第2章 第2節(jié) 化學(xué)能與電能

1、.第二節(jié)化學(xué)能與電能學(xué)習(xí)目的：1.理解化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化關(guān)系。2.初步理解原電池的工作原理。重點(diǎn)3.理解能源的分類和常見化學(xué)電源。4.理解燃料電池的工作原理。難點(diǎn)自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知1一次能源和二次能源2火力發(fā)電燃煤發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程化學(xué)能熱能機(jī)械能電能轉(zhuǎn)化過程的關(guān)鍵是燃燒，燃燒一定是氧化復(fù)原反響本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移。3原電池1概念：把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。2工作原理以銅­鋅­稀硫酸原電池為例電極材料電極名稱電子轉(zhuǎn)移電極反響式反響類型鋅負(fù)極電子流出Zn2e=Zn2氧化反響銅正極電子流入2H2e=H2復(fù)原反響總離子反響式Zn2H=Zn2H23電子的流向：電子由負(fù)

2、極經(jīng)導(dǎo)線流向正極。反響本質(zhì)：原電池反響的本質(zhì)是氧化復(fù)原反響。4化學(xué)電源1干電池最早使用的化學(xué)電池是鋅錳電池，它是一種一次性電池，放完電后不能再使用。鋅錳電池堿性鋅錳電池：將鋅錳干電池中的電解質(zhì)NH4Cl換成濕的KOH，并在構(gòu)造上作了改進(jìn)。2充電電池充電電池又稱二次電池，它在放電時(shí)所進(jìn)展的氧化復(fù)原反響，在充電時(shí)可以逆向進(jìn)展，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。鉛蓄電池：正極材料為PbO2，負(fù)極材料為Pb，電解質(zhì)為稀硫酸。鎳鎘電池：正極材料為NiOOH，負(fù)極材料為Cd，電解質(zhì)為KOH。堿金屬中的Li是最輕的金屬，活潑性極強(qiáng)，是制造電池的理想物質(zhì)。鋰離子電池是新一代可充電的綠色電池。3燃料電池燃料電池是通過燃

3、料與氧化劑分別在兩個(gè)電極上發(fā)生氧化復(fù)原反響，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。燃料電池與火力發(fā)電相比，其燃料的利用率高、能量轉(zhuǎn)化率高。與干電池或者蓄電池的主要差異在于反響物不是儲(chǔ)存在電池內(nèi)部，而是由外設(shè)裝備提供燃料和氧化劑等。以30%的KOH溶液為電解質(zhì)溶液的氫氧燃料電池的電極反響如下：負(fù)極：2H24OH4e=4H2O氧化反響；正極：O22H2O4e=4OH復(fù)原反響；總反響：2H2O2=2H2O。根底自測(cè)1判斷對(duì)錯(cuò)對(duì)的打“，錯(cuò)的打“×。1水能、風(fēng)能和化石能源均屬于一次能源2火力發(fā)電過程經(jīng)過了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的過程3原電池工作時(shí)電子從正極流出4原電池中的陰離

4、子移向正極5充電電池的放電反響與充電反響互為可逆反響【答案】123×4×5×2把一塊純潔的鋅片插入裝有稀硫酸的燒杯里，可觀察到鋅片上有氣泡，再平行插入一塊銅片，可觀察到銅片上_填“有或“沒有氣泡產(chǎn)生，再用導(dǎo)線把鋅片和銅片連接起來，組成一個(gè)原電池，負(fù)極為_，正極的電極反響式為_?！緦?dǎo)學(xué)號(hào)：43722089】【答案】沒有鋅片2H2e=H2合 作 探 究·攻 重 難原電池的工作原理及應(yīng)用裝置實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論銅片上_銅與稀硫酸_鋅片上_鋅與稀硫酸_銅片上_，鋅片_，電流表指針_該裝置將_轉(zhuǎn)化為_【提示】無氣泡不反響有氣泡反響有氣泡溶解偏轉(zhuǎn)化學(xué)能電能問題考慮1裝置

5、中反響速率誰大？【提示】反響速率大。2中SO移向什么極？正極反響式如何寫？【提示】SO移向負(fù)極，2H2e=H2。3仿照裝置設(shè)計(jì)裝置實(shí)現(xiàn)ZnCuSO4=ZnSO4Cu反響。【提示】4根據(jù)裝置可得Zn和Cu的活潑性誰強(qiáng)？【提示】Zn強(qiáng)。1原電池的工作原理2原電池原理的應(yīng)用加快氧化復(fù)原反響的速率原電池中，氧化反響和復(fù)原反響分別在兩極進(jìn)展，使溶液中離子運(yùn)動(dòng)時(shí)互相的干擾減小，使反響速率增大。比較金屬活潑性強(qiáng)弱一般原電池中，活潑金屬作負(fù)極，發(fā)生氧化反響，不活潑金屬作正極，發(fā)生復(fù)原反響?！咀⒁狻吭谂袛嘣姵卣?fù)極時(shí)，不要只根據(jù)金屬活動(dòng)性的相對(duì)強(qiáng)弱還要考慮電解質(zhì)溶液的特點(diǎn)。aMgAl和稀鹽酸構(gòu)成的原電池中，M

6、g作負(fù)極，Al作正極；而假設(shè)把稀鹽酸換為NaOH溶液，Al作負(fù)極，Mg作正極。bAlCu和NaOH溶液構(gòu)成的原電池中，Al作負(fù)極；而假設(shè)把NaOH溶液換為濃硝酸，Cu作負(fù)極。設(shè)計(jì)原電池a根據(jù)：一個(gè)氧化復(fù)原反響，首先分析找出氧化劑、復(fù)原劑，一般復(fù)原劑為負(fù)極材料或在負(fù)極上被氧化，氧化劑電解質(zhì)溶液中的陽離子在正極上被復(fù)原。b例如：以FeCuSO4=CuFeSO4為例。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1.如下圖電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)A極的質(zhì)量減小，B極上有氣泡產(chǎn)生，C為電解質(zhì)溶液，以下說法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是AB極為原電池的正極BA、B、C可分別為Zn、Cu和稀鹽酸CC中陽離子向A極挪動(dòng)DA極發(fā)生氧化反響C根據(jù)題意知A為負(fù)極，B

7、為正極，C為酸液。2X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硝酸鹽溶液中，X的外表有Z析出，X、Y和稀鹽酸組成原電池時(shí)，Y為原電池的負(fù)極。X、Y、Z三種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)锳XYZBXZYCYXZDYZXCX浸入Z的硝酸鹽溶液中，X的外表有Z析出，說明活潑性XZ；X、Y和稀鹽酸組成原電池時(shí)，Y為電池的負(fù)極，說明活潑性YX。故三種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)閅XZ。3某原電池總反響離子方程式為2Fe3Fe=3Fe2，不能實(shí)現(xiàn)該反響的原電池是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：43722090】A正極為Cu，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液B正極為C，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)溶液為FeNO33溶液C正極為Ag，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)溶液為Fe2

8、SO43溶液D正極為Ag，負(fù)極為Fe，電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液D由2Fe3Fe=3Fe2得出負(fù)極反響式為Fe2e=Fe2，正極反響式為2Fe32e=2Fe2，可知負(fù)極材料為鐵，正極材料為比鐵活潑性差的導(dǎo)體，電解質(zhì)溶液中必須有Fe3?；瘜W(xué)電源的原理分析典例導(dǎo)航某電池以K2FeO4和Zn為電極材料，KOH溶液為電解質(zhì)溶液。以下說法正確的選項(xiàng)是AZn為電池的負(fù)極B正極反響式為2FeO10H6e=Fe2O35H2OC該電池放電過程中電解質(zhì)溶液濃度不變D電池工作時(shí)OH向正極遷移【思路點(diǎn)撥】根據(jù)電極材料K2FeO4和ZnZn為負(fù)極，K2FeO4為正極根據(jù)電解質(zhì)溶液KOH得出兩極反響，負(fù)極：Zn2e2OH

9、=ZnOH2；正極：2FeO6e8H2O=2FeOH310OH。AZn在反響中化合價(jià)升高為負(fù)極材料，A正確；K2FeO4為正極材料，KOH溶液為電解質(zhì)溶液，那么正極電極反響方程式為2FeO6e8H2O=2FeOH310OH，B錯(cuò)誤；該電池放電過程中生成OH，電解質(zhì)溶液濃度增大，C錯(cuò)誤；電池工作時(shí)陰離子OH向負(fù)極遷移，D錯(cuò)誤。母題變式1溶液的K如何挪動(dòng)？_。2Zn極附近溶液的cOH如何變化？_?！敬鸢浮?K向正極挪動(dòng)2cOH減小1電極反響式的書寫原電池負(fù)極反響式的書寫a較活潑金屬作負(fù)極時(shí)，電極本身被氧化a假設(shè)生成的陽離子不與電解質(zhì)溶液反響，其產(chǎn)物可直接寫為金屬陽離子，如Zn2e=Zn2，Cu2e

10、=Cu2。b假設(shè)生成的金屬陽離子與電解質(zhì)溶液反響，其電極反響為兩反響合并后的反響。如鉛蓄電池負(fù)極反響為PbSO2e=PbSO4。b負(fù)極本身不反響氫氧酸性燃料電池，負(fù)極反響為H22e=2H；氫氧堿性燃料電池，負(fù)極反響為H22OH2e=2H2O。原電池正極反響式的書寫書寫時(shí)總的原那么是首先根據(jù)化合價(jià)變化或氧化性強(qiáng)弱判斷得電子的微粒；其次確定該微粒得電子后生成什么物質(zhì)。如氫氧酸性燃料電池，正極反響為O24H4e=2H2O氫氧堿性燃料電池，正極反響為O22H2O4e=4OH。書寫復(fù)雜電極反響式的方法加減法a寫出總反響。如LiLiMn2O4=Li2Mn2O4。b寫出其中容易寫出的一個(gè)半反響正極或負(fù)極。如

11、Lie=Li負(fù)極。c利用總反響與上述的一極反響相減，即得另一個(gè)電極的反響式，即LiMn2O4Lie=Li2Mn2O4正極。2一般電極反響式的書寫思路對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練4電池是人類消費(fèi)和生活中的重要能量來源。各式各樣電池的創(chuàng)造是化學(xué)對(duì)人類的一項(xiàng)重大奉獻(xiàn)。以下有關(guān)電池的表達(dá)正確的選項(xiàng)是A鋅錳干電池工作一段時(shí)間后碳棒變細(xì)B氫氧燃料電池是將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹸氫氧燃料電池工作時(shí)氫氣在負(fù)極被氧化D太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅C鋅錳干電池中，碳棒作正極，電極本身不參加任何反響，故不會(huì)變細(xì)，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；燃料電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；氫氧燃料電池中的總反響為2H2O2=2H2O，H2在負(fù)極被氧

12、化，C選項(xiàng)正確；太陽能電池的主要材料是半導(dǎo)體硅而不是SiO2，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。5據(jù)報(bào)道，鋅電池可能將會(huì)取代目前廣泛使用的鉛蓄電池，因?yàn)殇\電池容量更大，而且沒有鉛污染。其電池反響為：2ZnO2=2ZnO，原料為鋅粒、電解質(zhì)溶液和空氣。那么以下表達(dá)正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：43722091】A鋅為正極，空氣進(jìn)入負(fù)極反響B(tài)負(fù)極反響為：Zn2OH2e=ZnOH2OC正極發(fā)生氧化反響D電解質(zhì)溶液為強(qiáng)酸BZn與O2反響的電子轉(zhuǎn)移情況為，所以Zn作負(fù)極，負(fù)極發(fā)生氧化反響，Zn2OH2e=ZnOH2O。O2是正極反響物，發(fā)生復(fù)原反響。假設(shè)電解質(zhì)溶液是強(qiáng)酸，電池的化學(xué)反響不是：2ZnO2=2ZnO，而是：Zn2H=Z

13、n2H2。當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1以下表達(dá)不正確的選項(xiàng)是A根據(jù)一次能源和二次能源的劃分，氫氣為二次能源B電能是現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用最廣泛、使用最方便、污染最小的一種二次能源C火力發(fā)電是將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程D在火力發(fā)電過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的過程實(shí)際上是氧化復(fù)原反響發(fā)生的過程，伴隨著能量的變化C氫氣不能從自然界中直接獲得，是二次能源，電能也是二次能源，且使用方便、污染最小，A、B兩項(xiàng)正確；以煤為原料，火力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程為：化學(xué)能熱能機(jī)械能電能，C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。2以下裝置可以構(gòu)成原電池的是CA項(xiàng)，兩電極應(yīng)是不同的金屬；B項(xiàng)，蔗糖溶液為非電解質(zhì)溶液，不導(dǎo)電；D項(xiàng)，電

14、路不閉合。3.在如下圖的裝置中，a的金屬活潑性比氫要強(qiáng)，b為碳棒，關(guān)于此裝置的以下表達(dá)不正確的選項(xiàng)是【導(dǎo)學(xué)號(hào)：43722092】A碳棒上有氣體放出，溶液pH變大Ba是正極，b是負(fù)極C導(dǎo)線中有電子流動(dòng)，電子從a極到b極Da極上發(fā)生了氧化反響B(tài)顯然，電極a、b與電解質(zhì)溶液稀H2SO4組成原電池。因活潑性ab碳棒，所以a為電池的負(fù)極，b為正極。電極反響式：a負(fù)極：ane=an氧化反響，b正極：nHne=H2復(fù)原反響。由于正極放電消耗H，溶液中cH減小，pH增大，在外電路中，電子由a極流出經(jīng)電流表流向b極。4一個(gè)原電池的總反響的離子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，該原電池的合理組成是正極負(fù)極電解質(zhì)溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DZnFeCuCl2C由總反響式知，Zn被氧化作原電池的負(fù)極，符合條件的有B、C兩項(xiàng)，正極反響為：Cu22e=Cu，B選項(xiàng)中是：2H2e=H2，C正確。5MgAgCl電池是一種能被海水激活的一次性貯備電池，電池反響方程式：2AgClMg=Mg22Ag2Cl。有關(guān)該電池的說法正確的