高中化学 专题2第3单元 化学能与电能的转化 第1课时 化学能转化为电能 化学电源学案

第1课时化学能转化为电能化学电源学习目标：1.通过铜­锌原电池的实验探究，初步了解原电池原理。(重点)2.了解化学电源的原理与应用。3.了解钢铁的电化学腐蚀。

[自主预习·探新知]

一、化学能转化为电能

1．实验探究

实验步骤现象解释或说明

锌片溶解，表面有气泡产生；铜片无明显变化锌与稀硫酸发生反应生成H2，而铜与稀硫酸不反应

锌片溶解，铜片表面有气泡产生，电流计指针发生偏转锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生，导线中有电流

(1)概念：将化学能转变为电能的装置。

(2)工作原理(以锌­铜­稀硫酸原电池为例)

装置

电极Zn电极Cu电极

现象锌片逐渐溶解铜片上产生气泡得失电子失电子得电子正、负极判断负极正极电子流向流出流入

电极反应式Zn－2e－===Zn2＋2H＋＋2e－===H2↑总反应式Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑

①原理反应：自发进行的氧化还原反应。

②三个条件

二、钢铁的电化学腐蚀

实验内容在一块表面无锈的铁片上滴一大滴含酚酞的食盐水，放置一段时间

实验现象溶液周围逐渐呈现红色，并慢慢形成褐色的锈斑实验结论钢铁在潮湿的空气中很快被腐蚀

钢铁的电化学腐蚀原理

图示

形成条件

钢铁表面形成的电解质溶液中溶有O2，通常溶液呈中性弱

酸性或弱碱性

电极材料负极是Fe，正极是C

电极反应

负极反应式：2Fe－2e－===2Fe2＋，正极反应式：2H2O＋O2＋

4e－===4OH－

总反应式2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2

溶液中的

反应

4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

Fe(OH)3脱水生成红色铁锈

电化学腐蚀概念不纯金属或合金与电解质溶液接触，发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀

1．优点：能量转化率比燃料燃烧要大得多。

2．化学电源的分类

(1)一次电池：用过之后不能复原，如锌锰干电池等。

(2)二次电池：充电后能继续使用，如银锌纽扣电池。

(3)燃料电池：燃料和氧化剂分别在两个电极上反应，如氢氧燃料电池、甲醇­空气燃料电池等。

3．实例

(1)银锌纽扣电池的总反应为Zn＋Ag2O＋H2O Zn(OH)2＋2Ag，则该电池的负极为Zn，

发生氧化反应。

(2)氢氧燃料电池工作时负极反应的物质为H2，正极反应的物质为O2。

[基础自测]

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)原电池是一种将电能转化为化学能的装置。( )

(2)原电池中活泼金属作负极，失去电子，发生氧化反应。( )

(3)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动。( )

(4)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能。( )

【答案】(1)×(2)√(3)×(4)×

2．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( )

①两装置中铜片表面均无气泡产生

②甲中铜片是正极，乙中铜片是负极

③两装置中溶液中的c(H＋)均减小

④产生气泡的速率甲比乙慢

⑤甲中SO2－4向Zn片移动，H＋向Cu片移动

⑥乙中电流从Cu片流向Zn片

⑦两装置中Cu片的质量均不变

A．①②③B．③⑤⑦ C．④⑤⑥ D．②③④⑤⑦

B[甲是原电池，甲中锌片作负极，铜片作正极，正极上发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，有气泡产生，乙装置中锌片上发生反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，铜片上无气体产生，①错；乙中装置不构成原电池，②、⑥错；两装置中溶液中的氢离子均发生反应，c(H＋)均减小，③正确；原电池反应的反应速率较快，④错；阳离子H＋向正极Cu片移动，阴离子SO2－4向Zn片移动，⑤正确；两装置中Cu片未参加反应，质量均不变，⑦正确。故选B。] 3．下列说法正确的是( )

A．镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池

B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池

C．化学电池的反应基础是氧化还原反应

D．铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2

C[碱性锌锰干电池是一次电池；燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池；铅

蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。]

[合作探究·攻重难]

原电池的工作原理铜锌原电池工作原理如图所示：

[思考交流]

(1)在铜锌原电池中，电子是怎样移动的？电子能否通过电解质溶液？原电池工作时电流是怎样形成的？

【提示】锌失去电子，电子通过导线流向铜片。电子不能通过电解质溶液，在溶液中阳离子流向正极，阴离子流向负极，阴阳离子定向移动形成电流。

(2)若将铜锌原电池中的稀硫酸换作硫酸铜溶液，能否产生电流？电极反应有何不同？

【提示】将稀硫酸换作硫酸铜溶液，也可以构成原电池，产生电流。锌为负极，发生氧化反应Zn－2e－===Zn2＋，铜为正极，发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。

(3)某种燃料电池的工作原理示意图如下所示，a、b均为惰性电极。

根据电子流向判断燃料和氧气应在哪个入口通入？

【提示】A口通入燃料，B口通入氧气。

原电池正、负极的判断方法

原电池原理的应用

[思考交流]

(1)结合原电池构成的条件，思考怎样依据反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋设计一个原电池？画出原电池装置图并标出正、负极。

【提示】先确定两个电极，负极失电子化合价升高，所以铜作负极，再找活泼性比铜弱的碳棒或银棒作正极；从反应中可以看出电解质溶液中必须含有银离子，所以用硝酸银作电解质溶液。装置图：

(2)锌与稀硫酸反应时，若滴几滴硫酸铜溶液，反应速率会加快，试分析其原因。

【提示】滴加硫酸铜溶液后，会有少量锌与硫酸铜反应置换出铜。然后铜、锌分别作为原电池的两个电极而形成原电池，从而加快锌与稀硫酸的反应速率。

原电池原理的应用

(1)加快氧化还原反应的速率

自发进行的氧化还原反应，形成原电池时反应速率增大。