负极移动，即OH－向Zn极移动，C项错误。答案D1．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，丁装置酒精是非电解质，只有丙装置具备原电池的构成条件。答案C2．某科学探究小组为探究电化学原理，设计了如图所示的装置进行探究实验。下列对实验中观察到的现象或相关结论的叙述错误的是()A．a和b不连接时，该装置不能形成原电池，铁片上有红色的铜析出B．a和b用导线连接时，铜片为负极，发生的反应为Cu2＋＋2e－===CuC．无论a和b是否连接，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2＋生成D．a和b用导线连接时，溶液中的Cu2＋向铜电极移动解析a和b不连接时，没有形成闭合回路，没有构成原电池，发生化学反应，铁把铜置换出来，A项正确；导线连接后，构成原电池，铁比铜活泼，铁作负极，发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，B项错误；根据选项A、B分析可知，无论a和b是否连接，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2＋生成，C项正确；构成原电池时，阳离子向正极移动，铜作正极，D项正确。答案B3．X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为()A．XYZB．XZYC．YXZD．YZX解析根据原电池原理，负极的金属比正极活泼，可知YX，根据金属活动性顺序和置换反应原理，可知XZ，故有YXZ。答案C4．如图所示，电流计指针发生偏转，同时A极质量减少，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是()A.B极为原电池的正极B.A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸C.C中阳离子向A极移动D.A极发生氧化反应解析原电池中，负极金属失去电子，溶解，质量减小，故A极是负极，B极是正极，根据构成情况可判断A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸，A、B正确；离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，D项正确。答案C5.(1)现有如下两个反应：①NaOH＋HCl===NaCl＋H2O；②Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑。两反应中为放热反应的是________，能设计成原电池的是________。(填序号)(2)根据下图填空。①电子从________片流出，溶液中H＋向______