专题05 化学能与电能（教材深度精讲）-【核心素养系列】2022-2023学年高一化学知识整合讲练（人教版2019必修第二册）

专题05 化学能与电能（教材深度精讲） 【核心素养分析】 1、宏观辨识与微观探析:能辨识简单原电池的构成要素，并能分析原电池的工作原理。 2、变化观念与平衡思想：认识原电池反应的本质是自发的氧化还原反应；并伴有能量的转化；能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。 3、证据推理与模型认知：能利用典型的原电池装置，分析原电池原理，建立解答原电池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。 4、科学态度与社会责任：能举例说明化学电源对提高生活质量的重要意义。 【知识导图】 【目标导航】 高考对本专题的考查主要围绕着原电池工作原理及应用进行命题。往往以新型能源电池或燃料电池为载体，考查电极的判断、电极反应的书写、电子或电流的方向、判断金属活动性强弱、设计原电池、溶液pH的变化或计算，或应用电化学原理解释某些化学现象等。本节主要以选择题、填空题形式出现，分值选择题4-6分，填空题2-4分。 【重难点精讲】 一、火力发电——化学能间接转化为电能 1.火力发电的原理：通过化石燃料燃烧，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。 2.能量转化过程： 3.火力发电的弊端 ①化石燃料属于不可再生能源，用化石燃料发电会造成能源的浪费。 ②火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。 ③化石燃料燃烧会产生大量的有害物质（如S02、C0、N0x、粉尘等)，污染环境。 二、原电池——化学能直接转化为电能 1、原电池的定义：将化学能转变为电能的装置叫做原电池。 　2、原电池的工作原理　 （1）【实验6-3】（必修第二册，P36） 实验装置 实验原理 锌片（负极）：Zn－2e-=Zn2+（氧化反应）；铜片（正极）：2H++2e－=H2↑（还原反应）； 总反应：2H++Zn=H2↑+Zn2+（工作原理如上右图） 实验用品 锌片、铜片、稀硫酸；导线、电流表、烧杯。 实验步骤 (1)将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。 (2)用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象 (3)如图所示，用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表的指针是否偏转。 实验现象 (1)当锌片与铜片插入稀硫酸时，锌片上有气泡产生，铜片上无气泡产生； (2)当用导线将锌片和铜片相连后，铜片上有气泡产生： (3)串联电流表后，电流表指针发生偏转。 实验结论 锌--铜--稀硫酸构成了原电池装置，产生了电流，化学能转化为电能。 实验说明 形成原电池后锌片表面有少量气体产生，可能原因：一是锌片不纯，自身构成了微电池；二是锌片与H+直接接触发生氧化还原反应产生 H2（化学能转化为电能损耗）。 归纳总结：　　 电极材料 电极名称 电子转移 电极反应式 反应类型 锌 负极 电子流出 Zn－2e－===Zn2＋ 氧化反应 铜 正极 电子流入 2H＋＋2e－===H2↑ 还原反应 总离子反应式 Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ 注：(1)原电池工作原理相当于将氧化还原反应中电子通过用电器转移，产生电能，因此原电池的作用为将化学能转化成电能。 (2)电子的流向：电子由负极经导线流向正极。反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。 (3)离子移动方向：阴离子向负极移动(如SO)，阳离子向正极移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。 3、原电池的组成条件 (1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。 (2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极，提供两个活泼性不同的电极，分别作负极和正极。 注：a、负极：活泼性强的金属，该金属失电子，发生氧化反应。 　　b、正极：活泼性弱的金属或非金属(常用碳棒、石墨)，该电极上得电子，发生还原反应。 c、得失电子的反应为电极反应，上述原电池中的电极反应为： 　　负极：Zn－2e－＝Zn2+　　　正极：2H＋＋2e－＝H2↑，总反应：Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑ (3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件： ①电解质溶液； ②两电极直接或间接接触； ③两电极插入电解质溶液中。 注：电源内部电解质溶液中，阳离子移动的方向即是电流的方向，所以阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 4、原电池的正、负极的判断方法 （1）根据电极材料：较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 （2）根据电流方向或电子流动方向：电流是由正极流向负极的，电子是由负极流向正极的。 （3）根据离子移动方向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。 （4）根据电极反应类型：发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。 （5）根据电极上反应现象：如电极粗细的变化