2016新课标三维人教化学必修2 第二节化学能与电能

版权所有:中国好课堂第二节化学能与电能——————————————————————————————————————[课标要求]1．了解化学能与电能的转化关系。2．初步了解原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。1．构成原电池的条件(1)具有活泼性不同的两个电极；(2)两电极必须插入电解质溶液中；(3)形成闭合回路；(4)能自发地发生氧化还原反应。2．原电池工作原理口诀：原电池分为两极；负极氧化正还原；电子由负流向正；离子阳正阴向负。3．原电池正、负极的判断方法：首先准确判断元素化合价的变化，然后根据原电池工作原理判断。化合价升高―→失去电子―→发生氧化反应―→负极；化合价降低―→得到电子―→发生还原反应―→正极。化学能转化为电能1．一次能源和二次能源2.化学能间接转化为电能——火力发电过程化石燃料燃烧→加热水蒸气→推动蒸汽机→带动发电机能量转换化学能→热能→机械能→电能版权所有:中国好课堂关键化石燃料的燃烧(氧化还原反应)3．化学能直接转化为电能——原电池(1)实验探究实验装置实验现象结论铜片：有气泡产生锌片：溶解电流表：指针偏转有电流产生，装置中化学能转化为电能(2)概念：把化学能转变为电能的装置。(3)工作原理负极电极材料：Zn电极反应：Zn失去电子，发生氧化反应电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋正极电极材料：Cu电极反应：得到电子，发生还原反应电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑电池反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑(4)电子的流向：电子由负极经导线流向正极。(5)反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。[特别提醒]原电池工作时电子的流向与电流的方向相反，即电子由负极流向正极，而电流是由正极流向负极。1．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？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；装置版权所有:中国好课堂不能构成原电池，原因是没有形成闭合回路；装置C不能构成原电池，原因是两个电极的金属活泼性相同。2．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。1．构成原电池的条件(1)具有活泼性不同的两个电极；(2)两电极插入电解质溶液中；(3)形成闭合回路；(4)能自发地发生放热的氧化还原反应。2．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。3．原电池正、负极的判断版权所有:中国好课堂．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，电极本身被氧化：a．若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可直接写为金属阳离子，如：Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋。b．若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应式为两反应合并后的反应式。如Mg­Al(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负极本身不反应时，常见书写方法为：氢氧(酸性)燃料电池，负极反应式为H2－2e－===2H＋。氢氧(碱性)燃料电池，负极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。(2)正极反应式的书写①首先根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒；②其次确定该微粒得电子后变成哪种形式。如氢氧(酸性)燃料电池，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。氢氧(碱性)燃料电池，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。铅蓄电池正极反应式：版权所有:中国好课堂＋2e－＋4H＋＋SO2－4===PbSO4＋2H2O。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)原电池是一种电能转化为化学能的装置(×)(2)负极失去电子发生氧化反应(√)(3)正极是电子流出极(×)(4)用导线连接的铜片和锌片插入到稀H2SO4中，锌片上有大量气泡产生(×)2．(1)下列装置属于原电池的是________。(2)在选出的原电池中，________是负极，发生________反应，________是正极，该极的现象是________________________________________________________________________；(3)此原电池反应的化学方程式为___________________________________________。解析：(1)依据构成原电池的条件判断，只有⑤符合。(2)在装置⑤中，较为活泼的金属铁作负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋；不活泼的金属铜作正极，正极上发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，所以看到的现象是正极产生气泡。(3)由上述分析，可确定此原电池的电池总反应是Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑。答案：(1)⑤(2)Fe氧化Cu电极上产生气泡(3)Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑原电池原理的应用1．加快氧化还原反应的速率(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中粒子运动相互间的干扰减小，使反应速率增大。(2)应用：实验室用Zn和稀H2SO4(或稀盐酸)反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。版权所有:中国好课堂．比较金属的活动性强弱(1)原理：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。(2)应用：有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性AB。3．设计原电池(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。(2)实例：以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例装置材料选择电极反应负极：Fe正极：Cu或C等(活泼性比Fe差的金属或导电的石墨棒均可)电解质溶液：CuSO4溶液负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：Cu2＋＋2e－===Cu1．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减小，b极质量增大b极有气体产生，c极无变化d极溶解，c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()A．abcdB．bcdaC．dabcD．abdc解析：选C装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属失电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三形成原电池，易知d比c活泼；装置四中，电流从a极流向d极，则电子是从d极流向a极，知d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为dabc。2．铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：版权所有:中国好课堂。(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应：__________________________________________________________；负极反应：______________________________________________________。解析：负极发生氧化反应，反应式为Cu－2e－===Cu2＋，正极发生还原反应，反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。负极：Cu；正极：C或铂；电解质溶液：FeCl3溶液。答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋(2)装置图正极反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋负极反应：Cu－2e－===Cu2＋发展中的化学电源1．干电池(1)锌锰电池(2)碱性锌锰电池将锌锰干电池中的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上作了改进。2．充电电池充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。(1)铅蓄电池版权所有:中国好课堂(2)镍镉电池正极材料为NiO(OH)，负极材料为Cd，电解质为KOH。(3)锂离子电池新一代可充电的绿色电池，低功耗电器的主流电源。3．燃料电池(1)原理利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂反应所放出的化学能直接转化为电能。(2)与其他电池的区别反应物由外设装备提供，如燃料和氧化剂等。1．相对于普通锌锰电池来讲，碱性锌锰电池有什么优点？提示：碱性锌锰电池是将普通锌锰电池中的NH4Cl换成湿的KOH，这样可延长电池的寿命和提高其性能。2．写出氢氧燃料电池反应的化学方程式，由此分析两极反应物分别是什么？提示：在2H2＋O2===2H2O反应中，化合价变化H2→H2O，氢由0→＋1，O2→H2O，氧由0→－2，H2发生氧化反应，O2发生还原反应，H2为负极反应物，O2为正极反应物。1．废旧电池中的镉、镍、汞、铅等重金属阳离子会对土壤和水造成污染，因此，要回收处理。2．二次电池可循环使用，但充、放电次数仍有限制，有一定的使用寿命。3．燃料电池的燃料可随时添加，电池可持续放电，这是其他电池无法比拟的。4．氢氧燃料电池：酸性电池碱性电池负极2H2－4e－===4H＋2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极O2＋4H＋＋4e－===2H2OO2＋4e－＋2H2O===4OH－电池总反应2H2＋O2===2H2O版权所有:中国好课堂．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)手机上用的锂离子电池属于二次电池(√)(2)锌锰干电池中，锌电极是正极(×)(3)甲烷燃料电池中通入甲烷的一极为负极，发生还原反应(×)(4)废旧电池需回收集中处理的原因是为了利用电池外壳的金属材料(×)2．人造卫星常用到的一种高能电池——银锌蓄电池，它在放电时的电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2OAg2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，据此判断氧化银是()A．负极，被氧化B．正极，被还原C．负极，被还原D．正极，被氧化解析：选B由电极反应式可知，Ag2O得电子，发生还原反应，做原电池的正极。[三级训练·节节过关]1．如下图所示装置，能够组成原电池的是()解析：选CA项，两电极材料相同，且不能发生氧化还原反应，不能组成原电池，错误；B项，两电极材料相同，不能组成原电池，错误；C项，装置为原电池，Zn为负极，Cu为正极，发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，正确；D项，乙醇溶液不是电解质溶液，不能组成原电池，错误。2．下列有关电池的说法正确的是()A．铅蓄电池不属于二次电池B．原电池工作时一定有氧化还原反应发生C．废旧电池可埋入土壤，作为肥料D．氢氧燃料电池，通入氢气的电极为电池的正极解析：选B铅蓄电池属于二次电池；原电池工作时一定有电子转移，一定有氧化还原反应发生；废旧电池中含重金属，埋入土壤，会污染环境；氢氧燃料电池中通入H2的电极为负极，通入O2的一极为正极。3.如图装置所示，铜片上发生的反应为()A．Zn2＋＋2e－===Zn版权所有:中国好课堂．2H＋＋2e－===H2↑C．Zn－2e－===Zn2＋D．Cu2＋＋2e－===Cu解析：选B根据图示可知，该装置为原电池，由于还原性ZnCu，所以Zn