2020版高中化学 第二章 化学反应与能量 第二节 化学能与电能课件 新人教版必修2

第二节化学能与电能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。知识点一原电池一、一次能源和二次能源二、化学能转化为电能1．燃煤发电的能量转化化学能――→燃烧――→蒸汽―――→发电机电能转化过程的关键是燃烧，燃烧一定是氧化还原反应(本质是)。热能机械能电子的转移2．原电池(1)实验探究。装置实验现象实验结论①铜片上_______铜与稀硫酸_______②锌片上_______锌与稀硫酸_____③铜片上_______，锌片____，电流表指针_____该装置将_______转化为_____无气泡不反应有气泡反应有气泡溶解偏转化学能电能(2)原电池。①定义：将化学能转变为的装置。②工作原理(以铜­锌­稀硫酸原电池为例)：电极材料电极名称电子转移电极反应式反应类型锌负极__________________________________铜正极________________________还原反应总电极离子反应式________________________失电子Zn－2e－===Zn2＋氧化反应得电子2H＋＋2e－===H2↑Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑电能③构成条件——“两极一液一线一反应”a．两极——两种不同的金属(或一种为能导电的非金属)。b．一液——溶液。c．一线——形成。d．一反应——能自发进行的氧化还原反应。活泼性电解质闭合回路[微练习]1．辨析下列说法的正误：(1)中和反应都是放热反应，都可设计成原电池。()(2)将锌片、铜片用导线连接，同时插入酒精中，有电流产生。()(3)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。()(4)原电池的正极材料得到电子发生还原反应。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×2．下列叙述不正确的是()A．氢气为一次能源B．电能应用广泛、使用方便、污染小，是二次能源C．原电池反应一定为氧化还原反应D．在火力发电时，化学能转化为热能的过程实际上是氧化还原反应发生的过程，伴随着能量的变化解析：自然界不存在H2，只能通过其他反应生成，故H2是二次能源。答案：A3.如图为铜锌原电池示意图，下列说法正确的是()A．锌片逐渐溶解B．烧杯中溶液逐渐呈蓝色C．电子由铜片通过导线流向锌片D．该装置能将电能转变为化学能答案：A[微知识点](1)构成原电池的电极材料不一定都为金属，正极材料可以为导电的非金属，如石墨。(2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。[典例剖析][典例1]某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是()A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu2＋＋2e－===CuC．无论a和b是否连接，铁片均会溶解D．a和b用导线连接后：Fe片上发生还原反应，溶液中的Cu2＋向铜电极移动[解析]铁的活泼性强于铜，故铁能置换出铜且附着在铁棒上，A正确。a和b用导线连接后，构成原电池，其中Fe做负极，发生氧化反应。铜做正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，B项正确、D项错误。无论a和b是否连接，铁都被氧化生成Fe2＋，C项正确。[答案]D原电池构成条件及工作原理知识要点实例概念将化学能转化为电能的装置实质化学能转化为电能构成条件①两个电极；②电解质溶液；③形成闭合回路；④能自发进行氧化还原反应知识要点实例电极构成负极：还原性相对较强的金属正极：还原性相对较弱的金属或导电非金属锌板——负极铜板——正极电极反应负极：失去电子，发生氧化反应正极：得到电子，发生还原反应负极：Zn－2e－===Zn2＋正极：Cu2＋＋2e－===Cu知识要点实例电子流向、电流方向外电路：电子由负极流向正极，电流方向相反；内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极，电流由负极流向正极外电路：电子由锌板经导线流向铜板内电路：SO、OH－移向锌板(负极)；Cu2＋、Zn2＋移向铜板(正极)电极反应式与总反应式的关系两个电极反应式相加，即得总反应式负极：Zn－2e－===Zn2＋正极：Cu2＋＋2e－===Cu总反应式：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋[题组训练]题组一原电池的正负极判断1.根据反应2Ag＋＋Cu===Cu2＋＋2Ag，设计了如图所示的原电池，下列说法中错误的是()A．X为正极B．Y是硫酸铜溶液C．电子从铜电极经外电路流向X电极D．X电极上的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag解析：A项，由反应原理知，铜做负极，X做正极，正确。B项，电解质溶液中应含有Ag＋，错误。C项，铜失去电子，电子经外电路流向X电极，正确。D项，在正极上，溶液中的Ag＋得电子发生还原反应，正确。答案：B2.如图所示，两电极一为碳棒，一为铁片，若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则下列叙述正确的是()A．a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为稀硫酸B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为稀硫酸D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液解析：由题给信息“电流表指针发生偏转”，可确定该装置构成了原电池。又因“a极有大量气泡生成”，可知a为正极(碳棒)，则b为负极(铁片)，即可确定烧杯中的溶液是稀硫酸，故选项C正确。答案：C原电池正、负极的判断题组二原电池原理的应用3．有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电流由D→导线→C；③B、C相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入硫酸铜溶液中，片刻取出电极称量，D极质量增加。据此，判断四种金属活动性顺序为()A．CABDB．ACDBC．BDCAD．ABCD解析：①中，A、B用导线相连后浸入稀硫酸中，A为负极，说明活动性AB。②中，C、D用导线相连浸入稀H2SO4中，电流由D→C，则电子流向为C→D，说明活动性CD。③中，B、C相连后浸入稀H2SO4中，C产生气泡，说明活动性CB。④中，B、D相连浸入CuSO4溶液中，D极质量增加，说明活动性BD。综合以上分析，可确定四种金属活动性顺序为：AB，CD，BC，BD，结合选项知：D正确。答案：D4．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：________________________________________________________________________。(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：_______________________________________________________________。[思路点拨]解析：首先分析Fe3＋与Cu的反应中的氧化剂、还原剂，然后依据原电池原理设计成原电池。依据反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，Cu失电子，应为原电池的负极，正极材料选用不如铜活泼的碳棒或铂丝均可，电解质溶液选用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＋1．加快氧化还原反应的速率(1)原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。(2)实例：实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。2．比较金属活泼性强弱(1)原理：一般原电池中，活泼金属做负极，发生氧化反应，不活泼金属做正极，发生还原反应。(2)实例：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。由原电池原理可知，金属活动性AB。3．设计原电池(1)首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。氧化反应：还原剂－ne－===氧化产物；还原反应：氧化剂＋ne－===还原产物；正极反应式＋负极反应式＝电池的总反应式。(2)根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料及电解质溶液。①电解质溶液的选择：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)。②电极材料的选择：在原电池中，一般选择活泼性较强的金属作为负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。负极材料或还原性物质在负极上失去电子被氧化，氧化性物质在正极上得到电子被还原。知识点二发展中的化学电源1．干电池——一次电池(1)特点：属于一次性电池，放电后不能再充电。(2)实例——锌锰干电池。负极：，正极：，电解质：糊状氯化铵。2．充电电池(1)特点：又称电池，它在放电时进行氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复放电前的状态。锌石墨棒二次(2)实例。电池类型负极正极电解质铅蓄电池_________________镍镉电池____NiO(OH)______锂离子电池___PbPbO2H2SO4CdKOHLi3.燃料电池(1)特点：燃料气体和分别在两个电极上反应将化学能转化为电能。氧气(2)实例：氢氧燃料电池甲烷燃料电池负极失电子失电子正极得电子电解质氢氧化钾或硫酸氢气甲烷氧气[微练习]辨析下列说法的正误：(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。()答案：(1)√(2)×(3)×(4)×[微知识点]1．燃料电池中通入氧气的电极为正极，通入可燃物的电极为负极。2．锂离子电池是新一代可充电的绿色电池，是移动电话等低功耗电器的主流电源。[典例剖析][典例2]Li­SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质溶液是LiAlCl4­SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为________(填物质名称)，发生的电极反应为_____________________________________________________________________。(2)电池正极发生的电极反应为__________________________________________。[解析]分析电池的总反应中元素的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，作负极；SOCl2得电子，被还原，作正极。故该电池的负极材料为Li，电极反应为4Li－4e－===4Li＋；正极反应可由总反应减去负极反应得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2。[答案](1)锂4Li－4e－===4Li＋(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2“加减法”书写电极反应(1)先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物，并使得失电子数目相同。(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否能共存。若不能共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应中。若正极上的反应物是O2，且电解质溶液呈中性或碱性，则H2O必须写入正极反应中，且生成OH－；若电解质溶液呈酸性，则H＋必须写入正极反应中，且生成H2O。(3)正、负极反应相加得到电池的总反应。若已知电池的总反应，可先写出较易写的一极的电极反应，再利用电子守恒法，用总反应减去该极的电极反应，即得到另一极的电极反应。[题组训练]题组一一次电池、二次电池1．芬兰Enfucell公司制造出一种纸质电池，其电池总反应式为Zn＋2MnO2＋H2O===2