2017-2018学年高一化学人教版必修二教学案：第二章-第二节-化学能与电能-Word版含答案

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．了解化学电池的反应基础(氧化还原反应)及研制新型电池的重要性。1．一次能源与二次能源能源类别概念举例一次能源直接从自然界中取得的能源流水，风力，煤，石油，天然气等二次能源一次能源经加工、转换得到的能源电力，蒸汽等2.燃煤发电的能源转化(1)过程：化学能――→燃烧热能――→蒸汽机械能――→发电机电能。(2)燃烧(氧化还原反应)是使化学能转化为电能的关键。3.原电池(1)定义：把化学能直接转化为电能的装置。(2)构成条件：具有活泼性不同的两个电极；具有电解质溶液；电极间构成闭合回路。(3)反应本质：化学电池的反应本质是自发进行的氧化还原反应。(4)电极负极：失电子，发生氧化反应的电极；正极：得电子，发生还原反应的电极。(5)电极方程式：表示正、负极发生反应的方程式。4．锌锰干电池(一次电池)(1)普通锌锰电池。负极材料是：锌；正极材料是：碳；电解质是NH4Cl。(2)碱性锌锰干电池。负极材料是：Zn；正极材料是：MnO2；电解质是：KOH。改进后碱性锌锰电池的优点：电量大，电流稳定。5．充电电池(二次电池)充电电池又称二次电池，在放电时的氧化还原反应，在充电时可逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。从而实现化学能转化为电能(放电)，再由电能转化为化学能(充电)的循环。6．燃料电池将燃料和氧化剂(如O2)反应放出的化学能直接转化为电能的装置。(1)原理：利用原电池的工作原理将燃料和氧气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：反应物不储存在电池内部而是由外设装备提供燃料和氧化剂。[新知探究]实验探究：原电池原理实验顺序实验现象结论或解释1.Zn、Cu分别插入稀H2SO4溶液锌片表面有气泡产生，锌片逐渐溶解，铜片表面无现象锌与稀H2SO4反应，铜片不反应2.Zn、Cu导线连接后再接电流表，插入稀H2SO4锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡产生，电流计指针发生偏转锌失去的电子经导线流向铜片，溶液中的H＋在铜片表面获得电子生成H2，线路中有电流产生[问题讨论]1．在原电池中氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，使其间电子发生转移，在闭合回路下形成电流。2.(1)Zn片：电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，发生氧化反应，失电子，负极；Cu片：电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，发生还原反应，得电子，正极。总的离子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。(2)溶液中的离子移动方向：阴离子移向负极；阳离子移向正极。(3)电流的方向：外电路Cu→Zn；内电路Zn→Cu。3．在铜、锌和稀硫酸构成的原电池中，溶液的pH如何变化？浓度呢？提示：pH升高，因为H＋参与反应；的浓度不变，因为不参与反应。4．是不是所有的反应都能设计成原电池？提示：不是，只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池[名师点拨]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：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。[对点演练]1．判断正误。(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稀H2SO4中，锌片上有大量气泡产生。()(5)在铜­锌­稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌。()(6)原电池中阳离子向正极移动。()答案：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)√[新知探究]完成以下探究活动，探讨形成原电池需要哪些条件：(1)两个锌片用导线连接好，然后插入稀硫酸中，观察电流表没有(填“有”或“没有”，下同)电流通过。(2)把铜片和锌片用导线连接好，然后插入酒精中，观察电流表没有电流通过。(3)把铜片和锌片用导线连接好，然后分别插入两个小烧杯的硫酸溶液中，观察电流表没有电流通过。(4)把铜片和碳棒用导线连接好，然后插入硫酸溶液中，观察电流表没有电流通过。(5)综合以上实验探究活动，形成原电池需要的条件有：①有自发进行的氧化还原反应。②两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属单质，如石墨)做电极。③有电解质溶液。④形成闭合回路。[名师点拨](1)自发进行的氧化还原反应，理论上可组成原电池。(2)形成闭合回路的方式有多种，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极接触。如图：[对点演练]2．如图所示的装置，能够组成原电池产生电流的是_____________。解析：A项中两个电极相同；B项中蔗糖是非电解质；C、D项没有形成闭合回路；故A、B、C、D都不符合原电池的构成条件，不能产生电流。答案：E、F[新知探究]以锌铜原电池为例，分析原电池正、负极的判断方法。[名师点拨](1)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数，遵循电子守恒。(2)原电池正负极的判断不仅要看两极活动性的相对强弱，还要看电解质溶液的种类。例如：Mg、Al为电极，若以H2SO4溶液为电解质溶液，则Mg为负极；若以NaOH溶液为电解质溶液，则Al为负极。[对点演练]3．已知空气­锌电池的电极反应式为锌片：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，碳棒：12O2＋H2O＋2e－===2OH－。据此判断，锌片为()A．正极，被还原B．正极，被氧化C．负极，被还原D．负极，被氧化解析：选D由电极反应式可知：Zn失去电子，化合价升高，被氧化，为原电池的负极。[新知探究]把反应：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计成原电池，画出装置图，并写出电极反应式。提示：装置图如图所示正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋负极：Cu－2e－===Cu2＋。[名师点拨]原电池原理的应用1．比较金属的活动性强弱(1)原理：一般原电池中活动性较强的金属作负极，活动性较弱的金属作正极。(2)应用：A、B两种金属用导线连接后插入稀H2SO4中，若A极溶解，B极上冒气泡，则活动性AB。2．加快化学反应的进行(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的粒子运动时相互间的干扰小，使化学反应加快。(2)应用：实验室中用Zn和稀H2SO4制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液，原因是Zn与置换出的Cu构成原电池，加快了反应的进行。3．原电池的设计以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑为例说明。[对点演练]4．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。5．某原电池的总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，则该反应的原电池组成正确的是()选项ABCD正极ZnCuAgCu负极CuZnCuFe电解质溶液CuCl2CuSO4H2SO4ZnCl2解析：选B根据原电池中发生的化学反应，负极反应为：Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为：Cu2＋＋2e－===Cu。故选项B符合题意。[新知探究]1．干电池(一次电池)放电之后不能再充电继续使用。电池类型负极材料正极材料电解质锌锰电池锌筒碳棒NH4Cl碱性锌锰电池锌筒碳棒KOH锌锰电池的负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。2．充电电池(二次电池)电池类型负极材料正极材料电解质铅蓄电池PbPbO2H2SO4镍镉电池CdNiO(OH)KOH锂离子电池Li铅蓄电池的负极反应式为Pb－2e－＋===PbSO4↓。3．燃料电池电池类型负极反应式正极反应式电池总反应式氢氧燃料电池(H2SO4为电解质)2H2－4e－===4H＋O2＋4H＋＋4e－===2H2O2H2＋O2===2H2O氢氧燃料电池(KOH为电解质)2H2＋4OH－－4e－===4H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－[名师点拨]化学电池的基本类型(1)活泼金属作负极，被腐蚀或消耗，发生氧化反应，如锌锰干电池。(2)两电极都参加反应，如铅蓄电池。(3)两电极均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如燃料电池。[对点演练]6．电池是人类生产和生活中的重要能量来源。各式各样电池的发明是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙述正确的是()A．锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细B．氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能C．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化D．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅解析：选C锌锰干电池中，碳棒作正极，电极本身不参加任何反应，故不会变细，A选项错误；燃料电池是将化学能直接转化为电能，B选项错误；氢氧燃料电池中的总反应为2H2＋O2===2H2O，H2在负极被氧化；C选项正确；太阳能电池的主要材料是半导体硅而不是SiO2，D选项错误。1．[双选]关于用水制取二次能源氢气，以下研究方向不正确的是()A．构成水的氢和氧都是可以燃烧的物质，因此可以研究在水不分解的情况下，使氢气成为二次能源B．设法将太阳光聚焦，产生高温，使水分解产生氢气C．寻找高效催化剂，使水分解产生氢气，同时释放出能量D．寻找特殊化学物质，用以开发廉价能源，以分解水制取氢气解析：选A、CA中的错误有两个：一是构成水分子中的氢不可燃(因为氢为＋1价，不能再被氧化)，氧也不可燃；二是水不分解时，水若为能源应是一次能源；C中水分解是吸热反应，因此不能释放能量。2．如图是某同学做完Zn­Cu原电池实验后所做的读书卡片记录，其中描述合理的组合是()实验后的记录：①Zn为正极，Cu为负极②H＋向负极移动③电子流动方向Zn→Cu④Cu极上有H2产生⑤若有1mol电子流过导线，则产生H2为0.5mol⑥正极的电极反应式为：Zn－2e－===Zn2＋A．①②③B．②③④C．③④⑤D．④⑤⑥解析：选C在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，铜作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu片。负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故每转移1mol电子时，产生0.5molH2。在溶液中，H＋向正极移动，SO2－4向负极移动，故③④⑤正确。3．下列图示的装置不能构成原电池的是()解析：选CC选项中两种金属都不能和稀H2SO4发生自发的氧化还原反应，故C选项中装置不能构成原电池。4．(2016·山东莱芜高一检测)X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y为原电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为()A．XYZB．XZYC．YXZD．YZX解析：选CX浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，说明活泼性X＞Z；X与Y组成原电池时，Y为电池的负极，说明活泼性Y＞X。故三种金属的活动性顺序为Y＞X＞Z。5．下列有关电池的说法不正确的是()A．手机上用的锂离子电池属于二次电池B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌锰干电池中，锌电极是负极解析：选B电池中电子由负极流向正极，B项应从Zn电极流向Cu电极。6．(2016·兰州高一检测)(1)把一块纯净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里，可观察到锌片上有气泡，再平行插入一块铜片，可观察到铜片上________(填“有”或“没有”)气泡产生，再用导线把锌片和铜片连接起来，组成一个原电池，负极为________，正极的电极反应式为____________。(2)如果烧杯中最初装入的是500mL2mol/L的稀硫酸，构成铜锌原电池(假设产生的气体没有损失)，当在标准状况下