化学能转化为电能电池.docx

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化学能转化为电能电池

课题:

第1章化学反应与能量变化

第3节化学能转化为电能-电池（第1课时）

【学习目标】

1．通过对铜锌原电池的分析，了解原电池的工作原理，根据电流的方向判断原电池的正极和负极的方法，以及电池反应的概念

2.学会正确判断原电池的正极和负极。

【学习重点】

原电池原理的掌握。

【学习难点】

正极与负极以及电极反应的概念、正确书写电极反应式。

一、课本助读

1．原电池

（1）概念：

将化学能转化为电能的装置。

（2）构成条件：

（1）_____________________________________；

（2）_____________________________________；

（3）_____________________________________；

2．工作原理分析：

电解液：

硫酸铜溶液

电极

锌半电池

铜半电池

电极名称

得失电子

电子流向

反应类型

电极反应式

总电池反应式

【活动探究1】

将锌粉加入CuSO4溶液中，测量温度的变化，分析能量变化情况。

现象：

发生的反应为：

在这个反应中，锌电子，直接给了与它接触的铜离子。

该反应将能转化为了能。

【活动探究2】

如果锌粉加入CuSO4溶液的反应是放热反应，试设计试验将反应释放的能量转化为电能。

【现象】

（1）电流表指针发生偏转；

（2）锌片溶解；（3）CuSO4溶液颜色变浅；（4）铜表面也出现一层红色的固体物质；（5）溶液温度略有升高。

【分析】

电流计的指针发生　　　，说明有　　　产生，即发生了　　　能转化为　　能的过程。

由电流的方向可知，电子由　　　通过导线流向　　　，由此判断　　　是负极、　　　　是正极。

锌片上有　　　流出发生了　　　反应，即：

　　　　　　　　　　；锌原子　　　电子通过导线流向　　　　　，　　　进入溶液，溶液中的　　　在铜片上　　　电子发生　　　反应，即：

　　　　　　　　　，生成的　　沉积在铜片上。

两极之间溶液中　　　的定向移动和外部导线中　　　的定向移动构成闭合的回路，使两个电极反应持续进行，发生有序的电子转移过程，产生电流。

其总反应式为：

　　　　　　　　　　　　　　。

一、原电池的工作原理

1.定义：

原电池：

2.原电池的构成：

（1）

（2）（3）（4）

3.【小结】正负极的判断

（1）负极：

发生反应的电极，电子的电极，电流的极，较活泼的电极，阴离子移向的极，常见溶解的电极。

（2）正极：

发生反应的电极，电子的电极，电流的极较不活泼的电极，阳离子移向的极，常见由气泡冒出或由金属析出的电极。

【观察思考】双液原电池

1mol/LZnSO4溶液1mol/LCuSO4溶液

【问题】

1.在盐桥插入之前，检流计指针是否发生偏转？

2.在盐桥插入之后，是否有电流产生？

实验现象是什么？

3.与图1-3-2所示的原电池相比，该原电池具有什么特点？

[要点强化指导]

1.盐桥的作用：

通过盐桥将两个隔离的电解质溶液连接起来，可使电流传导。

将副反应降低至最小程度，这样，更彻底的将反应所释放的能量转化为电能。

2.通过盐桥，阴离子SO42－和Cl－向锌盐溶液移动，阳离子Zn2＋和K＋向铜盐溶液移动，使电流继续流通，形成闭合的回路。

3.锌片和铜片用导线连接构成电子流动的电路（电池的外部电路）；ZnSO4溶液和CuSO4溶液用盐桥连接，构成离子移动的电路（电池的内部电路）

1.判断下列装置能否形成原电池（）

ABCDEF

2.人造卫星用到的一种高能电池—银锌电池，其电极反应为：

Zn+2OH－－2e==Zn（OH）2Ag2O+H2O+2e==2Ag+2OH－根据反应式判断氧化银是（）

A．负极被氧化B．正极被还原C．负极被还原D．正极被氧

3.有关如图所示原电池的叙述

，正确的是（盐桥中装有含琼胶的KCl饱和溶液）

（）

A．铜片上有气泡逸出B．取出盐桥后，检流计依然发生偏转

C．反应中，盐桥中的K+会移

向CuSO4溶液

D．反应前后铜片质量不改变

4.设计一个原电池，其原电池反应为：

Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2，写出电极名称和电极反应式。

用作负极，作正极。

负极：

（反应）

正极：

（反应）

课题:

第1章化学反应与能量变化

第3节化学能转化为电能-电池（第2课时）

【学习目标】

1.了解常见化学电池的种类及其工作原理

2.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用；

【学习重点】

常见化学电池的种类及其工作原理

【学习难点】

常见化学电池的种类及其工作原理

一、课本助读

1．常见的化学电源

一次电池

放电时——原电池反应

（一）分类二次电池（可充电电池）

充电时——电解池反应

燃料电池

阅读课本P23——P25。

【自主学习】1．常见的锌锰干电池

（1）酸性锌锰干电池

A.结构：

负极为、正极为

B.反应原理

负极：

正极：

总方程式：

C.缺点：

（2）碱性锌锰干电池

A.优点：

B、结构：

C.反应原理：

负极：

正极：

总方程式：

[要点强化指导]酸性锌锰干电池中发生还原反应的物质有NH4＋和MnO2，但电池正极得电子的是NH4＋，MnO2是固体粉末，未与电解质溶液接触，其作用可理解为通过氧化还原反应吸收H2，使电池能持续工作。

MnO2不能认为参与了电极反应。

2．铅蓄电池：

放电时：

负极：

正极：

总方程式：

充电时：

阴极（电池的负极）：

阳极（电池的正极）：

总方程式：

[要点强化指导]二次电池在充电时是电解池，虽然作电池时正、负极上的反应与作电解池时阴、阳极上的反应相反，但二次电池的正极应与充电电源的正极相连，二次电池的负极应与充电电源的负极相连。

3．燃料电池

（1）结构：

（2）常见的燃料电池注意：

电解质溶液对反应的影响

A.氢氧燃料电池

碱性电解液：

正极：

负极：

酸性电解液：

正极：

负极：

中性电解液：

正极：

负极：

B.乙醇燃料电池（类似甲烷燃料电池）

[要点强化指导]H2和O2在不同介质中的电极反应式

1．H2在不同介质中的电极反应式：

⑴在碱性条件下负极：

H2＋2OH－=2H2O＋2e－；

⑵在酸性或中性条件下负极：

H2=2H＋＋2e－。

2．O2在不同介质中的电极反应式：

⑴在碱性、中性条件下正极：

O2＋2H2O＋4e－=4OH－；

⑵在较强酸性条件下正极：

O2＋4H＋＋4e－=2H2O；

⑶在熔融的金属氧化物中正极：

O2＋4e－=2O2－；

⑷在其它介质中的电极反应式。

如：

在熔融的碳酸盐中，正极反应物是O2和CO2时，正极电极反应式：

O2＋2CO2＋4e－=2CO32－。

1.随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是（）

A.利用电池外壳的金属材料

B.回收其中石墨电极

C.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染

D.不使电池中的电解液腐蚀其他物品

2.日常所用干电池其电极分别为碳棒和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质（其中加入），电极反应可简化为：

Zn-2e-=Zn2+，2NH4++2e-=2NH3↑+H2↑（NH3与Zn2+结合）。

根据上述叙述判断下列说法中不正确的是（）

A.Zn为正极，碳为负极

B.工作时，电流由碳极经外电路流向Zn极

C.Zn为负极，碳为正

D.长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀电器

3.下列说法正确的是（）

A.镍镉电池、锂电池和锌锰电池都是二次电池 

B.燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池 

C.化学电池的反应基础是氧化还原反应

D.铅蓄电池放电时正极是Pb，负极是PbO2

4.关于铅蓄电池的说法正确的是（）

A.在放电时，正极发生的反应是Pb（s）+SO42-（aq）=PbSO4（s）+2e-

B.在放电时，该电池的负极材料是铅板

C.在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小

D.在充电时，阳极发生的反应是PbSO4（s）+2e-=Pb（s）+SO42-（aq）

5.锂电池是新一代高能电池，目前已研发出多种锂电池。

某种锂电池的总反应式为：

Li＋MnO2＝LiMnO2。

下列说法中正确的是（）

A.Li是正极，MnO2是负极B、.放电时负极的反应：

Li－e-＝Li+

C.放电时正极的反应：

MnO2-＋e-＝MnO2D.电池放电时，产生高锰酸根离子

6.右图是氢氧燃料电池示意图，电极为多孔镍，电解液是30%的硫酸溶液。

根据图示写出该电池中的电极反应式。

负极：

___________________

正极：

___________________

7.

（1）美国“阿波罗”宇宙飞船中使用的氢氧燃料电池。

其构造如图所示，

其反应为：

2H2+O2====2H2O，则负极通入的是__________，电极反应式为：

___________________，正极通入的是________________。

电极反应式为______________________。

（2）如把KOH改为稀H2SO4做电解质，则电极反应式为：

（3）负极_______________

正极_______________________。

（3）如把H2改为CH4，KOH做导电物质，则电极反应式为：

负极______________________________，

正极___________________________。

8.汽车上用的铅蓄电池是以一组充满海绵状态铜的铅板和另一组结构相似的充满二氧化铅的铅板组成，用H2SO4作电解液。

总反应为：

Pb+PbO2+2H2SO4

2PbSO4+2H2O

（1）试写出放电时的正、负极反应式正极：

___________________________________________

负极：

___________________________________________

（2）铅蓄电池工作时，当外电路上有2mol电子通过时，负极消耗Pb的物质的量_____；溶液中消耗H2SO4的物质的量为___________。

（3）铅蓄电池放电时，溶液的pH_________溶液的密度______（填增大、减小或不变）。

常见铅蓄电池是二次电池，其电极材料分别为Pb和PbO2，电解液为稀H2SO4溶液，工作时的总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O。

请依据上述情况判断：

⑴铅蓄电池的负极材料是。

⑵请依据两极材料和总反应，写出放电时正极反应是。

⑶请依据总反应式和正极反应式，写出放电时负极反应是。

⑷放电时，电解质溶液中阴离子移向极；电流方向从极流向极；电解质溶液的酸性（填“增强”、“减弱”或“不变”）。

课题:

第1章化学反应与能量变化

第3节化学能转化为电能-电池（第3课时）

【学习目标】

通过分析铜-铁接触处形成原电池的例子，理解金属腐蚀的电化学原理以及防护的原理。

【学习重点】

金属腐蚀的电化学原理以及防护的原理。

【学习难点】

金属腐蚀的电化学原理以及防护的原理。

一、金属腐蚀

1.定义：

2.分类：

3.本质：

（二）金属电化学腐蚀的原理

1.吸氧腐蚀

（1）条件：

（2）原理：

（—）（+）

总：

用方程式表示铁锈的形成

2.析氢腐蚀

（1）条件：

（2）原理：

（—）

（+）

【比较】

化学腐蚀

电化学腐蚀

条件

现象

本质

联系

【强调】如何判断是吸氧腐蚀还是析氢腐蚀呢？

最主要的还是看电解质溶液的酸碱性。

要抓住这一点，切记！

（三）金属的防护措施

金属的防护就是依据电化学腐蚀的原理，要防止金属发生腐蚀，关键在于阻止金属成为原电池的极，避免发生阳极反应而溶解。

即其本质就是阻止。

因此常用的方法有：

⑴在金属表面覆盖。

如：

可以在其表面加耐腐蚀的、、、、橡胶等，也可以通过电镀而覆盖于被保护金属表面的耐腐蚀性较强的。

⑵改变金属的内部。

如：

、等。

⑶牺牲阳极阴极保护法。

如：

镶嵌的闸门、航海船底、铁塔以及底下铁管道等。

⑷外加电源的保护法。

如：

化工厂中盛酸性溶液的容器或管道。

⑸经、外加电源的极等方法进行钝化。

如：

合成氨厂中防止反应塔腐蚀。

防腐措施的效果由好到差的顺序如下：

外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法有一般防腐条件的腐

蚀无防腐条件的腐蚀

探究案

[活动与探究]铁的腐蚀实验

A：

钢铁的析氢腐蚀：

形成条件：

负极反应：

正极反应：

总反应：

B：

钢铁的吸氧腐蚀：

形成条件：

负极反应：

正极反应：

总反应：

[小结2]:

钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

条件

正极反应

负极反应

溶液反应

C：

金属腐蚀快慢的判断：

（1）与构成微电池两极的材料有关。

两极材料的活动性差别越大，氧化还原反应的速率越，活泼金属被腐蚀的速度越。

（2）电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀

注意：

在钢铁的腐蚀过程中，其电化学腐蚀更严重，在电化学腐蚀中，吸氧腐蚀更普遍。

二、金属的电化学防护

[交流与讨论]

结合原电池的形成条件，阅读教材29－30页，归纳常见金属的防护方法有哪些？

[P29交流与讨论]

[拓展视野]金属腐蚀原理的应用

[调查研究]防止金属腐蚀的措施和原理

防止金属腐蚀的措施

能防止金属腐蚀的原理

[反馈练习]

下列情况下，海水中铁腐蚀最快的是（）

检测案

1.下列叙述正确的是（）

A.构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属。

B.由Cu、Zn作电极与CuSO4溶液组成的原电池中Cu是负极。

C.马口铁（镀锡铁）破损时与电解质溶液接触，锡先被腐蚀。

D.铜锌原电池工作时，若有13g锌被溶解，电路中就有0.4mol电子通过

2.钢铁锈蚀过程中可能发生的变化是①Fe由单质转化为+2价；②Fe由+2价转化为+3价；③产生氢气；④产生氧气；⑤杂质C被氧化除去；⑥Fe（OH）3失水变成Fe2O3·3H2O.（ ）

A.①②③⑥  B.①③④  C.只有①③  D.全部

3.钢铁发生吸氧腐蚀时，负极上发生的电极反应是（　）

A.2H++2e-=H2↑　　B.Fe2++2e-=FeC.2H2O+O2+4e-=4OH-　　D.Fe－2e-=Fe2+

4.为保护地下钢管不被腐蚀，可采用的方法是（ ）

A.与直流电源负极相连接 B.与直流电源的正极相连接

C.与铜板相连接D.与锌板相连接

5.下列说法正确的是（）

A．钢铁因含杂质而容易发生电化腐蚀，所以合金都不耐腐蚀

B．原电池反应是导致金属腐蚀的主要原因，故不能用来减缓金属的腐蚀

C．钢铁电化腐蚀的两种类型主要区别在于水膜的pH不同，引起的正极反应不同

D．无论哪种类型的腐蚀，其实质都是金属被氧化

6.下列关于钢铁锈蚀的叙述中，错误的是（）

A.酸雨能使钢铁更容易发生电化腐蚀

B.钢铁在潮湿的地窖中较易发生析氢腐蚀

C.铁锈的主要成分是Fe2O3·nH2O

D.钢铁锈蚀时，铁原子失去电子成为Fe3+，而后生成Fe（OH）3，再部分脱水成为氧化铁的水合物.

7.铜制品上的铝质铆钉，在潮湿空气中易腐蚀的原因可描述为（）

A.形成原电池铝作负极B.形成原电池时铜作负极

C.形成原电池时，电流由铝经导线流向铜D.铝质铆钉发生了化学腐蚀

8.以下现象与电化腐蚀无关的是（）

A.黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜锈

B.生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈

C.铁质器件附有铜质配件，在接触处易生锈

D.银质奖牌久置后表面变暗

9.镍氢电池具有比能量值高，耐过充、过放能力强，循环寿命长，无毒及不使用贵金属等优点，是一种绿色环保型电池。

电池使用氢氧化镍为正极活性物质，贮氢合金作负极活性物质。

镍氢电池的总反应式为：

H2+2NiO（OH）

2Ni（OH）2

（1）电池放电时，其负极反应为________，溶液中OH-向_______

_（填“正极”或“负极”）移动；电池充电时，阳极上的电极反应为________，阴极附近溶液pH不断__________。

（2）以镍氢电池作电源，用惰性电极和串联电路电解等物质的量浓度的下列水溶液：

①AgNO3,②NaNO3,③CuCl2,④KCl，在相同时间内生成气体的总体积（同温同压下测定），理论上由多到少的顺序是____________。