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第二节 化学能与电能 目标定位 1.了解化学能与电能的转化关系，能认识原电池工作的实质是氧化还原反应。2.初步了解原电池的工作原理，会判断原电池及其正负极，会书写简单的电极反应式。3.了解研制新型电池的重要性，会用原电池原理设计化学电源。,1化学反应中的能量变化 (1)化学能是能量的一种形式，可以转化为其他形式的能量，如 和 等，转化时遵守 。 (2)煤燃烧是 反应，是 转化为 的过程。,热能,电能,能量守恒定律,放热,化学能,热能,(3)石灰石分解是 反应，是 转化为 的过程。 (4)水在通电条件下发生分解反应，生成H2和O2，是 转化为 的过程。 2氧化还原反应 (1) ：失(失去电子)高(化合价升高)氧(发生氧化反应)； (2)氧化剂：得(得到电子)低(化合价降低)还(发生还原反应),吸热,热能,化学能,电能,化学能,还原剂,(2)非电解质是指在 都不能够导电的化合物，如乙醇、蔗糖、NH3、CO2等均是非电解质。 4能源是现代人类生存和发展不可缺少的。请回答下列有关问题： (1)人类利用能源分为三个阶段，即_、_、_。,水溶液里和熔融状态下,(2)矿物能源是现代人类社会赖以生存的重要物质基础。目前，全球仍主要处于化石能源时期。下列不属于化石能源的是_。 A石油 B煤 C天然气 D生物质能 (3)有人对能源提出了以下看法，你认为合理的是_。 A化石能源属于不可再生能源，只会越用越少 B生物质能是一种可再生能源，有广泛的前景,C太阳能、氢能、核能、地热能都属于新能源 D我国人口众多、能源资源相对匮乏、环境承载能力较弱，因此要建设节约型社会 【解析】 人类利用能源的三个阶段在教材中有介绍；生物质能不属于化石能源。 【答案】 (1)柴草时期 化石能源时期 多能源结构时期 (2)D (3)ABCD,一、一次能源和二次能源,直接,流水,风力,原煤,天然气,加工,电力,蒸汽,对应练习 1下列能源中 风力，原煤，天然气，石油，电力，流水，蒸汽。其中(填序号)： 一次能源是：_；二次能源是：_。 【答案】 、 、,2下列叙述不正确的是( ) A根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源 B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 C火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程 D在火力发电时，化学能转化为热能的过程实际上是氧化还原反应发生的过程，伴随着能量的变化,【解析】 氢气不能从自然界中直接取得，是二次能源。电能也是二次能源，且使用方便、污染最小，A、B都正确。以煤为原料，火力发电的能量转化过程为： 【答案】 C,二、化学能转化为电能 1化学能转化为电能的两种方式 (1)燃煤发电 缺点：污染环境、低效。 (2)原电池：将 能直接转化为电能 优点：清洁、高效。,化学,2原电池 (1)按要求完成下列实验，并填表：,【答案】 (从左到右，从上到下)锌片逐渐溶解，表面有气泡；铜片表面无气泡 锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，电流表指针发生偏转 两锌片逐渐溶解且表面都有气泡，电流表指针不偏转 无现象 锌与稀硫酸发生置换反应产生H2，而铜则不能 锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生，导线中有电流 锌与稀硫酸反应产生氢气，但导线中无电流 乙醇是非电解质，与Zn、Cu都不反应,对应练习 3原电池产生电流的本质原因是( ) A原电池中溶液能电离出自由移动的离子 B有两根导线将两个活泼性不同的电极连接 C电极上进行的氧化还原反应的生成物为电子 D电极上进行的氧化还原反应中会有电子的转移 【解析】 电子的定向移动产生电流，将氧化还原反应中的电子通过导线传递，就形成了电流。 【答案】 D,4(2016惠州高一检测)下列关于铜锌稀硫酸构成的原电池的有关叙述，错误的是( ) A锌为负极，锌发生氧化反应 B铜为正极，铜不失去电子 C负极发生还原反应，正极发生氧化反应 D外电路电子流入的一极为正极，电子流出的一极为负极 【解析】 在铜锌稀硫酸构成的原电池中，锌是负极，铜是正极，所以锌极发生氧化反应；铜电极上是溶液中的阳离子H得电子，发生还原反应；外电路电子的流向应该是由负极流向正极。 【答案】 C,三、发展中的化学电源 1干电池一次电池： (1)特点：属于 电池，放电后不能再充电。 (2)实例锌锰电池： 负极： ，正极： ，电解质： 。 2充电电池二次电池： (1)特点：在放电时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。,一次性,锌,石墨棒,氯化铵,3.燃料电池： (1)特点： 和 分别在两个电极上反应直接将化学能转化为电能。 (2)实例氢氧燃料电池： 负极： 失电子，正极： 得电子，电解质是氢氧化钾或硫酸。,燃料气体,氧气,氢气,氧气,对应练习 5(双选)日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为： Zn2e Zn2，2NH2e 2NH3H2(NH3与Zn2能生成一种稳定的物质)。根据上述判断，下列结论正确的是( ),AZn为正极，碳为负极 BZn为负极，碳为正极 C工作时，电子由碳棒经过导线流向Zn皮 D长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀家用电器,【解析】 由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池形成的条件，相对活泼(指金属性)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极，故选项B正确。在外电路，电子从负极流向正极，故选项A、C不正确。长时间连续使用该原电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2而生成H2O，糊状物也越来越稀，故其很可能流出腐蚀家用电器，故选项D是正确的。 【答案】 BD,6汽车的启动电源常用铅蓄电池，共放电时的原电池反应如下：PbO2Pb2H2SO4 2PbSO42H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是( ) APb是正极 BPbO2得电子，被氧化 C负极反应是PbSO2e PbSO4 D电池放电时，溶液的酸性增强,【解析】 从铅蓄电池的放电反应可以看出：放电过程中Pb失去电子变为Pb2，发生氧化反应，因而Pb是负极；PbO2得到电子发生还原反应，被还原；反应过程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性减弱。 【答案】 C,探究点一 原电池的工作原理和构成条件 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。,(1)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，插入电解质溶液中就能构成原电池吗？ 答：不一定。构成原电池除具备两种活泼性不同的金属电解质溶液形成闭合回路外，还必须有一个能自发进行的氧化还原反应。,(2)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吗？ 答：电子只能在两极和外电路中流动，不能进入溶液，在溶液中是阴阳离子的定向移动。,(3)原电池内部阴、阳离子是如何移动的？原因是什么？ 答：阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。这是因为负极失电子，生成大量阳离子积聚在负极附近，致使该极附近有大量正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近阴离子数目相对增多，带负电荷，所以溶液中的阳离子要移向正极。,1下列装置属于原电池的是_。 【解析】 只要溶液中的H在Cu极上得到Zn失去的电子发生还原反应，电子就会由Zn流向Cu而形成电流，就属于原电池，而与Cu、Zn之间有无导线连接无关，所以它们都是原电池。 【答案】 ABCDE,探究点二 电极方程式的书写 1一般电极反应式的书写,(1)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子。 答：有些电池中的电极材料不发生反应，只起导电作用，如燃料电池，一般都是用惰性电极。 (2)书写电极方程式时，要遵循哪些规律： 答：原子守恒(质量守恒)、电荷守恒和正负极得失电子总数相等。,(3)在原电池中相对活泼的金属一定作负极，相对不活泼的金属一定作正极吗？ 答：不一定。判断电极时，不能简单地依据金属的活动性顺序来判断，要看反应的具体情况。例如：Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，所以Mg、Al在NaOH溶液中形成原电池后，Al作负极，Mg作正极；Fe或Al在浓硝酸中钝化后，比Cu等金属更难失电子，所以Cu和Fe或Cu和Al在浓硝酸中形成原电池后，Cu作负极，Fe或Al作正极。,2据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车已在北京奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液，下列有关该电池的叙述不正确的是( ) A正极反应式为：O22H2O4e 4OH B工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变 C该燃料电池的总反应方程式为：2H2O2 2H2O D该电池工作中，消耗了2.24 L H2(标准状况)，则有0.1 mol电子转移,【解析】 本题主要考查电化学知识，重点考查氢氧燃料电池，氢氧燃料电池正极负反应方程式分别为：正极：O22H2O4e 4OH，负极：2H24OH4e 4H2O，KOH没有消耗，所以物质的量不变。消耗2.24 L标况下的H2应该有0.2 mol电子转移。 【答案】 D,探究点三 原电池原理的应用) 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，用导线连接后插入到稀硫酸中，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AB。,3用于金属保护： (1)原理：使被保护的金属作原电池的正极而得到保护。 (2)实例：要保护一个铁制的输水管道，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。 4原电池的设计 已知一个氧化还原反应，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。,(1)在大海中航行的轮船，钢制船壳上常镶嵌一定量的锌块，目的是什么？ 答：钢的成分是铁碳合金，轮船在大海中航行，钢铁与海水接触，形成铁碳原电池，能加速铁的腐蚀。由于锌比铁活泼，在船壳上镶嵌锌块后，形成铁锌原电池，锌作负极被腐蚀，从而保护了轮船不被腐蚀。,(2)如何利用Fe2FeCl3 3FeCl2设计原电池？ 答：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)：Fe2e Fe2。 还原反应(正极反应)：2Fe32e 2Fe2。 故Fe作负极，活泼性比Fe差的材料作正极，如Cu、C等，FeCl3溶液作电解质溶液。如图：,3四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。相连时，外电路电流从流向；相连时，为正极；相连时，上有气泡逸出；相连时，的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是 ( ) A B C D,【解析】 相连时，外电路电流从流向，说明为负极；相连时，为负极；相连时，上有气泡产生，说明为负极；相连时，的质量减少，说明为负极。综上所述可知，这四种金属活动性由大到小的顺序为，选项B正确。 【答案】 B,【例1】 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( ),AB极为原电池的正极 BA、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸 CC中阳离子向A极移动 DA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板是正极，根据构成情况可判断A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸，A、B两项正确；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】 C,【总结提升】 原电池正负极的判断依据,【变式训练】 1关于如图所示装置的叙述中正确的是( ),A铜是正极 B溶液中的Fe3向铜棒移动 C电子从铜片经导线流向碳棒 D碳棒上有红色铜生成 【答案】 C,【解析】 将ZnCu2 Zn2Cu拆成两个半反应： 氧化反应(负极反应)：Zn2e Zn2。 还原反应(正极反应)：Cu22e Cu。 则电池的负极是Zn，正极是比锌不活泼的金属或导电的非金属，电解质溶液中应含Cu2，只有C选项符合。 【答案】 C,【知能提升】 原电池的设计思路 (1)判氧化剂和还原剂(两剂) 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)拆成两个半反应 将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。,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的总反应式。 (3)找电极材料和电解液 根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。,电极材料的选择：在原电池中，一般选择活泼性较强的金属作为负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。负极材料或还原性物质在负极上失去电子被氧化，氧化性物质在正极上得到电子被还原。 电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。,【变式训练】 2铁及铁的化合物用应广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。 (1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式： _。 (2)若将(1)中的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图，标出正、负极电解质溶液，并写出电极反应式。,【例3】 锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普通重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为LiMnO2 LiMnO2，下列说法正确的是( ) ALi是正极，电极反应为Lie Li BLi是负极，电极反应为Lie Li CMnO2是负极，电极反应为MnO2e MnO DLi是负极，电极反应为Li2e Li2,【答案】 B,【知能提升】 燃料电池的正极反应式的书写要求 燃料电池正极上的反应物质一般是O2。 (1)电解质溶液为中性或碱性，则H2O必须写入正极反应式中，且O2生成OH，电极反应式为O22H2O4e 4OH。 (2)电解质溶液为酸性，则H必须写入正极反应式中，且O2生成H2O，电极反应式为O24H4e 2H2O。,【变式训练】 3一种燃料电池中发生的化学反应为在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是 ( ) ACH3OHO22e H2OCO22H BO24H4e 2H2O CCH3OHH2O6e CO26H DO22H2O4e 4OH,【解析】 该燃料电池的总反应为2CH3OH3O2 4H2O2CO2，由于在酸性溶液中，正极反应应为O24H4e 2H2O，式式得负极反应为CH3OHH2O6e CO26H。 【答案】 C,1下列有关能源的说法错误的是( ) A风能是人类通过风车等工具获取的能源，但属于一次能源 B在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将成为主要能源 C月球土壤中含有丰富的质量数为3的氦，它可作为未来核能的重要原料 D原电池把化学能直接转化为电能，所以由原电池提供的电能是一次能源,【解析】 风能是直接从自然界中取得的能源，属于一次能源，原电池提供的电能是由化学能转化而得到的，不是直接获得的，属于二次能源，A正确，D错误；随着时代的发展，化石能源逐渐枯竭，所以新能源时代污染小的核能、太阳能、氢能将成为主要能源，B、C正确。 【答案】 D,2已知空气锌电池的电极反应为 锌片：Zn2OH2e ZnOH2O； 碳棒：O22H2O4e 4OH，据此判断，锌片是( ) A正极，被还原 B正极，被氧化 C负极，被还原 D负极，被氧化 【解析】 在空气锌电池中，锌被氧化，因此锌是负极。 【答案】 D,3(2016温州高一检测)“储存”在物质内部的化学能可通过原电池转化为电能，如图所示是某同学设计的几种装置，其中能构成原电池的是 ( ) A B C D,【解析】 本题考查原电池的构成条件及工作原理。具体情况分析如下： 【答案】 A,4等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是( ),【解析】 H2SO4过量，则产生的氢气的体积由锌的量确定。由于a中加入少量的CuSO4，发生了反应ZnCuSO4 CuZnSO4，消耗了少量Zn，故生成氢气的量减少；生成了铜以后形成了锌铜原电池，故产生氢气速率加快。 【答案】 D,根据实验现象回答下列问题： (1)装置甲中负极的电极反应式是_ _。 (2)装置乙中正极的电极反应式是_ _。 (3)装置丙中溶液的酸性_(填“增强”、“减弱”或“不变”)。 (4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是_。,【解析】 甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活泼性AB；乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活泼性BC；丙中A上有气体即H2产生，则A为正极，活泼性DA，随着H的消耗，酸性减弱。 【答案】 (1)A2e A2 (2)Cu22e Cu (3)减弱 (4)DABC,
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