人教版必修2 第2章第2节 化学能与电能 教案.doc

第2节 化学能与电能适用学科高中化学适用年级高中一年级适用区域人教版新课标课时时长（分钟）知识点1、原电池的概念及组成，2、原电池的工作原理，3、原电池的判定，4、化学电源教学目标原电池的电极名称及电极反应式；对几种化学电源的电极反应式的认识和书写；原电池原理的应用。教学重点原电池的电极名称及电极反应式；化学电源的电极反应式的认识和书写；原电池原理的应用。教学难点原电池原理的应用教学过程课堂导入1.格林太太是一位美丽、乐观的中年妇女，当她开怀大笑的时候，人们可以发现她一口整齐洁白的牙齿中镶有两颗假牙：其中一颗是黄金的，另一颗是不锈钢的。令人百思不解的是自从镶上不锈钢假牙后，格林太太经常头痛、夜间失眠、心情烦躁医生绞尽了脑汁，格林太太的病情仍未好转。后来一位年轻的化学家来看望格林太太，并为格林太太揭开了病因。原来是两颗金属的假牙与唾液中的电解质形成了原电池，产生了微小的电流，使得格林太太头痛。原电池是如何形成的？它需要什么条件？2.锂离子电池的阴极材料为锂金属氧化物，具有高效率、高能量密度的特点，并具有放电电压稳定、工作温度范围宽、自放电率低、储存寿命长、无记忆效应及无公害等优点。但目前锂离子电池在大尺寸制造方面存在一定问题，过充控制的特殊封装要求高，价格昂贵，所以尚不能普遍应用。目前世界上运行的最大锂离子储能系统是a123公司投资建设的，装机容量为2兆瓦。 一、复习预习1、氧化还原反应的特征是什么？氧化还原反应的本质是什么？2、电池在当今生产、生活和科技发展中广泛的用途（电脑展示）3、 mg条在空气中燃烧现象如何？过程中发生的能量变化有哪些？答：发出耀眼的强光，同时放出大量的热，化学能转变为光能、化学能转变为热能，这是一个氧化还原反应，mg直接失电子给氧，设想如果把mg失去的电子通过导线递给氧，在导线中不就有电流产生吗？该过程就是化学能转变成电能了。那么到底通过何种途径、何种装置来实现这种转变呢？二、知识讲解知识点1：原电池的概念及组成1、原电池定义：把化学能转变为电能的装置注意：原电池是一种装置，其能量转化形式是化学能转化为电能。2、典型装置把锌粒放入稀硫酸中；铜片放入稀硫酸中；锌粒放在铜片上一起浸入稀硫酸中；锌片、铜片用导线连在灵敏电流计上一起浸入稀硫酸中。观察四个装置的现象。如上图当闭合开关后可以看到zn片溶解，电流计的指针偏转，说明有电流的形成；但是电流在较短时间内就会衰减，说明该装置简单、效率低；在两个电极上都会有气体产生，而且溶液的温度升高说明zn可以直接与硫酸反应，在cu片上是溶液中的h+得到电子生成h2，因此在该装置中既有化学能转化为电能又有化学能转化为热能。如上图将zn片和cu片分别置于和znso4和cuso4溶液中，用导线连接，两烧杯之间用盐桥接通，发现电流计的指针偏转，说明有电流的形成；而且电流稳定持续时间较长，说明该装置简单、效率高；在zn表面有红色物质析出，因此在该装置中只有化学能转化为电能。【注意：】盐桥起着平衡溶液电荷，构成回路，提高原电池工作效率的作用。3、原电池的基本组成：由电极材料和电解质溶液形成两个半电池，两个隔离的半电池通过导线连接。4、构成原电池条件a溶液相同，电极变化 b电极相同，溶液变化：c电路是否闭合 分析得构成原电池的条件（1）两个电极：负极（较活泼的金属，失去电子的一极），正极（较不活泼的金属或非金属，得到电子的一极）； （2）电解质溶液或者熔融电解质（两电极浸在其中） （3）闭合回路 （4）电池反应应为自发的氧化还原反应知识点2：原电池的工作原理1、 原电池原理：宏观上我们看到了两极上的变化，从微观上我们再来探讨一下就能够发现作为负极的较活泼的金属不断失去电子变成阳离子进入溶液中，而电子则沿着外电路也就是导线转移到作正极的较不活泼的金属上，溶液中的阳离子会移向正极并在正极上获得电子发生还原反应，溶液中的阴离子向负极移动，这样才会是完整的闭合回路，从而形成电流，化学能转换为电能。上面讲到的丹尼尔电池中盐桥的作用就是离子在其中可以移动而形成完整的闭合回路。2、 电子流向：负极导线正极3、 离子迁移：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。（使得电源有了电势差）4、 电流流向：与电子移动方向相反5、 电极反应与总反应：原电池将一个完整的氧化还原反应分为两个半反应，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。一般将两个电极反应中得失电子的数目写为相同，相加后便得到总反应方程式。以zn-cu原电池为例：电极反应：（-）zn-2 e=zn2+（+）2h+2 e=h2电池总反应：zn+2h+=h2+zn2+6、 ph的变化规律：若电极反应消耗oh-（或者h+），则电极周围溶液的ph减小（或增大）；若电极反应生成oh-（或者h+），则电极周围溶液的ph增大（或减小）。若总反应的结果是消耗oh-（或者h+）或生成oh-（或者h+）则溶液的ph减小（或增大）或增大（或减小）。若两极消耗等物质的量的oh-和h+，则溶液的ph变化规律随溶液的酸碱性的不同而不同。知识点3：原电池正负极的判断方法1、 由组成原电池的两级材料判断：一般活泼的金属作为负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属作为正极。2、 根据电流方向或电子流动方向判断：在外电路电流时由正极流向负极；电子是由负极流向正极。3、 根据原电池里电解质溶液中离子的定向移动方向判断：在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。4、 根据原电池两级发生的变化来判断：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。5、 x极增重或减轻：工作后，x极质量增加，说明x极有物质析出，x极为正极；反之，x极质量减少，说明x极金属溶解，x极为负极。6、 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。7、 x极附近ph的变化：析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电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。8、 特例：在根据金属活动性的规律判断的时候还得考虑溶液的酸碱性以及浓溶液、稀溶液等问题。知识点4：常见的化学电源及其电极反应1、 化学电源分类：一次电池（发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后就不能再使用的电池，如普通锌-锰电池、银-锌电池等干电池）；二次电池（可多次充、放电的电池，如铅蓄电池、镍-铬电池等蓄电池）；燃料电池（利用燃料和氧化还原反应的电池，如氢氧燃料电池、甲醇燃料电池等）2、 电极反应式的书写a、 书写应遵循的原则：要遵循质量守恒、电子守恒及电荷守恒。弱电解质、气体和难溶物均写成化学式，其余的以离子形式表示。正极反应产物、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。b、 电极反应式的书写类型：根据装置书写电极反应式、给出总反应写出电极反应式（列出物质，标出电子的得失；选离子，配电荷；配个数，巧加水；两式加，验总式。）c、 以2h2o2=2h2o为例，当电解质溶液为koh溶液时，根据总反应方程式得到两边化合价升高的物质是h2转移电子数为4e，即负极反应式书写为2h2-4e=4h+，根据电解质溶液的酸碱性，用h+或oh-或其他离子配平，使得两边电荷总数相等，即2h2-4e+4oh-=4h2o在碱性溶液中，电极反应式中不能出现h+；同理正极反应式的书写是o22h2o+4e =4oh-。在碱性溶液中提供h+的是水，要写成化学式的形式。将正负极反应式相加若得到总反应方程式说明书写正确。注意：若反应式同侧出现不能共存的离子，如h+和oh-要写成反应后的物质h2o。知识点5：原电池原理的应用1比较金属活泼性作负极的金属活泼性强，作正极的金属活泼性弱。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保护金属设备如：船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀。在船体外壳焊接上比铁活泼的金属(如zn)，则构成以zn、fe为电极的原电池，zn被消耗掉而fe得到保护。4原电池的设计以zncuso4=znso4cu为例说明。注意：在设计原电池时，若给出的是离子反应方程式，如：fecu2=cufe2，此时电解质不确定为具体的物质，只要是可溶性铜盐即可，如cucl2、cuso4等。三、例题精析【例题1】甲烷燃料电池，分别选择h2so4溶液和naoh溶液做电解质溶液，下列有关说法正确的是()a总反应式都为ch42o2=co22h2obh2so4和naoh的物质的量都不变，但浓度都减小c若用h2so4溶液做电解质溶液，负极反应式为ch44eh2o=co24hd若用naoh溶液做电解质溶液，正极反应式为o22h2o4e=4oh【解题思路】a项，在氢氧化钠溶液中，生成的co2会与氢氧化钠反应生成碳酸钠；b项，在碱性溶液中，由于co2与氢氧化钠反应，使得氢氧化钠的物质的量减小；c项，负极反应中，1个ch4应该失去8个电子，其电极反应式是ch48e2h2o=co28h+。【答案】d【例题2】有a、b、c、d四种金属，将a与b用导线联结起来，浸入电解质溶液中，b不易被腐蚀；将a、d分别投入到等浓度的盐酸中，d比a反应剧烈；将铜浸入b的盐溶液中无明显变化；将铜浸入c的盐溶液中，有金属c析出。据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为 （ ）adcab bdabc cdbac dbadc【解题思路】根据原电池原理，较活泼金属作负极，较不活泼金属作正极，b不易被腐蚀，说明b为正极，金属活动性ab。另可比较出金属活动性da，bc。故答案为b项。【答案】b【例题3】100ml浓度为2 moll-1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是 （ ）a加入适量的6moll-1的盐酸 b加入数滴氯化铜溶液 c加入适量蒸馏水d加入适量的氯化钠溶液【解题思路】向溶液中再加入盐酸，h+的物质的量增加，生成h2的总量也增加，a错。加入氯化铜后，锌置换出的少量铜附在锌片上，形成了原电池反应，反应速率加快，又锌是过量的，生成h2的总量决定于盐酸的量，故b正确。向原溶液中加入水或氯化钠溶液都引起溶液中h+浓度的下降，反应速率变慢，故c、d都不正确。本题答案为b项。【答案】b四、课堂运用【基础】1.家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是 a.4fe(oh)22h2oo2=4fe(oh)3b.2fe2h2oo2=2fe(oh)2c.2h2oo24e=4oh?d.fe3e=fe3?【解题思路】fe 在空气中发生原电池的负极反应是失去两个电子，所以是fe2e=fe2所给选项d是错的；在空气中生成的fe2不能够存在，它与o2和h2o结合生成fe(oh)2，所以b正确；fe(oh)2在空气中也不稳定又会变成fe(oh)3，所以a正确；而正极反应式是o2得电子，发生2h2oo24e=4oh，所以c正确。【答案】d2.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污染土壤和水源c.不使电池中渗出的电解液腐蚀其他物品d.回收其中的石墨电极【解题思路】化学中安全是最重要的，安全应该放在第一位，在废旧电池中有许多重金属离子会造成环境污染，所以首要原因就是b中描述的。【答案】b3.铁棒与石墨棒用导线连接后浸入0.01 moll1的食盐溶液中，可能出现的现象是a.铁棒附近产生ohb.铁棒被腐蚀c.石墨棒上放出cl2d.石墨棒上放出o2?【解题思路】本题结合原电池原理考查实验现象。在原电池中失去电子的优先是fe作负极：fe2e=fe2,在食盐溶液中发生的主要是吸氧腐蚀，所以c（石墨）作正极：2h2oo2+4e=4oh。所以是在石墨棒附近产生oh，所以答案只能选b。【答案】b【巩固】1.以下现象与电化腐蚀无关的是a.黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿b.生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈c.铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈d.银制奖牌久置后表面变暗【解题思路】a选项中是合金，所以活动性不同的金属在空气中能够发生电化学腐蚀；生铁其实也属于合金，有比较活泼的fe为负极，c为正极所以也能够发生电化学腐蚀；同样的c选项中也有电化腐蚀，d选项中只是简单的化学腐蚀，氧化过程。【答案】d2.锂电池是新一代的高能电池，它以质轻、能高而受到普遍重视，目前已经研制成功了多种锂电池。某种锂电池的总反应可表示为：limno2=limno2。若该电池提供5库仑（c）电量（其他损耗忽略不计），则消耗的正极材料的质量约为（式量li:7;mno2:87,电子电量取1.601019c）a.3.2103 gb.7104 gc.4.52103 gd.4.52102 g【解题思路】正极反应mno2+e=mno。则n(mno2)=n(e)=5 c/(1.601019c6.021023 mol1),m(mno2)=4.52103 g。【答案】c3.据报道，美国正在研究的新电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，它具有容量大等优点，其电池反应为2zno2=2zno，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zn2e=zn2?c.正极发生氧化反应 d.电解液肯定不是强酸【解题思路】在铅蓄电池中zn失去电子作为负极：zn2e=zn2，作为还原剂被氧化发生氧化反应，所以b正确，a错误，而空气中的氧气作为正极得到电子发生还原反应；当电解液是酸时，总反应方程式中的zno是不能存在的，所以d正确。【答案】bd【拔高】1(2013太原市模拟(二)13)电化学在日常生活中用途广泛，图甲是镁次氯酸钠燃料电池，电池总反应为mgcloh2o=clmg(oh)2，图乙是含cr2o的工业废水的处理。下列说法正确的是()a图乙中cr2o向惰性电极移动，与该极近的oh结合转化成cr(oh)3除去b图乙的电解池中，有0.084 g阳极材料参与反应，阴极会有336 ml的气体产生c图甲中发生的还原反应是mg2cloh2o2e=clmg(oh)2d若图甲中3.6 g镁溶液产生的电量用以图乙废水处理，理论可产生10.7 g氢氧化铁沉淀【解题思路】a项，在电解池中，阴离子应该移向阳极，根据装置乙可知，惰性电极做阴极；b项，未标明标准状况，故无法计算产生气体的体积；c项，根据装置甲可知，镁做负极，发生电极反应是mg2e=mg2；d项，图甲中溶解3.6 g镁时，失去的电子是0.3 mol，在图乙中阳极反应是fe2e=fe2，根据电子守恒可得此时生成的fe2是0.15 mol，所以最后生成的氢氧化铁也是0.15 mol即16.05 g。【答案】c2.过氧化银(ag2o2)是银锌碱性电池正极的活性物质，可通过下列反应制备：k2s2o82agno34kohag2o22kno32k2so42h2o(1)已知k2s2o8和h2o2含有一个相同的化学键，则该反应_ (填“是”或“不是”)氧化还原反应；已知下列反应：mn2s2oh2omnosoh(未配平)，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_。(2)制备ag2o2的反应进行完全后，经过滤、洗涤、干燥，即可得到ag2o2，检验ag2o2是否洗涤干净的方法是_。(3)一种银锌(ag2o2、zn)碱性电池的电解质溶液为koh溶液，电池放电时正极生成ag，负极只生成一种化合物(只含有zn、k、h、o)，其中zn元素的质量分数为30%，钾、锌两种元素的质量比为78:65，则该电池的总反应方程式为_。【解题思路】(1)根据题意可知，k2s2o8中含有过氧键，而生成物过氧化银中也有过氧键，该反应中各元素化合价没有发生变化，属于非氧化还原反应。mn2与s2o的反应中，氧化剂是s2o，还原剂是mn2，根据其化合价变化值可知其物质的量之比为52。(2)根据中学所学知识，检验so即可，但不能使用bacl2或ba(oh)2，因为原反应物中含有ag。 (3)首先根据题意确定负极产物的化学式，设负极产物的化学式为k2znoxhy，则：65/30.8%211,211657868，分析讨论得xy4成立，故负极产物的化学式为k2zn(oh)4。结合元素守恒可以写出该电池的总反应式。【答案】(1)不是52(2)取少量最后一次洗涤液，滴加12滴硝酸酸化的ba(no3)2溶液，若不出现白色浑浊，则表明已洗涤干净(3)2znag2o24koh2h2o=2k2zn(oh)42ag课程小结1、 本节内容从生活出发，培养学生学习兴趣，掌握原电池的电极名称及电极反应式；对几种化学电源的电极反应式的认识和书写；原电池原理的应用。由简单到复杂建立学生的自信心和学习兴趣。让学生爱学习，想学习。2、 通过练习，引导学生自己总结各概念时能对概念灵活应用；通过视频实验来仔细观察，归纳总结出实验过程中的注意事项及错误分析，培养学生谨慎、认真的习惯。3、 本讲内容重在应用，在高考中是必考知识点，应该多引导学生进行一定量的练习，以熟悉并掌握相关应用。4、工作原理示意图课后作业【基础】1.下列设备工作时，将化学能转化为热能的是()abcd硅太阳能电池锂离子电池太阳能集热器燃气灶【解题思路】硅太阳能电池工作时将光能转化为电能，a项错误；锂离子电池是化学电池，工作时将化学能转化为电能，b项错误；太阳能集热器工作时将光能转化为热能，c项错误；燃气灶工作时将化学能转化为热能，d项正确。【答案】d2.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水licl-kcl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为：pbso4+2licl+ca =cacl2+li2so4+pb。下列有关说法正确的是a.正极反应式：ca+2cl- - 2e- = cacl2b.放电过程中，li+向负极移动c.每转移0.1mol电子，理论上生成20.7pbd.常温时，在正负极间接上电流表或检流计，指针不偏转【解题思路】由原电池的总反应方程式得到负极是ca失去电子，介质是无水licl-kcl，所以负极：ca+2cl- - 2e- = cacl2，正极pbso4是得到电子：pbso4+2e-+2 li+= li2so4+pb。当转移2mol电子时理论上会生成207g pb，所以c项错误；根据题中所给：作为电解质的无水licl-kcl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能，所以在常温时是不会产生电流的，d正确。【答案】d3.下列对四个常用电化学装置的叙述中，正确的是()图碱性锌锰电池图铅蓄电池图电解精炼铜图纽扣式银锌电池a图所示电池中，mno2的作用是催化剂b图所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大c图所示装置工作过程中，电解质溶液中cu2浓度始终不变d图所示电池中，ag2o是氧化剂，电池工作过程中被还原为ag【解题思路】a项，图所示电池中，mno2的作用是氧化剂；b项，图所示电池放电过程中，硫酸浓度不断减小；c项，图所示装置工作过程中，电解质溶液中cu2浓度降低。【答案】d【巩固】1.银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了ag2s的缘故。根据电化学原理可进行如下处理：在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器漫入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是a处理过程中银器一直保持恒重b银器为正极，ag2s被还原生成单质银c该过程中总反应为2al + 3ag2s = 6ag + a12s3d黑色褪去的原因是黑色ag2s转化为白色agcl 【解题思路】上述过程是发生了原电池反应，al作为负极失去电子，ag2s作为正极得到电子生成ag，所以b选项正确；银器由原来的ag2s变成反应后的ag质量减少，a选项错误；该过程是在溶液中，a12s3只能在干态下制取，在溶液中马上会双水解，所以上述产物中不会有a12s3，c选项错误；黑色褪去的原因是因为ag2s变成ag的原因，所以d选项错误。【答案】b2.mg-h2o2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是a.mg电极是该电池的正极b.h2o2在石墨电极上发生氧化反应c.石墨电极附近溶液的ph增大d.溶液中cl向正极移动【解题思路】上述原电池的电解质溶液是海水，所以负极是失去电子：mg- 2e-= mg2+，所以a选项错误；h2o2只能得到电子作为正极发生还原反应，b错误；正极反应式为：2h2o2+2e-=2h2o+o2，所以c正确；溶液中的阴离子是向着负极移动的，所以d错误。【答案】c3 mg-agcl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为：2agcl+ mg = mg2+ 2ag +2cl-。有关该电池的说法正确的是amg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【解题思路】由电池总反应方程式得知是mg失去电子作为负极： mg- 2e-= mg2+，所以a错误；正极是agcl得到电子：agcl+e-=ag+cl-，所以b错误；题中信息指出：mg-agcl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，所以可以被kcl 溶液激活，c错误；该电池可以用作海上照明，d是正确的。【答案】d【拔高】1.将nacl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如下图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比