2020高中化學第2章化學反應與能量轉化第2課時化學反應能量轉化的重要應用——化學電池教案魯科版

1、第2課時化學反應能量轉化的重要應用一一化學電池核心素養(yǎng)發(fā)展重點學業(yè)要求體會化學電池對提高生活質量的重要意義，體會化學科學對社會發(fā)展的貢獻， 強化綠色化學觀念 和可持續(xù)發(fā)展意識。1. 了解原電池的構成和工作原理。2. 知道構成原電池的條件。3. 了解化學能與電能的相互轉化以及化學 反應的其他應用。4. 了解常見的化學電池。學生自主學習n氫氧燃料電池化學電池是根據口01原電池原理制成的。原電池是一種利用口 02氧化還原反應將口03化學能直 接轉化成超電能的裝置。在氫氧燃料電池中，氧化反應與還原反應分別在口05兩個不同的區(qū)域進行。其中氫氣分子中的氫原子在左側石墨電極上口 06失去電子,氫氣作為電池的

2、口 07負極反應物；氧氣分子中氧原 子在右側石墨電極上口要得到電子,氧氣作為電池的口 09正極反應物。稀硫酸中存在口 10自由移動 的離子起到d1傳導電荷的作用,導線起到口學傳導電子的作用。物理學認為，在一個有電源的閉合回路中，產生電流的原因是電源給用電器提供了口23里勢差。簡易氫氧燃料電池能夠給用電器提供電勢差，是由于在兩個石墨電極上有口妹得失電子能力不同的物質氫氣和氧氣；當形成閉合回路時便會產生口 15電流。氧氣（因負極反應物）石墨電極（回負楊樹4?導線（困電子導體）用氣（網正極反應物）二拄一石墨電極（正極材料）氮氧燃料電池的構成要素圖立原電池的基本工作原理因還原劑禾口型2氧化劑分別在不同

3、的區(qū)域發(fā)生口 03氧化反應禾口 04還原反應,并通過能導電的物質形成因5閉合回路產牛D06電流。其中，還原劑在口 07負極上型失去電子,是負極反應物；氧化齊I在：09正極上口0得到電子,是正極反應物；電極材料通常是能夠口 11導電的固體。此外，還 要有育歸夠傳導電荷的電解質作為離子導體；而導線則作為口 13電子導體,起到傳導電子形成閉合回路的作用。當設計原電池的基本思路原電池氧化反應還原反應血分開進行還原劑 .（失電子）極、 反應物負極材料氧化劑.氧化（得電子廠產物正極反應物正極材料還原產物正極回電子字體口常見電池1 .干電池（屬于如一次電池廣 如年鋅鎰電池。2 .充電電池（又稱由3二次電池）

4、:如04鉛蓄電池、R5鋰電池（手機用）。3 .燃料電池：如口06氫氧燃料電池，其口07能量轉換效率高，對環(huán)境口 08無污染。課堂互動探究一、原電池的工作原理8交流研討<£>請討論作原電池兩極的材料有什么樣的要求？提示：首先必須能導電，如金屬材料、石墨等；其次，若兩極都是金屬，則活潑性必須 不同，且一般負極材料和電解質溶液能發(fā)生化學反應。點撥提升81.原電池的構成條件（1）能自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應。（2）電極：兩個導體做電極。一般為兩種活動性不同的金屬，其中較活潑的金屬做負極，發(fā)生氧化反應；較不活潑的金屬做正極，發(fā)生還原反應?；蚪饘倥c能導電的非金屬（如石墨）做電極，其中金屬

5、做負極，非金屬（如石墨）做正極。（3）具有電解質溶液且構成閉合電路：兩電極用導線相連放入電解質溶液中形成閉合電路。2.原電池的工作原理實驗裝置實驗現象實驗結論銅片上有大量的無色氣體生成并逸出.鋅片不斷 溶解燈泡變亮導線中有電流通過，通過化學反應，化學能轉化為 電能不斷溶解負極憶沿導線移動，有電流產生電解質溶液極移向 正陽離子還原反應2|*+2p-=II3 T原理分析電池總反應：Zn+2HZn" + H當把用導線連接的銅片與鋅片一同插入稀硫酸中 時工鋅原子失去電子被氧化為Z/一進入溶液：電子由鋅片通過導線流向銅片；溶液中的H從銅片上獲得電子被還原為氫氣 而逸出；電子在導線上做定向移動,

6、形成電流知識拓展電極反應式的書寫(1)負極反應式的書寫活潑金屬做負極時，電極本身被氧化：a.若生成的陽離子不與電解質溶液反應，其產物可直接寫為金屬陽離子，如：Zn-2e=Zr2+ , Cu2e =CU +ob.若生成的金屬陽離子與電解質溶液反應，其電極反應式為兩反應合并后的反應式。如 Mg-Al（KOH）原電池，負極反應式為Al - 3e + 4OH =Al（OH） 4 一 ；鉛蓄電池負極反應式：Pb2e +SO =PbSQ負極本身不反應時，常見書寫方法為：氫氧（酸性）燃料電池，負極反應式為H2-2e =2h4o氫氧（堿性）燃料電池，負極反應式為H2-2e +2OFH =2HQ（2）正極反應式

7、的書寫首先根據化合價變化或氧化性強弱判斷得電子的微粒；其次確定該微粒得電子后變成哪種形式。如氫氧（酸性）燃料電池，正極反應式為Q+ 4H + 4e =2HQ氫氧（堿性）燃料電池，正極反應式為C2+2H2O+ 4e =4OH。公題組小練61 .-稀硫酸C酒精 D答案解析 閉合回路,CA項，只有一個電極,所以不能構成原電池,所以該裝置不能構成原電池，錯誤;B項，該裝置沒有構成錯誤；C項，該裝置符合原電池的構成條件，能構成原電池,正確；D項，酒精不是電解質溶液，所以不能構成原電池，錯誤。2 .如圖所示裝置中，觀察到電流表指針偏轉（指針順著電流方向偏轉），M變粗，N變細,由此判斷下表中所列 M N P

8、三種物質，其中可以成立的是 （）MNPA鋅銅稀硫酸B銅鐵稀鹽酸C銀鋅硝酸銀溶液D鋅鐵硝酸鐵溶液答案 C解析 該原電池中M變粗，N變細，說明發(fā)生原電池反應時 N溶解，N做負極，溶液中有 金屬析出附著在 M上，M做正極。A、B兩項中，電解質溶液分別為稀硫酸和稀鹽酸，原電池 工作時，不會有金屬析出，不符合題意；C項，正極反應為 Ag+ + e=Ag符合題意；而 D項，鋅比鐵活潑，故 M做負極，變細，不符合題意。規(guī)律方法原電池的判定(1)先分析有無外接電源，無外接電源的可能為原電池。(2)根據原電池的形成條件一一四看看電極一一兩極為導體，且存在活動性差異；看溶液兩極插入電解質溶液中；看回路一一形成閉合

9、回路；看本質一一有自發(fā)的氧化還原反應發(fā)生。二、原電池的應用4> 交流研討。1 .所有氧化還原反應都能設計成原電池嗎？提示：不能。只有自發(fā)的氧化還原反應才能設計成原電池。2 .原電池工作時，負極失去的電子總數與正極得到的電子總數有何關系？為什么？提示：相等。原電池中，負極失電子發(fā)生氧化反應，正極得電子發(fā)生還原反應，根據氧 化還原反應中得失電子守恒規(guī)律知，正極上得電子總數與負極上失電子總數相等。3 撥提升8原電池的應用(1)加快氧化還原反應速率如實驗室用Zn和稀硫酸(或稀鹽酸)反應制備H2,常用粗鋅。原因是粗鋅中的雜質和鋅、 稀硫酸形成原電池，加快了鋅的腐蝕，使產生H2的速率加快。(2)比較

10、金屬的活動性強弱原電池中，一般活動性強的金屬做負極，活動性弱的金屬做正極。如有兩種金屬A和B,用導線連接后插入稀硫酸中，觀察到A極溶解，B極上有氣泡產生，由原電池原理可知，金屬活動性：A>Bo(3)金屬的防護輪船外殼上鑲嵌鋅塊，在海水中形成原電池，鋅做負極失去電子，保護鐵不被腐蝕。（4）設計原電池設計原電池要依據原電池的構成條件來進行。一個自發(fā)的氧化還原反應。兩個導電的電極。電解質溶液及導線構成閉合回路。例如以Cu+ 2FeCl 3=2FeCl2+ CuCl2設計原電池設計思路以自發(fā)進行的氧化還原反 應為基礎把氧化還原反應分解為氧 化反應和還原反應兩個半 反應，從而確定電極反應以電極反應

11、為原理.根據原 電池的工作原理確定甩極 材料和電解質溶液實例Cu+ 2FeCla =2FeCl2-CuCL負極反應（氧化反應儲Cu-2e-=Cu2正極反應（還原反應）: 2Fe+2e-2Fe負極：Cu正極：石墨電解質溶液：溶液畫出原甩池的裝置簡圖Cu知識拓展純鋅在稀硫酸中反應，Zn表面既有Zn"進入溶液，又有 H小運動到Zn表面得到電子生成H2,而在CuZn原電池中，Zn失去電子變成 Zn"進入溶液，4在Cu上得到電子生成 Hb。比 較兩種形式的反應，就會發(fā)現前者Zn表面“擁擠不堪”，4對Zn"有排斥作用，而后者“暢通無阻”。因此粗鋅與稀硫酸反應產生氫氣的速率要明

12、顯大于純鋅與稀硫酸的。<3>題組小練3 .下列四個化學反應中，理論上不可能設計為原電池的是 ()A. 2A1 + 2NaOI+ 6HO=2NaAl(OH)4 + 3H4 點燃B. 2屋+Q=2屋OC. Zn+CuSO=CM ZnSQD. NaCO+2HCl=2NaCl+ H2O+ COT答案 D解析 只有氧化還原反應才可能設計成原電池，D項中的反應不是氧化還原反應，不能設計為原電池。4 .如圖所示的裝置中，a的活動性比氫的強，b為碳棒，關于此裝置的敘述不正確的是 ()萋二事 Wh2so4A.碳棒上有氣體放出，溶液的 pH增大B. a是正極，b是負極C.導線中有電子流動，電子從 a極

13、流到b極D. a極上發(fā)生了氧化反應答案 B解析 該原電7中，a的活動性比氫強，所以金屬 a做負極，碳棒b做正極，負極上金屬 失電子發(fā)生氧化反應，正極碳棒上氫離子得電子發(fā)生還原反應，所以溶液中氫離子濃度減小， 溶液的pH增大，A、D正確，B錯誤；該裝置能構成原電池，所以有電流產生，電子從負極a沿導線流向正極b, C正確。誤區(qū)警示誤區(qū)一 誤認為原電池的負極材料一定參加反應有些原電池的負極材料不參加反應，如燃料電池。在燃料電池中，電極材料均不發(fā)生反 應，故兩極均可用惰性材料。誤區(qū)二誤認為在原電池中相對活潑的金屬一定做負極，相對不活潑的金屬一定做正極 在判斷原電池正、負極時，既要考慮金屬活動性的相對強弱，也要考慮電解質溶液的性質。如Mg- Al HCl溶液構成的原電池中， Mg為負極；但Mg- Al NaOH§液構成的原電池中, Al為負極，Mg為正極；Cu Al(Fe)濃硝酸構成的原電池中，Cu為負極。誤區(qū)三 誤認為電子由原電池負極流出，流到原電池正極，再通過電解質溶液到達原電池負