專題2第3單元第1課時化學能轉化為電能化學電源

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1、 第三單元 化學能與電能的轉化 第 1 課時 化學能轉化為電能 化學電源 學習目標： 1.通過銅 -鋅原電池的實驗探究，初步了解原電池原理。 (重點 )2. 了解化學電源的原理與應用。 3.了解鋼鐵的電化學腐蝕。 [ 自 主 預 習探 新 知 ] 一、化學能轉化為電能 1．實驗探究 實驗步驟 現(xiàn)象 解釋或說明 鋅與稀硫酸發(fā)生反應生 鋅片溶解，表面有氣泡產 成 H2，而銅與稀硫酸不反 生；銅片無明顯變化 應 鋅片溶解，銅片表面有氣 鋅與稀硫酸反應，但氫氣 泡產生，電流計指針發(fā)

2、生 在銅片上產生，導線中有 偏轉 電流 2.原電池 (1)概念：將化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置。 (2)工作原理 (以鋅 -銅 -稀硫酸原電池為例 ) 裝置 電極 Zn 電極 Cu 電極 現(xiàn)象 鋅片逐漸溶解 銅片上產生氣泡 得失電子 失電子 得電子 正、負極判斷 負極 正極 電子流向 流出 流入 第 1 頁 電極反應式 Zn－2e－ ===Zn2 ＋ 2H＋ ＋2e－ ===H2↑ 總反應式 Zn＋2H＋ ===Zn2＋ ＋H2↑ (3)

3、構成原電池的“一個反應，三個條件” ①原理反應：自發(fā)進行的氧化還原反應。 ②三個條件 二、鋼鐵的電化學腐蝕 在一塊表面無銹的鐵片上滴一大滴含酚酞的食鹽 實驗內容 水，放置一段時間 實驗現(xiàn)象 溶液周圍逐漸呈現(xiàn)紅色，并慢慢形成褐色的銹斑 實驗結論 鋼鐵在潮濕的空氣中很快被腐蝕 圖示 鋼鐵 形成條件 鋼鐵表面形成的電解質溶液中溶有 O2，通常溶液呈 的電 中性弱酸性或弱堿性 化學 電極材料 負極是 Fe，正極是 C 腐蝕 負極反應式： 2Fe－

4、 2e－ 2＋ ，正極反應式： 2H2 電極反應 ===2Fe O 原理 ＋O2＋4e－ ===4OH－ 總反應式 2Fe＋2H2 ＋ 2 2 O O ===2Fe(OH) 溶液中的 4Fe(OH) 2＋O2＋2H2 3 O===4Fe(OH) 反應 Fe(OH)3 脫水生成紅色鐵銹 不純金屬或合金與電解質溶液接觸，發(fā)生原電池反 電化學腐蝕概念 應，比較活潑的金屬失去電子被氧化，這種腐蝕叫 做電化學

5、腐蝕 三、化學電源 1．優(yōu)點： 能量轉化率比燃料燃燒要大得多。 2．化學電源的分類 (1)一次電池：用過之后不能復原，如鋅錳干電池等。 (2)二次電池：充電后能繼續(xù)使用，如銀鋅紐扣電池。 第 2 頁 (3)燃料電池：燃料和氧化劑分別在兩個電極上反應，如氫氧燃料電池、甲 醇 -空氣燃料電池等。3．實例 (1)銀鋅紐扣電池的總反應為 Zn＋Ag 2O＋ H2O Zn(OH) 2＋2Ag，則該電 池的負極為 Zn，發(fā)生氧化反應。 (2)氫氧燃料電池工作時負極反應的物質為 H2，正極反應的物質為 O2

6、。 [ 基礎自測 ] 1．判斷正誤 (正確的打“√”，錯誤的打“” ) (1)原電池是一種將電能轉化為化學能的裝置。 ( ) (2)原電池中活潑金屬作負極，失去電子，發(fā)生氧化反應。 ( ) (3)原電池工作時，溶液中的陽離子向負極移動。 ( ) (4)燃料電池工作時燃料在電池中燃燒，然后熱能轉化為電能。 ( ) 【答案】 (1) (2)√ (3) (4) 2．將純鋅片和純銅片按圖示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時間，以下敘 述正確的是 ( ) ①兩裝置中銅片表面均無氣泡產生 ②甲中銅片是正極，乙中銅片是負極 ③兩裝置中溶液中

7、的 c(H＋ )均減小 ④產生氣泡的速率甲比乙慢 ⑤甲中 SO24－ 向 Zn 片移動， H＋向 Cu 片移動 ⑥乙中電流從 Cu 片流向 Zn 片 ⑦兩裝置中 Cu 片的質量均不變 A．①②③ B．③⑤⑦ C．④⑤⑥ D．②③④⑤⑦ B [ 甲是原電池，甲中鋅片作負極， 銅片作正極， 正極上發(fā)生還原反應： 2H ＋＋ 2e－===H2↑，有氣泡產生，乙裝置中鋅片上發(fā)生反應： Zn＋2H＋ ===Zn2＋＋ H2 ↑，銅片上無氣體產生， ①錯；乙中裝置不構成原電池， ②、⑥錯；兩裝置中 溶液中的氫離子均發(fā)生反應， c(H＋

8、)均減小， ③正確；原電池反應的反應速率較 快， ④錯；陽離子 H＋向正極 Cu 片移動，陰離子 SO24－向 Zn 片移動， ⑤ 正確； 第 3 頁 兩裝置中 Cu 片未參加反應，質量均不變， ⑦正確。故選 B。] 3．下列說法正確的是 ( ) 【導學號 ：13572076】 A．鎳氫電池、鋰電池和堿性鋅錳干電池都是二次電池 B．燃料電池是一種高效但是會污染環(huán)境的新型電池 C．化學電池的反應基礎是氧化還原反應 D．鉛蓄電池放電的時候正極材料是 Pb，負極材料是 PbO2 C [ 堿性鋅錳干電池是一

9、次電池； 燃料電池是一種高效且不會污染環(huán)境的新 型電池；鉛蓄電池放電的時候正極材料是 PbO2，負極材料是 Pb。] [ 合 作 探 究攻 重 難 ] 原電池的工作原理 [背景材料 ] 銅鋅原電池工作原理如圖所示： [思考交流 ] (1)在銅鋅原電池中，電子是怎樣移動的？電子能否通過電解質溶液？原電 池工作時電流是怎樣形成的？ 【提示】 鋅失去電子，電子通過導線流向銅片。 電子不能通過電解質溶液， 在溶液中陽離子流向正極，陰離子流向負極，陰陽離子定向移動形成電流。 (2)若將銅鋅原電池中的稀硫酸換作硫酸

10、銅溶液，能否產生電流？電極反應 有何不同？ 【提示】 將稀硫酸換作硫酸銅溶液，也可以構成原電池，產生電流。鋅為 負極，發(fā)生氧化反應 Zn－2e－===Zn2＋ ，銅為正極，發(fā)生還原反應： Cu2＋＋ 2e－===Cu，總反應為 Zn＋ Cu2＋===Zn2＋＋Cu。 (3)某種燃料電池的工作原理示意圖如下所示， a、b 均為惰性電極。 根據(jù)電子流向判斷燃料和氧氣應在哪個入口通入？ 【提示】 A 口通入燃料， B 口通入氧氣。 第 4 頁 原電池正、負極的判斷方法 原電池原理的應用 [背景材料 ]

11、 [思考交流 ] (1)結合原電池構成的條件， 思考怎樣依據(jù)反應 Cu＋2Ag＋ ===2Ag＋Cu2＋ 設計 一個原電池？畫出原電池裝置圖并標出正、負極。 【提示】 先確定兩個電極，負極失電子化合價升高，所以銅作負極，再找 活潑性比銅弱的碳棒或銀棒作正極； 從反應中可以看出電解質溶液中必須含有銀 離子，所以用硝酸銀作電解質溶液。裝置圖： (2)鋅與稀硫酸反應時，若滴幾滴硫酸銅溶液，反應速率會加快，試分析其 原因。 【提示】 滴加硫酸銅溶液后， 會有少量鋅與硫酸銅反應置換出銅。 然后銅、 鋅分別作為原電

12、池的兩個電極而形成原電池，從而加快鋅與稀硫酸的反應速率。 原電池原理的應用 (1)加快氧化還原反應的速率 自發(fā)進行的氧化還原反應，形成原電池時反應速率增大。 例如， Zn 與稀 H2SO4 反應時，滴加少量 CuSO4 溶液，則 Zn 和置換出的 Cu 在稀 H2SO4 中構成原電池，加快 Zn 與稀硫酸反應的速率。 (2)比較金屬的活動性強弱 兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑。 例如，有兩種金屬 a、 b，用導線連接插入到稀 H2SO4 中，觀察到 a 極溶解， b 極上有氣泡產生

13、，則 a 為負極， b 為正極，金屬活動性 a>b。 (3)用于金屬腐蝕保護 使金屬制品作原電池的正極而得到保護。 例如，將鐵質輸水管道與鋅塊相連， 鋅作原電池的負極失電子， 保護鐵不被 第 5 頁 腐蝕。 (4)設計電池 理論上能自發(fā)進行的氧化還原反應都可以設計成原電池。 如：把 Fe＋ 2Fe3＋===3Fe2＋設計成原電池， 可用 Fe 作負極，銅 (或石墨 )作正 極， FeCl3 溶液作電解質溶液。 [ 當 堂 達 標固 雙 基 ]

14、 題組 1 構成原電池的條件 1．如圖所示的裝置，能夠組成原電池產生電流的是 ( ) D 2．下列各組材料中，不能組成原電池的是 ( ) A B C D 兩極材料 Zn 片、石墨 Cu 片、 Ag Zn 片、Cu Fe 片、 Cu 片 片 片 插入溶液 稀 H2 4 溶液 AgNO 3 溶液 蔗糖溶液 稀鹽酸 SO C [ 蔗糖是非電解質，不能構成原電池。 ] 題組 2 原電池中正極、負極的判斷 3.李明在學完了原電池的知識之后，設

15、計了如圖所示的檸檬水果電池，觀察 到外電路上的電流從電極 X 流向電極 Y 。已知他選擇了鐵為 X 極，則 Y 極應該 是 () 【導學號 ：13572077】 A．鋅 B．石墨 C．銀 D．銅 A [ 電流的方向與電子的流動方向相反，則電子由電極 Y 經(jīng)導線流向電極 X，因此 Y 電極的活潑性強于鐵，故 Y 電極只能為鋅。 ] 4．下列敘述中正確的是 ( ) 【導學號 ：13572078】 A．原電池的負極發(fā)生得電子的還原反應 B．原電池中較活潑的金屬作正極 第 6 頁

16、 C．原電池中的電極一定要由兩種不同的金屬組成 D．原電池中發(fā)生氧化反應的電極是負極 D [ 原電池的兩極可以是兩種活潑性不同的金屬， 也可以是由金屬與非金屬 (例如石墨 )構成，原電池的負極失去電子發(fā)生氧化反應，故 A、 B、 C 選項錯； 只有 D 選項正確。 ] 題組 3 原電池的工作原理 5.右圖是 Zn 和 Cu 組成的原電池示意圖，某小組做完該實驗后， 在讀書卡片上記錄如下，卡片上描述合理的是 ( ) 實驗記錄： ①導線中電流方向： Zn→Cu ② Cu極上有氣泡產生，發(fā)生還原反應③鋅片變薄

17、 實驗結論： ④ Zn為正極， Cu為負極 － 2＋ ⑤正極反應式： Cu－2e ===Cu ，發(fā)生氧化反應 ＋ 2－ ⑥ H 向 Cu極移動， SO4 向Zn極移動 A．①②③ B．④⑤⑥ C．③④⑤ D．②③⑥ D [ 鋅比銅活潑性強，因此在 Cu—Zn—H2SO4 原電池中，鋅為負極，電子由鋅 →銅，導線中電流由銅 →鋅，鋅失去電子而溶解，溶液中的 H＋移向銅片， 在 Cu 極得到電子而產生 H2 氣泡。故 D 項正確。 ] 6．堿性鋅錳電池的總反應為 Zn＋2MnO 2＋ 2H2O===Zn(OH)2＋ 2MnO(OH) ， 下

18、列說法不正確的是 ( ) A．該電池 Zn 為負極， MnO2 為正極，電解質是 KOH B．放電時外電路電流由 Zn 流向 MnO 2 C．電池工作時 OH－ 向鋅電極移動 D．該電池的正極反應為 MnO 2＋e－ ＋H2O===MnO(OH)＋OH－ B [ 放電時，Zn 為負極，MnO 2 為正極，電子從 Zn 電極 (負極 )流向 MnO2(正 極 )，電流方向與電子流向相反，從正極流向負極，故 B 項錯誤。 ] 第 7 頁 原電池工作中 “三個方向 ” 和“一個類型 ” 題組 4 原電

19、池工作原理的應用 7．M 、N、 P、 E 四種金屬，已知：① M ＋N2＋ ===N＋M 2＋ ；② M 、 P 用導線連接放入 NaHSO4 溶液中， M 表面有大量氣泡產生；③ N、E 用導線連接放入 E 的硫酸鹽溶液中，電極反應為 E2 ＋ ＋2e－ ===E，N－2e－ ===N2 ＋。則這四種金屬的 還原性由強到弱的順序是 ( ) A．P>M>N>E B．E>N>M>P C．P>N>M>E D．E>P>M>N A [ 由①知金屬活動性： M>N ；由② 知 M 作原電池的正極， 故金屬活動性： P>M；由 ③知 N 作負極，故金屬活動性：

20、 N>E。A 正確。 ] 8．試根據(jù)氧化還原反應： 2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2 設計原電池，回答 下列問題。 【導學號 ：13572079】 電解質溶液是 ________，負極是 ________，電極反應式為 ， 正極是 ________，電極反應式為 ________________________。 【解析】 氧化還原反應中的氧化劑在正極反應， 還原劑在負極反應。 根據(jù) 方程式可知，銅作負極， FeCl3 為電解質，正極宜選用不與 FeCl3 反應但能導電 的物質。 【答案】 Fe

21、Cl3 Cu Cu－2e－===Cu2＋ 石墨 2Fe3＋＋ 2e－ ===2Fe2＋ 題組 5 鋼鐵的電化學腐蝕 9．鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時，正極上發(fā)生的電極反應是 ( ) A．2H＋＋ 2e－ ===H2↑ B．Fe2 ＋ ＋2e－ ===Fe C．2H2O＋O2＋4e－ ===4OH－ D．Fe3＋ ＋e－ ===Fe2 ＋ C [ 鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時，負極反應為 Fe－ 2e－===Fe2＋，正極反應為 O2 第 8 頁 ＋ 4e－ ＋2H2O===4OH－ ，C 正確。 ] 10．如圖所示，液面上

22、浮著一個空心鐵球。數(shù)天后可觀察到的現(xiàn)象是 ( ) 【導學號 ：13572080】 ①鐵球表面出現(xiàn)紅棕色銹斑 ②鐵球表面出現(xiàn)黑色銹斑 ③量筒內水位下降 ④量筒內水位上升 A．①③ B．①④ C．②③ D．③④ B [ 量筒中的空氣、溶有 O2 的食鹽水和鐵球 (鐵碳合金 )組成原電池，發(fā)生了電化學腐蝕。其負極反應式是 2Fe－ 4e－===2Fe2＋，正極反應式是 O2＋ 2H2O ＋ 4e－ ===4OH－。 Fe2＋與 OH－結合成 Fe(OH)2，再被氧化成 Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)3 脫水成為 Fe2O3x

23、H2O 而在鐵球表面出現(xiàn)紅棕色銹斑。由于量筒中的 O2 被吸收， 所以量筒內的水位會上升。 ] 題組 6 化學電源 11．常用的紐扣電池為銀鋅電池，它分別以鋅和氧化銀為電極。放電時鋅極 上的電極反應是 Zn＋ 2OH－ －2e－ ===Zn(OH)2，氧化銀極上的反應是 Ag2O＋H2O ＋ 2e－===2Ag＋2OH－，下列判斷中，正確的是 ( ) A．鋅是負極，發(fā)生氧化反應，氧化銀是正極，發(fā)生還原反應 B．鋅是正極，發(fā)生氧化反應，氧化銀是負極，發(fā)生還原反應 C．鋅是負極，發(fā)生還原反應，氧化銀是正極，發(fā)生氧化反應 D．鋅是正極，發(fā)

24、生還原反應，氧化銀是負極，發(fā)生氧化反應 A [ 放電時是原電池。 負極是較活潑金屬，失電子，發(fā)生氧化反應； 正極是 較不活潑金屬或非金屬導體，發(fā)生還原反應。 ] 12．氫氧燃料電池是一種能在航天飛機上使用的特殊電池， 其反應原理示意 圖如圖。下列有關氫氧燃料電池的說法不正確的是 ( ) 【導學號 ：13572081】 第 9 頁 A．由于 A 、B 兩電極材料沒有活潑性差別，故不能構成原電池B．A 電極是負極，電極上發(fā)生氧化反應 C．產物為無污染的水，屬于環(huán)境友好的綠色電池 D．外電路中電流由

25、B 電極通過導線流向 A 電極 A [A 項，燃料電池中電極的活潑性可以是相同的，錯誤； B 項， A 電極 通入的是氫氣， A 電極作負極，電極上發(fā)生氧化反應，正確； C 項，產物為無污 染的水，屬于環(huán)境友好的綠色電池，正確； D 項， B 電極是正極，則外電路中電 流由 B 電極通過導線流向 A 電極，正確。 ] 第 10 頁