2-第二节 化学能与电能
2-2化学能与电能
假期作业 52-2化学能转化为电能2、原电池原理（1）概念：把化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。
（2）原电池的工作原理：通过氧化还原反应（有电子的转移）把化学能转变为电能。
（3）构成原电池的条件：（1）电极为导体且活泼性不同；（2）两个电极接触（导线连接或直接接触）；（3）两个相互连接的电极插入电解质溶液构成闭合回路。
（4）电极名称及发生的反应：负极：较活泼的金属作负极，负极发生氧化反应，电极反应式：较活泼金属－ne－＝金属阳离子负极现象：负极溶解，负极质量减少。
正极：较不活泼的金属或石墨作正极，正极发生还原反应，电极反应式：溶液中阳离子＋ne－＝单质正极的现象：一般有气体放出或正极质量增加。
（5）原电池正负极的判断方法：①依据原电池两极的材料：较活泼的金属作负极（K、Ca、Na太活泼，不能作电极）；较不活泼金属或可导电非金属（石墨）、氧化物（MnO2）等作正极。
②根据电流方向或电子流向：（外电路）的电流由正极流向负极；电子则由负极经外电路流向原电池的正极。
③根据内电路离子的迁移方向：阳离子流向原电池正极，阴离子流向原电池负极。
④根据原电池中的反应类型：负极：失电子，发生氧化反应，现象通常是电极本身消耗，质量减小。
正极：得电子，发生还原反应，现象是常伴随金属的析出或H2的放出。
（6）原电池电极反应的书写方法：（i）原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应，负极反应是氧化反应，正极反应是还原反应。
因此书写电极反应的方法归纳如下：①写出总反应方程式。
②把总反应根据电子得失情况，分成氧化反应、还原反应。
③氧化反应在负极发生，还原反应在正极发生，反应物和生成物对号入座，注意酸碱介质和水等参与反应。
（ii）原电池的总反应式一般把正极和负极反应式相加而得。
（7）原电池的应用：①加快化学反应速率，如粗锌制氢气速率比纯锌制氢气快。
②比较金属活动性强弱。
③设计原电池。
④金属的腐蚀。
2、化学电源基本类型：①干电池：活泼金属作负极，被腐蚀或消耗。
化学能与电能完整版
44
3.一个原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+ ==== Cu+Zn2+，该反应的原电池的正确组成是(CD B.正极：铜，负极：锌，电解质溶液：硫酸 C.正极：铜，负极：锌，电解质溶液：硫酸铜溶液 D.正极：铁，负极：锌，电解质溶液：氯化铜溶液 )
A.正极：锌，负极：铜，电解质溶液：氯化铜溶液
51
7、钢结构轮船外壳由于含有少量的碳，在 海水中（特别是海水与空气的界面）形成 无数原电池，很容易被腐蚀生锈，其过程为： ①2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 ②4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 ③4Fe(OH)3=2Fe2O3+6H2O 试写出反应①的电极反应式，并根据所学知 识分析如何避免轮船外壳被腐蚀。 负极：2Fe – 4e- = 2Fe2+ 正极: O2＋2H2O＋4e- ＝4OH－
(×)
(×)
负极：Zn-2e-＝Zn2+
③
(√)
正极：2H++2e-＝H2↑
总反应：Zn+2H+＝Zn2++H2↑
16
负极： Zn－2e-＝Zn2+ ④ 正极： 2H+ + 2e-＝H2↑ 总反应： Zn + 2H+＝Zn2++H2↑
(√)
负极： Fe－2e-＝Fe2+ ⑤ 正极： Cu2+ + 2e-＝Cu 总反应： Fe + Cu2+＝Fe2+ + Cu
电子流出的一极为负极，电子流入的一极为正极。 锌片(负极)： Zn－2e－====Zn2+（氧化反应） 铜片(正极)： 2H++2e－====H2↑（还原反应） 电子由锌片经导线流向铜片
2-2化学能与电能(1)
铁多少克？有多少个电子通过了电线？ 解:负极反应: Fe – 2e- = Fe2+
正极反应： 2H+ + 2e- = H2 ↑
总反应： Fe + 2H+ 56g
=
Fe2+ + 22.4L
H2
↑
m(Fe)
3.36L
m(Fe)= 8.4g 电子数= 8.4g÷56g/mol×2mol×6.02×1023/mol
= 1.806×1023
小结： 失e-,沿导线传递，有电流产生
氧化反应
Zn-2e=Zn2+
负极
正极
铜锌原电池
电解质溶液
阴离子
阳离子
总反应： Zn+2H+=Zn2++H2↑
还原反应
2H++2e-= H2↑
形成 条件
①有电解质溶液 ②有活泼性不同的两个电极(或金属与能导电的非金属) ③有闭合回路或在溶液中接触
A. A为正极,A较活泼 B. B为负极,B较活泼 C. A上发生的是氧化反应 D. A的质量减小
3、 设计原电池
哪些反应能设计 成原电池?
从理论上讲，能自发进行的氧化还原反应都 可设计为原电池。
[动脑动手] 有下列材料：Zn片（2片）、Cu片（2 片）、导线、水果 （西红柿、苹果等）、电流计，请 设计一个装置使电流计指针发生偏转，并画出设计草 图。
总反应式: Fe+2H+ = Fe 2+ +H2↑. 总反应式: Zn+Cu2+ = Zn2 ++ Cu.
[练习2]如右图,Zn和Cu之间设有隔膜， 隔膜有微孔，离子可自由通过。
第二节 化学能与电能
锌锰干电池即使不用，放置过久，也会失效（作为电解 质的糊状NH4Cl显酸性），为了充分而有效地利用锌锰干电 池，人们将电池内的NH4Cl换成湿的KOH,并在构造上作了 改进，制成了碱性锌锰电池。
碱性电池
2.充电电池 二次电池
总反应：
铅蓄电池构造示意图
Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O
负极（锌片）： Zn－2e- = Zn2+ （氧化反应）
正极（铜片）： Cu2++2e- = Cu （还原反应） 电池总反应式：Zn+Cu2+ = Zn2++Cu
CuSO4溶液
锌片溶解，铜片上有铜析出。
三、发展中的化学电源
干电池
碱性电池
蓄电池
锂离子电池
燃料电池
1.干电池（锌锰电池） 一次性电池
总反应：
（铜片在这里起传导电子的作用）
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ 电极反应总式：
2eZn + 2H+ == Zn2+ + H2↑
电极材料 Zn片 Cu片 总的离子反应方程式
电极反应式
发生的反应
原电池的电极
Zn-2e-=Zn2+
氧化反应
负极 正极
2H++2e-=H2↑ 还原反应 Zn+2H+=Zn2++H2↑
总反应：2H2 + O2 == 2H2O
燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内， 而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断
排出电池。
使用燃料电池的汽车
其他电池
人教版高中化学必修2第二章第二节《化学能和电能》第一课时 《原电池》说课稿
人教版高中化学必修2第二章第二节《化学能与电能》第一课时《原电池》说课稿一、说教材1、教材的地位及其作用本节教材是人教版化学必修2第二章第二节的教学内容，是电化学中的重要知识也是核心内容。
内容安排在化学必修1《氧化还原反应》﹑化学必修2《化学能与热能》等内容之后，符合学生认知发展规律。
初中化学已经从燃料的角度初步学习了“化学与能源”的一些知识，在选修模块“化学反应原理”中，将从科学概念的层面和定量的角度比较系统深入地学习化学反应与能量。
该节内容既是对初中化学相关内容的提升与拓展，又为选修“化学反应原理”奠定必要的基础。
该节分为两课时教学，本课为第一课时。
通过本课的学习，能使学生清楚地认识原电池的工作原理和构成条件，初步形成原电池的概念，并能够写出电极反应式和电池反应方程式。
生活在现代社会，学生对“电”有着丰富而又强烈的感性认识。
当学生了解了化学反应中能量转化的原因，并感受了探究化学能与热能的相互转化过程之后，会对化学能与电能之间的转化问题产生浓厚的兴趣。
正是基于学生的这种心理特征，教材开始的几个设问，把学生带进了“化学能与电能之间相互转化”研究之中。
从能量转换角度看，本节课程内容是对前一节课中“一种能量转化为另一种能量，能量也是守恒的；化学能是能量的一种形式，它同样可以转化为其他形式的能量，如热能和电能等”论述的补充和完善。
从反应物之间电子转移角度看，原电池概念的形成是氧化还原反应本质的拓展和应用；从思维角度看，“将化学能直接转化为电能”的思想，是是对火力发电中对“化学能→热能→机械能→电能”思维方式的反思和突破。
此外，本节内容对发展学生逻辑推理能力，提高学生科学素养，培养科学探究能力,将理论应用于实践,以及知识系统化及结构化的形成都起着重要作用。
2、教学目标分析（1）知识与技能①学生通过实验探究认识原电池的工作原理和构成条件，初步形成原电池概念。
②能够写出电极反应式和电池反应方程式。
（2）过程与方法①学生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。
2-2化学能与电能
写出电极反应式。
电池中含有大量的重金 属如锌、铅、镉、汞、锰等。 有机汞中毒，患者手足失调，步行困难，运动障碍，听力及言 据专家测试，一节纽扣电池 语障碍，肢端麻木 能污染60万升水；一节一号 感觉障碍，视野缩小，重者神经错乱，痉挛，最终死亡 电池烂在地里，能使一平方 米的土地失去利用价值。若 将废旧电池混入生活垃圾一 起填埋，渗出的重金属物质 就会渗透土壤、污染地下水， 进而进入鱼类、农作物等， 痛痛病：导致骨骼中钙流失，造成骨骼软化，萎缩，四肢弯曲， 破坏人类的生存环境，间接 脊柱变形， 威胁到人类的健康，有的还 连咳嗽都会引起骨折。而且患者不能进食，会疼痛无比，因此又 能致癌。所以我们不要乱扔 称骨痛病 电池，要及时回收。
第二章 化学反应与能量
第二节 化学能与电能
一次能源：直接从自然界取得的能源。 二次能源：一次能源经过加工、转换得到能源。
电能
原煤
天然气
蒸汽
水能
风能
石油
2001年我国发电总量构成图
柏果 电厂
化学能
燃烧
热能
蒸汽
机械能
发电机
电能
火电站工作原理示意图
2、火力发电的化学深层本质分析
火力发电
过程
将化学能经一系列能量转化为电能
反应？
2、Zn电极失去的电子哪里去了？Cu电极上发生了
什么反应？
3、电子转移方向？电流方向？电极分正负极，Zn 电极，Cu电极哪个作正极？哪个作负极？
1、Zn电极溶解，说明什么？Zn电极上发生了什么反应？ 2、Zn电极失去的电子哪里去了？Cu电极上发生了什么反应？ 3、电子转移方向？电流方向？电极？
关键
燃烧
本质
氧化还原反应
本质
第二章第二节化学能与电能
原电池原理的应用：
1、加快氧化还原反应速率 实验室用Zn和稀硫酸反应制取H2，常用粗
锌，它产生H2的速率快。因为粗锌中的杂质和 锌、稀硫酸形成原电池。
思考：纯铁和生铁哪个更容易生锈？ 2、比较金属的活动性强弱
一般活动性强的金属为负极。
电极方程式的书写
1、两极得失电子数相等； 2、电极反应式常用“＝”,不用“→”； 3、电极反应式中若有气体需加“↑”； 4、原电池的总反应式，一般把正极和负极的电
§2-2 化学能与电能
1780年，伽伐尼(Galvani,L.) 青蛙抽搐实验。
解释“青蛙腿为什么会抽搐” 这一实验现象呢？
病例分析
病例分析
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，又称为电力。
一、化学能与电能的相互转化
估计在2050年火电仍居首位
火电，又称为 火力发电。那 么，火究竟是 如何转化为电？
(∨)
总反应： Zn+2H+＝Zn2++H2↑
负极： Fe－2e-＝Fe2+
⑤
正极： Cu2++2e-＝Cu
(∨)
总反应： Fe+Cu2+＝Fe2++Cu
Fe+CuSO4＝Cu+FeSO4
⑥ (×)
负极： Zn－2e-＝Zn2+
⑦
正极： Cu2++2e-＝Cu
(∨)
总反应：Zn+Cu2+＝Zn2++Cu
b.电能清洁安全,又快捷方便.
a.排出大量的温室效应气体. b.有废气可能导致酸雨
弊 c.废料废水
d.储量有限 e.能量转换效率低
第二节、化学能与电能(整理)
间接转化
化学能
燃烧
热能
蒸汽机
机械能
发电机
电能
燃烧（氧化还原反应）是使化学能转换为电能的关键 经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低；环境污染 严重。
怎样才能提高能源的利用率，减小污染呢？
化学能
能否直接转化为
电能？
1.分别把锌片和铜片插入到稀H2SO4中, 观察现象。 ？
判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由； 若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式.
① (×) ② (×) ③ (√)
④
(√)
⑤ (√)
★
根据原电池反应书写电极方程式时的注意事项：
1. 先分析发生哪个的自发氧化还原反应，再分析出该氧化 还原反应中的氧化剂和还原剂、氧化产物和还原产物。
2. 根据电荷守恒、电子得失守恒以及氧化剂和还原剂、 氧化产物和还原产物对应关系写出电极反应式
2H2 + O2 = 2H2O
练习：银锌电池是广泛用作各种电子仪 器的电源，它的反应可表示为Ag2O+Zn +H2O ＝ 2Ag+2Zn(OH)2请判断此电池 中，负极上发生反应的物质是（ D ） A.Ag B.Zn(OH)2 C.Ag2O D.Zn
方法：活泼→负极→失升氧 不活泼→正极→得降还
课 后 习 题
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，又称为电力。
一、化学能与电能的相互转化 电能（电力）：二次能源
利用煤、石油、天然 气等自然界蕴藏极为 丰富的化石燃料来发 电称为火力发电。
一次能源和二次能源P39
估计在2050年火电仍居首位
1、化学能转化为电能的方式之一－火力发电
高一化学人教版必修二第二章第2节《化学能与电能》知识点总结
第2节 化学能与电能一、能源的分类1.化学能间接转化为电能(在能量的转化过程中存在能量的损失)—比如火力发电 ①转化过程火力发电是通过化石燃料的燃烧,使化学能转化为热能,加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机,然后带动发电机发电.燃煤发电是从煤中的化学能开始的一系列能量转化过程.化学能−−→−燃烧热能−−→−蒸汽机械能−−→−发电机电能 ①转化原理燃烧(氧化还原反应)是使化学能转化为电能的关键.因此燃烧一定发生氧化还原反应,氧化还原反应必定有电子的转移,电子的转移引起化学键的重新组合,同时伴随着体系能量的变化. 拓展点1:火力发电的优缺点优点:①我国煤炭资源丰富①投资少,技术成熟,安全性能高缺点:①排出大量的能导致温室效应的气体CO 2以及导致酸雨的含硫氧化物,比如SO 2①消耗大量的不可再生的化石燃料资源①能量转化率低①产生大量的废渣、废水.2.化学能直接转化为电能(在能量的转化过程中不存在能量的损失)—原电池(将氧化还原反应所释放的化学能直接转化为电能)(1)原电池的工作原理实验现象产生的原因分析2+会逐渐溶解,而由Zn失去的电子则由Zn片通过导线流向Cu片,因此Zn片上会带有大量的正电荷,Cu片上会带有大量的负电荷,而电解质溶液中含有阳离子(H+、Zn2+)以及阴离子(OH-、SO42-),由于正负电荷相互吸引,所以电解质溶液中的阳离子会移向Cu片去中和Cu片上带负电荷的电子,阴离子则移向Zn片去中和Zn片上的正电荷,但是由于溶液中的H+得电子能力比Zn2+强,所以H+就移向Cu片去获得Cu片上由Zn片失去的电子而被还原为H原子,H 原子再结合成H分子即H2从Cu片上逸出,因此Cu片上有无色气泡产生.通过电流表指针发生偏转并且指针偏向于Cu片这一边,可以得出该装置产生了电流(而电流的形成是因为电子发生了定向移动),并且电流移动的方向与电子移动的方向相反,所以电流是从Cu片流出,Zn片流进,即Cu片作为正极;Zn片作为负极.原电池工作原理的总结归纳:①原电池中电流的流向:正极→负极①原电池中电子的流向:负极→导线→正极(注意:在该过程中,电子是永远都不会进入到电解质溶液中,因为电子只在金属内部运动并且电解质溶液中的自由移动的阴阳离子也不能在导线中通过)①原电池中电解质溶液中阴、阳离子的移动方向:阳离子→正极阴离子→负极①原电池工作原理的本质:发生自发的氧化还原反应即将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动,将化学能转化为电能的形式释放.(所谓自发就是指该氧化还原反应不需要借助外在的力量即本身就能够自己发生)①原电池中的负极发生氧化反应,通常是电极材料或还原性气体失去电子被氧化,电子从负极流出;原电池的正极发生还原反应,通常是溶液中的阳离子或O2等氧化剂得到电子被还原,电子流入正极.(2)原电池的构成条件(两极一液一回路,反应要自发)①两极:正极和负极是两种活泼性不同的电极材料,包括由两种活泼性不同的金属材料构成的电极或者是由一种金属与一种非金属导体(如石墨)构成的电极,一般活泼性较强的金属作为负极.①一液(电解质溶液):包括酸、碱、盐溶液.①一回路(构成闭合的电路):即两电极由导线相连或直接接触以及两电极必须插入到同一种电解质溶液中或者分别插入到一般与电极材料相同的阳离子的两种盐溶液中,两盐溶液之间用盐桥相连形成闭合回路.比如以下装置:①氧化还原反应要自发:指电解质溶液至少要与作为负极的金属电极材料发生自发的氧化反应.(3)电极反应式①定义:原电池中的正极和负极所发生的反应①电极反应式的书写方法:补充:复杂电极反应式的书写如CH4碱性燃料电池负极反应式的书写:CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O……总反应式2O2＋4H2O＋8e－===8OH－……正极反应式CH4＋10OH－－8e－===7H2O＋CO2－3……负极反应式注意:①电极反应式的书写必须遵守离子方程式的书写要求,比如难溶物、弱电解质、气体等均应写成化学式形式.①注意电解质溶液对正、负极反应产物的影响.如果负极反应生成的阳离子能与电解质溶液中的阴离子反应,则电解质溶液中的阴离子应写入电极反应式中,例如Fe与Cu在NaOH溶液中形成原电池,负极反应式为:Fe+2e-+2OH－=Fe(OH)2.三、原电池的应用(1)比较金属的活动性强弱①原理:一般原电池中活动性较强的金属作负极,活动性较弱的金属作正极.①应用:比如A、B两种金属用导线连接或直接接触后插入到稀H2SO4电解质溶液中,若A极溶解,B极有气泡产生,由此可判断A是负极,B是正极,活动性:A>B.(2)加快氧化还原反应的速率①原理:在原电池中,氧化反应与还原反应分别在两极进行,溶液中的粒子运动时相互间的干扰小,从而使化学反应速率加快.①应用:比如实验室中用Zn和稀H2SO4制取H2时,通常滴入几滴CuSO4溶液,能够加快产生H2的速率.原因在于Zn 与置换出的Cu构成了原电池,加快了反应的进行.(3)防止金属被腐蚀(比如要保护一个铁闸,可用导线将其与一Zn块相连,使Zn作原电池的负极,铁闸作正极)补充:金属腐蚀①定义:指金属或合金与周围接触到的气体或液体发生化学反应,使金属失去电子变为阳离子而消耗的过程.②金属腐蚀的分类:化学腐蚀和电化学腐蚀在金属腐蚀中,我们把直接发生氧化还原反应且不构成原电池的腐蚀称为化学腐蚀;而由不纯的金属与电解质溶液接触时形成的原电池反应而引起的腐蚀称为电化学腐蚀,电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀:在潮湿的空气中,钢铁表面吸附一层薄薄的水膜,里面溶解了少量的O2、CO2等气体,含有少量的H＋和OH－从而形成电解质溶液.A.当电解质溶液呈中性、弱碱性或弱酸性时,它跟钢铁里的Fe和少量的C形成了无数个微小的原电池,Fe作负极,C 作正极,因此钢铁发生吸氧腐蚀.电极反应式为:负极(Fe):2Fe-4e-=2Fe2+ 正极(C):O2+2H2O+4e-=4OH－总反应式为:2Fe+O2+2H2O=Fe(OH)2B.当电解质溶液的酸性较强时,钢铁则发生析氢腐蚀.电极反应式为:负极(Fe):Fe-2e-=Fe2+ 正极(C):2H＋+2e-=H2↑总反应式为:Fe+2H+=Fe2+ +H2↑(4)制作各种化学电源(比如制作干电池、铅蓄电池、新型高能电池等)(5)设计制作原电池①设计电路原电池的设计要满足构成原电池的四个条件:(a)由两种活动性不同的金属或由一种金属与其他导电的材料(非金属或某些氧化物)作为电极材料;(b)两个电极必须浸在电解质溶液中;(c)两个电极之间要用导线连接形成闭合回路;(d)有自发进行的氧化还原反应.②电极材料的选择电池的电极必须导电.电池中的负极必须能够与电解质溶液反应,容易失去电子,因此负极一般是活泼的金属材料.正极和负极之间只有产生电势差,电子才能定向移动,所以正极和负极一般不用同一种材料.③电解质溶液的选择电解质是使负极材料放电的物质.因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应,或电解质溶液中溶解的其他物质与负极发生反应(如空气中的O2).但是如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则左、右两个容器中的电解质溶液一般选择与电极材料相同的阳离子的盐溶液.比如Cu-Zn-硫酸盐原电池中,负极金属Zn浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中.④设计示例拓展点2:原电池的正、负极的判断方法(1)根据组成原电池两电极的材料判断:一般是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非金属作为正极.(2)根据电流方向或电子流动的方向判断:电流方向(在外电路)是由正极流向负极,电子的流动方向是由负极流向正极.(3)根据原电池中电解质溶液内阴、阳离子的定向移动方向判断:在原电池的电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极.(4)根据原电池两电极发生的反应类型判断:原电池的负极总是失电子发生氧化反应,其正极总是得电子发生还原反应.(5)根据电极质量的变化判断:原电池工作后,X极质量增加,说明溶液中的阳离子在X极(正极)放电,X极活动性弱;反之,X极质量减少,说明X极金属溶解,X极为负极,活动性强.(6)根据电池中的现象判断:若某电极上有气泡冒出,则是因为析出了H2,说明该电极为正极,活动性弱.上述判断方法可简记为:特别提醒:①在判断原电池正、负极时,不能只根据金属活泼性的相对强弱判断,有时还要考虑电解质溶液,比如Mg、Al和NaOH溶液构成的原电池中,由于Mg不与NaOH溶液反应,虽然金属性Mg>Al,但是在该条件下却是Al作负极.因此要根据具体情况来判断正、负极.又比如说Fe、Cu在稀H2SO4溶液中,Fe作负极,Cu作正极;而Fe、Cu在浓HNO3溶液中,Fe作正极,Cu作负极.①原电池的负极材料可以参加反应,表现为电极溶解,但有的原电池(比如燃料电池)负极材料不参加反应;原电池的正极材料通常不参加反应.四、发展中的化学电源1.化学电源的分类2PbSOSO4放电充电锌银蓄电池的负极是锌,正极是Ag电极反应:O+H O+2e- =2Ag+2OH2Ag+Zn(OH)2Zn+Ag2O+H2O放电充电五、燃料电池燃料电池是一种能连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池.燃料电池的最大优点在于能量转化率高,可以持续使用,无噪音,不污染环境.燃料电池的电极本身不参与氧化还原反应,只是一个催化转化元件.它工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出,于是电池就连续不断地提供电能.(1)氢氧燃料电池2H+O=2H O1)燃料电池正极反应式的书写因为燃料电池正极反应物一般是O2,即正极都是氧化剂—O2得到电子的还原反应,故正极反应的基础都是O2+4e-=2O2-,O2-的存在形式与燃料电池的电解质的状态以及电解质溶液的酸碱性有着密切的联系.①电解质为酸性电解质溶液(如稀硫酸)在酸性环境中,O2-离子不能单独存在,可供O2-离子结合的微粒有H+离子和H2O,O2-离子优先结合H+离子生成H2O.这样在酸性电解质溶液中,正极反应式为O2＋4H++4e-=2H2O.①电解质为中性或碱性电解质溶液(如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液)在中性或碱性环境中,O 2-离子也不能单独存在,O 2-离子只能结合H 2O 生成OH -离子,故在中性或碱性电解质溶液中,正极反应式为O 2＋2H 2O +4e -=4OH -.①电解质为熔融的碳酸盐(如Li 2CO 3和Na 2CO 3熔融盐混和物)在熔融的碳酸盐环境中,O 2-离子也不能单独存在,O 2-离子可结合CO 2生成CO 32-离子,则其正极反应式为O 2＋2CO 2 +4e -=2CO 32-.①电解质为固体电解质(如固体氧化锆—氧化钇)该固体电解质在高温下可允许O 2-在其间通过,故其正极反应为O 2+4e -=2O 2-.2)燃料电池负极反应式的书写燃料电池负极反应物种类比较繁多,可为氢气、水煤气、甲烷、丁烷、甲醇、乙醇等可燃性物质.不同的可燃物有不同的书写方式,要想先写出负极反应式相当困难.一般燃料电池的负极反应式都是采用间接方法书写,即按上述要求先正确写出燃料电池的总反应式和正极反应式,然后在电子守恒的基础上用总反应式减去正极反应式即得负极反应式.比如以H 2、C 3H 8为燃料的碱性电池为例说明如下: H 2-2e - =2H +或H 2-2e -+2OH -=2H 2O;C 3H 8−−→−--e 203CO 2−−→−-OH 63CO 32-(3个C 整体从-8价升高到+12价,失去20e -),则有:C 3H 8-20e -+aOH -=3CO 32-+bH 2O,由电荷守恒知a=26;由H 原子守恒知b=17,所以电极反应式为C 3H 8-20e -+26OH -=3CO 32-+17H 2O(3)燃料电池与一次电池、二次电池的主要区别①氧化剂与燃料在工作时不断地由外部供给.①生成物不断地被排出.(4)废弃电池的处理废弃电池中含有重金属和酸碱等有害物质,随意丢弃,对生态环境和人体健康有很大的危害.若把它当作一种资源,加以回收利用,既可以减少对环境的污染,又可以节约资源.因此,应当重视废弃电池的回收.。
2-2 化学能与电能
将锌片、铜片连接起来插入稀硫酸中
Cu
Zn 现象： 铜片表面有气泡产生，锌片 逐渐溶解。
e-
Zn + 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑ H+在铜片表面获得电子
e稀H2SO4
Cu起传导电子的作用 可用电流表测电流及方向
实 验 探 究
将锌片、铜片用导线、电流计连接起来 插入稀硫酸中
实验2-4
Zn Cu
总反应： Zn + 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑
负极：
④ (√)
Zn－2e- ＝ Zn2+
正极：
2H++2e- ＝ H2↑
总反应： Zn+2H+ ＝ Zn2++H2↑
⑤ (√ )
负极： 正极：
Fe－2e-＝Fe2+ Cu2++2e-＝Cu
总反应： Fe+Cu2+＝ 2++Cu Fe 或 Fe+CuSO4＝Cu+FeSO4
为什么用不同金属丝接通 蛙腿时，蛙腿都会产 生痉挛？
物理学家伏打经过系统 研究，于1800年建立伏打电 池模型。
伏打电池是实 用电池的雏形。
生活中我们会遇到各种电池。。。
干电池
纽扣电池
蓄电池
锂电池
这些电池看上去很复杂 其实他们的原理是一样的。。。。 咱们家里的水果也能做成可爱的水果电池呢！ 你想知道其中的奥秘吗？
正极 电子流入的一极
外电路
⑵工作原理：
Zn
_
Cu
+
正极(铜片)： 发生还原反应 2H+ + 2e- ＝ H2↑ 总反应：
第二课时 化学能与电能
4、把一小块镁铝合金放入6mol/L的NaOH 溶液中，可以形成微型原电池。则该电池 负极上发生的电极反应为？
负极：Al+4OH--3e-==AlO2-+2H2O
正极：6H2O+6e-=6OH-+3H2
原电池原理
电极反应式：
负极：Zn片： Zn －2e- = Zn2+
A
（氧化反应） 正极：Cu片：2H++2e- = H2 ↑ （还原反应）
Zn
Cu
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ 电极反应总式：
H+ SO42－ H+
Zn + 2H+ == Zn2+ + H2↑
电极反应方程式的正确书写：
负极：还原剂－ｎｅ－＝氧化产物 正极：氧化剂＋ｎｅ－＝还原产物
负极:
正极: FeCl3溶液
Fe – 2e- = Fe2+
.
2Fe3+ + 2e- =2Fe2+ .
总反应: Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+ 。
材料：电极（Zn片、Cu片、石 墨棒、Fe钉等任选）、导线、水果 （西红柿2个）、电流计
请设计一个能使电流计指针发 生偏转的装置。
水果电池
二.设计原电池
（三）原电池原理的应用 ①制作化学电源 ②加快反应速率：
例如，实验室制H2时，由于锌太纯，反应一 般较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。
③判断金属活动性的强弱
④揭示钢铁腐蚀的原因及防止钢铁的腐蚀。
钢铁中含有碳，可与Fe组成原电池，发生原电 池反应而使钢铁遭到腐蚀
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二章 第二节 化学能与电能
负极： Zn－2e- ＝Zn2+
④ (∨)
正极： ++2e- ＝H2↑ 2H 总反应： Zn+2H+＝Zn2++H2↑
负极： Fe－2e - ＝Fe2+ 正极： 2++2e- ＝Cu Cu
⑤ (∨)
发生原 电池反 应
总反应： Fe+Cu2+＝Fe2++Cu Fe+CuSO4＝Cu+FeSO4
巩 固 练 习
总反应: 2H2+ O2 ＝2H2O
练习：课本 P45 5 可以用哪些燃料代替氢气？
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
使用燃料电池的汽车
练习：
1、写出甲烷燃料电池（CH4-O2-KOH溶 液）的电极反应式 CH4 +10OH- -8e- = CO32-+7H2O 负极 2O2+8e-+4H2O = 8OH正极
总反应式 CH4 + 2O2 +2OH- =3H2O+ CO322、对于废弃的电池为什么不能随意丢弃？ 应如何处理废弃电池？
正极：
PbO2+4H++ SO42- +2e-= PbSO4↓+2H2O
总反应： PbO2＋ Pb＋H2SO4== 2PbSO4↓+2H2O PbO2＋ Pb＋H2SO4
放电
充电
2PbSO4+2H2O
(2)镍镉充电电池
密封、体积小、寿命长。镉（Cd） 作负极，NiO（OH）作正极。以 KOH作电解质。但镉有毒。
常见题型
以某种新型电池为载体，给出总 反应，让大家分析： （1）该电池正负极及电极反应； （2） 电子、电流或离子走向； （3）结合电子转移进行计算。
第二章 第二节 化学能与电能
无气泡 不反应
有气泡 反应
无气泡 泡 化学能 偏转
有气
电能
(2)原电池: 化学能 转变为_____ 电能 的装置。 ①定义:将_______ ②工作原理(以铜-锌-稀硫酸原电池为例): 电极材料 锌 铜 电子转移 失电子 _______ 得电子 _______ 电极反应式 Zn-2e-====Zn2+ _______________ 2H++2e-====H2↑ _______________ 反应类型 氧化反应 _________ 还原反应 _________
镍镉电池
锂离子电池
NiO(OH)
3.燃料电池:
燃料气体 和_____ 氧气 分别在两个电极上反应将化学能转 (1)特点:_________ 化为电能。 (2)实例——氢氧燃料电池: 氢气 失电子,正极:_____ 氧气 得电子,电解质是氢氧化钾或硫 负极:_____ 酸。
【思考辨析】 1.判断正误: (1)HCl+NaOH====NaCl+H2O是放热反应,可以设计成原电池。 (×) 分析:该反应虽然是放热反应,但不是氧化还原反应,不能设计 成原电池。
【解题指南】解答本题要注意以下3点:
(1)作为原电池负极的金属的活泼性大于正极。 (2)电流的方向与电子的流向相反。 (3)负极质量减少,正极产生气泡。
【解析】选B。
具体分析
电流从②流向①,①为负极 ①③相连时③为正极 ②④相连时②上有气泡逸出,②为正极 ③④相连时③的质量减少,③为负极
结论(金属活动性)
①、②、③、④、⑥ 二次能源:_______ ⑤、⑦ 。 一次能源:___________________;
二、化学能转化为电能 1. 1.燃煤发电的能量转化：化学能 能 发电机 电能 燃烧 热能 ___ 蒸汽 机械 _____
2-2化学能与电能
` 化学能与电能学习目标：1、认识化学能转化为电能的基本原理。
2、学会分析、推理、归纳和总结的逻辑思维方法，提高发现问题、分析问题和解决问题的能力。
3、通过实验和小组合作学习，体验科学探究过程。
4、了解各类电池在生产、生活实际中的应用，认识化学的价值。
增强环保意识。
学习重点：原电池的概念、原理、组成及应用。
学习方法：自学、讨论、交流、探究法。
●【课前预习导学】：一、化学能与电能的相互转化1、燃煤发电的一系列能量转换过程：化学能→能→能→能。
解释原因思考：（1）为什么电流表的指针发生偏转？（2）为什么实验3中铜片上会产生气泡，锌片上的气泡比原来少了？（3）以上实验是否说明锌片和铜片的活动性在这样的环境中改变了？（4）锌片和铜片的质量有无变化？（5）溶液中的[H+]有何变化？（6）哪一个极作为负极？62、原电池：能直接转化为能的装置。
将锌片和铜片平行插入稀硫酸溶液中：电子由流向，根据物理学知识，电子移动方向与电流方向相反，电流由流向，铜片为极，锌片为极。
电极反应式：负极( )：；正极（）：总反应式：3、原电池的构成条件：（1）、两种活泼性同的金属（或一种金属和另一种非金属导体）构成电极。
相对的金属为负极；相对的金属为正极。
（2）、溶液（3）、构成（4）、能发生反应。
4 原电池正负极的判断：(1)由电极材料判断。
活泼性较强的为-----极(2)根据电流方向判断。
电流流出的一极为----极，电流流入的一极为----极。
(3)根据原电池里电解质溶液内粒子的定向流动方向判断。
阳离子移向-----极(4) 根据原电池两极发生的变化判断。
发生氧化反应的为-----极，发生还原反应的为-----极。
(5)根据现象判断。
溶解的为-----极（6）根据电子的流向判断，电子流出的一级为------极，电子流入的一级为----极。
5 .化学电池的反应本质-------------------。
二、发展中的化学电源1、干电池：负极 为 ，电极反应式： 正极是 电解质是2、充电电池：可以实现化学能转变为 、再由 转变为 。
3.15-化学-化学能与电能2
第 10 页
(2)正极反应式的书写 ①首先判断在正极反应的物质 a、当负极材料与电解质溶液能反应时，在正极上电解质溶液中氧化性强 的离子被还原。如铜锌稀硫酸原电池：正极：2H+ + 2e－＝H2↑ b、当负极材料与电解质溶液不反应时，在正极上发生还原反应的是溶解 在电解液中的O2。 ②根据具体情况书写正极反应式(也要考虑反应产物是否与电解液反应)
（4） 根据原电池两极发生的反应来判断 失电子，氧化反应（化合价升高）—负极
（5） 根据现象判断 电极质量减少—负极；质量增加或产生气泡—正极
温故知新
第7 页
原电池的构成条件：（两极一液一回路一反应）
前提条件：自发的氧化还原反应（本质）
（装置对外供电→产生电流→有电子转移→自发的氧化还原反应）
(1)活泼性不同的两种金属(或金属与非金属导体)做电极
总反应 Zn + 2H+ ＝Zn2+ +H2↑
氧化还原反应 化学能
直接
电能
温故知新
第6 页
判断原电池正、负极的方法
（1） 由组成原电池两极的电极材料 活泼金属—负极
（2） 根据电流方向或电子流动方向 电子流出—负极；电流流入—负极
（3） 根据原电池里电解质溶液内离子的定向移动方向判断 阴离子流向—负极
充电电池（二次电池）：放电后可以再充电，循环使用。 如铅蓄电池、镍镉电池、锂离子电池
燃料电池：一种将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电 能的化学电池。如氢氧燃料电池、甲烷燃料电池
二、干电池（一次电池） 1、锌锰电池（最早使用的干电池）
第 15 页
二、干电池（一次电池） 1、（酸性）锌锰电池
电解液： NH4Cl糊
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2-第二节化学能与电能一、选择题1．(2011·河北南宫中学高一第二学期期中考试化学试题)下列各组中的能源均属于二次能源的是()A．电力、蒸汽B．电力、风力C．蒸汽、风力D．原煤、石油答案：A点拨：风力、原煤、石油均为一次能源，故只有A选项电力、蒸汽均属于二次能源。
2．(2011·山东苍山一中高一第二学期期中考试)下列有关原电池的说法中正确的是()A．原电池是把电能转化为化学能的装置B．原电池中电子流出的一极是负极，发生还原反应C．构成原电池两极必须是两种不同的金属D．原电池中的阳离子向正极移动答案：D点拨：原电池是把化学能转化为电能的装置，故A错。
原电池中电子流出的一极是负极，失去电子，发出氧化反应，故B错，构成原电池的两极一般是活动性较强的金属作负极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极，故C错。
3．(2012·山东临沂高一下学期期中考试模拟试题)下图为铜锌原电池示意图，下列说法正确的是()A．锌片逐渐溶解B．烧杯中溶液逐渐呈蓝色C．电子由铜片通过导线流向锌片D．该装置能将电能转变为化学能答案：A点拨：在铜锌原电池中，锌是负极，铜是正极，电子从锌片流向铜片，负极的反应式为：Zn－2e－===Zn2＋正极的反应式为2H＋＋2e－===H2↑反应一段时间后，锌片逐渐溶解，溶液中H＋浓度减小，该装置是化学能转化为电能，故正确答案为A。
4．(2011·山东沾化二中高一下学期学分认定测试)废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。
有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是() A．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气B．碳棒取下洗净用作电极C．把铜帽取下洗净回收利用D．电池内部填有氯化铵等化学物质，将废电池中的黑色糊状物直接作化肥用答案：D5．(2011·山东苍山一中高一第二学期期中考试)现在各类碱性电池已经占有了越来越多的市场份额，这类电池广泛地应用于各种小型用电器(如照相机、收音机等)中。
有一种新型的锌锰电池就是这种碱性电池，它是在传统锌锰电池的基础上改进的。
下列对于碱性锌锰电池的叙述中不正确的是()A．碱性锌锰电池工作时，电子由Zn极经外电路流向碳极B．这种电池较传统锌锰电池(即干电池)使用寿命长C．碱性锌锰电池可以实现化学能向电能的转化和电能向化学能的转化D．这种电池的电解质由传统的NH4Cl换成湿的KOH答案：C点拨：该新型的锌锰电池是一次电池(即干电池)不是二次电池(即充电电池)，它只能实现化学能转化为电能，而不能实现电能转化为化学能，故C错。
6．(2011·四川雅安中学高一第二学期期中试题)A、B、C都是金属：B中混有C时，只有C能被盐酸溶解；A与B组成原电池时，A为电池的正极。
A、B、C三种金属的活动性顺序为() A．A＞B＞C B．A＞C＞BC．C＞B＞A D．B＞C＞A答案：C点拨：根据已知条件只有C能被盐酸溶解可知C最活泼。
再由A与B组成原电池时，A为正极，则B为负极，故B的活动性大于A。
由此推出A、B、C三种金属活动性为C>B>A。
7．(2012·试题调研)根据下列事实：①A＋B2＋===A2＋＋B；②D ＋2H2O===D(OH)2↓＋H2↑；③以B、E为电极与E的盐溶液组成原电池，电极反应为：E2＋＋2e－===E，B－2e－===B2＋。
由此可知A2＋、B2＋、D2＋、E2＋的氧化性强弱关系是()A．D2＋＞A2＋＞B2＋＞E2＋B．B2＋＞A2＋＞D2＋＞E2＋C．D2＋＞E2＋＞A2＋＞B2＋D．E2＋＞B2＋＞A2＋＞D2＋答案：D点拨：据原电池原理判断有关离子的氧化性强弱。
判断时可以根据各离子得电子能力的强弱，也可以先判断出A、B、D、E的金属活泼性强弱后再判断。
具体分析如下：本题可判断出A、B、D、E的活泼性顺序为D＞A＞B＞E，但是在根据原电池判断金属活泼性强弱时要注意电解质不同时的特例。
例如，Mg－Al原电池，在稀盐酸中，Mg作负极，Al作正极；在NaOH溶液中，Al作负极，Mg作正极。
8．(2012·经典习题选萃)以锌片和铜片为电极，以稀硫酸为电解质溶液的原电池中，当导线中通过2mol电子时，下列说法正确的是()A．锌片溶解了1mol，铜片上析出1mol氢气B．两极溶解和析出的物质的质量相等C．锌片溶解了1g，铜片上析出1g氢气D．锌片溶解了1mol，硫酸消耗了1mol答案：AD点拨：本题涉及原电池的有关计算，利用电子守恒结合电极反应可求得各电极上物质的溶解和析出情况。
具体分析如下：原电池使氧化反应、还原反应分别在两个电极上进行，但两者仍同时发生，两电极上得失电子数仍相等，这是有关计算的依据。
9．(2012·试题调研)微型纽扣电池在现代生活中有广泛使用。
有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液是KOH，电极反应为：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O和Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，总反应式为：Ag2O＋Zn===2Ag＋ZnO，根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是()A．在使用过程中，电池负极区溶液pH减小B．在使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极C．Zn是负极，Ag2O是正极D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应答案：AC点拨：本题考查根据电极反应式判断原电池的正负极，明确原电池的原理。
具体分析如下：二、非选择题10．(2012·试题调研)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搏器的能源。
它依靠人体内体液中含有一定浓度的溶解氧、H＋和Zn2＋进行工作。
请写出两电极反应式：正极__________________________________________________，负极__________________________________________________。
答案：O2＋4H＋＋4e－===2H2O2Zn－4e－===2Zn2＋点拨：根据题意Zn为负极、Pt为正极，负极发生氧化反应Zn －2e－===Zn2＋，正极发生还原反应O2＋4H＋＋4e－===2H2O(注意：H ＋作为电解质溶液中的阳离子，不能写出2H＋＋2e－===H2↑)。
11．(2012·试题调研)市场上出售的“热敷袋”其中主要成分是铁屑、碳粉和少量的NaCl、水等。
热敷袋在启用前用塑料袋使之与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓，就会放出热量，使用完后，会发现袋内有许多铁锈生成，请回答下列问题：(1)热敷袋放出的热量来源于________放出的热量。
(2)碳粉的作用是_______________________________________。
(3)加入NaCl的作用是__________________________________。
(4)写出有关的电极反应式和化学方程式：______________________________________________________、______________________________________________________、______________________________________________________、______________________________________________________、______________________________________________________。
答案：(1)Fe与O2反应(发生原电池)(2)作为原电池的正极，加快反应速率(3)作为电解质溶液，而使原电池形成闭合回路(4)2Fe－4e－===2Fe2＋O2＋2H2O＋4e－===4OH－Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O点拨：Fe、C(O2)、电解质溶液构成原电池，加快了Fe的氧化速率；根据Fe是负极、C是正极，NaCl溶液是电解质溶液进行分析。
12．(2012·经典习题选萃)某同学进行下图所示的铜—锌原电池实验：(1)从理论上讲，应该能预期看到的现象是______________________________________________________________________________ ___________________________________________________________ __________________________________________________________。
(2)实验过程中，观察到锌极上有少量气泡逸出，铜极上有大量气泡逸出，请解释原因。
___________________________________________________________ __________________________________________________________。
答案：(1)锌片无气泡冒出，铜片上有气泡冒出，电流计指针发生偏转(2)锌片不纯，锌与杂质形成许多微小原电池13．(2011·辽宁瓦房店高中高一下学期4月份月考)(1)有人将铂丝插入KOH溶液中做电极，并在两极片分别通入甲烷和氧气，形成一种燃料电池，在该电池反应中，甲烷发生类似于燃烧的反应，根据以上判断：①通甲烷的铂丝为原电池的________极，发生的电极反应为______________。
②该电池工作时(放电)反应的总化学方程式为_____________________________________________________。
(2)X、Y、Z为三种不同短周期非金属元素的单质。
在一定条件下发生如下反应：若常温下Y为固体，X、Z为气体，A在空气中充分燃烧可生成B，则：①B的化学式为__________；②向苛性钠溶液中通入过量的A所发生反应的离子方程式为_________________________________________________________。
③将B与氯气的水溶液充分反应可生成两种强酸，该反应的化学方程式为_____________________________________________________。
答案：(1)①负CH4＋10OH－－8e－===CO2－3＋7H2O②CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O(2)①SO2②H2S＋OH－===HS－＋H2O③SO2＋Cl2＋2H2O===H2SO4＋2HCl14．(2011·南京师范大学附属扬子中学月考)将铁片和铜片插入某种电解质溶液，锌片和铜片用导线相连，形成原电池装置。