苏教版选修4 化学能与电能的转化第1课时 学案.doc

课堂互动三点剖析难点 原电池的工作原理 原电池是依据自发的氧化还原反应设计而成的。多数情况下，自发氧化还原反应是氧化剂和还原剂直接接触发生反应，直接进行电子转移，并且得失电子是在同一“场所”完成。如果我们将氧化还原反应中的“直接”得失电子，变为“间接”，即将氧化反应和还原反应分开来，在不同的“场所”完成。那么两个“场所”用导线连接，就会有电子的定向流动形成电流。这一设想就如下图的原电池： 上面的“cuzn”原电池能产生电流的本质原因是zn电极和cu电极间产生电势差，使电子产生定向移动。【例1】 根据右图所示的装置，回答下列问题：（1）铁片与铜片不用导线连接，有何现象发生？写出反应的化学方程式。（2）用导线把金属片连接起来，现象有什么不同？用最恰当的化学方程式表示发生的反应。解析：第（1）种情况，铜片不起作用，铁与h+反应。由于铁片越纯，表面越光滑，反应速率越小。第（2）种情况，用导线连接后构成了原电池，正极产生氢气，所以气泡从铜片表面逸出。原电池的形成使电子得以顺利转移且h+和cu表面得到电子并以h2逸出，这比铁表面容易得多，所以反应速率增大，氢气逸出速率增大，铁的溶解速率也增大。答案：（1）铁片与铜片不用导线连接，则铁片表面有气泡产生，但速率较慢。fe+h2so4=feso4+h2（2）用导线连接后现象不同：气泡不从铁片表面而是从铜片表面逸出。产生氢气的速率明显加大，电极反应式：负极：fe-2e-fe2+ 正极：2h+2e-h2重点1 原电池形成条件一个原电池一般由以下三部分构成1.电极2.电解质溶液 原电池中的电解质溶液作用有二：一是导电；二是与负极发生氧化还原反应。所以电解质溶液中，一般都含有能与负极反应的离子。3.电极用导线连接或直接接触，放入电解质溶液形成闭合电路。【例2】 下列装置中，能发生原电池反应的是（ ）解析：根据形成原电池的条件判断，b中不能形成闭合回路，c中两电极相同，因而b、c不能形成原电池。答案：ad重点2 电极判断 原电池有两个电极，一个是正极，一个是负极，判断正极和负极的方法常用的有五种。1.由组成原电池的两极材料判断：一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。2.由原电池的工作原理判断：负极总是电子流出，自身（若负极参与反应）失电子成阳离子被氧化，发生氧化反应；正极总是电子流入，溶液中阳离子或氧气在该处得电子被还原。即外电路电子总是从负极流向正极（电流恰好相反），内电路部分总是阳离子移向正极（阴离子恰好相反）。3.x极增重或减重：工作后，x极质量增加，说明溶液中的阳离子在x极（正极）放电，x极活动性弱。反之，x极质量减少，说明x极金属溶解，x极为负极，活动性强。4.x极有气泡冒出：工作后，x极上有气泡冒出，是因为发生了析出h2的电极反应，说明x极为正极，活动性弱。5.x极附近ph变化：吸氢或吸氧的电池反应发生后，均能使正极附近电解质溶液的ph增大，因而工作后，x极附近ph增大了，说明x极为正极，活动性弱。【例3】银锌电池的电极分别是ag2o和zn，电解质溶液为koh，它的放电过程表示为ag2o+zn+h2o=2ag+zn（oh）2下列叙述，正确的是（ ）a.在放电过程中，电池负极区溶液ph减小b.在放电过程中，电极负极区ph增大c.在放电过程中，电子由ag2o经外电路流向znd.放电时，ag2o电极发生氧化反应，zn极发生还原反应解析：放电过程即为原电池工作的过程，根据电池反应方程式得，zn失电子被氧化作负极，ag2o得电子被还原作正极，d项错误。负极发生的反应：zn-2e-=zn2+，zn2+2oh-=zn（oh）2。由于oh-浓度降低，ph减小，故a项正确，b项错误。电子流向由zn到ag2o，c项错误。答案：a重点3 原电池原理的应用1.加快某些反应 构造原电池加快常规反应的进行，例如实验室制备h2时常向反应液中加入少量cuso4溶液。2.制造新的化学电源（1）锌锰干电池，以zn为负极，石墨棒为正极，以mno2、nh4cl等为原料，有关反应可表示为负极（锌筒）：zn-2e-=zn2+正极（石墨）：2+2e-=2nh3+h2总反应：zn+2=zn2+2nh3+h2（2）铅蓄电池 两极材料是pb和pbo2，电解质溶液是30%稀h2so4。放电时，pbo2和pb发生氧化还原反应，pbo2+pb+4h+2=2pbso4+2h2o（铅的+2价态稳定，pbso4难溶于水）。由上可知电极发生的反应负极：pb-2e-+=pbso4（或pb+=pbso4+2e-）发生氧化反应。正极：pbo2+2e-+4h+=pbso4+2h2o发生还原反应。负极上的氧化产物是pbso4，正极上的还原产物是pbso4。原电池工作过程中，电解质溶液的ph增大。（3）锂电池 锂电池的种类很多，本质上都是利用li是活泼金属，作负极，锂电池的主要优点是电容量大，质轻，工作效率高，使用寿命长。（4）新型燃料电池 燃料电池是名副其实地把能源中燃料燃烧反应的化学能直接转化为电能的“能量转换器”。两极通常为惰性电极，通入燃料气的一极是负极，通入o2的一极是正极，电解质溶液可为酸或碱。例如甲烷燃料电池，就是把ch4燃烧的化学能转化为电能，原电池反应的产物与燃料燃烧时的产物完全相同。在ch4燃烧反应：ch4+2o2=co2+2h2o中ch4发生氧化反应，o2发生还原反应，ch4在负极被氧化成co2，而co2又与电解液中koh反应转化为。负极反应式为ch4-8e-+10 oh-=+7h2o，o2在正极得电子最终转化成oh-，o2+4e-+2h2o=4oh-。电池反应总式为ch4+2o2+2oh-=+3h2o【例4】 氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是2ni（oh）2h2+2nio（oh）。根据此反应式判断下列叙述正确的是（ ）a.电池放电时，电池负极周围溶液的ph不断增大b.电池放电时，镍元素被氧化c.电池充电时，氢元素被还原d.电池放电时，h2在负极发生氧化反应解析：从总反应式来看，由于受思维定势的影响，习惯上向右进行的反应是放电的，向左进行的反应是充电的，此题恰恰把放电和充电的顺序颠倒，而导致出现错误；依据放电时的产物为ni（oh）2是碱性氢氧化物，故可知充电电池应以氢氧化钠等碱作电解液导电。再依据总式，向左进行时是放电，h2作还原剂，化合价升高，负极反应为h2+2oh-2e-=2h2o，故负极附近的溶液ph减小，h2在负极上发生氧化反应，故a选项错，d选项正确；放电时nio（oh）中ni元素的化合价降低，得到电子，电极反应式为2nio（oh）+2h2o+2e-=2ni（oh）2+2oh-，ni元素被还原，故b选项错；当电池充电时，恰与放电时相反，阳极：2ni（oh）2+2oh-2e-=2nio（oh）+2h2o，阴极：2h2o+2e-=h2+2oh-，此时水中的氢元素得电子，被还原，所以c选项是正确的。答案：cd各个击破类题演练1如右图所示装置，电流表g发生偏转。同时a极逐渐变粗，b极逐渐变细，c为电解质溶液，则a，b，c应是下列各组中的（ ）a.a是zn，b是cu，c为稀h2so4b.a是cu，b是zn，c为稀h2so4c.a是fe，b是ag，c为稀agno3溶液d.a是ag，b是fe，c为稀agno3溶液解析：a极逐渐变粗，说明a为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在a极上析出；b极变细，说明b为原电池的负极，失去电子后变成离子进入了溶液中。a和b两项反应为zn+h2so4=znso4+h2，则a选项中a极变细，b选项中a极不变；c和d两项反应为fe+2agno3=2ag+fe（no3）2，其中c选项中a极变细，d选项中a极变粗。答案：d变式训练1请利用氧化还原反应cu+2fecl3=2fecl2+cucl2设计一个原电池。解析：化学反应符合设计要求。该反应可拆分成两个半反应：负极反应：cu-2e-=cu2+正极反应：2fe3+2e-=2fe2+所以该原电池设计如下电极：cu作负极，石墨为正极。电解质溶液为fecl3溶液。答案：类题演练2某高二化学兴趣小组为了探索铝在原电池中的作用，设计并进行了一系列实验，实验结果记录如下：编号电极材料电解质溶液电流计指针偏转方向1mg，al稀盐酸偏向al2al，cu稀盐酸偏向cu3al，石墨稀盐酸偏向石墨4mg，alnaoh偏向mg5al，zn浓硝酸偏向al试根据上表中的实验现象回答下列问题：（1）实验1、2中al所作的电极是否相同？（2）写出实验3中的电极反应式和电池总反应方程式。（3）实验4中al作正极还是作负极，为什么？写出al电极的电极反应式。（4）解释实验5中电流计指针偏向al的原因？（5）根据实验结果总结：在原电池中金属铝作正极还是作负极受到哪些因素的影响。解析：根据原电池的构成条件，结合实验的条件（电极材料及电解质溶液的不同）以及反应的实验现象（指针偏转方向由1、2两组知指针偏向正极）作出判断。注意al可与naoh溶液反应，在浓hno3中钝化。答案：（1）不同。因为两实验中组成原电池的电极金属活动性不同，实验1中al较mg不活泼，作正极；实验2中al活泼作负极。（2）al为负极：2al-6e-2al3+，石墨为正极；6h+6e-3h2，2al+6h+=2al3+3h2。（3）al作负极，因为al能与naoh溶液反应，al被氧化；电极反应式为al+4oh-3e-al（oh）4-。（4）实验5中由于al在浓硝酸中发生钝化，所以zn为负极。（5）与另一电极材料的活泼性、电解质溶液的酸碱性以及电解质溶液的氧化性强弱等因素有关。类题演练3 据报道，美国正在研究的锌电池可能取代目前广泛使用的铅酸蓄电池，它具有容量大等优点，其电池反应为2zn+o22zno，原料为锌粒、电解液和空气，则下列叙述正确的是（ ）a.锌为正极，空气进入负极反应 b.负极反应为zn-2e-=zn2+c.正极发生氧化反应 d.电解液肯定不是强酸解析：由2zn+o2=2zno反应可知：zn被氧化失去电子作负极，其电极反应为zn-2e-=zn2+，b正确；生成物为zno，会与酸反应，因此电解质溶液不是强酸，选项d也正确。答案：bd变式训练2(2006湖南长沙高三联考)下面关于下图所示装置说法正确的是（ ）a.上图构成原电池，mg为负极b.电池的总反应为2al+2naoh+2h2o=2naalo2+3h2c.当转移0.004 mol e-时产生0.01 mol o2d.反应结束后ph降低解析：在碱性溶液中al参与反应，作为负极，失电子，mg为正极，h2o中h+放电得到h2。答案：bd类题演练4美国阿波罗宇宙飞船使用的氢氧燃料电池的一种新型的化学电源，其构造如图所示：a、b两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电。a是_极，b是_极。电极反应分别是_。解析：考查原电池的两极判断方法及电极反应式的书写思路。正极发生还原反应，得电子化合价降低；负极发生氧化反应，失电子化合价升高。故可以直接根据化合价升降去判断两极并书写电极反应。由图示可知，参与电极反应的h2和o2，生成的是h2o，故在反应中h2失去电子被氧化，a为负极；o2得到电子还原，b为正极。答案：负 正 2h2+4oh-4e-=4h2oo2+2h2o+4e-=4oh-变式训练3（1）今有2h2+o22h2o反应，构成燃料电池，则负极通入的应是_，正极通入的应是_，电极反应式为_、_。（2）如把koh改为稀h2so4作电解质，则电极反应式为_、_。（1）和（2）的电池液不同，反应进行后，其溶液的ph各有何变化？_。（3）如把h2改为甲烷，koh作导电物质，则电极反应式为_、_。解析：根据电池反应式可知h2在反应中被氧化，o2被还原，因此h2应在负极上反应，o2应在正极上反应。又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有h+参加或生成，故负极反应为2h2+4oh-4e-=4h2o，正极反应为o2+2h2o+4e-=4oh-。若将导电物质换成酸性溶液，此时应考虑不可能有oh-参加或生成，故负极：2h2-4e-=4h+，正极：o2+4h+4e-=2h2o。由于前者在碱性条件反应，koh量不变，但工作时h2o增多，故溶液变稀，碱性变小，ph将变小。而后者为酸溶液，h2so4不变水增多，溶液酸性变小，故ph将变大。如把h2改为甲烷，用koh作导电物质，根据反应ch4+2o2=co2+2h2o，则负极为发生氧化反应的ch4，正极为发生还原反应的o2，由于有koh存在，此时不会有co2放出。答案：（1）h2 o2 负极：2h2+4oh-4e-=4h2o 正极：o2+2h2o+4e-=4oh-（2）负极：2h2-4e-=4h+ 正极：o2+4h+4e-=2h2o 前变小，后变大（3）负极：ch4+10oh-8e-=+7h2o正极：2o2+4h2o+8e-=8oh-变式训练4镍镉可充电电池，电极材料是cd和nio（oh），电解质是koh，放电时的电极反应式是cd+2oh-2e-cd（oh）2，2nio（oh）+2h2o+2e-2ni（oh）2+2