学案化学能转化为电能电池

14/14化学能转化为电能——电池【学时安排】2学时【第一学时】学习内容：原电池的工作原理。【学习目标】1．通过探究铜-锌原电池活动，掌握原电池的工作原理，认识带盐桥的原电池。2．掌握判断原电池正负极方法，学会书写简单原电池电极反应式。【学习重点】原电池的工作原理、电极反应式的书写。【学习难点】双液盐桥电池的设计。【学习过程】课前复习1．原电池的概念：将能转化为能的装置。2．构成原电池的条件：（1）自发进行的反应。（2）电极和电极。（3）导体和导体。【问题探究】一、原电池的工作原理探秘铜锌原电池活动一：你认为图1—2—2所示装置是否能够构成原电池，将化学能转化为电能？请说明理由。活动二：根据所给实验用品，根据（a）装置进行实验，观察记录实验现象，完成以下问题。①锌片，铜片，CuSO4溶液颜色；②电流表的指针，装置中的能量变化是。活动三：根据所给实验用品，根据（b）装置进行实验，观察记录实验现象，完成以下问题。①锌片，铜片；②电流表指针；③CuSO4溶液的颜色。结论：两套装置，检流计指针均发生偏转，说明均有产生，即发生了能转化为的过程，都形成了。【讨论】结合（a）、（b）装置的实验现象小组交流讨论以下问题1．分析（a）（b）两个原电池各部分的作用，确定其电极反应物、电极材料和离子导体。（a）(b)电极反应物电极材料离子导体2．分析（a）（b）两个原电池的工作原理，写出电极反应式。负极：正极：。总反应：3．若用温度计测量溶液的温度，发现（a）装置溶液的温度略有升高，而（b）装置溶液的温度不变，试分析原因是什么？对比分析（a）（b）两个原电池，说明各自的优缺点。相同点：不同点：【归纳总结】半反应：电极反应：电池反应：原电池原理是将和进行，还原剂在极上电子发生反应，电子流通过导线流向极，氧化剂在极上电子发生反应。在原电池中，正极上得电子数和负极上失电子的数目。【迁移应用】1．简单原电池电极方程式的写法：判断下图原电池的正、负极，并写出电极反应式。负极：，电极反应式：；正极：，电极反应式：；2．简单盐桥原电池设计：将反应Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2设计成双液盐桥电池3．原电池原理应用：如图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是（）A．外电路的电流方向为：X→外电路→YB．若两电极分别为Zn和石墨棒，则X为石墨棒，Y为ZnC．若两电极都是金属，则它们的活动性为X>YD．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应【能力提升】1．原电池电极(正极、负极)的判断依据有多种。试填写下表：判断依据正极负极电极材料________________________________电子流向电极反应_电极现象离子移向阳离子移向阴离子移向2．有一纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，以KOH溶液为电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2．（1）Zn发生反应，是极，电极反应式是。（2）Ag2O发生反应，是极，电极反应式是。【学习小结】检测反馈1．对于原电池的电极名称，下列叙述错误的是 （）A．发生氧化反应的一极为负极B．正极为电子流入的一极C．相对不活泼的金属为负极D．电流流出的一极为正极2．在如图所示的水果(柠檬)电池中，外电路上的电流从X电极流向Y电极。若X为铁，则Y可能是（)A．锌 B．石墨C．银 D．铜3．下列有关图甲和图乙的叙述不正确的是 （）A．均发生了化学能转化为电能的过程B．Zn和Cu既是电极材料又是反应物C．工作过程中，电子均由Zn经导线流向CuD．相同条件下，图乙比图甲的能量利用效率高4．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂-KNO3的U形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是 （）①在外电路中，电流由铜电极流向银电极②正极反应为Ag++e-====Ag③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①②B．②③C．②④ D．③④5．如图所示的装置中有电流产生，以下说法不正确的是 （）A．Fe是负极，C是正极B．负极反应式为Fe-3e-====Fe3+C．内电路中阴离子移向FeCl2溶液D．电流由石墨电极流向Fe电极6．如图，下列说法不正确的是 （）A．在①装置中锌棒逐渐变细，铜棒无变化B．在②装置中锌棒逐渐变细，铜棒逐渐变粗C．在②装置中部分化学能转化成了电能D．在①②装置中锌棒均被氧化7．根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是（）A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)=2Ag＋(aq)＋Cd(s)B、Co2＋(aq)＋Cd(s)=Co(s)＋Cd2＋(aq)C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)=2Ag(s)＋Cd2＋(aq)D．2Ag＋(aq)＋Co(s)=2Ag(s)＋Co2＋(aq)8．下列叙述正确的是（）A．反应AlCl3＋4NaOH=NaAlO2＋3NaCl＋2H2O可以设计成原电池B．Zn和稀硫酸反应时，加入少量CuSO4溶液能加快产生H2的速率C．把Fe片和Cu片放入稀硫酸中，并用导线把二者相连，观察到Cu片上产生大量气泡，说明Cu与H2SO4能发生反应而Fe被钝化D．Zn－Cu原电池工作过程中，溶液中H＋向负极作定向移动9．分析如图所示的四个原电池装置，下列结论正确的是（）A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－=6OH－＋3H2↑C．③中Fe作负极D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑10.有A、B、D、E四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向是A→B；当A、D组成原电池时，A为正极；B与E构成原电池时，电极反应式为E2++2e-E，B-2e-B2+。则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为（）A．A>B>E>DB．A>B>D>EC、D>E>A>B D．D>A>B>E检测反馈答案1．【答案】C【解析】原电池中相对活泼的金属为负极，发生氧化反应；相对不活泼的金属(或非金属导体)为正极，发生还原反应。2．【答案】A【解析】电流的方向与电子的移动方向相反，由已知条件知电子由Y电极流向X电极，因此Y电极的金属活动性强于铁，故Y电极只能为选项中的锌。3．【答案】B【解析】甲、乙均为原电池，A项正确；Zn为负极，电极反应式为Zn-2e-====Zn2+，Cu为正极，电极反应式为Cu2++2e-====Cu，B项错误；电子均由Zn经导线流向Cu，C项正确；图乙Zn没有直接与CuSO4溶液接触，能最大限度地将化学能转化为电能，D项正确。4．【答案】C【解析】①Cu为负极，电子由Cu电极流向Ag电极；③取出盐桥，电池不能形成闭合回路，不能继续工作。5．【答案】B【解析】图示装置为原电池，负极(Fe)：Fe-2e-====Fe2+，正极(C)：2Fe3++2e-====2Fe2+，A项正确，B项不正确；内电路中，Fe电极失电子，生成Fe2+，吸引阴离子，C项正确；外电路中，电流由正极(C)流向负极(Fe)，D项正确。6．【答案】B【解析】A项，在①装置中锌与氢离子反应生成锌离子和氢气，锌棒变细，铜不与氢离子反应，铜棒没有变化；B项，在②装置中锌棒与铜棒通过导线连接形成闭合回路，构成原电池，锌失去电子转化为锌离子，锌棒变细，氢离子在铜棒上得电子生成氢气，铜棒不会变粗；C项，②装置实现了化学能到电能的转化，但电解质H2SO4接触锌棒导致部分化学能转化为热能；D项，在①②装置中，锌均失去电子发生氧化反应。7．【答案】A【解析】根据原电池知识，金属活动性：负极＞正极，可得三种金属的活动性顺序应为Cd＞Co＞Ag，则选项中符合此关系的置换反应成立。8．【答案】B【解析】A项，属非氧化还原反应，不能用于设计原电池；B项，锌与置换出来的铜在电解质溶液中形成原电池，加快产生H2的速率；C项，构成原电池，负极Fe－2e－=Fe2＋，正极2H＋＋2e－=H2↑；D项，H＋向原电池的正极作定向移动。9．【答案】B【解析】电解质溶液不同，导致两极反应发生改变。当稀硫酸是电解质溶液时，Mg作负极(活动性Mg＞Al)；当NaOH溶液是电解质溶液时，Al作负极(Mg不与NaOH溶液反应)；③中Cu作负极，反应式为Cu－2e－=Cu2＋，Fe作正极，因为常温下，Fe遇浓硝酸发生钝化；④中Cu作正极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－=4OH－。10．【答案】D【解析】原电池电子由负极流向正极，负极活泼，故活动性A>B；当A、D组成原电池时，A为正极，金属活动性为D>A；B与E构成原电池时，B失去电子，即B作负极，金属活动性为B>E，故A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为D>A>B>E。【第二学时】【学习内容】化学电源【学习目标】1．了解常见的化学电源及其分类。2．理解锌锰干电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理，能正确书写有关的电极反应式和电池反应式。3．认识常见燃料电池的几种形式，以及电极反应特点。【学习重点】铅蓄电池、氢氧燃料电池工作原理及其电极反应式的书写。【学习难点】能正确书写有关的电极反应式和电池反应式。【学习过程】课前复习原电池是将能转化为能的装置，其原理是将和进行，还原剂在极上电子发生反应，电子流通过导线流向极，氧化剂在极上电子发生反应。在原电池中，正极上得电子数和负极上失电子的数目。【问题探究】二、化学电源化学电源是将能转化为能的实用装置。常见的化学电源分为、、。1．锌锰干电池【自主学习】阅读教材P15相关内容，了解锌锰干电池的工作原理，完成以下问题：（1）酸性锌锰干电池负极材料：；电极反应式：。正极材料：；电极反应式：。电解质溶液：。优点：；缺点：。（2）碱性锌锰干电池负极材料：；电极反应式：。正极材料：；电极反应式：。电解质溶液：，电池反应：。优点：。2．铅蓄电池【自主学习】阅读教材P16相关内容，了解锌锰干电池的工作原理，完成以下问题：负极材料：；电极反应式：。正极材料：；电极反应式：。电解质溶液：。充放电时的电池反应式：。优点：；缺点：。3．燃料电池燃料电池的正、负极反应物分别是和。在负极发生反应，在正极发生反应。燃料电池的优点是。【活动探究】利用所给实际和仪器设计装置并进行实验，通过装置将反应H2+O2=2H2O产生的化学能转化为电能。思考：（1）设计电池的基本思路是什么？（2）氢氧燃料电池中，正负极反应物是什么？如何获得这些反应物？（3）哪些物质可以用作氢氧燃料电池的电极材料？哪些物质可以用作氢氧燃料电池的离子导体？设计目标设计思路及依据实验装置实验现象选择实验用品选择实验用品目的获得氢气和氧气制作氢氧燃料电池讨论：1．尝试分析你设计的氢氧燃料电池的工作原理，写出电极反应式。2．若选择不同的电解质溶液（离子导体），对于电极反应式有哪些应影响？3．你认为还可以从哪些方面来改进所设计的原电池？【归纳总结】氢氧燃料负极反应物，正极反应物，电池反应。酸性氢氧燃料电池：负极反应式；正极反应式。碱性氢氧燃料电池：负极反应式；正极反应式。氢氧燃料电池的优点。思考：酸性和碱性氢氧燃料电池中，反应进行一段时间后电解质溶液的pH分别如何变化？【迁移应用】1．现有H2、O2构成的燃料电池，KOH作电解质溶液，则负极应通入气，正极通入气，电极反应为：，。2．如把KOH改为H2SO4作电解质，则电极反应为：、。3．将铂丝插入KOH溶液作电极，然后向两个电极上分别通入甲烷和氧气，可以形成原电池，由于发生的反应类似于甲烷的燃烧，所以称作甲烷燃料电池。根据对两极上反应的实质判断，通入甲烷的一极为，这一极的电极反应为；通入氧气的一极为_____，电极反应为，总反应为。【能力提升】燃料电池可以使用不同的电解质如KOH溶液、H3PO4溶液、熔融碳酸盐、固体电解质或质子交换膜等作为离子导体。请根据图示尝试写出下列固体燃料电池电极反应式。介质电池反应：2H2+O2==2H2O负极正极负极正极检测反馈1．下列说法错误的是（）A．依据原电池的原理设计出了化学电源B．原电池是化学电源的雏形C．判断电池的正负极只需看其正负极材料的活泼性D．氧化还原反应所释放的化学能，是化学电源的能量来源2．下列说法中错误的是（）A．化学电池是将化学能转变成电能的装置B．化学电池的种类包括一次电池、二次电池和燃料电池等C．化学电池供能稳定可靠，使用方便，易于维护D．废旧电池可以随意丢弃3．锌锰干电池在放电时总反应方程式可以表示为Zn(s)＋2MnO2＋2NHeq\o\al(＋,4)=Zn2＋＋Mn2O3(s)＋2NH3↑＋H2O，该电池放电时正极(碳棒)上发生反应的物质是（）A．ZnB．碳C．MnO2和NHeq\o\al(＋,4)D．Zn2＋和NH34．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn(s)＋2MnO2(s)＋2H2O(l)=Zn(OH)2(s)＋2MnOOH(s)。下列说法中错误的是（）A．电池工作时，锌失去电子B．电池正极的电极反应式为2MnO2(s)＋2H2O(l)＋2e－=2MnOOH(s)＋2OH－(aq)C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量减少6.5g5．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的电池反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O。下列结论正确的是（）A．Pb为正极被氧化 B．溶液的pH不断减小C．SOeq\o\al(2－,4)只向PbO2处移动 D．电解质溶液的密度不断减小6．下图为氢氧燃料电池工作原理示意图，按此图提示，下列叙述不正确的是（）A、B电极的电极反应为：4OH–-4e-===2H2O+O2↑B．a电极是负极C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D．氢氧燃料电池是一种只能将氧化剂和燃料全部储藏在电池内的发电装置7．用两根铂丝作电极插入KOH溶液中，再分别向两极通入甲烷气体和氧气，可形成原电池——燃料电池，该电池放电时发生的反应为CH4＋2KOH＋2O2=K2CO3＋3H2O。下列说法错误的是（）A．通甲烷的一极为负极，通氧气的一极为正极B．放电时，通入O2一极附近溶液的pH升高C．放电一段时间后，KOH的物质的量不发生变化D．通甲烷极的电极反应式是CH4＋10OH－－8e－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O8．下图是甲醇燃料电池的结构示意图，甲醇在催化剂作用下提供质子(H＋)和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与