專題2第3單元第1課時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)電源

第三單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化第 1 課時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)電源學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1.通過銅 -鋅原電池的實(shí)驗(yàn)探究，初步了解原電池原理。(重點(diǎn) )2.了解化學(xué)電源的原理與應(yīng)用。3.了解鋼鐵的電化學(xué)腐蝕。 自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知 一、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能1實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)步驟現(xiàn)象解釋或說明鋅與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)生鋅片溶解，表面有氣泡產(chǎn)成 H2，而銅與稀硫酸不反生；銅片無明顯變化應(yīng)鋅片溶解，銅片表面有氣鋅與稀硫酸反應(yīng)，但氫氣泡產(chǎn)生，電流計(jì)指針發(fā)生在銅片上產(chǎn)生，導(dǎo)線中有偏轉(zhuǎn)電流2.原電池(1)概念：將化學(xué)能轉(zhuǎn)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(chǎn)生氣泡得失電子失電子得電子正、負(fù)極判斷負(fù)極正極電子流向流出流入第 1頁電極反應(yīng)式Zn2e =Zn2 2H 2e =H2總反應(yīng)式Zn2H =Zn2 H2(3)構(gòu)成原電池的“一個(gè)反應(yīng)，三個(gè)條件”原理反應(yīng)：自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。三個(gè)條件二、鋼鐵的電化學(xué)腐蝕在一塊表面無銹的鐵片上滴一大滴含酚酞的食鹽實(shí)驗(yàn)內(nèi)容水，放置一段時(shí)間實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(zhì)溶液中溶有O2，通常溶液呈的電中性弱酸性或弱堿性化學(xué)電極材料負(fù)極是 Fe，正極是 C腐蝕負(fù)極反應(yīng)式：2Fe 2e2 ，正極反應(yīng)式： 2H2電極反應(yīng)=2FeO原理O24e =4OH總反應(yīng)式2Fe2H2 22OO =2Fe(OH)溶液中的4Fe(OH)2O22H23O=4Fe(OH)反應(yīng)Fe(OH)3 脫水生成紅色鐵銹不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸，發(fā)生原電池反電化學(xué)腐蝕概念應(yīng)，比較活潑的金屬失去電子被氧化，這種腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕三、化學(xué)電源1優(yōu)點(diǎn)： 能量轉(zhuǎn)化率比燃料燃燒要大得多。2化學(xué)電源的分類(1)一次電池：用過之后不能復(fù)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(gè)電極上反應(yīng)，如氫氧燃料電池、甲醇 -空氣燃料電池等。3實(shí)例(1)銀鋅紐扣電池的總反應(yīng)為ZnAg 2O H2OZn(OH) 22Ag，則該電池的負(fù)極為 Zn，發(fā)生氧化反應(yīng)。(2)氫氧燃料電池工作時(shí)負(fù)極反應(yīng)的物質(zhì)為H2，正極反應(yīng)的物質(zhì)為O2。 基礎(chǔ)自測(cè) 1判斷正誤 (正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”)(1)原電池是一種將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。()(2)原電池中活潑金屬作負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。()(3)原電池工作時(shí)，溶液中的陽離子向負(fù)極移動(dòng)。()(4)燃料電池工作時(shí)燃料在電池中燃燒，然后熱能轉(zhuǎn)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(shí)間，以下敘述正確的是 ()兩裝置中銅片表面均無氣泡產(chǎn)生甲中銅片是正極，乙中銅片是負(fù)極兩裝置中溶液中的c(H )均減小產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙慢甲中 SO24 向 Zn 片移動(dòng)， H向 Cu 片移動(dòng)乙中電流從 Cu 片流向 Zn 片兩裝置中 Cu 片的質(zhì)量均不變ABCDB 甲是原電池，甲中鋅片作負(fù)極， 銅片作正極， 正極上發(fā)生還原反應(yīng)： 2H 2e=H2，有氣泡產(chǎn)生，乙裝置中鋅片上發(fā)生反應(yīng)：Zn2H =Zn2H2 ，銅片上無氣體產(chǎn)生， 錯(cuò)；乙中裝置不構(gòu)成原電池，、錯(cuò)；兩裝置中溶液中的氫離子均發(fā)生反應(yīng)，c(H)均減小， 正確；原電池反應(yīng)的反應(yīng)速率較快， 錯(cuò)；陽離子 H向正極 Cu 片移動(dòng)，陰離子SO24向 Zn 片移動(dòng)， 正確；第 3頁兩裝置中 Cu 片未參加反應(yīng)，質(zhì)量均不變，正確。故選 B。3下列說法正確的是 ()【導(dǎo)學(xué)號(hào) ：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(huì)污染環(huán)境的新型電池C化學(xué)電池的反應(yīng)基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng)D鉛蓄電池放電的時(shí)候正極材料是Pb，負(fù)極材料是 PbO2C 堿性鋅錳干電池是一次電池； 燃料電池是一種高效且不會(huì)污染環(huán)境的新型電池；鉛蓄電池放電的時(shí)候正極材料是PbO2，負(fù)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(dòng)的？電子能否通過電解質(zhì)溶液？原電池工作時(shí)電流是怎樣形成的？【提示】鋅失去電子，電子通過導(dǎo)線流向銅片。 電子不能通過電解質(zhì)溶液，在溶液中陽離子流向正極，陰離子流向負(fù)極，陰陽離子定向移動(dòng)形成電流。(2)若將銅鋅原電池中的稀硫酸換作硫酸銅溶液，能否產(chǎn)生電流？電極反應(yīng)有何不同？【提示】將稀硫酸換作硫酸銅溶液，也可以構(gòu)成原電池，產(chǎn)生電流。鋅為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng) Zn2e=Zn2 ，銅為正極，發(fā)生還原反應(yīng)： Cu2 2e=Cu，總反應(yīng)為 Zn Cu2=Zn2Cu。(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(yīng)在哪個(gè)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(fù)極的判斷方法原電池原理的應(yīng)用背景材料 思考交流 (1)結(jié)合原電池構(gòu)成的條件， 思考怎樣依據(jù)反應(yīng)Cu2Ag =2AgCu2 設(shè)計(jì)一個(gè)原電池？畫出原電池裝置圖并標(biāo)出正、負(fù)極?！咎崾尽肯却_定兩個(gè)電極，負(fù)極失電子化合價(jià)升高，所以銅作負(fù)極，再找活潑性比銅弱的碳棒或銀棒作正極；從反應(yīng)中可以看出電解質(zhì)溶液中必須含有銀離子，所以用硝酸銀作電解質(zhì)溶液。裝置圖：(2)鋅與稀硫酸反應(yīng)時(shí)，若滴幾滴硫酸銅溶液，反應(yīng)速率會(huì)加快，試分析其原因?！咎崾尽康渭恿蛩徙~溶液后， 會(huì)有少量鋅與硫酸銅反應(yīng)置換出銅。然后銅、鋅分別作為原電池的兩個(gè)電極而形成原電池，從而加快鋅與稀硫酸的反應(yīng)速率。原電池原理的應(yīng)用(1)加快氧化還原反應(yīng)的速率自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，形成原電池時(shí)反應(yīng)速率增大。例如， Zn 與稀 H2SO4 反應(yīng)時(shí)，滴加少量CuSO4 溶液，則 Zn 和置換出的 Cu在稀 H2SO4 中構(gòu)成原電池，加快Zn 與稀硫酸反應(yīng)的速率。(2)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí)，一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑。例如，有兩種金屬a、 b，用導(dǎo)線連接插入到稀H2SO4 中，觀察到 a 極溶解，b 極上有氣泡產(chǎn)生，則 a 為負(fù)極， b 為正極，金屬活動(dòng)性 a>b。(3)用于金屬腐蝕保護(hù)使金屬制品作原電池的正極而得到保護(hù)。例如，將鐵質(zhì)輸水管道與鋅塊相連， 鋅作原電池的負(fù)極失電子， 保護(hù)鐵不被第 5頁腐蝕。(4)設(shè)計(jì)電池理論上能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池。如：把 Fe 2Fe3=3Fe2設(shè)計(jì)成原電池， 可用 Fe 作負(fù)極，銅 (或石墨 )作正極， FeCl3 溶液作電解質(zhì)溶液。 當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基 題組 1構(gòu)成原電池的條件1如圖所示的裝置，能夠組成原電池產(chǎn)生電流的是()D2下列各組材料中，不能組成原電池的是()ABCD兩極材料Zn 片、石墨Cu 片、 AgZn 片、CuFe 片、 Cu 片片片插入溶液稀H24 溶液AgNO 3 溶液蔗糖溶液稀鹽酸SOC 蔗糖是非電解質(zhì)，不能構(gòu)成原電池。 題組 2原電池中正極、負(fù)極的判斷3.李明在學(xué)完了原電池的知識(shí)之后，設(shè)計(jì)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(yīng)該是 ()【導(dǎo)學(xué)號(hào) ：13572077】A鋅B石墨C銀D銅A 電流的方向與電子的流動(dòng)方向相反，則電子由電極Y 經(jīng)導(dǎo)線流向電極X，因此 Y 電極的活潑性強(qiáng)于鐵，故Y 電極只能為鋅。 4下列敘述中正確的是 ()【導(dǎo)學(xué)號(hào) ：13572078】A原電池的負(fù)極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)B原電池中較活潑的金屬作正極第 6頁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(yīng)的電極是負(fù)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(gòu)成，原電池的負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故A、 B、 C 選項(xiàng)錯(cuò)；只有 D 選項(xiàng)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(shí)驗(yàn)后，在讀書卡片上記錄如下，卡片上描述合理的是()實(shí)驗(yàn)記錄：導(dǎo)線中電流方向： ZnCu Cu極上有氣泡產(chǎn)生，發(fā)生還原反應(yīng)鋅片變薄實(shí)驗(yàn)結(jié)論： Zn為正極， Cu為負(fù)極2正極反應(yīng)式： Cu2e =Cu，發(fā)生氧化反應(yīng)2 H 向 Cu極移動(dòng)， SO4 向Zn極移動(dòng)ABCDD 鋅比銅活潑性強(qiáng)，因此在 CuZnH2SO4 原電池中，鋅為負(fù)極，電子由鋅 銅，導(dǎo)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(chǎn)生 H2 氣泡。故 D 項(xiàng)正確。 6堿性鋅錳電池的總反應(yīng)為Zn2MnO 2 2H2O=Zn(OH)2 2MnO(OH) ，下列說法不正確的是 ()A該電池 Zn 為負(fù)極， MnO2 為正極，電解質(zhì)是KOHB放電時(shí)外電路電流由Zn 流向 MnO 2C電池工作時(shí) OH 向鋅電極移動(dòng)D該電池的正極反應(yīng)為MnO 2e H2O=MnO(OH)OHB 放電時(shí)，Zn 為負(fù)極，MnO 2 為正極，電子從 Zn 電極 (負(fù)極 )流向 MnO2(正極 )，電流方向與電子流向相反，從正極流向負(fù)極，故B 項(xiàng)錯(cuò)誤。 第 7頁原電池工作中 “三個(gè)方向 ” 和“一個(gè)類型 ”題組 4原電池工作原理的應(yīng)用7M 、N、 P、 E 四種金屬，已知： M N2 =NM 2 ； M 、 P 用導(dǎo)線連接放入 NaHSO4 溶液中， M 表面有大量氣泡產(chǎn)生； N、E 用導(dǎo)線連接放入 E 的硫酸鹽溶液中，電極反應(yīng)為 E2 2e =E，N2e =N2 。則這四種金屬的還原性由強(qiáng)到弱的順序是()AP>M>N>EBE>N>M>PCP>N>M>EDE>P>M>NA 由知金屬活動(dòng)性： M>N ；由 知 M 作原電池的正極， 故金屬活動(dòng)性：P>M；由 知 N 作負(fù)極，故金屬活動(dòng)性：N>E。A 正確。 8試根據(jù)氧化還原反應(yīng)：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2 設(shè)計(jì)原電池，回答下列問題?！緦?dǎo)學(xué)號(hào) ：13572079】電解質(zhì)溶液是 _，負(fù)極是 _，電極反應(yīng)式為，正極是 _，電極反應(yīng)式為 _?！窘馕觥垦趸€原反應(yīng)中的氧化劑在正極反應(yīng)，還原劑在負(fù)極反應(yīng)。 根據(jù)方程式可知，銅作負(fù)極，F(xiàn)eCl3 為電解質(zhì)，正極宜選用不與FeCl3 反應(yīng)但能導(dǎo)電的物質(zhì)?！敬鸢浮縁eCl3CuCu2e=Cu2石墨2Fe3 2e =2Fe2題組 5鋼鐵的電化學(xué)腐蝕9鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時(shí)，正極上發(fā)生的電極反應(yīng)是()A2H 2e =H2BFe2 2e =FeC2H2OO24e =4OHDFe3 e =Fe2 C 鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕時(shí)，負(fù)極反應(yīng)為Fe 2e=Fe2，正極反應(yīng)為O2第 8頁 4e 2H2O=4OH ，C 正確。 10如圖所示，液面上浮著一個(gè)空心鐵球。數(shù)天后可觀察到的現(xiàn)象是 ( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào) ：13572080】鐵球表面出現(xiàn)紅棕色銹斑鐵球表面出現(xiàn)黑色銹斑量筒內(nèi)水位下降量筒內(nèi)水位上升ABCDB 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(xué)腐蝕。其負(fù)極反應(yīng)式是 2Fe 4e=2Fe2，正極反應(yīng)式是 O2 2H2O 4e =4OH。 Fe2與 OH結(jié)合成 Fe(OH)2，再被氧化成 Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)3脫水成為 Fe2O3xH2O 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(nèi)的水位會(huì)上升。題組 6化學(xué)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(shí)鋅極上的電極反應(yīng)是Zn 2OH 2e =Zn(OH)2，氧化銀極上的反應(yīng)是Ag2OH2O 2e=2Ag2OH，下列判斷中，正確的是()A鋅是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化銀是正極，發(fā)生還原反應(yīng)B鋅是正極，發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化銀是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)C鋅是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)，氧化銀是正極，發(fā)生氧化反應(yīng)D鋅是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，氧化銀是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)A 放電時(shí)是原電池。 負(fù)極是較活潑金屬，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)； 正極是較不活潑金屬或非金屬導(dǎo)體，發(fā)生還原反應(yīng)。12氫氧燃料電池是一種能在航天飛機(jī)上使用的特殊電池，其反應(yīng)原理示意圖如圖。下列有關(guān)氫氧燃料電池的說法不正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào) ：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(gòu)成原電池BA 電極是負(fù)極，電極上發(fā)生氧化反應(yīng)C產(chǎn)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B 電極通過導(dǎo)線流向A 電極AA 項(xiàng)，燃料電池中電極的活潑性可以是相同的，錯(cuò)誤；B 項(xiàng)， A 電極通入的是氫氣， A 電極作負(fù)極，電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，正確；C 項(xiàng)，產(chǎn)物為無污染的水，屬于環(huán)境友好的綠色電池，正確；D 項(xiàng)， B 電極是正極，則外電路中電流由 B 電極通過導(dǎo)線流向A 電極，正確。 第 10 頁