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第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化（2）
化学反应与电能
考法解读
1、原电池的概念（证据推理与模型认知）
2、化学电源（科学态度与社会责任）
高考导向
1、考查内容：原电池的组成，电极反应和电流流向（电子移动方向)的判断，根据原电池反应判断金属活动性强弱，化学电源的电极反应和电池反应书写、设计原电池等。
2、考察题型：选择题、非选择题
3、分值情况：选择题4~6分，非选择题2~4分
我们日常使用的电能主要火力发电。火力发电是通过化合燃料燃烧时发生的氧化还原反应，使化学能转化为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。
化学能
机械能
电能
热能
新课导入
火力发电有哪些缺点？
【思考·讨论】
煤炭是不可再生资源、
排除大量温室气体、
可能导致酸雨、
能量转化率低
火力发电过程中，化学能经过一系列能量间接转化为电能，能量损失大，能量利用率不高。能否实现化学能到电能的转化？
现象：当锌片与铜片插入稀硫酸时，锌片上有气泡产生，铜片表面无气泡产生，当用导线将锌片和铜片相连后，铜片上有气泡产生；串联电流表后，电流表指针偏转。
结论：导线中有电流通过，形成了电池，实现由化学能到电能的转化。
装置设计
原电池的工作原理
一
深知原理
仔细观察，你发现了什么？
1、溶液中的锌离子怎么来的？
当插入稀硫酸的锌片和铜片用导线连接时，由于锌比铜活泼，与稀硫酸作用容易失去电子，被氧化成锌离子。
锌片：Zn －2e－ ＝Zn2+
【思考·讨论】
2、铜不与稀硫酸反应，为什么产生气泡？是什么气体？
溶液中的氢离子从铜片获得电子，被还原为氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上放出。
铜片：2H+ ＋2e－＝ H2↑
总反应：Zn＋ H2SO4 ＝ ZnSO4 ＋H2↑
根据氧化还原反应，
锌片上：锌失电子，化合价升高，作还原剂，被氧化，发生氧化反应。
铜片上：溶液中的氢离子得电子，化合价降低，作氧化剂，被还原，发生还原反应。
3、导线上电子和电流的移动方向是什么？
锌片失去的电子经导电流向铜片；电流则由铜片流向锌片。
由此可知，铜为正极，锌为负极。
知识总结
1、原电池：把化学能转化成电能的装置叫做原电池。
2、构成条件
负极与电解质溶液能自发的发生氧化还原反应（前提）
两个活泼性不同的电极
电解质溶液
形成闭合回路
3、正极：电子流入的一极（得电子），发生还原反应
负极：电子流出的一极（失电子），发生氧化反应
4、导线：电子由负极移向正极
溶液中：阴离子移向负极，阳离子移向正极。
5、实质：使氧化反应和还原反应在两个不同的区域发生，通过电子的定向移动形成电池，化学能转化为电能。
知识总结
口诀：原电池分两级，负极氧化正极还
电子由负流向正，离子阳正阴向负。
原理应用
1、加快氧化还原反应的速率
原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使反应速率增大。
实例：实验室用锌和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。
2、比较金属活动性强弱
原理：一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。
实例：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A溶解，B上有气泡产生，可知A做负极，B作正极，A比B活泼。
化学电源
一
一、干电池（一次性电池）
负极：锌
正极：石墨
电极反应
负极：Zn － 2e－＝Zn2+(氧化反应）
正极：2MnO2＋2NH4+＋2e－＝Mn2O3 ＋ 2NH3 ＋H2O(还原反应）
总反应：2MnO2＋2NH4+＋Zn ＝Mn2O3 ＋ 2NH3 ＋H2O＋Zn2+
普通锌锰干电池
缺点：在使用过程中，锌会逐渐溶解，使锌外壳逐渐变薄，内部作为电解质的糊状NH4Cl（显酸性）会泄漏出来，腐蚀电池，即使不使用放置过久也会失效。
对比普通锌锰电池，碱性锌锰电池的正、负极是什么？
电极反应如何书写？
知识总结
1、原电池电极判断
2、电极反应的书写
（1）先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物，并使得失电子数目相同。
（2）注意负极反应生成的阳离子是否与电解质溶液中的阴离子反应。
若反应，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式中。
若正极上的反应物是O2，且电解质溶液呈中性或碱性，则H2O必须写入正极反应式中，且生成OH－;
若电解质溶液呈酸性，则H+必须写入正极反应式中，且生成H2O
（3）正、负极反应相加得到电池的总反应。若知道总反应，也可以较易写出一极的电极反应式，利用电子守恒法，用总反应减去一极的电极反应式得到另一极电极反应式。
二、二次电池
有些电池放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行从而实现充电与放电的循环。
常见的二次电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。
（1）铅蓄电池
铅蓄电池
两极是Pb（负极）和PbO2（正极），电解质溶液是H2SO4,
总的电池反应：
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
负极：Pb＋SO42－－2e－＝ PbSO4
正极：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－＝PbSO4＋2H2O
（2）镍镉电池
以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质。
负极：Cd + 2OH－－ 2e－＝Cd(OH)2
正极：2NiO(OH) + 2H2O + 2e－＝2Ni(OH)2 + 2OH-
总反应：Cd +2NiO(OH) + 2H2O ＝2Ni(OH)2 + Cd(OH)2
三、燃料电池
中国首辆燃料电池电动机车研制成功
燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
燃料电池的供电量易于调节，能适应电器负载的变化，而且不需要很长时间的充电，在航天、军事、交通领域有广阔的应用前景。
氢氧燃料电池：
负极（惰性电极）通入氢气
正极（惰性电极）通入氧气
原理：利用原电池的工作原理将氢气和氧气反应所放出的化学能直接转化为电能。
酸性电解质：
负极：2H2 －4e－＝4H+
正极：O2＋4H+＋4e－＝2H2O
碱性电解质：
负极：2H2 －4e－＋4OH－＝4H2O
正极：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
总反应：2H2＋O2＝2H2O
如何设计原电池？
以Fe+ CuSO4＝FeSO4 + Cu为例，设计原电池
设计方法：
1、根据总反应，找到氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料，氧化剂在正极被还原。
2、电极材料选择：
电极材料必须导电，一般选择较活泼的金属材料，或在该氧化还原反应中易失去电子的材料。
电解质溶液一般与负极反应。
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答案：A
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