第2課時化學反應能量轉化的重要應用——化學電池學習目標1.通過“初識氫氧燃料電池”活動,認識到原電池能將化學能轉化為電能。2.通過對氫氧燃料電池產生電流的分析,了解原電池的工作原理,并建立關于原電池構成的認知模型。3.通過對原電池原理的認識,能判斷簡單原電池的負極、正極,會書寫電極反應式,并能設計簡單原電池。任務分項突破課堂小結提升學科素養測評任務分項突破學習任務1原電池的原理自主梳理1.原電池:是一種利用

將

能直接轉化成

能的裝置。氧化還原反應化學電2.初識氫氧燃料電池(1)氫氧燃料電池的形成。①通過圖a裝置電解獲得氫氣和氧氣。②把電解裝置的直流電源更換為電流計,如圖b。③觀察到電流計指針發生偏轉。②氫氣作還原劑,失去電子。③氧氣作氧化劑,得到電子。(3)氫氧燃料電池的工作原理。①氫氣分子中的氫原子在石墨電極X上

電子,氫氣作為電池的

.反應物。②氧氣分子中的氧原子在石墨電極Y上

電子,氧氣作為電池的

.反應物。③導線起到傳導

的作用,電子從X電極通過導線到達Y電極,形成了電流。失去負極得到正極電子④稀硫酸中存在的自由移動的離子起到傳導

的作用。電荷(4)氫氧燃料電池的物理學原理。①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電勢差。②氫氧燃料電池在兩個石墨電極上有得失電子能力不同的物質——氫氣和氧氣,從而能夠給用電器提供電勢差,當形成閉合回路時,便會產生電流。(5)原電池的構造。導電電解質金屬導線氧化還原互動探究為了探究原電池的形成,化學小組的同學做了以下實驗:探究1原電池的形成問題1:實驗1、2的實驗現象的化學原理是什么?提示:Zn可以與稀硫酸中的H+發生氧化還原反應,Zn失去電子轉變為Zn2+而溶解,溶液中H+得到電子生成H2。問題2:為什么實驗3、4中鋅片也在溶解,但卻在銅片上產生氣泡?提示:Zn仍然失去電子轉變為Zn2+而溶解,電子通過導線到達Cu片上,溶液中的H+在銅片上得到電子生成H2而產生氣泡。問題3:實驗4中電流計的指針發生偏轉,表明什么問題?提示:表明電路中形成了電流。探究2原電池的原理問題4:實驗3、4中銅片上H+得到的電子來自哪里?這個反應的實質是什么?問題5:什么樣的化學反應才能設計成原電池?提示:要形成原電池就要有電子的轉移,所以必須是自發的氧化還原反應才能設計成原電池。問題6:除了要有自發的氧化還原反應,要形成原電池還需要哪些條件?提示:還需要有兩個能導電的電極;電解質溶液用來傳導離子;導線用來傳導電子;上述材料能構成一個閉合回路。歸納拓展1.原電池的組成(1)有一個能自發進行的氧化還原反應。(2)電極反應物:還原劑在負極上失去電子,是負極反應物;氧化劑(如氧氣)在正極上得到電子,是正極反應物。(3)電極材料:通常是能夠導電的固體(金屬或非金屬)。(4)閉合回路:還要有能傳導電荷的電解質溶液(如稀硫酸)作為離子導體;而導線則作為電子導體,起到傳導電子、形成閉合回路的作用。2.原電池的工作原理還原劑和氧化劑分別在兩個不同的區域發生氧化反應和還原反應,并通過能導電的物質形成閉合回路產生電流。溶液中陰離子向負極移動,陽離子向正極移動;電子由負極經導線流向正極。凝練素養:通過對原電池原理的探究,能夠從微觀層面揭示電流產生的原因,進而明確構成原電池的條件。培養宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知的學科素養。題組例練D1.(2022·安徽滁州期末)下列關于原電池的說法正確的是(

)A.把光能轉化為化學能

B.把化學能轉化為光能C.把熱能轉化為電能

D.把化學能轉化為電能解析:原電池是將化學能轉變為電能的裝置,故D正確。B解析:Cu作正極,正極發生還原反應,A錯誤;該裝置是原電池,將化學能轉化為電能,B正確;原電池中電子由負極(鋅片)通過導線流向正極(銅片),C錯誤;Zn作負極,失電子變為Zn2+,發生氧化反應,鋅片質量減小,D錯誤。2.如圖為番茄電池裝置示意圖,下列說法正確的是(

)A.銅片上發生氧化反應B.該裝置可將化學能轉化為電能C.電子由鋅片通過番茄流向銅片D.鋅片質量減小,發生還原反應3.下列裝置中,能構成原電池的是(

)A.只有甲

B.只有乙C.只有丙

D.除乙之外均可以C解析:甲沒有形成閉合回路,不能構成原電池;乙中兩個電極是相同的電極材料,且都能與電解質溶液發生氧化還原反應,不能構成原電池;丙滿足兩個活潑性不同的電極,Fe電極與AgNO3溶液能發生氧化還原反應,兩個電極間用導線連接,形成了閉合回路,能構成原電池;丁中酒精是非電解質,不能構成原電池;綜上所述選項C符合題意。學習任務2設計一個簡單的原電池自主梳理1.設計原電池的基本思路ZnZnH+Cu稀H2SO4銅導線逐漸溶解有氣泡產生(2)裝置。(3)實驗分析。①負極:鋅失電子形成Zn2+進入溶液,電極反應為

,鋅片上的電子沿導線流向銅片。3.常見化學電池及分類互動探究探究1原電池的設計問題1:該同學設計的甲、乙兩個裝置是原電池嗎?提示:是,因為FeCl3與Fe、Cu均能發生氧化還原反應。問題2:哪種電池符合題中給出的離子反應?問題3:通過以上的分析,你覺得要組成原電池的首要條件是什么?分析原電池的切入點在哪里?提示:要有一個自發進行的氧化還原反應。確定裝置中存在的氧化還原反應(電極反應物與電極材料可能相同,也可能不同),進而確定還原劑(負極反應物)、氧化劑(正極反應物)。探究2原電池電極的判別問題4:上述兩種裝置的負極、正極材料分別是什么?提示:甲裝置中鐵片是還原劑,作負極,銅片作正極;乙裝置中銅片是還原劑,作負極,石墨棒作正極。問題5:兩個原電池的電極反應分別是什么?問題6:甲、乙兩裝置中,當正極上發生反應的Fe3+的物質的量相同時,負極反應物溶解減少的物質的量有何關系?為什么?提示:相同。發生反應的Fe3+的物質的量相同,正極得到電子數相同,則負極失去的電子數相同,而Fe、Cu反應都失去2e-,所以消耗的Fe、Cu的物質的量相同。歸納拓展1.原電池的設計原則(1)自發的氧化還原反應。(2)確定電極反應物與電極材料。①氧化還原反應的還原劑作負極反應物,負極材料可以是負極反應物(金屬)或能導電的固體。②氧化還原反應的氧化劑作正極反應物,正極材料通常是石墨、不活潑金屬。(3)選擇適當的電解質溶液作離子導體,通常需要能與負極反應物發生氧化還原反應。(4)把兩個電極用金屬導線連接,形成閉合回路。2.原電池正負極的“四種”判斷方法題點一設計原電池題組例練DC選項ABCD正極CuCuAgAg負極AgAgCuCu電解質AgNO3AgClAgNO3AgCl題點二原電池電極判斷與電極反應書寫A解析:根據電極反應中鋅的化合價升高,被氧化,而原電池中較活潑的金屬作負極,發生氧化反應,則鋅為原電池的負極。(1)A(正極)極材料為

,B(負極)極材料為

,溶液C為

。

(2)A(正極)電極上發生反應的類型為

(填“氧化”或“還原”)反應,B(負極)電極上發生的電極反應為

。

(3)當有1.6g銅溶解時,通過外電路的電子的物質的量為

。

課堂小結提升【知識整合】【易錯提醒】1.誤認為原電池的負極材料一定參加電池反應。其實不然,氫氧燃料電池的負極反應物是氫氣。2.誤認為在原電池中相對活潑的金屬一定作負極。其實不然,負極的確定要根據實際發生的氧化還原反應,還原劑作負極,如Cu-Al(Fe)-濃硝酸構成的原電池中,Cu為負極。3.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極。其實不然,電子只能在導線中通過,不能通過電解質溶液,電解質溶液中通過陰、陽離子的定向移動形成閉合回路。4.誤認為氧化還原反應都可以設計成原電池。其實不然,只有自發進行的氧化還原反應才能設計成原電池,非自發進行的氧化還原反應不能設計成原電池。5.誤認為原電池工作時,負極材料質量一定減輕。其實不然,負極材料有可能質量不變。如氫氧燃料電池。6.誤認為原電池的電極必須為金屬。其實不然,電極只要是能導電的固體就可以,如石墨。學科素養測評采取合理的設計,任何一個自發的氧化還原反應都可以被設計成一個原電池,讓本來還原劑、氧化劑之間直接接觸進行的氧化還原反應分開來進行。還原劑和氧化劑分別在兩個不同的區域發生氧化反應和還原反應,還原劑在負極上失去電子,氧化劑在正極上得到電子,用恰當的導體構成閉合回路,就產生電流。如圖為一個簡單的原電池裝置示意圖。(1)若A、B分別是鋁片和銅片,電解質溶液為濃硝酸,此時負極是

;若電解質溶液為燒堿溶液,此時負極是

,負極反應為

。

采取合理的設計,任何一個自發的氧化還原反應都可以被設計成一個原電池,讓本來還原劑、氧化劑之間直接接觸進行的氧化還原反應分開來進行。還原劑和氧化劑分別在兩個不同的區域發生氧化反應和還原反應,還原劑在負極上失去電子,氧化劑在正極上得到電子,用恰當的導體構成閉合回路,就產生電流。如圖為一個簡單的原電池裝置示意圖。采取合理的設計,任何一個自發的氧化還原反應都可以被設計成一個原電池,讓本來還原劑、氧化劑之間直接接觸進行的氧化還原反應分開來進行。還原劑和氧化劑分別在兩個不同的區域發生氧化反應和還原反應,還原劑在負極上失去電子,氧化劑在正極上得到電子,用恰當的導體構成閉合回路,就產生電流。如圖為一個簡單的原電池裝置示意圖。(3)若A、B均為鉑片,電解質溶液為KOH溶液,分別從A、