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

第二节化学能与电能课程目标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。图说考点,[新知预习]一、一次能源和二次能源1．能源按其来源可分为一次能源和二次能源能源类别定义实例一次能源直接从中取得的能源太阳能、风能、地热能、潮汐能、、、等二次能源由一次能源经过得到的能源自然界原煤石油天然气加工、转换电能(水电、火电、核电)、蒸气能、机械能等2.二次能源——火力发电(1)能量转换过程：能――→燃烧能――→蒸汽能――→发电机能。其中能量转换的关键环节是。(2)火力发电弊端：①资源的浪费，②利用率低，③污染环境。化学热机械电燃烧二、原电池1．实验探究装置实验现象实验结论a铜片上铜与稀硫酸b锌片上锌与稀硫酸c铜片上，锌片，电流表指针该装置将转化为无明显现象不反应有气泡放出反应有气泡放出化学能电能逐渐变小偏转2.原电池(1)定义：将化学能转变为的装置。(2)工作原理电极材料电子得失电极反应式反应类型Zn失电子氧化反应Cu得电子还原反应原电池总反应：。(3)原电池反应的本质是。电能自发进行的氧化还原反应Zn－2e－===Zn2＋2H＋＋2e－===H2↑Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑三、发展中的化学电源1．干电池干电池是一种一次性电池，放电后再充电。不能2．充电电池充电电池又称为二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以进行，使电池恢复到放电前的状态。锂离子电池—可充电的绿色电池，低功耗电器的主流电源逆向3．燃料电池(1)原理：利用原电池工作原理将和反应所放出的直接转化为。(2)与其他电池的区别：反应物由外设装备提供和。燃料氧化剂化学能电能燃料氧化剂[即时性自测]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”(1)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转。()(2)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。()(3)原电池中阳离子向正极移动。()(4)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子。()(5)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细。()××√××(6)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能。()(7)氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化。()(8)太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅。()(9)根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源。()(10)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。()(11)HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池。()×√×√√×2．对于锌、铜和稀硫酸组成的原电池(如右图)，下列有关说法不正确的是()A．Zn是负极B．Cu是正极C．负极上发生氧化反应D．正极上发生氧化反应答案：D3．由锌、铜、稀硫酸构成的原电池，所发生反应的离子方程式为()A．Zn－2e－===Zn2＋B．Cu2＋＋2e－===CuC．2H＋＋2e－===H2↑D．Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑答案：D4．下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是()A．碱性锌锰电池B．手机用锂电池C．汽车用铅蓄电池D．玩具用镍氢电池答案：A5．下列关于能源的叙述正确的是()A．火力发电是一级能源B．水力是二级能源C．天然气是一级能源D．电解水产生的H2属于一级能源解析：只有直接从自然界中取得的能源才属于一级能源，水力和天然气应是一级能源；火力发电是由其他能源(如煤、石油等)产生的，属于二级能源；电解水产生的H2属于二级能源。答案：C6．下列装置中能够组成原电池的是________。④⑥⑦⑨解析：构成原电池的条件缺一不可：①②缺少一个电极；③中电极相同；⑤中酒精为非电解质；⑧中不能形成闭合回路。技能素养提升点一原电池的工作原理[例1]如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下，在卡片上描述合理的是()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，从Zn经外电路流向Cu。④Cu极上有H2产生。⑤若有1mol电子流过导线，则产生H2为0.5mol。⑥正极的电极反应式为：Zn－2e－===Zn2＋。A．①②③B．③④⑤C．④⑤⑥D．②③④【解析】在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu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↑，故转移1mol电子时，产生H20.5mol，在溶液中H＋向正极移动，SO2－4向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确，选B项。【答案】B[提升1]对于原电池的电极名称，叙述有错误的是()A．发生氧化反应的一极为负极B．正极为电子流入的一极C．有气泡产生的电极为负极D．电流流出的一极为正极解析：有气泡(H2)产生的一极发生还原反应，是正极。答案：C[关键能力]1．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。2．原电池正负极的判断状元随笔原电池的构成条件——“两极一液一线一反应”两极——两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属)。一液——电解质溶液。一线——形成闭合电路。一反应——能自发进行的氧化还原反应。提升点二常见化学电源[例2]汽车的启动电源常用铅蓄电池。其结构如下图所示，放电时的电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O根据此反应判断下列叙述中正确的是()A．PbO2是电池的负极B．Pb是电池的负极C．PbO2得电子，被氧化D．电池放电时，溶液酸性增强【解析】根据电池反应知放电过程中铅失去电子，因此它是原电池的负极，其电极反应式为Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4，B正确；PbO2在放电过程中得到电子被还原，所以它是原电池的正极，A、C错误；由于原电池放电的过程中消耗硫酸，所以溶液的酸性减弱，D错误。【答案】B[提升2]燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是()A．a极是负极，该电极上发生氧化反应B．b极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2OC．总反应的化学方程式为2H2＋O2===2H2OD．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源解析：a极通H2为负极，电极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O发生氧化反应，A正确；b极通O2为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B不正确；正负极电极反应式相加得总反应为2H2＋O2===2H2O，C正确；氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源，D正确。答案：B[关键能力]1．充电电池(1)充电电池又称二次电池。充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时间内循环进行。充电电池中能量的转化关系是化学能放电充电电能。(2)常见的充电电池①铅蓄电池负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液，常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。②镍镉电池以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质，寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境。③碱金属中的Li是最轻的金属，活泼性极强，是制造电池的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。2．燃料电池(1)燃料电池是通过燃料与氧化剂分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。(3)以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O(氧化反应)；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应)；总反应：2H2＋O2===2H2O。状元随笔电极反应的书写方法1．原电池正极反应的书写方法书写时总的原则是首先根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒；其次确定该微粒得电子后生成什么物质。如氢氧(酸性)燃料电池，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；氢氧(碱性)燃料电池，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。2．原电池负极反应的书写方法(1)较活泼金属作负极时，电极本身被氧化。①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＋。②若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应为两反应合并后的反应。如Mg－Al(KOH)原电池，负极反应为Al＋4OH－－3e－===AlO－2＋2H2O；铅蓄电池负极反应为Pb＋SO2－4－2e－===PbSO4。(2)负极本身不反应氢氧(酸性)燃料电池，负极反应为H2－2e－===2H＋；氢氧(碱性)燃料电池，负极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O。形成性自评1．如图所示，电流表指针发生偏转，同时A极质量减少，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是()A．B极为原电池的正极B．A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸C．C中阳离子向A极移动D．A极发生氧化反应解析：原电池中，负极金属失去电子，溶解，质量减小，故A极是负极，B极是正极，根据构成情况可判断A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸，A、B正确；离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，D正确。答案：C2．实验室用锌片、铂片和AgNO3溶液组成原电池，正极反应为()A．2H＋＋2e－===H2↑B．Zn－2e－===Zn2＋C．Ag＋＋e－===AgD．Ag===Ag＋＋e－答案：C3．Mg—AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式：2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。有关该电池的说法正确的是()A．Mg为电池的正极B．负极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－C．不能被KCl溶液激活D．可用于海上应急照明供电解析：由电池反应方程式看出，Mg是还原剂、AgCl是氧化剂，Mg作负极，A错误；Mg作负极，其电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，B错误；因为该电池能被海水激活，故KCl溶液也可以激活电池，C错误；电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池工作时将化学能转化为电能，电能的产生可用于海上应急照明供电，D正确。答案：D4．下列说法正确的是()A．镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池C．化学电池的反应基础是氧化还原反应D．铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2解析：碱性锌锰干电池是一次电池，燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池，铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。答案：C5．锌—空气电池(如图所示)适宜用作城市电动车的动力电源，该电池放电时Zn转化为ZnO。则该电池工作时，下列说法正确的是()A．Zn电极是该电池的正极B．Zn电极的电极反应式为Zn＋H2O－2e－===ZnO＋2H＋C．OH－向石墨电极移动D．氧气在石墨电极上发生还原反应解析：氧气得电子发生还原反应，石墨电极是正极，锌电极是负极，A项错误，D项正确；锌作负极，碱性条件下，负极的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，B项错误；原电池工作时，溶液中的阴离子向负极移动，即OH－向Zn极移动，C项错误。答案：D练后感悟原电池原理的应用(1)比较金属活动性作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性弱。(2)改变化学反应速率如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正、负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率。(3)设计原电池如：把Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计成原电池，可用Fe作负极，铜(或石墨)作正极，FeC