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第一节化学反应与能量变化[新教材内容有哪些]第2课时化学反应与电能[新课程标准是什么]1.以原电池为例认识化学能可以转化为电能。2.从氧化还原反应角度初步认识原电池的工作原理。[自学新教材]阅读教材，回答下列问题：1．化学能间接转化为电能——火力发电化学能―――――→燃料燃烧_____―――――→蒸汽轮机______――――→发电机电能热能机械能2．化学能直接转化成电能——原电池(1)实验探究装置现象解释或结论实验1①锌片：不断溶解，且锌片上有_________②铜片：___________锌是活泼金属能与稀硫酸反应产生氢气；铜不能与稀硫酸反应实验2①锌片：不断溶解②铜片：_______，但铜片上产生大量气泡③电流计：指针发生______有______产生，装置中_____能转化为_____能气泡产生无明显现象不溶解偏转电流化学电(2)原电池①定义：把化学能转化为的装置。②工作原理(以铜－锌－稀硫酸原电池为例)：电极材料电极名称电子转移电极反应式反应类型锌负极________________________________铜正极________________________________总反应式________________________③反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。电能失电子氧化反应得电子还原反应Zn－2e－===Zn2＋2H＋＋2e－===H2↑Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑[落实新知能]1．原电池的构成条件——“两极一液一线一反应”(1)两极——两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属如碳棒)。(2)一液——电解质溶液(或熔融的电解质)。(3)一线——形成闭合回路。(4)一反应——能自发进行的氧化还原反应。2．原电池的工作原理思维模型(1)电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。(2)离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。[注意]①电子只能在导线中定向移动，离子只能在电解质溶液或熔融电解质中定向移动。(简记为：电子不下水，离子不上岸)②负极区失电子带正电，所以带负电的阴离子移向负极，电子流向正极后正极带负电，所以溶液中带正电的阳离子移向正极。(简记为：负负、正正)3．原电池正负极的判断方法[演练新学考]1.如图所示，把锌片和铜片用导线相连后插入稀硫酸溶液构成原电池。下列叙述正确的是()A．Zn是负极，发生还原反应B．电流从锌片流向铜片C．一段时间后，铜片质量减轻D．该装置将化学能转变为电能解析：负极上发生氧化反应，A错误；电流从铜片流向锌片，B错误；铜片上产生H2，质量不变，C错误；该装置为原电池，能将化学能转化为电能，D正确。答案：D2.如图所示的装置中，M为活动性顺序位于氢之前的金属，N为石墨棒。下列关于此装置的叙述中，不正确的是()A．N上有气体放出B．M为负极，N为正极C．是化学能转变为电能的装置D．导线中有电流通过，电流方向由M到N解析：M为活动性顺序位于氢之前的金属，N为石墨棒，则M为原电池的负极，石墨为正极，负极M被氧化，正极生成氢气，电流由正极经外电路流向负极，即由N流向M，故D项错误。答案：D3．(1)下列装置属于原电池的是________。(2)在选出的原电池中，________是负极，发生________反应，________是正极，该极的现象是_______________________。(3)此原电池反应的化学方程式为______________。解析：(1)依据构成原电池的条件判断，只有⑤符合。(2)在装置⑤中，较为活泼的金属铁作负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋；不活泼的金属铜作正极，正极上发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，所以看到的现象是正极产生气泡。(3)由上述分析，可确定此原电池的电池总反应是Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑。答案：(1)⑤(2)Fe氧化Cu电极上产生气泡(3)Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑[自学新教材]1．干电池(1)构造示意图(2)工作原理和正负极_______作负极，发生氧化反应，作正极，_________不断被还原，电子由流向。(3)特点①一次电池，放电后充电。②便于携带，价格低。锌筒石墨棒二氧化锰锌筒石墨棒不能2．蓄电池(1)特点：又称电池，它在放电时进行氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。(2)实例：、镍氢电池、等。目前汽车上使用的多数是。手机、笔记本计算机、照相机和摄像机等电器所用的电池多数为。二次铅酸蓄电池锂离子电池铅酸蓄电池锂离子电池3．燃料电池如图是氢氧燃料电池结构示意图，结合图示思考什么是燃料电池，其有什么特点：(1)概念：一种将(如氢气、甲烷、乙醇)与(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。燃料氧化剂(2)特点：①电极反应物不是储存在电池内部，从外部提供，同时将电极反应产物不断排出电池。②具有清洁、安全、能量转化率高、供电量易于调节，能适应用电器负载的变化等特点。(3)常见燃料电池：氢氧燃料电池、甲烷燃料电池等。[落实新知能]几种电池的特点比较名称干电池(一次电池)充电电池(二次电池)燃料电池特点①活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用②电解质溶液为胶状，不流动①放电后可再充电使活性物质获得再生②可以多次充电，重复使用①电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出举例普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等[演练新学考]1．下列有关电池的叙述正确的是()A．水果电池是高效环保的家用电池B．锌锰干电池是一种常用的二次电池C．锌锰干电池中碳棒是负极，锌是正极D．锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄解析：水果电池产生的电流微弱，不能作为家用电池，A错误；锌锰干电池是一种常用的一次性电池，其中锌作负极，碳棒作正极；锌锰干电池工作时，Zn放电被消耗，故工作一段时间后锌外壳会逐渐变薄，B、C错误，D正确。答案：D2．下列电池不属于二次电池的是()ABCD手机用锂电池电动汽车用电池铅酸蓄电池锌锰干电池解析：四种电池中只有锌锰干电池不属于二次电池，故D项符合题意。答案：D3．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法，正确的是()A．该电池工作时电能转化为化学能B．该电池中电极a是正极C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极aD．该电池的总反应：2H2＋O2===2H2O解析：燃料电池是将化学能转化为电能，A项不正确；a极通入H2发生氧化反应，是电池的负极，B项不正确；外电路中电子由负极流向正极，即由电极a通过导线流向电极b，C项不正确。答案：D[难度增一点][典例]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。[答案]C[知能深一点]1．原电池原理的应用(1)比较金属活动性作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性弱。(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)设计原电池如：把Fe＋2Fe3＋===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。(4)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、Fe为电极的原电池，Zn被消耗掉而Fe得到保护。2．设计原电池的一般思路(1)将已知氧化还原反应拆分成两个半反应氧化反应：还原剂－ne－===氧化产物还原反应：氧化剂＋ne－===还原产物正极反应式＋负极反应式===电池总反应式(2)根据总反应式并结合两个半反应，找出正、负极材料及电解质溶液。①电极材料的选择：选活泼性较强的金属作负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。②电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能与负极发生反应，可参照总反应式选择电解质溶液。[选考难一点]1．100mL2mol·L－1的盐酸与过量的锌反应，为加快速率，又不影响产生氢气的总量，可采用的方法是()A．加入适量的6mol·L－1的盐酸B．加入数滴氯化铜溶液C．加入适量的蒸馏水D．加入适量的氯化钠溶液解析：A项，能加快反应速率，但增加了产生氢气的总量，错误；C、D项，不影响H2的量，但稀释了盐酸，降低了反应速率，错误；B项，发生反应Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu，形成Cu－Zn原电池，加快了反应速率，正确。答案：B2.如图所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的()A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液D．A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液解析：A极逐渐变粗，说明A极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；B极逐渐变细，说明B极为原电池的负极，失去电子后变成离子进入溶液中。A项和B项中的反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则A项中A极变细，B项中A极不变。C和D两项中的反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C项中A极变细，D项中A极变粗。答案：D3．利用反应Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4，设计一个原电池。(1)选用______为负极材料，_______为正极材料，电解质溶液为________。(2)写出电极反应式：负极________________，正极___________________________。(3)试画出上述装置图。解析：(1)根据反应Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4可知Zn是还原剂，CuSO4是氧化剂，故用锌片作负极，正极选用金属性弱于锌的金属或能导电的非金属，因此可以是铜片或碳棒为正极材料，电解质溶液为CuSO4溶液。(2)Zn在负极发生氧化反应生成Zn2＋，即Zn－2e－===Zn2＋，Cu2＋正极被还原得到Cu，即Cu2＋＋2e－===Cu。答案：(1)锌片铜片(或碳棒)CuSO4溶液(2)Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu(3)[难度增一点][典例1]铅酸蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为稀硫酸。工作时该电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。根据上述情况判断：(1)工作时，电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)工作时，电解质溶液中的阴离子移向________极。(3)电流方向从______极流向______极。(4)写出负极的电极反应式：______________________。(5)当铅酸蓄电池向外电路提供1mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。[解析]本题解答时应从两方面入手：一是根据电池总反应式明确铅酸蓄电池的工作原理；二是抓住电极反应中各反应物和生成物之间量的关系。由铅酸蓄电池工作时总反应式可知Pb为负极，负极反应为Pb－2e－＋SO2－4===PbSO4，PbO2为正极，正极反应为PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2O。由于电池工作时，不断消耗H2SO4且生成水，使H＋的浓度减小，故pH增大；阴离子移向负极，电流方向与电子移