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化学必修2第二章 化学反应与能量第二节 化学能与电能导学案
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这是一份化学必修2第二章 化学反应与能量第二节 化学能与电能导学案，共7页。
2.初步了解原电池的工作原理。重点
3.了解能源的分类和常见化学电源。
4.了解燃料电池的工作原理。
[基础·初探]
教材整理 能源和化学能转化为电能
1．能源的分类
其中电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的二次能源。
2．火力发电——燃煤发电的能量转化过程
化学能eq \(――→,\s\up14(燃烧))热能eq \(――→,\s\up14(蒸汽))机械能eq \(――→,\s\up14(发电机))电能
转化过程的关键是燃烧，燃烧一定是氧化还原反应(本质是电子的转移)。
3．原电池
(1)概念：把化学能转变为电能的装置。
(2)工作原理(以铜锌稀硫酸原电池为例)：
(3)电子的流向：电子由负极经导线流向正极。反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。
[探究·升华]
[思考探究]
探究 原电池反应的实验探究
[认知升华]
升华1 原电池的工作原理
升华2 原电池原理的应用
(1)加快氧化还原反应的速率
原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。
(2)比较金属活泼性强弱
一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。
注意：在判断原电池正负极时，不要只根据金属活动性的相对强弱还要考虑电解质溶液的特点。
①Mg—Al和稀盐酸构成的原电池中，Mg作负极，Al作正极；而若把稀盐酸换为NaOH溶液，Al作负极，Mg作正极。
②)Al—Cu和NaOH溶液构成的原电池中，Al作负极；而若把NaOH溶液换为浓硝酸，Cu作负极。
(3)设计原电池
①依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。
②示例：Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4为例。
[题组·冲关]
题组1 原电池的构成与工作原理
1．下列装置中，能构成原电池的是( )
A．只有甲B．只有乙
C．只有丙D．除乙均可以
【解析】 甲装置不能构成闭合回路，乙装置两极材料相同，丁装置酒精不是电解质溶液，只有丙装置具备原电池的构成条件，故选C。
【答案】 C
2．如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，记录如下：
①Zn为正极，Cu为负极。
②H＋向负极移动。
③电子流动方向，从Zn经外电路流向Cu。
④Cu极上有H2产生。
⑤若有1 ml电子流过导线，则产生H2为0.5 ml
⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。
描述合理的是( )
A．①②③B．③④⑤
C．④⑤⑥D．②③④
【解析】 在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu片，负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故每转移1 ml电子时，产生H2 0.5 ml，在溶液中H＋向正极移动，SOeq \\al(2－,4)向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确。
【答案】 B
【题后归纳】 原电池正、负极的判断
题组2 原电池原理的应用
3．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
【导学号：30032038】
A．a>b>c>dB．b>c>d>a
C．d>a>b>cD．a>b>d>c
【解析】 装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属失电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三形成原电池，易知d比c活泼；装置四中，电流从a极流向d极，则电子是从d极流向a极，知d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。
【答案】 C
4．某原电池总反应离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是( )
A．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液
B．正极为C，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液
C．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
D．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液
【解析】 由2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋得出负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，可知负极材料为铁，正极材料为不比铁活泼的导体，电解质溶液中必须有Fe3＋。
【答案】 D
[基础·初探]
教材整理 化学电源简介
1．干电池
最早使用的化学电池是锌锰电池，它是一种一次性电池，放完电后不能再使用。
(1)锌锰电池eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(负极：锌筒,正极：石墨棒,电解质：NH4Cl))
(2)碱性锌锰电池：将锌锰干电池中的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上作了改进。
2．充电电池
充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。
(1)铅蓄电池：正极材料为PbO2，负极材料为Pb，电解质为稀硫酸。
(2)镍镉电池：正极材料为NiO(OH)，负极材料为Cd，电解质为KOH。
(3)碱金属中的Li是最轻的金属，活泼性极强，是制造电池的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。
3．燃料电池
(1)燃料电池是通过燃料与氧化剂分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。
(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。
(3)以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O(氧化反应)；
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应)
总反应：2H2＋O2===2H2O
[题组·冲关]
题组 常见化学电源的构成和基本原理分析
1．右图是生活中常用的锌锰干电池的示意图，下列有关说法中不正确的是( )
A．电池内部含有电解质
B．锌是负极，碳棒是正极
C．电池用完后可埋入土壤
D．锌锰干电池是一次性电池
【解析】 锌锰干电池是一次性电池，负极材料是Zn，正极材料是碳棒，电解质是NH4Cl。因为废电池中含有多种重金属和酸、碱等有害物质，随意丢弃对生态环境和公众健康危害很大，所以应该对废电池进行集中处理，不能埋入土壤。
【答案】 C
2．燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是( )
【导学号：30032039】
A．a极是负极，该电极上发生氧化反应
B．b极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2O
C．总反应方程式为2H2＋O2===2H2O
D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
【解析】 A项，a极通H2为负极，电极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，发生氧化反应；B项，b极通O2为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B项不正确；C项，正、负极电极反应式相加得总反应为2H2＋O2===2H2O；D项，氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源。
【答案】 B
化学能转化为电能
分类
定义
实例
一次能源
直接从自然界取得的能源
流水、风力、化石能源、天然铀矿等
二次能源
一次能源经过加工、转换得到的能源
电力、蒸汽等
电极材料
电极名称
电子转移
电极反应式
反应类型
锌
负极
电子流出
Zn－2e－===Zn2＋
氧化反应
铜
正极
电子流入
2H＋＋2e－===H2↑
还原反应
总离子反应式
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
装置
实验现象
实验结论
①
铜片上无气泡
铜与稀硫酸不反应
②
锌片上有气泡
锌与稀硫酸反应
③
铜片上有气泡，锌片溶解，电流表指针偏转
该装置将化学能转化为电能
实验装置
部分实验现象
a极质量减小，b极质量增大
b极有气体产生，c极无变化
d极溶解，c极有气体产生
电流从a极流向d极
发展中的化学电源
2.初步了解原电池的工作原理。重点
3.了解能源的分类和常见化学电源。
4.了解燃料电池的工作原理。
[基础·初探]
教材整理 能源和化学能转化为电能
1．能源的分类
其中电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的二次能源。
2．火力发电——燃煤发电的能量转化过程
化学能eq \(――→,\s\up14(燃烧))热能eq \(――→,\s\up14(蒸汽))机械能eq \(――→,\s\up14(发电机))电能
转化过程的关键是燃烧，燃烧一定是氧化还原反应(本质是电子的转移)。
3．原电池
(1)概念：把化学能转变为电能的装置。
(2)工作原理(以铜锌稀硫酸原电池为例)：
(3)电子的流向：电子由负极经导线流向正极。反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。
[探究·升华]
[思考探究]
探究 原电池反应的实验探究
[认知升华]
升华1 原电池的工作原理
升华2 原电池原理的应用
(1)加快氧化还原反应的速率
原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。
(2)比较金属活泼性强弱
一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。
注意：在判断原电池正负极时，不要只根据金属活动性的相对强弱还要考虑电解质溶液的特点。
①Mg—Al和稀盐酸构成的原电池中，Mg作负极，Al作正极；而若把稀盐酸换为NaOH溶液，Al作负极，Mg作正极。
②)Al—Cu和NaOH溶液构成的原电池中，Al作负极；而若把NaOH溶液换为浓硝酸，Cu作负极。
(3)设计原电池
①依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。
②示例：Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4为例。
[题组·冲关]
题组1 原电池的构成与工作原理
1．下列装置中，能构成原电池的是( )
A．只有甲B．只有乙
C．只有丙D．除乙均可以
【解析】 甲装置不能构成闭合回路，乙装置两极材料相同，丁装置酒精不是电解质溶液，只有丙装置具备原电池的构成条件，故选C。
【答案】 C
2．如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，记录如下：
①Zn为正极，Cu为负极。
②H＋向负极移动。
③电子流动方向，从Zn经外电路流向Cu。
④Cu极上有H2产生。
⑤若有1 ml电子流过导线，则产生H2为0.5 ml
⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。
描述合理的是( )
A．①②③B．③④⑤
C．④⑤⑥D．②③④
【解析】 在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu片，负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故每转移1 ml电子时，产生H2 0.5 ml，在溶液中H＋向正极移动，SOeq \\al(2－,4)向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确。
【答案】 B
【题后归纳】 原电池正、负极的判断
题组2 原电池原理的应用
3．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
【导学号：30032038】
A．a>b>c>dB．b>c>d>a
C．d>a>b>cD．a>b>d>c
【解析】 装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属失电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三形成原电池，易知d比c活泼；装置四中，电流从a极流向d极，则电子是从d极流向a极，知d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。
【答案】 C
4．某原电池总反应离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，不能实现该反应的原电池是( )
A．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液
B．正极为C，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液
C．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液
D．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液
【解析】 由2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋得出负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，可知负极材料为铁，正极材料为不比铁活泼的导体，电解质溶液中必须有Fe3＋。
【答案】 D
[基础·初探]
教材整理 化学电源简介
1．干电池
最早使用的化学电池是锌锰电池，它是一种一次性电池，放完电后不能再使用。
(1)锌锰电池eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(负极：锌筒,正极：石墨棒,电解质：NH4Cl))
(2)碱性锌锰电池：将锌锰干电池中的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上作了改进。
2．充电电池
充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。
(1)铅蓄电池：正极材料为PbO2，负极材料为Pb，电解质为稀硫酸。
(2)镍镉电池：正极材料为NiO(OH)，负极材料为Cd，电解质为KOH。
(3)碱金属中的Li是最轻的金属，活泼性极强，是制造电池的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。
3．燃料电池
(1)燃料电池是通过燃料与氧化剂分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。
(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。
(3)以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O(氧化反应)；
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应)
总反应：2H2＋O2===2H2O
[题组·冲关]
题组 常见化学电源的构成和基本原理分析
1．右图是生活中常用的锌锰干电池的示意图，下列有关说法中不正确的是( )
A．电池内部含有电解质
B．锌是负极，碳棒是正极
C．电池用完后可埋入土壤
D．锌锰干电池是一次性电池
【解析】 锌锰干电池是一次性电池，负极材料是Zn，正极材料是碳棒，电解质是NH4Cl。因为废电池中含有多种重金属和酸、碱等有害物质，随意丢弃对生态环境和公众健康危害很大，所以应该对废电池进行集中处理，不能埋入土壤。
【答案】 C
2．燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是( )
【导学号：30032039】
A．a极是负极，该电极上发生氧化反应
B．b极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2O
C．总反应方程式为2H2＋O2===2H2O
D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
【解析】 A项，a极通H2为负极，电极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，发生氧化反应；B项，b极通O2为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B项不正确；C项，正、负极电极反应式相加得总反应为2H2＋O2===2H2O；D项，氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源。
【答案】 B
化学能转化为电能
分类
定义
实例
一次能源
直接从自然界取得的能源
流水、风力、化石能源、天然铀矿等
二次能源
一次能源经过加工、转换得到的能源
电力、蒸汽等
电极材料
电极名称
电子转移
电极反应式
反应类型
锌
负极
电子流出
Zn－2e－===Zn2＋
氧化反应
铜
正极
电子流入
2H＋＋2e－===H2↑
还原反应
总离子反应式
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
装置
实验现象
实验结论
①
铜片上无气泡
铜与稀硫酸不反应
②
锌片上有气泡
锌与稀硫酸反应
③
铜片上有气泡，锌片溶解，电流表指针偏转
该装置将化学能转化为电能
实验装置
部分实验现象
a极质量减小，b极质量增大
b极有气体产生，c极无变化
d极溶解，c极有气体产生
电流从a极流向d极
发展中的化学电源
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