第二节化学能与电能.

成才之路·化学路漫漫其修远兮吾将上下而求索人教版·必修②化学反应与能量第二章第二节化学能与电能第二章新知识·预习探究2新思维·名师讲堂3新考题·随堂自测4新视点·专家博客6新提升·达标作业5新情境·激趣入题1新情境·激趣入题从前在伦敦上流社会，有一位贵族夫人格林太太，幼年时因蛀牙补过一颗不锈钢的假牙。不料后来，她又因为车祸掉了一颗牙，为了显示她的富有，她装了一颗黄金假牙。自此以后，她就经常出现头痛、失眠、心情烦躁等症状。更奇怪的是，众多的医学专家为她检查后，都找不到病因，这位夫人整日感到精神萎靡，找遍各大医院会诊也不见效果。格林太太的病因到底是什么呢？原来这种病态与车祸有关：“车祸—假牙—病症”。两颗假牙为活泼性不同的金属，与唾液中的电解质接触，会产生电流从而刺激神经使格林太太头痛。那么，为何会产生电流呢？新知识·预习探究●学习目标1．了解化学能与电能的转化关系。2．初步了解化学电池的工作原理及应用。3．了解研制新型电池的重要性。4．会书写简单的电极反应式。●新知预习1．电能：电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染________的一种________能源，又称电力。2．一次能源：直接从________取得的能源称为一次能源。二次能源：一次能源经过________、________得到的能源称为二次能源。3．原电池是指________能转变为__________的装置。最小二次自然界加工转换化学电能4．构成原电池的条件：(1)必须有一个自发的__________________。(2)有两个电极，电极材料由________________________或由金属和其他导电的材料组成。(3)两电极必须________适当的电解质溶液中，两电极之间用_______连接或直接接触而形成闭合回路。5．在原电池中，还原性较强的物质作为________，向外电路提供电子，发生________反应；氧化性较强的物质作为________，从外电路________电子，发生________反应。氧化还原反应两种活泼性不同的金属浸在导线负极氧化正极得到还原6．普通锌锰干电池电池组成为：____________做负极；位于中央的顶盖有铜帽的____________做正极；石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，同时填有MnO2黑色粉末作电极剂，负极电极反应____________________________。7．铅酸可充电电池(1)电池组成为：____________作负极；____________作正极；浓硫酸作电解质溶液。(2)电极反应(放电)负极：______________________；正极：______________________________________；电池总反应为__________________________________________。锌片碳棒Zn===Zn2＋＋2e－PbPbO2Pb＋SO2－4===PbSO4＋2e－PbO2＋4H＋＋SO2－4＋2e－===PbSO4＋2H2OPb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O8．氢氧燃料电池(1)氢氧燃料电池是以__________________为燃料，____________为氧化剂，铂作电极。(2)电极反应①碱式氢氧燃料电池：以KOH溶液为电解质；负极：____________________________________；正极：____________________________________；②酸式氢氧燃料电池：以H2SO4溶液为电解质；负极：____________________________________；正极：____________________________________。(3)以上两种氢氧燃料电池总反应都是：_____________。氢气氧气2H2＋4OH－===4H2O＋4e－O2＋2H2O＋4e－===4OH－2H2===4H＋＋4e－O2＋4H＋＋4e－===2H2O2H2＋O2===2H2O●自主探究1．怎样判断一个装置是否是原电池？提示：①有电解质溶液。②两个电极，一个相对较活泼，一个不活泼。可同为金属，也可一种是金属另一种是非金属。③能自发地发生氧化还原反应。④形成闭合回路。2．怎样判断一个原电池的正负极？怎样书写电极式？提示：①两极更易失电子一极为负极，另一极便为正极。②书写方法原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应，书写电极反应的方法归纳如下：(1)写出总化学反应方程式；(2)根据总化学反应方程式，按照电子得失情况，分成氧化反应和还原反应；(3)氧化反应在负极发生，还原反应在正极发生，注意介质参与的反应；总的化学反应式是正负电极反应相加的结果，反过来也可以相减，得电极反应，电极反应也遵守质量守恒，电荷守恒及正、负极得失电子数相等的规律。新思维·名师讲堂●教材点拨1．电能使用电器都需要电能。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。温馨提示：一次能源和二次能源。直接从自然界取得的能源称为一次能源，如流水、风力、原煤、石油、天然气等。一次能源经过加工，转换得到的能源称为二次能源，如电力、蒸汽等。化学能与电能的转化2．火力发电火电(火力发电)是通过化石燃料(如煤、石油、天然气)燃烧，使化学能转变为热能，加热水使之汽化为蒸汽，以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。燃煤发电是从煤中的化学能开始的一系列能量转换过程，该过程可表示为：化学能――→燃烧热能――→蒸汽机械能――→发电机电能其中，燃烧(氧化还原反应)是使化学能转换为电能的关键。氧化还原反应的本质是氧化剂与还原剂之间发生电子转移的过程，电子转移引起化学键的重新组合，同时伴随着体系能量的变化。温馨提示：火力发电存在的弊端：煤是不可再生资源；能量经多次转化，利用率降低；煤燃烧产生的有害物质污染环境。3．化学电池——原电池(1)定义：将化学能转化为电能的装置。(2)实验装置(3)实验步骤：将锌片和铜片用导线连接(导线中间接入一个电流表)，平行插入盛有稀硫酸的烧杯中(如上图所示)，观察现象。(4)实验现象：现象铜片铜片上有气泡产生锌片锌片逐渐溶解，不产生气泡电流表电流表指针发生偏转(5)实验结论：由于锌和铜的活动性不同，锌容易失去电子，被氧化成Zn2＋进入溶液，电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中的H＋从铜片获得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。这一变化过程可以表示如下：锌片：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)铜片：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)总的反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑(6)原电池工作原理：原电池在工作时负极失去电子，电子通过导线流向正极，溶液中氧化性物质得到电子，发生还原反应，这样，氧化反应和还原反应不断发生，负极不断地失去电子，失去的电子不断地通过导线流向正极，被氧化性物质得到，这样闭合回路中不断有电子产生，也就形成了电流，于是，化学能就转变为电能。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。温馨提示：(1)铜锌原电池的工作原理：负极：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)；正极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)；锌失去的电子通过外电路流向铜片，H＋在铜片上得到电子，从而形成电流。记忆口诀：铜锌金属插硫酸，电流针动一线牵，负极氧化锌腐蚀，正极铜板氢还原。(2)原电池构成条件：①活泼性不同的两个电极；②两电极必须插在电解质溶液中；③形成闭合回路；④能自发地进行氧化还原反应。(3)电子流向：负极――→沿导线正极。(4)实质：能自发进行氧化还原反应、化学能――→化学电源氧化还原反应电能。(5)原电池是指产生的电流大，可以对外做功的装置，若产生的电流极其微弱，不能对外做功，这样的原电池无法被利用。(6)水果电池实验探究①实验用品：镁条、铜片、铁片、导线、金属夹，手电筒用发光二极管、果汁(橙汁、苹果汁、柠檬汁等)、500mL烧杯。②实验方案：a.Cu－Mg原电池，电解质溶液为橙汁；b.Cu－Fe原电池，电解质溶液为苹果汁；c.Fe－Mg原电池，电解质溶液为柠檬汁。③实验操作：用导线分别将三种方案中的金属片连接到金属夹上，分别将各组金属片插入到盛有果汁的三个500mL的烧杯中，用发光二极管两端分别接触三种方案中金属活泼性不同的金属夹。④实验现象：三种方案中二极管均发光。⑤实验结论：原电池把化学能转变为电能。(2015·四川省大竹县文星中学高一4月月考)在如图所示的8个装置中，属于原电池的是()A．①④B．③④⑤C．④⑧D．②④⑥⑦●典例透析【解析】①不存在两个电极，不是原电池；②满足原电池的构成条件，是原电池；③两个电极相同，不是原电池；④满足原电池的构成条件，是原电池；⑤酒精是非电解质，不是原电池；⑥满足原电池的构成条件，是原电池；⑦满足原电子池的构成条件，是原电池；⑧未构成回路，不是原电池。【答案】D(2015·湖北处武汉市部分重点中学高一下学期期中)如图所示是Zn和Cu形成的原电池，其实验兴趣小组做完实验后，在读书卡上的记录如下，则卡片上的描述合理的是()A．①②③B．②④C．④⑤⑥D．③④⑤【答案】B【解析】在该原电池中，锌较活泼做负极，铜为正极，①错；H＋在铜上反应生成H2，故铜上有气泡产生，②对；原电池中阴离子向负极移动，故SO2－4向锌移动，③错；根据反应2H＋＋2e－===H2↑，转移0.5mol电子时生成0.25mol的气体，④对；电子由负极流向正极，故电子从锌经过导线流向铜，⑤错；正极反应是：2H＋＋2e－===H2↑，⑥错。选B。●教材点拨1．原电池的判定(1)先分析有无外接电源，无外接电源的可能为原电池。(2)依据原电池的形成条件，主要“四看”：看电极——两极为导体，且存在活动性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极)；看溶液——两极插入电解质溶液中；看回路——形成闭合回路；看本质——有无氧化还原反应发生。原电池以及原电池正、负极的判断2．原电池正负极的判断方法(1)根据组成原电池的两极材料判断一般是活动性较强的金属为负极；活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(2)根据原电池两极发生的变化来判断原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。(3)根据电流方向或电子流动方向判断电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。(4)根据原电池中电解质溶液内离子的定向移动方向判断在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。(5)根据现象判断溶解的一极为负极，增重或有气泡放出的一极为正极。温馨提示：利用金属的活泼性判断原电池的正负极的注意事项一般是较活泼金属作负极，较不活泼金属作正极，但也要注意电解质溶液的性质。①镁铝用导线连接插入稀硫酸中，镁作负极，铝作正极；若电解质是氢氧化钠，则镁作正极，铝作负极。②铜铝用导线连接插入稀硫酸中，铝作负极，铜作正极；若插入浓硝酸中，铝作正极，铜作负极。3．电极反应式的书写(1)负极反应式的书写①活泼金属作负极时，本身被氧化：若生成的阳离子不与电解质溶液反应，可直接写成产物为金属阳离子，如Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋。若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，应写成“金属失电子的反应式”与“阳离子与电解质溶液反应的反应式”相叠加的形式。如：Mg－Al(KOH)原电池，负极反应式为：Al－3e－＋4OH－===AlO－2＋2H2O；铅蓄电池负极反应式：Pb－2e－＋SO2－4===PbSO4。②负极材料本身不反应时，常见书写方法为：H2－O2(H2SO4)燃料电池，负极反应式为：H2－2e－===2H＋H2－O2(KOH)燃料电池，负极反应式为：H2－2e－＋2OH－===2H2O(2)正极反应式的书写首先根据化合价变化或氧化性强弱判断哪种微粒得电子。其次确定该微粒得电子后变成哪种形式。如H2－O2(H2SO4)原电池，正极反