2011年高一化学精品课件：2.3.1　化学能转化为电能（苏教版必修2）

(共31张PPT)
第1课时　化学能转化为电能
第1课时
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
探究整合应用
课前自主学案
自主学习
一、原电池的定义
　把_____能转化为___能的装置叫做原电池。
二、原电池的构成条件
　(1)电极材料，两种金属活动性不同的金属或金属和其他导电的材料(非金属或某些氧化物等)。
(2)两电极必须浸在___________中，两电极
之间要用导线连接，形成__________。
(3)_________ 反应自发进行。
化学
电
电解质溶液
闭合回路
氧化还原
思考感悟
下列装置能否形成原电池，其理由是什么？
【提示】　都不能。第一个没有形成闭合回路；第二个两个电极相同；第三个没有电解质溶液(乙醇是非电解质)。
三、原电池的工作原理
　外电路中：较活泼金属材料作____，_____
电子，电子经外电路流向较不活泼金属或导体
(正极)，而使外电路中产生电流。
内电路中：电解质溶液内，阳离子向_____移
动，阴离子向_____移动，使电流通过电解质
溶液。
四、电极反应
　以铜—锌(稀硫酸)原电池为例，如图所示
　负极(锌)反应式：________________，发生
_____反应；现象：____________。
负极
失去
正极
负极
氧化
Zn－2e－===Zn2＋
锌不断溶解
正极(铜)反应式：2H＋＋2e－===H2↑，发生______反应；现象：____________________。
总反应式：__________________________。
还原
有气泡逸出，铜不变
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
自主体验
1．关于原电池的叙述中正确的是(　　)
A．构成原电池的必须是两种不同的金属
B．原电池是将化学能转变为电能的装置
C．原电池工作时总是负极溶解，正极上有物质生成
D．原电池的正极是还原剂，总是溶液中的阳离子在此被还原
答案：B
2．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是(　　)
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．甲中铜片是正极、乙中铜片是负极
C．两烧杯中溶液的pH均增大
D．产生气泡速率甲比乙慢
答案：C
3．对铜—锌—稀硫酸组成的原电池装置中，当导线中有1 mol电子通过时，理论上的两极变化是(　　)
①锌片溶解了32.5 g　②锌片增重32.5 g　③铜片上析出1 g H2　④铜片上析出1 mol H2
A．①和③　　　　　 B．①和④
C．②和③ D．②和④
答案：A
课堂互动讲练
原电池的原理及特点
知识要点 实例
概念 将化学能转化为电能的装置
自发反应：
实质 化学能转化为电能
构成前提 能自发地发生氧化还原反应
构成条件 两个电极
电解质溶液(或熔融电解质)
③“两极”、“一液”连成回路
知识要点 实例
电极 负极：还原性相对较强的材料正极：还原性相对较弱的材料 锌板——负极
铜板——正极
电极反应 负极：失去电子，氧化反应
正极：得到电子，还原反应 负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：Cu2＋＋2e－===Cu
电极反应式与总反应式的关系 两个电极反应式加和，即得总反应式 总电极反应式：
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
例1
(2011年金华高一检测)某实验兴趣小组用如图所示装置做完实验后，在读书卡片上记下了如下6条记录，其中正确的是(　　)
A．①②③　　　　　　　　B．③④⑤
C．④⑤⑥ D．②③④
【解析】　本题考查了原电池的组成及反应原理。在铜锌原电池中，锌为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋。Cu为正极，得到电子，发生还原反应，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。所以H＋向正极移动，电子由锌流出，经过导线流向铜，每流过1 mol电子，生成0.5 mol H2，正确选项为③④⑤。
【答案】　B
变式训练1　关于如图所示装置的叙述，正确的是(　　)
A．铜是负极，铜片上有气泡产生
B．铜片质量逐渐减少
C．电流从锌片经导线流向铜片
D．氢离子在铜片表面被还原
解析：选D。以稀硫酸作为电解质溶液的Cu—Zn原电池中，Zn作为负极，发生的反应为：Zn－2e－===Zn2＋，现象为锌片质量减少；铜作为正极，发生的反应为：2H＋＋2e－===H2↑，现象为铜片上有气泡产生。电子从锌片流出经导线流入铜片，电流从铜片流入锌片。
原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应速率
如实验室用Zn和稀H2SO4(或稀盐酸)反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌
、稀H2SO4形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。
2．比较金属的活泼性强弱
原电池中，一般活泼性强的金属为负极，活泼性相对较弱的金属为正极。例如，有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活泼性A>B。
例2
(2011年宁波高一检测)把a、b、c、d四块金属板浸入稀硫酸中，用导线两两相连，可以形成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c溶解；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，b极上有大量气泡。四块金属的活动性顺序是(　　)
A．a>c>d>b B．c>a>b>d
C．a>c>b>d D．c>a>d>b
【解析】　该题考查根据原电池原理比较金属的活动性强弱。较活泼的金属为负极，被氧化溶解；相对不活泼的金属为正极，冒气泡或析出金属。所以，四块金属的活动顺序是a>c>d>b。
【答案】　A
【规律方法】　金属活泼性的判断依据：
(1)单质与水或酸反应难易：反应越剧烈，该金属越活泼。
(2)最高价氧化物的水化物的碱性强弱：碱性越强，金属越活泼。
(3)金属间的置换反应：若A能从B的盐溶液中置换出B，则A的活泼性比B的强。
(4)简单阳离子氧化性强弱：氧化性越强，该金属的活泼性越弱。
(5)两金属构成原电池时，作负极(或电子流出，电流流入或发生氧化反应等)的金属比作正极(或电子流
入，电流流出或发生还原反应等)的金属活泼性强。
变式训练2　
解析：选D。在氢氧化钠溶液中能反应生成气体的金属，其活泼性不一定强，如Mg和Al。
设计原电池
从理论上说，任何一个能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。例如，利用Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2的氧化还原反应可设计成如图所示的原电池，该原电池的电极反应式为：
负极(Cu)：Cu－2e－=== Cu2＋(氧化反应)
正极(C)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(还原反应)
例3
现有如下两个反应：
(A)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
(B)Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
(1)根据两反应本质，判断能否设计成原电池_______________________________________________________________________。
(2)如果不能，说明其原因________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如果可以，则写出正、负极材料及其电极反应式、电解质溶液名称：
负极：__________，________________________________________________________________________；
正极：__________，________________________________________________________________________。
电解质溶液：__________。
【解析】　解答本题应先根据原电池的实质——发生氧化还原反应，判断出能否设计成原电池，再根据判断原电池的正负极的方法进行分析求解。由于原电池的实质是发生氧化还原反应，所以，只有发生氧化还原反应才能设计成原电池。对于：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，Zn失去电子作原电池的负极，H＋得到电子在正极上发生还原反应，正极为活泼性比Zn弱的导电固体材料，如Cu、Ag、石墨等。
【答案】　(1)(A)不能；(B)能
(2)(A)的反应为非氧化还原反应，没有电子转移
(3)锌　Zn－2e－===Zn2＋
铜(银、石墨等)　2H＋＋2e－===H2↑　稀硫酸
变式训练3　利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2设计一个原电池。在图中方格内画出实验装置图，并指出正极为______，电极反应式为________________________________________________________________________；
负极为________，电极反应式为________________________________________________________________________。
解析：先将反应拆成得电子和失电子的两个电极反应，再结合原电池的电极反应特点进行分析。Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2可拆为两个电极反应：失电子反应：Zn－2e－===Zn2＋，得电子反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，根据原电池的电极反应特点知，该电池用Zn作负极，正极要保证Fe3＋得到负极失去的电子，一般用不能还原Fe3＋的材料，如碳棒、铂等，电解液须提供Fe3＋，可用FeCl3溶液。
答案：
Pt　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　Zn　
Zn－2e－===Zn2＋
探究整合应用
探究铝电极在原电池中的作用
在原电池中，电解质溶液的浓度、酸碱性等会影响电极反应，使发生的电极反应有区别，电极材料(负极)是否参加反应也与电解质溶液有关，在书写电极反应时应注意分析。
例
某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下：
编号 电极材料 电解质溶液 电流计指针偏转方向
1 Mg、Al 稀盐酸 偏向Al
2 Al、Cu 稀盐酸 偏向Cu
3 Al、C(石墨) 稀盐酸 偏向石墨
4 Mg、Al 氢氧化钠溶液 偏向Mg
5 Al、Zn 浓硝酸 偏向Al
根据表中的实验现象回答下列问题：
(1)实验1、2中Al所作的电极(正极或负极)是否相同________(填“是”或“否”)。
(2)对实验3完成下列填空：
①铝为________极，电极反应式：___________________________。
②石墨为________极，电极反应式：___________________________。
③电池总反应方程式：___________________________。
(3)实验4中铝作负极还是正极________，理由是__________________________________________。写出铝电极的电极反应式___________________________。
(4)解释实验5中电流计指针偏向铝的原因：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素：________________________________________________________________________。
【解析】　在这样的原电池中，相对较活泼的金属材料作负极。在稀盐酸中的活泼性Mg>Al、Al>Cu。由实验1和2可知，在这里的原电池中电流计指针是偏向正极。
在实验3中电流计指针偏向石墨，由上述规律可知，Al是负极，石墨是正极。化学反应是Al失去电子被氧化为Al3＋，盐酸中的H＋得到电子被还原为H2。
在NaOH溶液中活泼性Al>Mg，则Al是负极，Mg是正极。
Al在浓硝酸中被钝化，Zn在浓硝酸中被氧化，即在浓硝酸中活泼性Zn>Al，Zn是负极，Al是正极，所以在实验5中电流计指针偏向Al。
【答案】　(1)否
(2)①负　2Al－6e－===2Al3＋
②正　6H＋＋6e－===3H2↑
③2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
(3)负极　在NaOH溶液中，活泼性Al>Mg
2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O
(4)在浓硝酸中，活泼性Zn>Al，Zn是原电池的负极
(5)①另一个电极材料的活泼性；②电解质溶液的氧化性