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基础课时9化学反应与电能

学习目标1.通过实验探究,认识化学能可以转化为电能。从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。

2.通过对原电池的学习,体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。3.能列举化学能转化为电能的实例,能辨识简单原电池的构成要素。

一、原电池构成条件及工作原理

(一)知识梳理

1.火力发电——化学能间接转化为电能

(1)能量转换原理及过程

化学能热能机械能电能

(2)化学能转化为电能的关键:燃烧(氧化还原反应)。

(3)能量转化特点

能量利用率低、污染严重。

2.原电池——化学能直接转化为电能

(1)实验探究

实验装置

实验现象

实验结论

锌片:逐渐溶解,有气泡产生

铜片:没有变化

锌与稀硫酸反应生成氢气,铜与稀硫酸不反应

锌片:逐渐溶解

铜片:有气泡产生

电流表:指针发生偏转

锌失去电子,变为Zn2+,电子经过导线流向铜片,产生电流,H+在铜片上得到电子生成H2,反应过程中产生了电能

(2)原电池的工作原理(以铜锌稀硫酸原电池为例)

①图示

②原电池含义:将化学能转化为电能的装置,本质是发生氧化还原反应。

③原电池工作时电子、离子的移动方向

a.电子的移动方向:从负极流出,经导线流向正极。

b.离子的移动方向:阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。

(3)原电池的构成条件

①反应:能自发进行的、放热的氧化还原反应;

②电极:具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属);

③溶液:两电极均插入电解质溶液中;

④导线:两电极用导线相连,形成闭合回路。

(二)互动探究

某化学活动小组用一个柠檬、一排铜钉和一排锌钉制作的水果电池如图,该电池可以使LED灯发光。

【问题讨论】

问题1该电池的电池反应是什么?写出离子方程式。

提示该电池利用了金属锌与酸的反应,离子方程式为Zn+2H+===Zn2++H2↑。

问题2若用铁片代替锌片LED灯能不能亮?若用铁片代替铜片呢?若用银片代替锌片呢?

提示若用铁片代替锌片,由于铁能与酸反应,LED灯仍然能亮;若用铁片代替铜片,由于锌比铁活泼,仍然发生反应Zn+2H+===Zn2++H2↑,LED灯仍然能亮;若用银片代替锌片,银和铜都不能与酸反应,无电流产生,LED灯不亮。

问题3根据上面分析可知构成原电池的条件有哪些?

提示①两个活泼性不同的金属电极或金属与导电非金属;②电解质溶液;③闭合回路;④自发进行的氧化还原反应。

问题4上述原电池内部阴、阳离子如何移动?移动的原因是什么?

提示阴离子(酸根离子)移向负极,阳离子移向正极(H+)。这是因为负极失电子,生成大量阳离子积聚在负极附近,致使该极附近有大量正电荷,所以溶液中的阴离子要移向负极;正极得电子,该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电荷,所以溶液中的阳离子要移向正极。

【探究归纳】

1.原电池的工作原理

(1)电子的移动方向:从负极流出,经导线流向正极,电流的流动方向与之相反(电子只能在导线中定向移动)。

(2)离子的移动方向:阳离子向正极移动,阴离子向负极移动(离子只能在电解质溶液或熔融电解质中定向移动)。电解质溶液中阴、阳离子的定向移动,与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。

2.原电池正负极的判断方法

1.下列装置能构成原电池的是()

答案C

解析A项,稀硫酸分装在两个容器中,不能形成闭合电路,不能构成原电池;B项,电极相同,不能构成原电池;C项,Fe-石墨,通过电解质溶液发生原电池反应,属于原电池装置;D项,乙醇不是电解质,故缺少电解质溶液,不能构成原电池。

2.下列关于原电池的叙述正确的是()

①原电池是把化学能转化成电能的一种装置

②原电池的正极发生氧化反应,负极发生还原反应

③能自发进行的氧化还原反应可设计成原电池

④碳棒不能用来作原电池的正极

⑤反应Cu+2Ag+===Cu2++2Ag可以自发进行

A.①③⑤ B.①④⑤

C.②③④ D.②⑤

答案A

解析①原电池装置是将化学能转化成电能的装置,正确;②根据原电池的工作原理,负极上失去电子,化合价升高,发生氧化反应,正极上得电子,化合价降低,发生还原反应,错误;③原电池构成条件之一是自发进行的氧化还原反应,正确;④碳棒能导电,可以作正极,错误;⑤铜比银活泼,能发生氧化还原反应,正确。

3.下列各组材料组成如图装置,电流表指针能发生偏转的是()

选项

A

B

C

D

M

石墨

Zn

Fe

Al

N

Ag

Ag

Cu

Al

P

稀硫酸

蔗糖溶液

FeCl3溶液

NaOH溶液

答案C

解析A项,Ag、石墨与稀硫酸都不反应,不能构成原电池,电流表指针不能发生偏转;B项,蔗糖是非电解质,蔗糖溶液不导电,不能构成原电