《化学能与电能》学案(新人教版必修2).doc

金太阳新课标资源网 第二章 化学反应与能量第二节 化学能与电能复习重点：初步认识原电池概念、原理、组成及应用。复习难点：通过对原电池实验的探究，引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质以及这种转化的综合利用价值。知识梳理一、化学能与电能的相互转化1、原电池：(1)概念：。 (2)工作原理：负极：电子（化合价），发生反应 正极：电子（化合价），发生反应 (3) 原电池的构成条件 ：关键是能自发进行的氧化还原反应能形成原电池，a. 有作电极； b. 电极均插入；c. 两电极形成闭合回路。(4)原电池正、负极的判断：负极：的电极（较的金属），金属化合价；正极：电子的电极（较的金属、石墨等）：元素化合价 。2、金属活泼性的判断： (1)金属活动性顺序表;(2)原电池的负极（电子流出的电极，质量减少的电极）的金属更活泼 ； (3)原电池的正极（电子流入的电极，质量不变或增加的电极，冒气泡的电极）为较不活泼金属 3 原电池的电极反应： (1) 负极反应：XneXn (2) 正极反应：溶液中的阳离子得电子的还原反应 二、原电池的设计： 根据电池反应设计原电池：（三部分导线） (1)负极为的金属（即化合价的物质）； (2)正极为的金属或； (3) 电解质溶液含有离子（即化合价的物质）。 三、金属的电化学腐蚀 (1)不纯的金属（或合金）在电解质溶液中的腐蚀，关键形成了，加速了金属腐蚀。(2) 金属腐蚀的防护： 改变金属内部组成结构，可以增强金属耐腐蚀的能力。如：不锈钢。在金属表面覆盖一层保护层，以断绝金属与外界物质接触，达到耐腐蚀的效果。（油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的氧化膜）。 电化学保护法：牺牲活泼金属保护法，外加电流保护法。 四、发展中的化学电源 1、干电池（锌锰电池） 负极：；正极(石墨)：2NH4 +2e-=2NH3+H2OH2+2MnO2=Mn2O3+H2O 4NH3+Zn2= Zn(NH3)42总反应式：；2. 充电电池 (1)铅蓄电池： 铅蓄电池充电和放电的总化学方程式 放电时电极反应： 负极：Pb + SO42-2e-PbSO4 正极：； (2)氢氧燃料电池：它是一种高效、不污染环境的发电装置。它的电极材料一般为活性电极，具有很强的催化活性，如铂电极，活性炭电极等。 总反应：2H2 + O22H2O 电极反应为（电解质溶液为KOH溶液） 负极：；正极：；疑难点拨一、原电池的正、负极的判断方法： 1、由组成原电池的两极的电极材料判断。一般是活泼的金属是负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属是正极。注意：如Mg、Al与NaOH溶液形成原电池；Fe、Cu与浓硝酸形成原电池。都是相对不活泼金属作负极。 2、根据电流方向或电子流动方向判断。电流是由正极流向负极，电子流动方向是由负极流向正极。 3、根据原电池里电解质溶液内离子的定向流动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子流向的极为负极。 4、根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。 二、原电池电极反应的书写方法原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应，书写电极反应的方法归纳如下：1、写出总化学反应方程式（即氧化还原反应方程式）；2、根据总反应方程式从电子得失（或元素化合价升降）的角度，将总反应分成氧化反应和还原反应；3、氧化反应在负极发生，还原反应在正极发生，注意介质可能参与反应；4、验证；两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。典例剖析【例1】把a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池，若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时， c极上产生大量气泡；b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序为 Aabcd B.acdb C.cabd D.bdca解析：根据原电池原理：作为负极的金属活动性比正极的金属活动性强，电子流动方向是由负极流向正极，电流方向与电子流动方向相反，因此依次作出判断：活泼性ab;cd;ac;db。答案为B。【例2】在用Zn片、Cu片和稀硫酸组成的原电池装置中，经过一段时间工作后，下列说法正确的是 A锌片是正极，铜片上有气泡产生 B电流方向是从锌片流向铜片C溶液中硫酸的物质的量浓度减小 D电解质溶液的pH保持不变解析：活泼金属锌为负极，电流方向由正极到负极，与电子流动方向相反，随着H+消耗，pH逐渐增大。答案为C【例3】美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型的化学电源，其构造如图所示：a、b两个电极均由多孔碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电。(1)a是_极，b是_极电极反应式分别是_、_。(2)飞船上宇航员的生活用水由燃料电池提供已知这种电池发1度电能生成350g水，试计算能量的转化率。（已知： 2H2（g）O2（g）2H2O（1）；572kJ/mol）（3）这种电池的输出电压为1.2V，用它使标有“1.2V 1.5W”的小灯泡发光1h，需要消耗标准状态下的 H2多少升？解析：(1)a中的 H2失去电子被氧化，是负极；b中的 O2得到电子被还原，是正极两电极的反应分别是：(2)由方程式： 2H2（g）O2（g）2H2O（1）；572kJ/mol可知，发生350g液态水放出的热量为：kJ这过程中产生的电能是1度，即 kJ，因此能量转化率为： (3)1.5W灯泡连续发光1h，消耗的电能： ，产生这些电能需要消耗化学能： 这过程中消耗标准状态下的氢气的体积： L【例4】1991年我国首创以铝空气海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光，其总反应方程式为：4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH)3,则该电源的负极材料为 ，正极材料为 ，负极反应 正极反应 。解析：Al 、O2（空气）之间的氧化还原反应为：4Al + 3O2 = Al2O3.将该反应与原电池原理、铝的导电性等知识进行综合分析可知，铝既是负极产物，又是反应材料，O2是正极反应物，正极材料应该选择还原性比铝弱的导电性强的材料，如石墨等铝、O2的氧化反应、还原反应分别为：Al 3e- = Al3+,O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-答案：铝 石墨 负极反应：Al 3e- = Al3+，O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-【例5】（2005年江苏高考化学题）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH,下列叙述不正确的是A放电时负极反应为：Zn-2e+2OH=Zn(OH)2B充电时阳极反应为：Fe(OH)3 -3e+ 5OH=FeO42+ 4H2OC放电时每转移3mol电子，正极有1molK2FeO4被氧化D放电时正极附近溶液的碱性增强解析：高铁电池放电(原电池)时的负极反应为3Zn+6OH-6e=3Zn(OH)2，正极反应为2FeO42+8H2O+6e=2Fe(OH)3+10OH；充电(电解池)时的阴极反应为3Zn(OH)2+6e=3Zn+6OH，阳极反应为2Fe(OH)3+10OH-6e=2FeO42+8H2O。从而不难分析出答案为C。知能训练一、选择题1随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是A利用电池外壳的金属材料 B防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D回收其中石墨电极2废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是A把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气 B碳棒取下洗净用作电极C把铜帽取下洗净回收利用D电池内部填有氯化铵等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥用3、下列变化中属于原电池的是 A.在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护层B.白铁(镀锌)表面有划损时,也能阻止铁被氧化C.红热的铁丝与水接触表面形成蓝黑色保护层D.铁与稀硫酸反应时,加入少量硫酸铜溶液时,可使反应加速4、实验室中欲制氢气,最好的方法是 A.纯锌与稀硫酸反应 B.纯锌与浓硫酸反应C.纯锌与稀盐酸反应 D.粗锌(含铅、铜杂质)与稀硫酸反应 5、铁制品上的铆钉应该选用下列哪些材料制成A.铝铆钉 B.铜铆钉 C.锌铆钉 D.锡铆钉6、由铜、锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH怎样变化 A不变 B.先变小后变大 C.逐渐变大 D.逐渐变小7、对铜-锌-稀硫酸构成的原电池中,当导线中有1mol电子通过时,理论上的两极变化是锌片溶解了32.5g锌片增重了32.5g铜片上析出1g H2铜片上析出1molH2A. B. C. D. 8、 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组成的原电池时，Y为电池的负极，则X、Y、Z三种金属的活动顺序为 A.X Y Z B. X Z Y C. Y X Z D. Y Z X9、将铜棒和铝棒用导线连接后插入浓硝酸溶液中，下列叙述正确的是 A.该装置能形成原电池，其中铝是负极 B该装置能形成原电池，其中铜是负极C该装置不能形成原电池 D.以上说法均不正确10、碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛使用，锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应为：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)下列说法错误的是 A电池工作时，锌失去电子B电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-Mn2O3(s)+2OH-(aq)C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极D外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g11、微型锂电池可作植入某些心脏病人体内的心脏起博器所用的电源，这种电池中的电解质是固体电解质LiI，其中的导电离子是I-.下列有关说法正确的是 A正极反应：2Li - 2e- = 2Li B负极反应：I2 + 2e- = 2I-C总反应是：2Li + I2 = 2LiI D金属锂作正极12、某原电池总反应离子方程式为2Fe3 + Fe = 3Fe2能实现该反应的原电池是 A.正极为铜，负极为铁，电解质溶液为FeCl3溶液B.正极为铜，负极为铁，电解质溶液为Fe(NO3)2溶液C.正极为铁，负极为锌，电解质溶液为Fe2(SO4)3D.正极为银，负极为铁，电解质溶液为CuSO413、锌锰干电池在放电时，电池总反应方程式可以表示为：Zn + 2MnO2 + 2NH4 = Zn2 + Mn2O3 + 2NH3 + H2O在此电池放电时，正极（碳棒）上发生反应的物质是 A. Zn B. 碳棒 C. MnO2 和NH4 D. Zn2 和NH4 14、氢氧燃料电池用于航天飞船，电极反应产生的水，经过冷凝后可用作航天员的饮用水，其电极反应如下：负极：2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O 正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH，当得到1.8L饮用水时，电池内转移的电子数约为 A.1.8mol B.3.6mol C.100mol D.200mol二、填空题15、将锌片和铜片插入某种电解质溶液,锌片和铜片用导线相连,形成原电池装置。 (1)若电解质溶液是稀硫酸,则发生氧化反应的是 极(“锌”、“铜”),铜极发生的反应是 ,该电池的总反应方程式是 。(2)若电解质溶液是硫酸铜溶液,在导线中电子是由 极流向 极,铜极上反应的电极反应方程式是 ,该电池总反应方程式是 。16、某同学想测定A、B、C三种金属活动顺序,他把这三种金属放到相同物质的量浓度的盐酸中,反应速率都较慢,不易分辨出三者差异,现只有盐酸一种化学试剂,应该用什么方法迅速测出三种金属的活动性顺序?17、市场上出售的“热敷袋”其中主要成分是铁屑、碳粉和少量的NaCl、水等.热敷袋在启用前用塑料袋使之与空气隔绝,启用时,打开塑料袋轻轻揉搓,就会放出热量,使用完后,会发现袋内有许多铁锈生成,回答:(1)热敷袋放出的热量来源于 放出的热量.(1)碳粉的作用是 .(3)加入NaCl的作用是 .(4)写出有关的电极反应式和化学方程式 .18、请设计一个原电池,其总反应为:Zn + 2FeCl3 ZnCl2 + 2FeCl2。19有A、B两种金属分别与盐酸反应，产生氢气的速率相近。怎样设计一个实验证明A、B两种金属的活动性？（画出实验装置图）三、计算题20在由铜片、锌片和200 mL稀硫酸组成的原电池中，若锌片只发生电化学腐蚀，当在铜片上放出3.36 L（标准状况）的H2时，硫酸恰好用完，则：(1)产生这些气体消耗的锌的质量是多少？(2) 通过导线的电子的物质的量是多少？(3)原稀硫酸的物质的量浓度是多少？参考答案：1.B 2.D 3.BD 4.D 5.AC 6.C 7.A 8.C 9.B 10.C 11.C 12.A 13.C 14.D15.(1) 锌 2H 2e- = H2 Zn 2H = Zn2 H2 (2)锌 铜 Cu2 2e- = Cu Zn Cu2 = Zn2 Cu16.将A、B、C三种金属两两连接起来，放入盐酸溶液中，观察哪种金属上产生气泡，则其活动性较差。17.（1）铁屑被氧化 （2）