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．能從宏觀和微觀相結合的角度認識化學電池的構成條件、原理、本質。2．通過了解新型電池的用途，體會提高燃料的燃燒效率、開發高能清潔燃料和研制新型電池的重要性，增強社會責任感?！局R回顧】1.化學反應的實質是舊化學鍵斷裂和新化學鍵形成?；瘜W鍵斷裂和形成伴隨著能量的變化。舊化學鍵的斷裂需要吸收能量，新化學鍵的形成會釋放能量。2.吸收熱量的化學反應叫做吸熱反應。3.釋放熱量的化學反應叫做放熱反應。4.從化學鍵的角度分析（微觀角度分析）放熱反應：斷裂化學鍵吸收的能量＜形成化學鍵釋放的能量吸熱反應：斷裂化學鍵吸收的能量＞形成化學鍵釋放的能量5.從物質內部能量的角度分析（宏觀角度分析）放熱反應：反應物的總能量＞生成物的總能量吸熱反應：反應物的總能量＜生成物的總能量6.人們常常利用化學反應將化學能轉化為熱能、電能等其他形式的能量，用于生產、生活和科研?！緦搿糠厥且獯罄辆S亞大學的研究電學的物理學家。有一天，伏特看了一位名叫加伐尼的解剖學家的一篇論文，說動物肌肉里貯存著電，可以用金屬接觸肌肉把電引出來。看了這篇論文，伏特非常興奮，便決定親自來做這個實驗。他用許多只活青蛙反復實驗，終于發現，實際情況并不像加伐尼所說的那樣，而是兩種不同的金屬接觸產生的電流，才使蛙腿的肌肉充電而收縮。為了證明自己的發現是正確的，伏特決定更深入地了解電的來源。為了紀念他的貢獻，人們把電壓的計量單位叫做伏特，簡稱伏，符號V。比如我們手電筒里的電池的電壓是1.5伏特，我們家里的電燈的電壓是220伏特。（各種各樣的電池）現在，化學電池已成為人類生產和生活的重要能量來源之一，各式各樣的化學電池的發明也是化學科學對人類的一個重大貢獻?；瘜W電池是根據原電池原理制成的。原電池是一種利用氧化還原反應將化學能直接轉化成電能的裝置。那么，原電池是由哪些部分組成的?原電池中各部分的作用是什么?帶著問題我們觀看視頻一、原電池的構造【視頻播放】初識燃料電池在圖b所示裝置中，氧化反應與還原反應分別在兩個不同的區域進行。其中，氫氣分子中的氫原子在左側石墨電極上失去電子，氫氣作為電池的負極反應物；氧氣分子中的氧原子在右側石墨電極上得到電子，氧氣作為電池的正極反應物。稀硫酸中存在的自由移動的離子起到傳導電荷的作用，導線起到傳導電子的作用。由于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，當形成閉合回路時候，便能產生電流，使得化學能轉化成電能?！究偨Y】1、工作原理：還原劑和氧化劑分別在兩個不同區域發生氧化反應和還原反應，并通過能導電物質形成閉合回路產生電流。其中，還原劑在負極上失去電子，是負極反應物；氧化劑在正極上得到電子，是正極反應物；電極材料通常是能夠導電的固體。此外，還要有能夠傳導電荷的電解質作為離子導體；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、原電池構成要素【即時練習】1．下列各裝置能構成原電池的是()2．如圖所示裝置中，觀察到電流表指針偏轉(指針順著電流方向偏轉)，M變粗，N變細，由此判斷下表中所列M、N、P三種物質，其中可以成立的是()MNPA鋅銅稀硫酸B銅鐵稀鹽酸C銀鋅硝酸銀溶液D鋅鐵硝酸鐵溶液1、答案C解析A項，只有一個電極，所以該裝置不能構成原電池，錯誤；B項，該裝置沒有構成閉合回路，所以不能構成原電池，錯誤；C項，該裝置符合原電池的構成條件，能構成原電池，正確；D項，酒精不是電解質溶液，所以不能構成原電池，錯誤。2、答案C解析該原電池中M變粗，N變細，說明發生原電池反應時N溶解，N做負極，溶液中有金屬析出附著在M上，M做正極。A、B兩項中，電解質溶液分別為稀硫酸和稀鹽酸，原電池工作時，不會有金屬析出，不符合題意；C項，正極反應為Ag＋＋e－=Ag，符合題意；而D項，鋅比鐵活潑，故M做負極，變細，不符合題意。【鞏固提升】1．判斷正誤(1)原電池是把電能轉化為化學能的裝置()(2)原電池中電流從負極流出，從正極流入()(3)原電池中電子流出的一極是正極，發生氧化反應()(4)原電池中陽離子向正極移動()(5)在鋅-稀硫酸-銅原電池中，電子由鋅通過導線流向銅，再由銅通過電解質溶液到達鋅()2．下列裝置能構成原電池的是()3．如圖為某課外小組自制的氫氧燃料電池，a、b均為石墨。下列敘述不正確的是()A．a電極是負極，該電極上發生氧化反應B．總反應式為2H2＋O2=2H2OC．b極反應是O2＋4H＋＋4e－=2H2OD．氫氧燃料電池是一種具有應用前景的綠色電源【答案】1．判斷正誤答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×2．答案C解析A裝置中酒精不是電解質，不能構成原電池，錯誤；B裝置中兩電極活潑性相同，且沒有自發的氧化還原反應，不能構成原電池，錯誤；C裝置中鐵為負極，銅為正極，硫酸銅溶液為電解質溶液，有自發的氧化還原反應，形成了閉合回路，可構成原電池，正確；D裝置未形成閉合回路，不能構成原電池裝置，錯誤。3．答案C解析a電極通入氫氣，是負極，電極上發生氧化反應，故A正確；負極反應為2H2－4e－＋4OH－=4H2O，正極反應為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，電池總反應為2H2＋O2=2H2O，故B正確、C不正確；氫氧燃料電池的產物是水，無污染，是一種具有應用前景的綠色電源，故D正確。【重點突破】一、原電池正負極的判斷(2)燃料電池正、負極的判斷燃料電池的負極通入的一定是燃料，即還原劑(如可燃性氣體)，正極通入的一定是氧化劑(如助燃性氣體O2)。二、誤區警示誤區一誤認為原電池的負極材料一定參加反應有些原電池的負極材料不參加反應，如燃料電池。在燃料電池中，電極材料均不發生反應，故兩極均可用惰性材料。誤區二誤認為在原電池中相對活潑的金屬一定做負極，相對不活潑的金屬一定做正極在判斷原電池正、負極時，既要考慮金屬活動性的相對強弱，也要考慮電解質溶液的性質。如Mg－Al－HCl溶液構成的原電池中，Mg為負極；但Mg－Al－NaOH溶液構成的原電池中，Al為負極，Mg為正極；Cu－Al(Fe)－濃硝酸構成的原電池中，Cu為負極。誤區三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電子不能通過電解質溶液，電解質溶液中靠陰、陽離子的定向移動形成閉合回路。誤區四誤認為氧化還原反應都可以設計成原電池只有自發進行的氧化還原反應才能設計成原電池，非自發的氧化還原反應不能設計成原電池。誤區五原電池工作時，負極材料質量一定減輕大多數原電池反應負極材料質量減輕，但也有可能質量不變或質量增加。二、設計原電池問題：如何把一個氧化還原反應設計成原電池呢？【活動·探究】設計一個簡單的原電池實驗目的利用所給用品設計裝置并進行實驗，將下列反應所釋放的能量轉化為電能。Zn+2H+===Zn2++H2↑實驗用品鋅片，銅片，石墨棒，稀硫酸，稀鹽酸；燒杯，導線，電流表，開關。方法導引實驗方案設計與實施設計思路及依據實驗裝置實驗現象Zn+2H+====Zn2++H2↑確定負極選擇負極反應物:選擇負極材料:確定正極選擇正極反應物:選擇正極材料:________構成閉合回路選擇離子導體:_________選擇電子導體:【答案展示】【思考】1.分析鋅、銅、稀硫酸原電池的工作原理。2.鋅片、銅片與稀硫酸，哪些可以替換為其他物質卻同樣能產生電流？1.工作原理鋅原子失去電子被氧化成Zn2+進入溶液，反應式為Zn-2e-===Zn2+鋅片上的電子通過導線流向銅片，溶液中的陽離子移向正極銅片，在銅片上得電子而被還原形成氫分子逸出，反應式為2H++2e-==H2↑。電解質溶液中陰離子離子移向負極鋅片。2.可以用石墨、活動性比鋅弱得金屬替換銅片，用稀鹽酸替換稀硫酸?！究偨Y】原電池正負極材料和離子導體的選擇【遷移運用】根據原電池原理和設計思路利用反應2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋，設計一個能產生電流的裝置并畫出簡單的裝置示意圖，標明電極材料及電極名稱?？蛇x用品：銅片、鋅片、鐵片、石墨棒、NaCl溶液、FeCl3溶液、FeCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、導線、濾紙、燒杯、電流表。(1)負極反應物可選擇____________，負極反應式：____________，負極材料為________。(2)正極反應物可選擇_______，正極反應式：___________________，正極材料為___________________________________________。(3)離子導體可選擇_________________________________________，電子導體可選擇______。(4)畫出實驗裝置示意圖。答案(1)鐵片Fe－2e－=Fe2＋鐵片(2)FeCl3溶液[或Fe2(SO4)3溶液]2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋石墨棒(或銅片)(3)FeCl3溶液[或Fe2(SO4)3溶液]導線(4)【題后歸納】(1)不是只有金屬才能作原電池的負極。理論上說任何氧化還原反應都有電子得失，所以除了金屬能作原電池的負極外，能發生氧化還原反應的非金屬，也有可能作負極。(2)正極材料最好選擇不與正極反應物和離子導體發生反應且能導電的固體。(3)金屬K、Na、Ca活潑性強，不作原電池電極。(4)原電池中電極不一定參加化學反應，如氫氧燃料電池中電極不參加反應。三、原電池原理的應用1.加快氧化還原反應速率(1)原理：在原電池中，氧化反應和還原反應分別在兩極進行，溶液中的微粒運動時相互間的干擾小，使化學反應加快。(2)應用：實驗室用Zn和稀硫酸(或稀鹽酸)反應制備H2，常用粗鋅。原因是粗鋅中的雜質和鋅、稀硫酸形成原電池，加快了鋅的腐蝕，使產生H2的速率加快。用Zn和稀H2SO4制取H2時也可以滴入幾滴CuSO4溶液，原因是Zn與置換出的Cu構成原電池，加快了反應的進行。2.比較金屬的活動性強弱原電池中，一般活動性強的金屬作負極，活動性弱的金屬作正極。如有兩種金屬A和B，用導線連接后插入稀硫酸中，觀察到A極溶解，B極上有氣泡產生，由原電池原理可知，金屬活動性：A>B。3.金屬的防護輪船外殼上鑲嵌鋅塊，在海水中形成原電池，鋅作負極失去電子，保護鐵不被腐蝕。4.設計原電池設計原電池的基本思路步驟一：確定一個自發的氧化還原反應的還原劑和氧化劑，還原劑做負極反應物，氧化劑做正極反應物，把氧化還原反應分為兩個半反應。步驟二：選擇兩極材料，正極材料最好選擇不與正極反應物和離子導體發生反應且導電的固體，如金屬銅、石墨等。步驟三：選擇離子導體(電解質溶液)和電子導體(導線)，并形成閉合回路。如圖：【當堂練習】由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置進行實驗。裝置現象二價金屬A不斷溶解C的質量增加A上有氣體產生根據實驗現象回答下列問題：(1)裝置甲中負極的電極反應式是。(2)裝置乙中正極的電極反應式是。(3)裝置丙中溶液的pH變化是。(4)四種金屬活動性由強到弱的順序是。四、發展中的化學電源

1.干電池——一次電池

①特點：放電之后不能充電。

②實例：鋅錳干電池。

2.充電電池——二次電池

①特點：放電時所進行的氧化還原反應，充電時可以逆向進行，使電池恢復到放電前的狀態。

②實例：鉛蓄電池，鋰離子電池。

3.燃料電池

①特點：燃料的利用率高、能量轉換效率高，能長時間提供電能等。

②實例

以30%的KOH溶液為電解質溶液的氫氧燃料電