資源簡介

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第六章 化學反應與能量
第一節 化學反應與能量變化
課時2 化學反應與電能
我們的生活很難離開電，我們獲取電源的途徑有哪些？
太陽能發電
風力發電
核能
水力發電
火力發電
我國目前電能主要來自火力發電，其次是水力發電。
火力發電的原理是什么？
燃燒燃料
蒸汽輪機
發電機
火力發電的原理：
化學能經過一系列能量轉化過程，間接轉化為電能。
優點：廉價方便
缺點：
1、煤炭是不可再生資源，會造成能源危機
2、煤炭燃燒會產生污染性氣體
3、經多次轉換，能量損耗大，燃料的利用率低
直接？
電池在日常生活中的應用隨處可見
把化學能直接轉變為電能的裝置
鋅表面有氣泡產生，銅表面無明顯現象
實驗現象
電流表指針發生偏轉，說明導線中有電流產生，為什么會有電流的產生呢？
【實驗探究】
稀H2SO4
Zn
Cu
A
Zn
Cu
稀H2SO4
Zn
Cu
稀H2SO4
Zn+2H+=Zn2++H2 ↑
2e-
銅表面出現大量氣泡，鋅片逐漸溶解電流表：指針偏轉
一.原電池
1.定義：將___________轉變成___________的裝置叫做原電池。
化學能
電能
2.本質：發生氧化還原反應（氧化和還原分別在兩個不同的區域進行）
【解釋現象】
鋅片：Zn－2e－ = Zn2+
Zn片失去電子變成 Zn2+ 進入溶液
（氧化反應）
銅片：2H+＋2e－ = H2 ↑
（還原反應）
電子經導線流向Cu片，溶液中的 H＋得電子被還原成 H2
3.電極：
（得電子，化合價降低，發生還原反應）
負極：
電子流進的一極
正極：
電子流出的一極
（失電子，化合價升高，發生氧化反應）
思考：導線上電子方向和電流方向一致嗎？
電子流向: 負極 沿導線 正極
電流方向: 正極 沿導線 負極
氧化反應
Zn-2e=Zn2+
原電池
電解質溶液
失e，沿導線傳遞，有電流產生
還原反應
陰離子
陽離子
負極
正極
二.原電池原理：
外電路
內電路
2H++2e-=H2↑
電子不下水，離子不上岸
原電池總反應：Zn+2H+=Zn2++H2↑
外電路：
電子流向: 負極 沿導線 正極
電流方向: 正極 沿導線 負極
內電路：
整個電路構成了閉合回路，帶電粒子的定向移動產生電流
電子、離子的移動方向
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
H+
H+
負極
正極
陽離子
陰離子
SO42-
陽離子 正極
陰離子 負極
保證電解質溶液中“電荷守恒”
三、構成原電池的條件
條件一 ：電極材料為活潑性不同的金屬，或者金屬和其他導電材料（如石墨）
觀察電流表指針偏轉，分析構成原電池的構成條件
條件二 ：兩電極均放入電解質溶液中。
觀察電流表指針偏轉，分析構成原電池的構成條件
VS
VS
觀察電流表指針偏轉，分析構成原電池的構成條件
條件三 ：“兩極”“一液”相連形成閉合電路
條件四（本質條件）： 能發生自發的氧化還原反應
觀察電流表指針偏轉，分析構成原電池的構成條件
1．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，這個反應能設計成原電池嗎？
不能，因為它不是氧化還原反應。
　不能，雖然它是氧化還原反應，但這個反應吸收能量不能釋放能量
2．CO2＋C===2CO，這個反應能設計成原電池嗎，為什么？
高溫
①能自發的發生氧化還原反應。
兩極一液成回路
三、構成原電池的條件
②兩種活動性不同電極。
③電極必須插入電解質溶液（或熔融電解質）。
④電極用導線相連構成閉合回路。
（活潑性不同的金屬或一種金屬和另一種非金屬導體）
C
【例2】下列裝置能形成原電池的是( )
A.①②③⑦ B.①②⑤⑥
C.①②③④ D.①②③⑥⑦
A
5、原電池的正、負極判斷
判斷依據 負極 正極
電極材料
電子流向
反應類型
電極現象
離子流向
一般為較活潑金屬或燃料有機物（CH4）、H2
電子流出
氧化反應
不斷溶解，質量減輕
一般為活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬（石墨、O2、Cl2）
電子流入
還原反應
電極增重或產生氣體
陽離子流向正極
陰離子流向負極
a>b
（1)若a、b相連，a為負極。
（2)若c、d相連，d上有氣泡溢出。
（3)若a、c相連，a的質量減少。
（4)若b、d相連，b為正極。
1.把a、b、c、d 4種金屬浸入到稀硫酸中，用導線兩兩相連可以組成各種原電池，請根據下列信息，判斷四種金屬的活動性順序。
c>d
a>c
d>b
2．有A、B、C、D四塊未知金屬片，欲判斷其金屬活動性順序，進行如下實驗，根據電流表指針偏轉方向，可以獲知：
①A、B用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，A極為負極；
②C、D用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，電流由D→導線→C；
③A、C相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，C極產生大量氣泡；
④B、D相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，D極發生氧化反應。
據此，判斷四種金屬的活動性順序是
A．A>B>C>D B．C>A>B>D C．A>C>D>B D．B>D>C>A
C
四、原電池的應用
（1）比較金屬活潑性： 一般情況下：負極>正極
（2）加快反應速率：
（3）保護金屬材料
（注意：選擇合適電解質）
實驗室制H2時，由于鋅太純，反應較慢，可加入少量CuSO4形成原電池以加快反應速率。
船體鑲鋅塊
原理：原電池中，氧化反應和還原反應分別在兩極進行，使溶液中離子運動時相互的干擾減小，使反應速率增大。
【例6】實驗室中制取氫氣，化學反應速率最快的方法是（　　）
A．純鐵與稀硫酸反應 B．純鋅與稀硫酸反應
C．純鋅與稀鹽酸反應 D．粗鋅（含銅、銀）與稀硫酸反應
D
【變6】欲提高 Cu 粉與 1.2 mol/L 的 HNO3 溶液的反應速度，
可加入下列什么試劑（　　）
A．蒸餾水 B．碳酸鈉固體
C．食鹽水 D．AgNO3溶液（少量）
【變6-2】鐵在下列情況下腐蝕最快的是（　　）
A．鐵放入海水中 B．將鐵和鋅連接后放入到海水中
C．將鐵和鋅連接后放入到淡水中 D．將鐵和錫連接后放入到海水中
D
3.如圖所示，a的金屬活動性在氫之前，b為碳棒。關于該裝置的說法中，正確的是( )
A. a極上發生還原反應，b極上發生氧化反應
B. 碳棒上有氣體逸出，溶液中c(H＋)增大
C. 導線上有電流，電流方向a→b
D. 反應后a極質量減小
D
5.一個電池反應的離子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu， 該反應的原電池正確組合是（ ）
C
A B C D
正極 Zn Cu Cu Fe
負極 Cu Zn Zn Zn
電解質溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl
五、設計原電池
(1)定反應：確定一個能夠自發進行的氧化還原反應。
(2)拆兩半：將氧化還原反應拆分為氧化反應和還原反應兩個半反應，
負極：還原劑－ne－===氧化產物；
正極：氧化劑＋ne－===還原產物。
(3)找材料：電極材料必須導電，負極材料一般選擇較活潑的金屬材料，
或者在該氧化還原反應中，本身失去電子的材料；
電解質溶液一般能與負極反應。
(4)畫裝置：連接電路形成閉合回路，畫出原電池示意圖。
負極 正極 電解質溶液
練習：將鐵與硫酸銅的反應設計成原電池
負極：反應式 ；
正極：反應式 ；
總反應式： ；
A
1. 請判斷以下能否形成原電池，如果能形成，負極是哪一極？
稀硫酸
Al
Mg
A
氫氧化鈉
Al
Mg
A
稀硝酸
Fe
Cu
A
濃硝酸
Fe
Cu
A
稀硫酸
硫酸銅
Zn
2、當硝酸變稀后，稀硝酸將鋁表面的氧化鋁膜溶解，鋁與稀硝酸接觸。
Al + 4HNO3(稀) = Al(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
此時，鋁為負極，失電子，被氧化；銅為正極，發生還原反應。
負極反應式：
Al - 3e- = Al3+
正極反應式：
NO3- + 3e- + 4H+ = NO↑ + 2H2O
總反應式：
稀硝酸溶液
Al
（負極）
（正極）
鋁銅稀硝酸原電池電極反應式為：
鋁銅濃硝酸原電池電極反應式為：
在濃硝酸中，由于濃硝酸的強氧化性使得鋁表面形成致密的氧化鋁膜，阻礙了鋁與硝酸的接觸和進一步反應。
Cu + 4HNO3(濃) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
濃硝酸中，銅為負極，失電子，被氧化； 鋁為正極，發生還原反應。
負極反應式：
Cu - 2e- = Cu2+
正極反應式：
2NO3- + 2e- + 4H+ = 2NO2+ 2H2O
總反應式：
濃硝酸溶液
Al
（負極）
（正極）
1.鋅錳干電池
一、一次電池——放電之后不能充電的電池
優點：制作簡單、價格便宜。
缺點：放電時間短，電壓下降快，放電過程中易氣漲或漏液。
負極（鋅筒）：Zn - 2e- = Zn2+
正極（石墨棒）：2MnO2 +2NH4+ + 2e- = 2MnOOH + 2NH3↑
總反應：Zn+2NH4+ +2MnO2 =Zn2++2NH3↑ +2MnOOH
六 .常見的化學電源
二、二次電池
3.實例：鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鎳-鎘堿性蓄電池、鋰離子電池等。
1.概念：二次電池又稱可充電電池或蓄電池，是一類放電后可以再充電而反復使用的電池。
2.能量轉化：
負極：Pb – 2e- + SO42- = PbSO4
正極：PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ = PbSO4 + 2H2O
鉛酸蓄電池
正極： PbO2
負極： Pb
電解質溶液：稀硫酸
缺點：比能量低、笨重、廢棄電池污染環境
優點：可重復使用、電壓穩定、使用方便、安全可靠、價格低廉
Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O
放電
充電
三、燃料電池
1.氫氧燃料電池
①酸性電解質溶液(H2SO4)
總反應：2H2+O2 = 2H2O
負極：2H2－ 4e- = 4H+
正極：O2 ＋ 4e- ＋ 4H+ = 2H2O
②堿性電解質溶液(KOH)
負極：2H2 - 4e- + 4OH- = 4H2O
正極：O2 ＋4e- ＋2H2O = 4OH-
燃料電池是一種將燃料（如H2、CH4、乙醇）和氧化劑（如O2）的化學能直接轉化為電能的電化學反應裝置，具有清潔、安全、高效等特點。燃料電池的能量轉化率可以達到 80% 以上。
【例】下列有關電池的說法不正確的是(　　)
A．手機上用的鋰離子電池屬于二次電池
B．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極
C．甲醇燃料電池可把化學能轉化為電能
D．鋅錳干電池中，鋅電極是負極
B
【例】汽車的啟動電源常用鉛蓄電池，其放電時的原電池反應如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，根據此反應判斷，下列敘述中正確的是( )
A.Pb是正極
B.PbO2得電子，被氧化
C.負極反應是Pb＋SO42-－2e－=PbSO4
D.電池放電時，溶液的酸性增強
C

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