高一专题 化学能与电能

第二节 化学能与电能 学案 （第1课时）

【学习目标】

1. 了解煤发电的一般过程；

2. 理解原电池的概念、工作原理及构成条件。

3. 通过对化学能转化为电能的学习，体验科学探究的过程，理解科学探究的意义，理解科学探究的基本过程和方法，初步养成科学探究的能力。

【重、难点】原电池原理和组成条件；电极反应式的书写

【导学流程】

一、了解感知

(一) 、化学能和电能的相互转化

1.1常见的一次能源和二次能源

（1）一次能源：直接从自然界取得的能源叫一次能源，如流水、风力、原煤、石油、天然气等。

（2）二次能源：一次能源经过加工、转换得到的能源称为二次能源，如电力、蒸汽等。

1.2电能

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，又称电力。

1.3火力发电的能量转化

（1）．火力发电：指通过化石燃料的燃烧，使 能最终转化为 的过程。

在火力发电过程中，经历了一系列的能量转换：

蒸汽 发电机 燃烧 机械能电能 化学能 热能

【问题探讨】在火力发电过程中，化学能要经过一系列能量转换环节才能转化为电能，由于转换环节多，能源利用率低，造成能源极度浪费。那么能否将化学能直接转化为电能，提高能量的利用率？

二、深入学习

1.4．原电池的构成条件和工作原理

从能量转化角度看，原电池是将 能直接转化为 能的装置；从化学反应来看，原

电池的原理是 反应中的还原剂失去的电子经过导线传递给氧化剂，从而使氧化还原反应分别在两个电极上进行。

以右图原电池为例，填写与原电池有关的概念：

（1）、电极：

Fe Cu

负极：电子 的一极， 电子，发生 反应

（如上述原电池中的 片）；现象

正极：电子 的一极， 电子，发生 反应 （如上述原电池中的 片）；现象 。

(2)、电极反应式：表示正负极得失电子情况的式子。

负极： ，正极： ，

(3)、总反应式：

(4）、电路：

外电路：电流由 流向 ；电子由 流向 。

内电路：电解质溶液中的 离子移向正极，在正极上 电子，从而形成闭合回路，产生电流。

【探究一】：如何判断原电池的正负极？

（1）依据原电池两极材料：

______作负极（K 、Ca 、Na 太活泼，不能作电极）；______作正极。

（2）根据电流方向或电子流向：

电流（外电路）由_____流向_____；电子则由_____经外电路流向原电池的______。

（3）根据内电路离子迁移方向：______流向正极，_______流向负极。

（4）根据原电池中反应类型：

正极：____电子，发生______，现象是伴随金属的析出或H 2的放出。

负极：____电子，发生______，现象是电极本身的消耗，质量减小。

【探究二】：构成原电池的条件有哪些？

理论上，能自发进行的氧化还原反应均可设计成原电池。

①两种____________不同的金属（或一种为__________的非金属作电极。

②__________________________________________________

③要形成_________________________。

【探究三】原电池原理的应用：

（1）、加快氧化还原反应的速率。

【练习1】实验室中欲制氢气, 最好的方法是（ ）

A. 纯锌与稀硫酸反应 B.纯锌与浓硫酸反应

C. 纯锌与稀盐酸反应 D.粗锌(含铅、铜杂质) 与稀硫酸反应

（2) 、判断金属的活动性强弱。

【练习2】（2013山东检测）把a 、b 、c 、d 四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a 、b 相连时，a 为负极；c 、d 相连时，外电路的电流由d 到c ；a 、c 相连时，c 极上产生大量气泡；b 、d 相连时，d 极逐渐溶解，则四种金属的活动性由强到弱的顺序为

（ ）A 、a>b>c>d B、a>c>d>b C、c>a>d>b D、b>d>c>a

(3)、设计原电池。

【练习3】铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl 3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FeCl 3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，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。

正极反应

负极反应

三、迁移应用

1、将锌片和铜片用导线连接置于稀硫酸溶液中，下列各叙述不正确的是（ ）

A ．锌片作负极，锌发生氧化反应 B．铜片作正极，铜得到电子

C ．溶液中的pH 增大 D．氢离子在铜片表面被还原

2、下列烧杯中盛有的都是稀硫酸，其中在铜电极能产生气泡的是（ ）

A B C D

3、下列哪些装置能构成原电池？

四、课堂检测

1. 下列各组材料中，不能组成原电池的是 （ ）

2. 下列叙述中，可以说明金属甲的活动性比金属乙的活动性强的是 （ ）

A. 在氧化-还原反应中，甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多

B. 同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强

C. 甲能跟稀盐酸反应放出氢气而乙不能

D. 将甲、乙作电极组成原电池时，甲是负极

3. 各烧杯中盛有海水，能够形成原电池且铁为正极的是 （ ）

4．如图所示装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的相接处吊着一根绝缘的细丝，

使之平衡。小心地向烧杯中央滴入CuSO 4溶液。

(1)片刻后可观察到的现象是(指悬吊的金属圈)________。

A ．铁圈和银圈左右摇摆不定 B．保持平衡状态不变

C ．铁圈向下倾斜 D．银圈向下倾斜

(2)产生上述现象的原因是__________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)写出反应的化学方程式：______________________________。

第二节 化学能与电能学案 (第二课时)

学习目标： 1. 了解生活中常用的化学电池和新型化学电池；

2．会书写常见化学电源的电极反应式及总反应式

学习重、难点：书写电池电极反应式及总反应式

【温故知新】

在原电池中，负极发生 反应， 电子， 电子的物质是还原剂；电子通过原电池的 极经导线流向 极，正极上____电子，发生 反应。原电池就是这样通过化学反应实现化学能向电能的转化。外电路：电子从 极流向 极，电流从 极流向 极；内电路：阴离子移向 极，阳离子移向 极。

【例1】在下图所示的装置中，能够发生原电池反应的是（ ）

【例2】在由铜片、锌片和200 mL稀硫酸组成的原电池中，若锌片只发生电化学腐蚀，当在铜片

上放出3.36 L（标准状况）的H 2时，硫酸恰好用完，则：

（1）产生这些气体消耗的锌的质量是多少？

（2）通过导线的电子的物质的量是多少？

（3）原稀硫酸的物质的量浓度是多少？

A B C D E F

二、发展中的化学电源

1、一次电池

①干电池 Zn +2NH4+= Zn2++ 2NH3↑+H2↑

负极（锌筒）：

正极（石墨）：

②碱性锌锰电池 Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2

负极:

正极:

特点:比能量较高, 储存时间较长, 可适用于大电流和连续放电。

2、二次电池

①铅蓄电池：Pb+PbO2+2H2SO 42PbSO 4+2H2O

负极：

正极：

②银锌电池：Zn+Ag2O+H2O 2Ag+Zn(OH)2

负极：

正极：

3、燃烧电池

①H 2为 极，氧气为 极，电解质为KOH 溶液。

负极(H2): 正极(O2): 总电池反应:2H2+O2　　　　　　　2H 2O

②H 2为 极，氧气为 极，电解质为硫酸溶液。

负极(H2): 正极(O2): 总电池反应:2H2+O2　　　　　　　2H 2O

③甲烷氧气燃料电池

负极：CH 4+10OH－－ 8e －=CO32－+7H2O

正极：2O 2+4H2O+8e－=8OH-

电池的总反应式为：CH 4+2O2+2KOH=K2CO 3+3H2O

【练习1】甲醇-燃料电池总反应为：2CH 3OH+3O2 +4OH－=2CO32－+6 H2O

负极电极反应式(Pd-C) ：

正极电极反应式(Pt-Ni) ： -

【练习2】氯铝电池是一种新型的燃料电池，电解质溶液是KOH 溶液，试回答下列问题：

(1)通入氯气的电极是________极(填“正”或“负”) ，电极反应式为：

________________________________________________________________________。

(2)加入铝的电极是________极(填“正”或“负”) ，电极反应式为：

________________________________________________________________________。

(3)电子从________极流向________极(填“Al”或“Cl2”)。

小结：原电池电极反应式书写关键

（1）明确电池的负极反应物是电极本身还是其他物质、反应产物及化合价的变化

（2）确定电池的正极反应物是电解质溶液中的离子，还是其他物质（如溶有或通入的氧气）

（3）判断是否存在特定的条件（如介质中的微粒H +、OH － 非放电物质参加反应），进而推断电

解质溶液的酸碱性的变化

（4）总的反应式是否满足质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒

课后练习

1．下列各组成金属和溶液，能组成原电池的是（ ）

A . Cu、Cu 、稀硫酸 B . Zn、Cu 、稀硫酸

C . Cu、Zn 、酒精 D . Zn、Cu 、CuSO 4溶液

2．有a 、b 、c 、d 四种金属。将a 与b 用导线联接起来，浸入电解质溶液中，b 不易腐蚀。将a 、d 分别投入等浓度盐酸中，d 比a 反应剧烈。将铜浸入b 的盐溶液里，无明显变化。如果把铜浸入c 的盐溶液里，有金属c 析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是（ ）

A . dcab B. dabc C. dbac D. badc

3．在稀硫酸中放入一块镀层严重损坏的白铁片，放出气体的速率是（ ）

A . 时快时慢 B . 先慢后快 C . 先快后慢 D . 保持不变

4．将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸溶液中，并经过一段时间后，下列各叙述正确的是（ ）

A. 负极有Cl -逸出，正极有H +逸出 B. 负极附近Cl -的浓度减小

C. 正极附近Cl -的浓度逐渐增大 D. 溶液中Cl -的浓度基本不变

5．把铁钉和碳棒用铜线联接后，浸入0.01 mol / L的食盐溶液中，可能发生的现象是（ ）

A . 碳棒上放出氯气 B. 碳棒近旁产生OH － C. 碳棒上放出氧气

D. 铁钉上放出氢气 E. 铁钉被氧化

6．钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是（ ）

－－A . 2H+＋2e ＝H 2 B. Fe2+＋2e ＝Fe

C. 2H2O ＋O 2＋4e －＝4OH － D. Fe3+＋e －＝Fe 2+

7

2+2+

824解质溶液是强碱溶液。下列关于甲烷的燃料电池说法中正确的为（ ）

A ．负极反应：O 2+2H2O+4e－=4OH－ B ．随着放电进行，溶液的pH 值增大

C ．负极反应：CH 4+10OH－-8e －=CO32－+7H2O

D ．放电时溶液中的阴离子向负极移动

9．氢氧燃料电池是一种污染小，效率高的新型化学电源，可应用于航天器上。其总反应的化学方程式为： 2H 2 ＋O 2 ＝ 2H 2O 该电池的负极反应式为可表示为（ ）

A. 2H2－4e － ＝ 4H + B. 4H+＋4e － ＝ 2H 2

C. 2H2O ＋O 2＋4e － ＝ 4OH － D. 4OH－－4e － ＝ 2H 2O ＋O 2

10．等质量的两份锌粉a 和b ，分别加入过量的稀硫酸中，a 中同时加入少量CuSO 4溶液，下列各图中表示其产生氢气总体积(V ) 与时间(t ) 的关系正确的是（ ）

11．下列说法正确的是（ ）

A ．钢铁因含杂质而容易发生电化学腐蚀，所以合金都不耐腐蚀。

B ．原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀。

C ．钢铁电化腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的pH 不同，引起正极反应不同。

D ．无论哪种类型的腐蚀，其实质都是金属被氧化。

二、填空题

1．有人将铂丝插入氢氧化钾溶液中作电极，又在两个极片上分别通入甲烷和氧气则形成电池，从而设计出一种燃料电池。该电池中通甲烷的铂丝为______极，发生的电极反应为____________________________________________；该电池工作时（放电）的总化学方程式为__________________________________________；电池工作时溶液的pH 值将（填“不变”、“变大”、“变小”）_____________。

2．有人设计以Pt 和Zn 为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起博器的能源。它依靠人体内体液中含有一定浓度的溶解氧、H +和Zn 2+进行工作。请写出两极反应的方程式。

正极 _________________________，负极 ______________________________。

3．A 、B 、C 、D 四种金属分别浸入稀硫酸中，A 、B 产生气泡缓慢，C 、D 产生气泡较剧烈。把A 、B 两金属用导线连接后浸入稀硫酸中，气泡从A 金属片析出。把C 、D 两金属片用导线连接浸入稀硫酸组成原电池时，电流由C → D 。根据实验可知：A 、B 、C 、D 四种金属的活动性顺序排列是 。

4．我国首创以铝─空气─海水电池为能源的新型海水标志灯。 该灯以海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光，其能量比干电池高20─50倍，请回答：该电源负极材料是____________，正极材料可以用_________；正极反应：_______________________，负极反应：_________________________。

5．市场上出售的“热敷袋”其主要成分是铁屑、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等。“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝；启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。请回答下列问题：

(1) “热敷袋”放出的热量是利用了铁

(2) 炭粉的主要作用是

(3) 加入氯化钠的主要作用是

(4) 试写出有关的电极反应式和化学方程式

43242232

2、O 2+4H++4e—=2H2O 、2Zn=2Zn2+

3、DCBA

4、Al 、3O 2+6H2O+12e—=12OH—、4Al —12e —=4Al3+

5、被氧化；充当正极材料，与Fe 构成原电池，加快Fe 的氧化作用；

导电，形成电解质溶液；2Fe-4e —=2Fe2+、O 2+2H2O+4e—=4OH—、氢氧化亚铁的变质、氢氧化铁的失水