第二节 化学能与电能（第二课时）

2015-10-26 11:06:00   来源：   撰稿：董啸   摄影摄像：    ;  评论：0 点击：

第二节  化学能与电能（第二课时）

【引入】电能在我们的生活中发挥着重要作用，火力发电将化学能间接转化为电能，造成能量损耗而且不方便，能否通过某种方式将化学能直接转化为电能呢？今天我们就来通过探究来寻找答案。

二、化学能直接转换为电能

【探究主题】1、如何将化学能直接转换为电能？

（1）煤的燃烧是不是氧化还原反应？燃烧时主要将化学能直接转化为何种能量？

【合作探究】煤的燃烧就是煤和氧气发生化学反应，肯定是氧化还原反应；煤燃烧时，释放出大量的热量，所以主要将化学能直接转化为热能。

【探究结论】煤的燃烧是氧化还原反应；煤燃烧时，主要将化学能直接转化为热能。

【质疑】氧化还原反应的本质是氧化剂和还原剂之间发生电子转移；氧化还原反应过程中，电子转移引起化学键的重新组合，伴随着能量变化，一般是热量变化，却没有电流产生。

今天我们就从一个神奇的实验入手，探究如何把化学能直接转换为电能。

（2）如何使氧化还原反应释放的能量直接转化为电能？

【实验探究】

实验步骤：

①把一块锌片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察铜片上有无气泡产生（硫酸的体积约占烧杯的1/3，铜片和锌片不连接）；

②把一块锌片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯里，用导线将锌片和铜片连起来，并在导线中接入一个电流表，观察铜片上有无气泡产生，电流表的指针是否偏转。

【观察】请同学们仔细观察，导线连接前后，实验现象有何不同。

实验现象：

①实验中，在锌片表面有气泡产生，在铜片表面没有气泡产生；

②实验中，电流表指针偏转，有电流产生，在铜片表面有气泡产生。

【思考】上述实验中能量发生什么变化？这个实验装置可以将化学能直接转变为电能吗？

【合作探究】从能量转变的角度分析，上述实验中能量变化是化学能转化为电能。这个装置就是一个直接将化学能转化为电能的装置，称为原电池。

【探究结论】

利用原电池装置可以将化学能直接转化为电能。

原电池：把化学能转化为电能的装置叫做原电池。

【历史】 1799年意大利的物理学家伏打 ，发明了世界上第一个电池——伏打电池，即原电池。

【过渡】原电池是如何产生电流的呢？让我们来继续探究一下原电池的原理。

【探究主题】2、原电池的工作原理是什么？

（1）铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，铜片与稀硫酸是否反应？为什么在铜片表面有气泡产生？

【实验数据】实验结束之后，称重发现铜片质量不变，锌片质量减小。

【合作探究】当把用导线连接的锌片和铜片一同浸入稀硫酸中时，由于锌比铜活泼，容易失去电子，锌被氧化成Zn²⁺而进入溶液，锌原子失去的电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中的H⁺在铜片上获得锌片失去的电子被还原成氢原子，氢原子再结合成氢分子从铜片上逸出。

【探究结论】铜片与稀硫酸不反应；溶液中的H⁺在铜片上获得锌片失去的电子被还原成氢气逸出。

（2）请同学们从氧化还原反应的角度来分析，两个金属片上各发生了什么反应？电流是如何产生的呢？（物理学知识：电荷的定向移动形成电流。）

【合作探究】锌失去电子，发生氧化反应；铜片上H⁺获得电子，发生还原反应。在氧化还原反应中，锌片将失去的电子经过导线转移给铜片上H⁺，电子发生定向移动，从而产生电流。

锌 片： Zn—2e^-=Zn²⁺  (氧化反应) ；铜 片： 2H⁺+2e^-=H₂↑  （还原反应）

总反应： Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂↑

（3）为什么正常发生的氧化还原反应一般没有电流产生，而在原电池中发生时可以产生电流呢？

【合作探究】正常发生的氧化还原反应，氧化剂和还原剂直接接触反应时，电子转移没有通过导线，而是直接转移，所以没有电流产生；在原电池中，将氧化反应和还原反应分开在两个不同区域进行，通过导线进行电子转移，电子发生定向移动，从而产生电流。

【探究结论】

原电池的工作原理：将氧化还原反应中的氧化反应和还原反应分开进行，从而使还原剂失去的电子，经导线传递给氧化剂，从而形成电流。

【探究主题】3、原电池的组成是什么？

（1）电池都有正负极，原电池的正负极如何确定？

小贴士：由物理学知识可知，电流方向是从电源的正极流向电源的负极，电子的流向与电流方向相反，从电源的负极流向电源的正极。

【合作探究】在铜和锌组成的原电池中，电子从锌电极流出，因而是原电池的负极；电子流入到铜电极，因而是原电池的正极。

【探究结论】

负极：失去电子的电极是原电池的负极，一般用活泼金属；

正极：得到电子的电极是原电池的正极，一般用不活泼金属。

【过渡】上面我们通过实验探究了原电池的工作原理，如果想要设计一个电池就的知道原电池的组成是怎样，让我们继续探究。

（2）原电池的工作条件是什么？

【合作探究】电池要正常工作，还需要形成闭合回路，且发生氧化还原反应。

【探究结论】原电池的工作条件是：形成闭合回路；能发生氧化还原反应。

（3）原电池的组成是什么？

【合作探究】从结构来看，原电池的必须有正、负两个电极和电解质溶液以及一些辅助物（容器和导线）。由于负极在反应中提供电子，所以一般用易失去电子的活泼的金属；而在反应中正极上获得电子，因而用能导电的物质，一般是不活泼的金属；电解质溶液要保证发生氧化还原反应。

【探究结论】

【探究结论】原电池的组成：较活泼的金属做原电池的负极，较不活泼的金属做原电池的正极；有能保证发生氧化还原反应的电解质溶液。

【分享与交流】

这节课我们通过探究，学习了化学能与电能的转化，你有什么收获？请与大家分享！

1、如何将化学能直接转换为电能？

利用原电池装置可以将化学能直接转化为电能。

2、原电池的工作原理是什么？

将氧化还原反应中的氧化反应和还原反应分开进行，从而使还原剂失去的电子，经导线传递给氧化剂，从而形成电流。

3、原电池的组成是什么？

较活泼的金属做原电池的负极，较不活泼的金属做原电池的正极；能保证发生氧化还原反应的电解质溶液。

【活学活用】

根据氧化还原反应和原电池的有关知识，请同学们利用已有的实验用品，设计一套原电池装置。

主要用品： Cu片、Fe片、Al片、蔗糖溶液、硫酸铜溶液、盐酸、导线、电流表、烧杯等。

【课外实践活动】

根据构成原电池的条件，请同学们利用家里的橘子、苹果、柠檬或番茄等含酸的水果、铁片（或铁钉）、铜片（铜丝）等金属亲手设计制作一个成原电池，并将原电池与音乐卡片（或小电珠）连接检查是否有电流产生。

布置作业：请根据反应：2Fe³⁺ + Cu = 2 Fe²⁺ + Cu²⁺ 设计原电池，写出电极反应，并指出正负极材料和电解质溶液。

〖板书设计〗二、化学能直接转换为电能

1、如何将化学能直接转换为电能？

2、原电池的工作原理是什么？

3、原电池的组成是什么？