山东省枣庄三中高二化学《化学能转化为电能 电池》教案.docVIP

第3讲化学能转化为电能电池（第一课时）【课程标准与考纲要求】： 1、理解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式2、能正确判断原电池的正、负极，能够判断电极反应物与产物；3、能会书写原电极反应式和总化学反应方程式。【重点、难点】：理解原电池原理、正确地书写电极反应式。【基础再现】教师活动 引题，电池已经成为现代文明不可缺少的物品 ， 小到日常生活 大到人造卫星遨游太空都离不开电池 学生活动 ：独立完成：1、复习氧化还原知识2、阅读课本、笔记，回顾“原电池原理”；填写导学案的下列内容。（10分钟）合作互助：同组内交换意见，检查更正。（5分钟）考点一原电池1概念把_能转化为_能的装置。2工作原理【学生活动】完成下表以锌铜原电池为例电极名称负极正极电极材料电极反应反应类型电子流向由zn沿导线流向cu盐桥中离子移向盐桥含饱和kcl溶液，k+移向正极，cl移向负极【学生活动】总结3原电池构成条件(1)两个_的电极。(2)将电极插入_中。(3)用导线连接电极构成_。(4)能自发进行的_。【教师活动】对知识进行点评：1肯定或纠正2强调盐桥的组成和作用(1)盐桥中装有饱和的kcl、kno3等溶液和琼脂制成的胶冻。(2)盐桥的作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流。 （3）单池原电池和盐桥原电池的对比图1和图2两装置的相同点：正负极、电极反应、总反应、反应现象。负极：zn2e=zn2正极：cu22e=cu总反应：zncu2=cuzn2不同点：图1中zn在cuso4溶液中直接接触cu2，会有一部分zn与cu2直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。图2中zn和cuso4溶液在两个池子中，zn与cu2不直接接触，不存在zn与cu2直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。【学生活动】：思考、完成下列各题 1有关电化学知识的描述正确的是()acaoh2o=ca(oh)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能b某原电池反应为cu2agno3=cu(no3)22ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的kcl饱和溶液c原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成d理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池2分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()a中mg作负极，中fe作负极b中mg作正极，电极反应式为6h2o6e=6oh3h2c中fe作负极，电极反应式为fe2e=fe2d中cu作正极，电极反应式为2h2e=h2【学生反思归纳】(1)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。(2)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。(3)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。(4)原电池电极的“正”极与“负”极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。【学生活动】完成下列空白考点二化学电源1碱性锌锰干电池一次电池总反应式：zn2mno22h2o=2mno(oh)zn(oh)2。正极反应：2mno22h2o2e=2mno(oh)2oh；负极反应：_。2锌银电池一次电池负极反应：zn2oh2e=znoh2o；正极反应：ag2oh2o2e=2ag2oh；总反应式：_。3二次电池(可充电电池)铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是_，正极材料是_。(1)放电时的反应负极反应：_正极反应：_总反应：pbpbo22h2so4=2pbso42h2o(2)充电时的反应阴极反应：_阳极反应：_总反应：2pbso42h2o=pbpbo22h2so4(3)可充电电池原理示意图4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。酸性碱性负极反应式2h24e=4h2h24oh4e=4h2o正极反应式o22h2o4e=4oh电池总反应式2h2o2=2h2o【学生活动】思考、完成下列各题3铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正负极极板是惰性材料，请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：(1)电解液中h2so4的浓度将变_；当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加_g。(2)在完全放电耗尽pbo2和pb时，若按右图连接，电解一段时间后，则在a电极上生成_，b电极上生成_，此时铅蓄电池的正负极的极性将_。4(1)氢氧燃料电池以koh溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将_，溶液的ph_。(填“变小”、“增大”或“不变”)(2)氢氧燃料电池以h2so4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将_，溶液的ph_。(填“变小”、“增大”或“不变”)教师引导学生总结：1.、正、负极判断 2课上巩固1下图中能组成原电池产生电流的是()2如图所示，杠杆ab两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓cuso4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是()a杠杆为导体或绝缘体时，均为a端高b端低b杠杆为导体或绝缘体时，均为a端低b端高c当杠杆为导体时，a端低b端高；杠杆为绝缘体时，a端高b端低d当杠杆为导体时，a端高b端低；杠杆为绝缘体时，a端低b端高3某学生欲完成cu2ag=2agcu2反应，设计了下列四个实验，可行的是()4查处酒后驾驶采用的“便携式乙醇测量仪”以燃料电池为工作原理，在酸性环境中，理论上乙醇可以被完全氧化为co2，但实际上乙醇被氧化为x，其中一个电极的反应式为ch3ch2oh2e=x2h。下列说法中正确的是()a电池内部h由正极向负极移动b另一极的电极反应式为o24e2h2o=4ohc乙醇在正极发生反应，电子经过外电路流向负极d电池总反应式为2ch3ch2oho2=2ch3cho2h2o5下列叙述正确的是()a铜、锌、稀硫酸形成的原电池放电时，溶液中阳离子向铜电极移动b充电时，把铅蓄电池的负极接在外电源的正极c镀锌铁镀层破损后铁更易被腐蚀d碱性氢氧燃料电池工作时，负极反应为o22h2o4e=4oh6银器皿日久表面会逐渐变成黑色，这是由于生成硫化银(ag2s)，有人设计用原电池的原理进行“抛光”，其处理方法是：将一定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液中，放置一段时间后，黑色会褪去而银恢复光泽，且不会损失。试回答：(1)食盐的作用是_。(2)在此原电池反应中，负极发生的电极反应为_，正极发生的电极反应为_。(3)反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，溶液中发生的反应为_，原电池总反应方程式为_。7根据下列氧化还原反应设计一个原电池：2fecl3fe=3fecl2。要求：(1)画出此原电池的装置图，装置可采用烧杯。(2)注明原电池的正、负极和外电路中电子的流向。(3)写出两个电极上发生的电极反应。8(1)将al片和cu片用导线相连，插入稀h2so4溶液中组成原电池，写出电极名称及电极反应式：al片()_，cu片()_。(2)若将al片和cu片用导线相连，插入浓hno3中能否组成原电池？_(填“能”或“不能”)，若能组成原电池，写出电极名称及电极反应式：al片()_，cu片()_。【课下练习】高考总复习三维达标第3讲化学能转化为电能电池（第二课时）【课程标准与考纲要求】：1通过分析铜铁接触处形成原电池的例子，使学生了解金属腐蚀的电化学原理以及防护的原则。2理解电解原理的应用，使学生进一步从能量的角度理解化学科对人类生活的贡献。 【重点、难点】：理解电解应用。【基础再现】教师活动 引题，复习回顾原电池原理有关内容，学生活动 ：独立完成：1、 阅读课本、笔记，回顾 填写导学案的下列内容。（10分钟）合作互助：同组内交换意见，检查更正。（5分钟）考点三原电池原理的应用1加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在zn与稀h2so4反应时加入少量cuso4溶液能使产生h2的反应速率加快。2比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。3 金属的腐蚀和防护 （一）金属电化学腐蚀(1)概念： 就是电化学腐蚀。(2)电化学腐蚀过程中由于电解质溶液的不同，又可分为 和 两种。吸氧腐蚀在一块铆有铁铆钉的铜板暴露在潮湿空气中的腐蚀情况，其中 为负极， 为正极，铜板表面凝结有一层水膜，空气中co2及沿海地区空气中的nacl等物质溶解在水膜中形成电解质溶液，从而构成原电池。电极反应为：负极： 正极： 然后oh与fe2+结合为fe(oh)2，故该原电池的总反应为： fe(oh)2与潮湿空气中的水、氧气反应生成fe(oh)3： 生成的fe(oh)3分解，从而生成铁锈(fe2o3nh2o)，该过程主要消耗o2，称为吸氧腐蚀。析氢腐蚀同样是上述腐蚀，若空气中so2含量较高，处于酸雨的环境下，使水膜酸度较高，即电解质溶液为酸性溶液，正极反应就变为： 该过程为析氢腐蚀。无论是析氢腐蚀，还是吸氧腐蚀，都是 成为原电池的负极，金属 电子变为金属阳离子而被腐蚀，且金属越 越易发生 腐蚀。（二）金属的防护 金属的腐蚀主要是电化学腐蚀，只要破坏了原电池的构成要素就可减少电化学腐蚀的发生，常见有以下几种金属防护方法：(1)让金属制品处于干燥的环境。该方法破坏了电解质溶液的存在，金属不易被腐蚀。(2)在金属表面加一层保护层。常见的方法是刷一层油漆、搪瓷、陶瓷、塑料、橡胶等保护层，效果较好的方法还有在金属表面镀上一层金属防护层。(3)牺牲阳极保护法：利用原电池原理，让被保护的金属为 ，用还原性强的金属为 ，负极金属被消耗，被保护的金属避免腐蚀。如：镀锌铁可以保护铁，但镀锡铁一旦镀层损坏后会使铁更易腐蚀。航海船只的船底四周嵌锌块，就是利用牺牲阳极保护法来保护船体的。(4)外加电流阴极保护法：电解原理中，阳极金属发生氧化反应，阴极金属再活泼也不参与反应。故可让被保护金属与外加直流电源的 相连让其成为 ，从而得到防护，该方法为外加电流阴极保护法。生产生活中，金属防护常是上述方法的综合使用，以便最大限度地减少金属的腐蚀。金属的防护仍然是一个重大课题，还需寻找更加完美的方法来防护金属。 (5)使金属表面发生钝化作用来保护内层金属。4制造化学电源【学生活动】思考、完成下列各题 1有a、b、c、d四块金属片，进行如下实验：a、b用导线相连后，同时浸入稀h2so4溶液中，a极为负极；c、d用导线相连后，同时浸入稀h2so4溶液中，电流由d导线c；a、c相连后，同时浸入稀h2so4溶液中，c极产生大量气泡；b、d相连后，同时浸入稀h2so4溶液中，d极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是()aabcd bacdbccabd dbdca2将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加少量cuso4溶液，下图中产生h2的体积v(l)与时间t(min)的关系，其中正确的是() 【难点突破】1电极方程式的书写“加减法”书写电极反应式(1)先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。(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共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是o2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且o2生成oh，若电解质溶液为酸性，则h必须写入正极反应式中，o2生成水。(3)正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。【例1】有人设计以pt和zn为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。它依靠跟人体内体液中含有的一定浓度的溶解氧、h和zn2进行工作，试写出该电池的两极反应式。【答案】负极：2zn4e=2zn2，正极：o24h4e=2h2o。【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，电解液是lialcl4socl2。电池的总反应可表示为4li2socl2=4liclsso2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为_。 (2)电池正极发生的电极反应为_。【答案】(1)锂lie=li(2)2socl24e=4clsso2【学生活动】铝空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为4al3o26h2o=4al(oh)3负极：_正极：_【答案】4al12e=4al33o212e6h2o=12oh2燃料电池电极反应式的书写电极：惰性电极。燃料包含：h2、co、烃(如ch4、c2h6)、醇(如c2h5oh)等。电解质包含：酸性电解质溶液，如h2so4溶液；碱性电解质溶液，如naoh溶液；熔融氧化物，如y2o3；熔融碳酸盐，如k2co3等。第一步：写出电池总反应式燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。如氢氧燃料电池的总反应式为2h2o2=2h2o；甲烷燃料电池(电解质溶液为naoh溶液)的反应式为ch42o2=co22h2oco22naoh=na2co3h2o式式得燃料电池总反应式为ch42o22naoh=na2co33h2o第二步：写出电池的正极反应式根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是o2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：o24h4e=2h2o(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：o22h2o4e=4oh(3)固体电解质(高温下能传导o2)环境下电极反应式：o24e=2o2(4)熔融碳酸盐(如：熔融k2co3)环境下电极反应式：o22co24e=2co。第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式故根据第一、二步写出的反应，有：电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物o2。【例3】以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：(1)酸性条件燃料电池总反应式：ch42o2=co22h2o燃料电池正极反应式：o24h4e=2h2o2，得燃料电池负极反应式：_。(2)碱性条件燃料电池总反应式：ch42o22naoh=na2co33h2o燃料电池正极反应式：o22h2o4e=4oh2，得燃料电池负极反应式：_。(3)固体电解质(高温下能传导o2)燃料电池总反应式：ch42o2=co22h2o燃料电池正极反应式：o24e=2o22，得燃料电池负极反应式：_。(4)熔融碳酸盐(如：熔融k2co3)环境下电池总反应式：ch42o2=co22h2o。正极电极反应式：o22co24e=2co。电池总反应式正极电极反应式得负极电极反应式：_。 【答案】(1)ch48e2h2o=co28h(2)ch410oh8e=co237h2o(3)ch44o28e=co22h2o(4)ch44co238e=5co22h2o【例4】某原电池装置如图所示。下列有关叙述中，正确的是()afe作正极，发生氧化反应b负极反应：2h2e=h2c工作一段时间后，两烧杯中溶液ph均不变d工作一段时间后，nacl溶液中c(cl)增大【答案】d【学生活动】完成下列各题1已知反应aso2i2hasoi2h2o是可逆反应。设计如图装置(c1、c2均为石墨电极)，分别进行下述操作：.向b烧杯中逐滴加入浓盐酸.向b烧杯中逐滴加入40% naoh溶液结果发现检流计指针均发生偏转。试回答下列问题：(1)两次操作中指针为什么发生偏转？(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释之。(3)()操作过程中c1棒上发生的反应为_；(4)()操作过程中c2棒上发生的反应为_。(5)操作过程中，盐桥中的k移向_烧杯溶液(填“a”或“b”)。【答案】(1)两次操作中均能形成原电池，化学能转变成电能。(2)()加酸，c(h)增大，平衡向正反应方向移动，aso34得电子，i失电子，所以c1极是负极，c2极是正极。()加碱，c(oh)增大，平衡向逆反应方向移动，aso33失电子，i2得电子，此时，c1极是正极，c2极是负极。故化学平衡向不同方向移动，发生不同方向的反应，电子转移方向不同，即电流表指针偏转方向不同。(3)2i2e=i2(4)aso332oh2e=aso34h2o2根据氧化还原反应：2ag+(aq)+cu(s)=cu2+(aq)+2ag(s)设计的原电池如图所示，其中盐桥内装琼脂饱和kno3溶液。请回答下列问题：(1)电极x的材料是；电解质溶液y是_。(2)银电极为电池的极，写出两电极的电极反应式：银电极：_；x电极：_。(3)外电路中的电子是从电极流向电极。(4)盐桥中向cuso4溶液中迁移的离子是(填序号)。ak bno cag dso(5)其中cuso4溶液能否被h2so4(稀)溶液代替_。ag电极能否被石墨代替_。【答案】(1)cuagno3溶液(2)正2ag2e=2agcu2e=cu2(3)cuag(4)b(5)能能 【课上巩固】1 控制适合的条件，将反应2fe32i2fe2i2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是()a反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应b反应开始时，甲中石墨电极上fe3被还原c电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态d电流计读数为零后，在甲中溶入fecl2固体，乙中的石墨电极为负极 2 铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为feni2o33h2o=fe(oh)22ni(oh)2下列有关该电池的说法不正确的是()a电池的电解液为碱性溶液，正极为ni2o3、负极为feb电池放电时，负极反应为fe2oh2e=fe(oh)2c电池充电过程中，阴极附近溶液的ph降低d电池充电时，阳极反应为2ni(oh)22oh2e=ni2o33h2o10 关于铅蓄电池的说法正确的是()a在放电时，正极发生的反应是pb(s)so(aq)2e=pbso4(s)b在放电时，该电池的负极材料是铅板c在充电时，电池中硫酸的浓度不断变小d在充电时，阳极发生的反应是pbso4(s)2e=pb(s)so(aq) 3 某固体酸燃料电池以cshso4固体为电解质传递h，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2h2o2=2h2o，下列有关说法正确的是()a电子通过外电路从b极流向a极bb极上的电极反应式为：o22h2o4e=4ohc每转移0.1 mol电子，消耗1.12 l的h2dh由a极通过固体酸电解质传递到b极4 可用于电动汽车的铝空气燃料电池，通常以nacl溶液或naoh溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是()a以nacl溶液或naoh溶液为电解液时，正极反应都为o22h2o4e=4ohb以naoh溶液为电解液时，负极反应为al3oh3e=al(oh)3c以naoh溶液为电解液时，电池在工作