春化学必修第二册鲁科版新教材第2课时化学反应能量转化的重要应用Word格式.docx

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③电子导体：

导线，离子导体：

稀硫酸。

（2）原电池的基本原理

原电池的基本原理是还原剂和氧化剂分别在两个不同的区域发生氧化反应和还原反应，并通过能导电的物质构成闭合回路。

其中，还原剂在负极上失去电子，是负极反应物；

氧化剂在正极上得到电子，是正极反应物；

电极材料通常是能够导电的固体。

此外，还要有能传导电荷的电解质作为离子导体；

而导线则作为电子导体，起到传导电子、构成闭合回路的作用。

（3）实验（设计简单原电池）

实验装置

注意图中电子与离子流向

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

（4）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↑。

（5）反应本质：

原电池反应的本质是氧化还原反应。

（6）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。

必须自发

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。

知识点二　常见化学电源

如图是常用的化学电源，请完成下列知识点，以对它们有所了解：

1．干电池

干电池是一种一次电池，放电后不能再充电。

2．充电电池

充电电池又称为二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。

（1）铅蓄电池

（2）锂离子电池

3．燃料电池

（1）原理：

利用原电池工作原理将燃料和氧化剂反应所放出的化学能直接转化为电能。

（2）与其他电池的区别：

反应物由外设装备提供燃料和氧化剂。

微判断

（1）火力发电是化学能间接转化为电能的过程（　　）

（2）HCl＋KOH===KCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池（　　）

（3）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（　　）

（4）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（　　）

（5）原电池中阳离子向正极移动（　　）

（6）原电池中的负极反应一定是电极材料失电子（　　）

（7）锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细（　　）

（8）氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能（　　）

（9）氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化（　　）

（10）太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅（　　）

答案　

（1）√　

（2）×

　（3）×

　（4）×

　（5）√　（6）×

　（7）×

　（8）×

　（9）√　（10）×

微训练

1．下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是（　　）

A．碱性锌锰电池　　　　B．手机用锂电池

C．汽车用铅蓄电池D．玩具用镍氢电池

答案　A

2．下列有关电池的说法不正确的是（　　）

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能

D．锌锰干电池中，锌电极是负极

答案　B

3．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

微思考

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。

学习任务1　原电池的构成条件、工作原理及正、负极的判断

如图是原电池工作原理示意图，结合本图完成下列讨论：

1．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，SO移向锌片，阴、阳离子定向移动形成电流。

2．

（1）若将铜片换作石墨棒，能否产生电流？

电极反应有无变化？

（2）若将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。

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，既要考虑金属活泼性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。

【例题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

变式训练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Cu

④Cu极上有H2产生

⑤若有1mol电子流过导线，则产生H2为0.5mol

⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋

A．①②③B．③④⑤

C．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，SO向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确，选B项。

学习任务2　原电池原理的应用

如图，苹果插上两个不同电极可以构成原电池，那么怎样设计原电池呢？

请完成下列讨论：

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＋C2CO，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．锌与稀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。

1．加快氧化还原反应的速率

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

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。

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

【例题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＞a

C．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。

变式训练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　D

学习任务3　常见化学电源的特点

情境：

如图是干电池、铅蓄电池、氢氧燃料电池的构造图，请回答下列问题：

1．一次电池和二次电池是否指分别只能使用一次和两次的电池？

提示　一次电池是不可充电电池，电量一旦放完就无法再次使用；

二次电池是可充电电池，电量放完后可进行充电，可反复使用多次