人教版高中化学必修2二单元第二节化学能与电能_课件5

化学反应与能量原电池化学电源1．了解原电池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。2.了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。3.了解新型电池的电极反应及应用。近五年来，新课标地区对原电池工作原理考查18次、试题难度以中等难度为主稍有难度。预计2015年高考在题型上以传统题型为主，其中原电池的工作原理，电极及电池反应式的书写、原电池的有关计算都是命题的热点内容。一、原电池1．概念：把化学能转化为________的装置。2．工作原理：(以锌—铜电池为例)电极名称负极正极电极材料锌片铜片电极反应________________反应类型________反应________反应电子流向由______极沿导线方向流向______极电池反应方程式____________________3.原电池构成条件(1)两个活泼性不同的电极(常见为金属或石墨)。(2)将电极插入________溶液中。(3)两电极间构成闭合回路。(4)能自发进行的________反应。答案：1.电能2．Zn－2e－===Zn2＋Cu2＋＋2e－===Cu氧化还原ZnCuZn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu3．(2)电解质(4)氧化还原二、化学电源1．碱性锌锰干电池——一次电池负极反应：__________________________________；正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。2．二次电池(可充电电池)——铅蓄电池铅蓄电池是常见的二次电池，负极材料是________，正极材料是________。(1)放电时的反应①负极反应：________________________________；②正极反应：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO42－(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)；③电池总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)。(2)充电时的反应①阴极反应：________________________________；②阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO42－(aq)；③电池总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)。铅蓄电池总反应式：3．燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)放电充电2PbSO4(s)＋2H2O(l)。酸性碱性负极反应式2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极反应式______________O2＋2H2O＋4e－===4OH－电池总反应式2H2＋O2===2H2O答案：1.Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)22．PbPbO2(1)Pb(s)＋SO42－(aq)－2e－===PbSO4(s)(2)PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO42－(aq)3．O2＋4H＋＋4e－===2H2O通常的氧化还原反应为什么不能获得电流？提示：通常的氧化还原反应中，还原剂把电子直接转移给氧化剂，如Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu中，此反应中，Zn原子把电子直接给了在溶液中与之接触的Cu2＋，自身被氧化成Zn2＋进入溶液，而Cu2＋在锌片上直接得到电子被还原成Cu，得不到电流。1．下列装置可以形成原电池的是()解析：构成原电池需要具备下列三个条件：①活泼性不同的两个电极；②有电解质溶液；③组成闭合回路，故A、B符合条件。答案：AB2．某学生欲完成Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋反应，设计了下列四个实验，可行的是()解析：A、B、D三项中反应都不能自发进行，只有C正确可行。答案：C3．在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是()A．正极附近的SO42－离子浓度逐渐增大B．电子通过导线由铜片流向锌片C．正极有O2逸出D．铜片上有H2逸出解析：A项，正极的电极反应为2H＋＋2e－==H2↑，SO42－向负极移动，SO42－离子浓度并不增大；B项，电子应从锌片(负极)经导线流向铜片(正极)；C项正极上有H2逸出。答案：D4．铅蓄电池用途极广，可多次充、放电。在铅蓄电池中铅作为负极，二氧化铅作为正极，电解液为30%的H2SO4溶液。电池充、放电时的总反应可表示为：下列关于此电池的说法中，不正确的是()A．放电一段时间后，电解液的pH将增大B．放电时，铅电极上发生的电极反应为Pb＋SO42－→PbSO4＋2e－C．充电时，二氧化铅电极上发生氧化反应D．充电时，电解液中的阳离子向二氧化铅电极移动Pb＋PbO2＋2H2SO4放电充电2PbSO4＋2H2O解析：A是关于原电池的反应，其中电解液中的硫酸被消耗，故酸性减弱，pH将增大，正确；B是关于负极反应式的判断，判断的要点是：抓住总方程式中“放电”是原电池、“充电”是电解池的规律，再分析清楚价态的变化趋势，从而快速准确地判断，B是正确的；C是充电时的电解池反应，二氧化铅作为阳极，其上必发生氧化反应，正确；D是充电时的电解池反应，阳离子应向阴极移动即向铅电极移动，错误。答案：D5．下列装置可以形成原电池的是________，并写出形成原电池的电极材料及电极反应：正极：________________、________________；负极：________________、________________；电解质溶液中的阴离子向________极移动，阳离子向________极移动，形成电流。解析：Ag2Ag＋＋2e－===2AgCuCu－2e－===Cu2＋负正答案：B原电池正负极的判断与电极反应式的书写1．正负极判断判断依据负极正极电极材料活泼性较强的金属活泼性较弱的金属或能导电的非金属电子流动方向电子流出极电子流入极电解质溶液中离子定向移动方向阴离子移向的极阳离子移向的极发生的反应氧化反应还原反应反应现象溶解的极增重或有气泡放出的极2.电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写列物质标得失——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看环境配守恒——电极产物在电解质溶液的环境中，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。电极反应式要遵守电荷守恒和质量守恒、电子守恒等加以配平两式加验总式——两电极反应式相加，与总反应对照验证(2)复杂电极反应式的书写如CH4酸性燃料电池中，负极反应式为：CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式复杂电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式(1)负极本身不一定都参加反应，如燃料电池中，作为负极的材料本身并不参加反应。(2)不注意电解质溶液的成分，容易误写电极反应式，如Al做负极，在酸性溶液中生成Al3＋，在碱性溶液中生成AlO2－，在中性或弱碱性溶液中，生成Al(OH)3。(3)电子从负极经外电路流向正极，但电子不能通过电解液，是通过阴阳离子的移动形式闭合回路。(4)用总电极反应减去一极的电极反应时，须在两式电子转移数相等的前提下进行。[例1](2013·新课标Ⅱ，11)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误．．的是()A．电池反应中有NaCl生成B．电池的总反应是金属钠还原三价铝原子C．正极反应为：NiCl2＋2e－＝Ni＋2Cl－D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动对新型电池首先要明确两电极，以及确定两极反应，然后再分析各选项内容。[解析]本题考查了原电池原理、电极反应式的书写。在负极Na失电子生成Na＋，而正极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－，故有NaCl生成，A项正确；该电池的总反应：2Na＋NiCl2===Ni＋2NaCl，B项错误；原电池的负极发生氧化反应，Na为负极，NiCl2发生还原反应，为正极反应：NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－，C项正确；根据题给信息可知，原电池的内电路导电的是Na＋，D项正确。[答案]B原电池正负极判断的注意点①原电池正、负极的判断基础是自发进行的氧化还原反应，如果给出一个化学反应方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断，发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。②判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如：a.Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；b.Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。生物燃料电池(BFC)是以有机物为燃料，直接或间接利用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化效率高，是一种真正意义上的绿色电池，其工作原理如图所示。已知C1极的电极反应式为：C2H5OH＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋。下列有关说法不正确的是()A．C1极为电池负极，C2极为电池正极B．电子由C2极经外电路导线流向C1极C．C2极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2OD．该生物燃料电池的总反应式为：C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O解析：燃料电池中，通入燃料的一极为负极，发生氧化反应，通入氧气的一极为正极，发生还原反应，A、C项正确；电子由负极经外电路流向正极，B项错误。答案：B原电池原理的应用1．比较不同金属的活动性强弱根据原电池原理可知，在原电池反应过程中，一般活动性强的金属作负极，而活动性弱的金属(或碳棒)作正极。若有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入稀硫酸中，一段时间后，若观察到A极溶解，而B极上有气体放出，则说明在原电池工作过程中，A被氧化成阳离子而失去电子作负极，B作正极，则可以断定金属A的金属活动性比B的强。2．加快化学反应速率由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生，因而反应速率加快。如Zn与稀H2SO4反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu—Zn原电池，加快反应进行。3．设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的四个条件。具体方法是：(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应；(2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料(负极就是失电子的物质，正极用比负极活泼性差的金属即可，也可以用石墨)及电解质溶液。①电解质溶液的选择电解质是使负极放电的物质。因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。②电极材料的选择在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极，并且，原电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料(也可以是还原性较强的非金属材料如H2、CH4等)。(3)按要求画出原电池装置图。如根据以下反应设计的原电池：原理装置图化学反应：CuCl2＋Fe===FeCl2＋Cu电极反应：负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：Cu2＋＋2e－===Cu(1)能设计成原电池的反应一定是放热的氧化还原反应，吸热反应不可能将化学能转化为电能。(2)利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。(3)设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以。[例2]原电池原理广泛应用于科技、生产和生活中，请回答以下问题：(1)肼(N2