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第四章化学反应与电能[情景切入]化学能与其他形式的能量可以相互转换，而且严格遵守能量守恒定律。
化学能和电能通过一定的装置也可以相互转换，从能量转换角度看，电化学反应过程(包括装置)可分两类：一是化学能转换为电能，二是电能转换为化学能。
通过化学能和电能之间的相互转换，能够使我们对氧化还原反应的认识及化学反应中能量变化的认识更加深刻。
[知识导航]本章内容探究化学能与电能的相互转化、化学电源和金属的防护。
本章知识在结构上分为三节：第一节主要学习原电池——原电池的工作原理和化学电源；第二节主要学习电解池——电解原理和电解原理的应用；第三节主要学习金属的腐蚀与防护。
[学法指导]1．理解本质，重应用。
通过探究常见化学电源的工作原理，体会原电池反应的本质，并能应用原电池原理解决实际问题。
2．相互对照，巧关联。
对照原电池的构造，分析电解池的构造，加强对原电池、电解池原理的理解。
3．紧抓本质，析规律。
根据电解原理的本质即氧化还原反应，结合常见阴、阳离子的还原性、氧化性的强弱，分析各种微粒的放电顺序，归纳总结各类盐溶液的电解规律，理清电解产物及电解质溶液的变化。
4．联系生产，明责任。
通过介绍日常生活、生产中常见腐蚀的实例如铁闸门、轮船船体、桥梁、铁制炊具等的腐蚀，探究其腐蚀的本质，探求改变腐蚀速率的方法，加深对电化学原理的理解，深刻认识绿色化学的重要性，培养社会责任感。
第一节原电池第1课时原电池的工作原理新课情境呈现某化学兴趣小组为了体验水果电池电流的存在进行了下列实验。
用橘子一个，铝片和锌片各一片，电灯泡一个，按图连接好。
在实验前，先用砂纸擦去金属表面的氧化膜，实验时保持两金属插在橘子上不能直接接触。
你知道在上述水果电池中，电流的强弱与两极的距离有什么关系吗？影响电流的因素还可能有哪些呢？电能是现代社会中应用最广泛，使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。
例如，日常生活中使用的手提电脑、手机、相机、摄像机……这一切都依赖于电池的应用。
第四章化学反应与电能第一节原电池一、原电池的工作原理1、原电池的构成条件（1）定义：能把化学能转化为电能的装置。
（2）实质：利用能自发进行的氧化还原反应将化学能转化为电能。
（3）构成条件：①两个活泼性不同的电极；②电解质溶液；③形成闭合回路；④自发进行的氧化还原反应。
2、实验4-1：锌铜原电池的工作原理注：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶（44被氧化，锌原子失去电子，形成2＋进入溶液，即Zn－2e－===Zn2＋；从锌片上释放出的电子，经过导线流向铜片。
（2）Cu-CuSO4半电池：CuSO4溶液中的Cu2＋从铜片上得到电子，还原为铜单质并沉积在铜片上，即Cu2＋＋2e－===Cu。
（3）盐桥的作用：电池工作时，盐桥中的Cl－会移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液，使两溶液均保持电中性。
当取出盐桥后，形成断路，反应停止。
3、原电池工作原理（1）原理图解（2）电极名称与反应类型：正极→还原反应；负极→氧化反应。
（3）电子流向：负极→正极。
（4）电流方向：正极→负极。
（5）离子流向：阳离子→正极；阴离子→负极。
4、原电池的应用（1）加快氧化还原反应的速率：构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快。
例如：在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu －Zn微小原电池，加快产生H2的速率。
（2）比较金属活动性强弱例如：有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。
由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：a>b。
（3）设计原电池例如：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2①化合价升高的物质负极：Cu②活泼性较弱的物质正极：C③化合价降低的物质电解质溶液：FeCl3示意图一、化学电源概述一次电池1、化学电源的分类（1）一次电池：也叫做干电池，放电后不可再充电。
（2）二次电池：又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生。
选修一化学第四章知识点总结化学选修一的第四章为“化学反应与电能”，这一章的知识对于我们理解化学能与电能之间的相互转化，以及在实际生活中的应用具有重要意义。
以下是对这一章知识点的详细总结。
一、原电池1、概念原电池是将化学能转化为电能的装置。
2、构成条件（1）两个活泼性不同的电极，其中一种电极能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。
（2）电解质溶液。
（3）形成闭合回路（导线连接或直接接触）。
3、工作原理以铜锌原电池为例，在稀硫酸溶液中，锌比铜活泼，锌失去电子被氧化成锌离子进入溶液，电子通过导线流向铜电极。
溶液中的氢离子在铜电极上得到电子被还原成氢气。
在这个过程中，电子的定向移动形成电流，从而实现了化学能向电能的转化。
4、电极名称（1）负极：发生氧化反应的电极，通常是较活泼的金属。
（2）正极：发生还原反应的电极，通常是较不活泼的金属或导电的非金属。
5、电极反应式的书写（1）负极：Zn 2e⁻＝ Zn²⁺（2）正极：2H⁺＋ 2e⁻＝ H₂↑6、原电池的应用（1）加快化学反应速率，例如在制取氢气时，粗锌比纯锌反应快。
（2）比较金属的活动性强弱。
（3）设计化学电源，如常见的干电池、蓄电池等。
二、化学电源1、一次电池（1）碱性锌锰干电池负极：Zn ＋ 2OH⁻ 2e⁻＝ ZnO ＋ H₂O正极：2MnO₂＋ 2H₂O ＋ 2e⁻＝ 2MnOOH ＋ 2OH⁻（2）银锌纽扣电池负极：Zn ＋ 2OH⁻ 2e⁻＝ ZnO ＋ H₂O正极：Ag₂O ＋ H₂O ＋ 2e⁻＝ 2Ag ＋ 2OH⁻2、二次电池（1）铅蓄电池放电时负极：Pb ＋ SO₄²⁻ 2e⁻＝ PbSO₄正极：PbO₂＋ 4H⁺＋ SO₄²⁻＋ 2e⁻＝ PbSO₄＋ 2H₂O 充电时阴极：PbSO₄＋ 2e⁻＝ Pb ＋ SO₄²⁻阳极：PbSO₄＋ 2H₂O 2e⁻＝ PbO₂＋ 4H⁺＋ SO₄²⁻（2）锂离子电池优点：质量轻、体积小、性能好、无污染等。
第四章化学反应与电能一、大单元思维知识整合第一节原电池原电池：1、概念：化学能转化为电能的装置叫做原电池2、组成条件：①两个活泼性不同的电极②电解质溶液③电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路3、电子流向：外电路：负极导线正极内电路：盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液，盐桥中阳离子移向正极的电解质溶液。
4、电极反应：以锌铜原电池为例：负极：氧化反应Zn－2e＝Zn2＋（较活泼金属）正极：还原反应：2H＋＋2e＝H2↑（较不活泼金属）总反应式：Zn+2H+=Zn2++H2↑5、正、负极的判断：（1）从电极材料：一般较活泼金属为负极；或金属为负极，非金属为正极。
（2）从电子的流动方向负极流入正极（3）从电流方向正极流入负极（4）根据电解质溶液内离子的移动方向阳离子流向正极，阴离子流向负极（5）根据实验现象①溶解的一极为负极②增重或有气泡一极为正极第二节化学电池1、电池的分类：化学电池、太阳能电池、原子能电池2、化学电池：借助于化学能直接转变为电能的装置3、化学电池的分类：一次电池、二次电池、燃料电池一、常见一次电池：碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等二、二次电池：1、二次电池：放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以多次重复使用，又叫充电电池或蓄电池。
2、电极反应：铅蓄电池3、目前已开发出新型蓄电池：银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池三、燃料电池1、燃料电池：是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池2、电极反应：一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同，可根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件。
负极发生氧化反应，正极发生还原反应，不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。
以氢氧燃料电池为例，铂为正、负极，介质分为酸性、碱性和中性。
当电解质溶液呈酸性时：负极：2H2－4e=4H+ 正极：O2＋4 e+4H+=2H2O当电解质溶液呈碱性时：负极： 2H2＋4OH－4e＝4H2O 正极：O2＋2H2O＋4 e＝4OH另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷燃料和氧气氧化剂。
第四章化学反应与电能学案第一节原电池.............................................................................................................. - 1 - 第二节电解池............................................................................................................ - 32 - 第三节金属的腐蚀与防护........................................................................................ - 62 -第一节原电池基础课时1原电池的工作原理学习任务1．以锌铜原电池为例，从宏观和微观的角度，分析理解原电池的工作原理，能正确判断原电池的正极和负极，会书写其电极反应式，培养学生宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想的化学核心素养。
2．认识化学能与电能的相互转化，建立对电化学过程的系统分析思路，提高学生对化学本质的认识。
一、原电池的工作原理1．原电池：利用氧化还原反应原理将化学能转化为电能的装置。
2．原电池的构成条件3．原电池工作原理(以锌铜原电池为例)装置现象锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出，电流表指针发生偏转电极名称Zn电极—负极Cu电极—正极得失电子失电子得电子电子流向流出流入反应类型氧化反应还原反应电极反应式Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu总反应式Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu[提示]盐桥的作用：利用溶液中离子的移动，使两个半电池中的溶液形成闭合回路。
若撤去盐桥，电流表的指针会不发生偏转。
为了避免锌片与Cu2＋直接接触发生反应而影响原电池的放电效率，有人设计了如下装置。
按要求完成以下填空：(1)此装置工作时，可以观察到的现象是___________________________________________________________________________________________，电池总反应式为_______________________________________________。
(2)以上电池中，锌和锌盐溶液组成____________，铜和铜盐溶液组成____________，中间通过盐桥连接起来。
(3)电池工作时，硫酸锌溶液中SO2－4向________移动，硫酸铜溶液中SO2－4向________移动。
(4)此盐桥内为饱和KCl溶液，盐桥是通过________移动来导电的。
在工作时，K＋移向________。
[解析]该装置为锌铜原电池，总反应式为Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋。
电池工作时，观察到①电流计指针发生偏转，②锌片不断溶解，③铜片上有红色物质析出。
其中Zn与ZnSO4溶液组成锌半电池，Cu与CuSO4溶液组成铜半电池。
电池工作时，ZnSO4溶液中SO2－4向负极(锌电极)移动，CuSO4溶液中SO2－4向盐桥移动，而盐桥中的K＋向正极区(CuSO4溶液)移动，Cl－向负极区(ZnSO4溶液)移动，这样靠离子的移动形成闭合回路。
[答案](1)电流表指针发生偏转，锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质析出Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu(2)锌半电池铜半电池(3)锌电极盐桥(4)离子正极区(CuSO4溶液)二、原电池工作原理的应用1．加快氧化还原反应的速率如：在锌与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液，能使产生H2的速率加快。
2．比较金属活动性强弱3．设计原电池实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：或下列有关电化学知识的描述正确的是()A．行人踩踏发电瓷砖(原理是利用行人踩踏地板产生的振动来发电)是将化学能转化为电能B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥可以装有含琼胶的KCl饱和溶液C．因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中，若能组成原电池，必是铁作负极、铜作正极D．理论上，任何能自发进行的且能放出能量的氧化还原反应都可设计成原电池D[行人踩踏地板产生的振动不属于化学能，A错误；在原电池的正极端氯离子和银离子反应，所以不可以用KCl饱和溶液制得的琼胶，B错误；Fe在浓硝酸中发生钝化，Cu能与浓硝酸反应，可组成原电池，但铁作正极、铜作负极，C 错误；原电池是将化学能转化为电能，需要自发进行的释放能量的氧化还原反应，D正确。
]学习任务1探究原电池的构成与工作原理1789年，意大利生理学家伽法尼在一次解剖青蛙时，把铜钩钩着的青蛙腿挂在阳台的铁栏杆上，偶然发现蛙腿每次接触铁栏杆就会抽搐一次。
经过研究，伽法尼认为这种肌肉收缩作用是“动物电”引起的。
伽法尼的同事——意大利物理学家伏打一开始相信这种解释，还亲自体验了这一过程。
他将放在舌尖上的锡箔与一枚银币接触，感觉到满口酸味。
由此他猜想：肌肉收缩不一定是由动物电引起的，很可能是受到了电刺激产生的。
为了证明自己的猜想，伏打在1792～1796年多次重复了伽法尼的实验，发现只要两种不同的金属接触，中间隔着湿的硬纸、皮革或其他海绵状物品，不管有没有接触蛙腿都会起电。
[问题1]阅读上述材料总结构成原电池的条件有哪些？[提示]具有活泼性不同的两个电极，两电极插入电解质溶液中，形成闭合回路，且两电极能自发地发生氧化还原反应。
[问题2]下列装置中，哪些能构成原电池？其他不能构成原电池的原因是什么？A BC D[提示]装置D能构成原电池；装置A不能构成原电池，原因是酒精为非电解质；装置B不能构成原电池，原因是没有形成闭合回路；装置C不能构成原电池，原因是两个金属电极的活泼性相同。
[问题3]铁制品和铜制品与蛙腿接触时，铁制品发生氧化反应还是还原反应？写出反应的电极反应式。
[提示]铁制品与蛙腿接触时发生氧化反应。
电极反应式为Fe－2e－=== Fe2＋。
[问题4]原电池工作时，电子和离子分别怎样移动？[提示]电子是从负极经过导线移向正极；在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。
原电池的工作原理(1)反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
(2)电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。
(3)离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
1．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼胶-KNO3的U形管)构成一个原电池。
以下有关该原电池的叙述正确的是()①在外电路中，电流由铜电极流向银电极②正极反应式为Ag＋＋e－===Ag ③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作④将铜片直接浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同A．①②B．②③C．②④D．③④C[铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线、盐桥构成一个原电池，Cu作负极，Ag作正极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋(负极)，2Ag＋＋2e－===2Ag(正极)，盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，电子是由负极流向正极，电流的方向和电子的流向相反。
因此①③错误，②④正确。
]2．如图是某同学设计的原电池装置，下列叙述正确的是()A．氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应B．电极Ⅱ上发生还原反应，作原电池的正极C．该原电池的总反应式为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋D．盐桥中装有含氯化钾的琼胶，K＋移向负极区C[A项，该原电池反应中氧化反应和还原反应在两个不同的烧杯中进行，因此氧化剂和还原剂没有直接接触，错误；B项，Cu电极为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，错误；D项，正极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，正电荷减小，K＋移向正极区补充正电荷，错误。
]构建原电池的思维模型学习任务2原电池电极反应式的书写2019年诺贝尔化学奖授予了三位在锂离子电池发展做出突出贡献的化学家。
由于金属锂的化学性质非常活泼，使得金属锂在加工、保存、使用等环节要求很高，所以锂电池长期没有得到广泛应用，随着电子技术的发展，在科学家的努力下锂离子电池进入了大规模的实用阶段。
某种锂电池的总反应方程式为Li＋MnO2=== LiMnO2。
[问题1]你能依据总反应方程式书写该电池的正极、负极电极反应式吗？[提示]负极反应式为Li－e－===Li＋，正极反应式为MnO2＋e－===MnO－2。
[问题2]有人用原电池原理除去银器皿表面的黑色硫化银，其处理方法：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，有臭鸡蛋气味的气体放出，银表面的黑色会褪去而银不会损失。
你能否依据信息材料书写其电池总反应式、电极反应式？[提示]要善于抓住题示信息。
“黑色褪去而银不会损失”，必然发生变化：Ag2S―→Ag，显然这是原电池的正极反应：3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－，负极反应应为活泼金属发生氧化反应：2Al－6e－===2Al3＋，正极生成的S2－和负极生成的Al3＋在溶液中都能水解且相互促进：2Al3＋＋3S2－＋6H2O===2Al(OH)3↓＋3H2S↑，有臭鸡蛋气味的硫化氢气体产生。
原电池的总反应为上述三个反应式的加合：3Ag2S＋2Al＋6H2O===6Ag＋2Al(OH)3↓＋3H2S↑。
1．一般电极反应式的书写方法(1)定电极，标得失。
按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。
(2)看环境，配守恒。
电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。
电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。
(3)两式加，验总式。
两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证。
2．已知总反应式，书写电极反应式(1)分析化合价，确定正极、负极的反应物与反应产物。
(2)在电极反应式的左边写出得失电子数，使得失电子守恒。
(3)根据质量守恒配平电极反应式。
(4)复杂电极反应式＝总反应式－简单的电极反应式。
1．设计原电池Zn＋2Fe3＋===Zn2＋＋2Fe2＋，在方框中画出能形成稳定电流的装置图(标出电极材料、电解质溶液)。
负极：________，电极反应：__________________________________________________________________________________________。
正极：________，电极反应：__________________________________________________________________________________________。
