《化学能与电能的转化》教案1 (2)

化学能与电能的转化化学能与电能的转化 教案教案 疏导引导疏导引导 知识点1 原电池的工作原理 1 原电池的判定 1 先分析有无外接电源 无外接电源才有可能为原电源 然后依据原电池的形成条件分析 判断 主要是 四看 看电极 两极为导体且存在活泼性差异 燃料电池的电极一般为 惰性电极 看溶液 两极插入电解质溶液中 看回路 形成闭合回路或两极直接接触 看本质 有无氧化还原反应发生 2 多池相连 但无外接电源时 两极活泼性差异最大的一池为原电池 其他各池可看作电 解池 2 原电池正 负极的判定 1 由两极的相对活泼性确定 相对活泼性较强的金属为负极 一般地 负极材料与电解质 溶液要发生反应 相对活泼性较差的金属或导电的非金属为正极 如MgAlHCl溶液构成的 原电池中 负极为Mg 但MgAlNaOH溶液构成的原电池中 负极为Al 思考 AlCuHCl AlCu浓HNO3溶液构成的原电池中的负极分别是什么 2 由电极变化情况确定 某一电极若不断溶解或质量不断减少 该电极发生氧化反应 则 此电极为负极 若某一电极上有气体产生 电极的质量不断增加或不变 该电极发生还原 反应 则此电极为正极 燃料电池除外 如 ZnCCuSO4溶液构成的原电池中 C电极上会析 出紫红色固体物质 则C为此原电池的正极 3 根据某些显色现象确定 一般可以根据电极附近指示剂 石蕊 酚酞 湿润的淀粉等 的 显色情况来分析推断该电极发生的反应情况 是氧化反应还是还原反应 是H 还是OH 或I 等放电 从而确定正 负极 3 电极反应式的书写 1 负极 负极电极是还原材料失去电子被氧化发生氧化反应 2 正极 正极电极反应要分析电极材料的性质 若电极材料是强氧化性材料 则是电极材 料得电子被还原 发生还原反应 若电极材料是惰性的 再考虑电解质溶液中的阳离子是 否能与负极材料反应 能则是溶液中的阳离子得电子 发生还原反应 若不能与负极材料 反应 则考虑空气中的氧气 由氧气得电子 发生还原反应 3 原电池反应 电解质溶液中 正负极上发生的两极反应的电子得失要相等 或直接写电 极材料与电解质溶液间发生的氧化还原反应 综上所述 负极 氧化反应 失去电子的反应 正极 还原反应 得到电子的反应 4 原电池的设计方法 以氧化还原反应为基础 确定原电池的正负极 电解质溶液及电极反应 参考ZnCuH2SO4原 电池模型处理问题 如根据反应Cu 2FeCl3 CuCl2 2FeCl2设计一个原电池 即Cu作负极 C 或Pt 作正极 FeCl3作电解质溶液 负极反应Cu 2e Cu2 正极反应为2Fe3 2e 2Fe2 知识点2 化学电源 1 一次电池与二次电池有何不同 一次电池的活性物质 发生氧化还原反应的物质 消耗到一定程度 就不能使用了 如 普通的锌锰电池 碱性锌锰电池等都是一次电池 二次电池又称为充电电池或蓄电池 放电后可以再充电使活性物质获得再生 这类电 池可以多次重复使用 如铅蓄电池等 2 一次电池 1 锌银电池 锌银电池的负极是锌 正极是Ag2O 电解质是KOH 其电极反应为 负极 Zn 2OH 2e ZnO H2O 正极 Ag2O H2O 2e 2Ag 2OH 总反应方程式 Zn Ag2O 2Ag ZnO 在使用过程中 电池负极区溶液pH减小 特点 此种电池能量大 电压稳定 储存时间长 适宜小电流连续放电 2 锂电池 锂电池用金属锂作负极 石墨作正极 电解质溶液由四氯化铝锂 LiAlCl4 溶解在亚硫 酰氯 SOCl2 中组成 锂电池的主要反应为 负极 8Li 8e 8Li 正极 3SOCl2 8e 2S 6Cl 2 3 SO 总反应式为 8Li 3SOCl2 6LiCl Li2SO3 2S 特点 锂电池是一种高能电池 具有质量轻 电压稳定 工作效率高和贮存寿命长的优点 3 二次电池 铅蓄电池的特点是 电压稳定 使用方便 安全 可靠 又可以循环使用 规律小结 电化学上把发生氧化反应的电极叫做阳极 发生还原反应的电极叫做阴极 4 燃料电池 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能转换成电能的化学电池 燃料电池的 电极本身不参与氧化还原反应 只是一个催化转化元件 它工作时 燃料和氧化剂连续地 由外部供给 在电极上不断地进行反应 生成物不断地被排除 于是电池就连续不断地提 供电能 CH4燃料电池 用导线相连的两个铂电极插入KOH溶液中 然后向两极分别通入CH4 O2 负极 CH4 10OH 8e 7H2O 2 3 CO 正极 2O2 4H2O 8e 8OH 总离子方程式 CH4 2O2 2OH 3H2O 2 3 CO 特点 能量转化高 可持续使用 无噪音 不污染环境 规律小结 负极氧化反应还原剂 正极还原反应氧化剂 知识点3 电解池的工作原理及应用 1 电解池的工作原理 1 电解的原理 我们已知道 离子在电场中的定向移动是电解质溶液和熔融电解质导电的原因 在电 场作用下 熔融氯化钠中的Na 和Cl 分别移向与电源负极和正极相连的电极 与电源负极 相连的电极带有负电荷 Na 在这个电极上得到电子 被还原成钠原子 Na e Na 而与电源正极相连的电极带有正电荷 Cl 将电子转移给这个电极 自身被氧化为氯原子 最终生成氯气 2Cl Cl2 2e 将两个电极上所发生的反应组合起来 就是电解氯化钠制备金属钠的化学反应 2NaCl2Na Cl2 通电 这种在直流电的作用下 在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程叫做电解 在电解过程中 电源向反应体系提供电能 电能转化成化学能而 储存 在反应物中 这 种将电能转化为化学能的装置叫做电解池 电解池由直流电源 固体电极材料以及电解质 溶液或熔融电解质组成 2 电解质导电的实质 对电解质溶液 或熔融态电解质 通电时 电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极 电解质的阳离子移向阴极得电子发生还原反应 电解质的阴离子移向阳极失去电子 有的是 组成阳极的金属原子失去电子 发生氧化反应 电子从电解池的阳极流出 并沿导线流回电 源的正极 这样 电流就依靠电解质溶液 或熔融状态电解质 里阴 阳离子的定向移动而 通过溶液 或熔融态电解质 所以电解质溶液 或熔融态电解质 的导电过程 就是电解质 溶液 或熔融态电解质 的电解过程 3 电解时电极产物的判断 阳极产物的判断 首先看电极 如果是活性电极 除Au Pt 石墨以外的材料作电极 则电极材料失电子 电极被溶解 溶液中的阴离子不能失电子 如果是惰性电极 Pt Au 石墨 则要再看溶 液中阴离子的失电子能力 此时根据阴离子放电顺序加以判断 阴离子放电顺序 S2 I Br Cl OH 含氧酸根 等 F 2 4 SO 3 NO 阴极产物的判断 直接根据阳离子放电顺序进行判断 阳离子放电顺序 Ag Hg2 Fe3 Cu2 H H 浓度较 大时 Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 H H 浓度较小时 Al3 Mg2 Na Ca2 K 4 电解池中电极反应式和总反应式的书写 阳极 电子流出 失去电子 发生氧化反应 阴极 电子流入 得到电子 发生还原反应 根据给出的两个电极反应式 写出总反应式 方法 使两个电极反应式得 失电子数相等后 将两式相加 消去相同化学式即可 给出总反应式 写出电极反应式 书写电极反应式的步骤一般分为四步 列物质 标得失 选离子 配电荷 配个数 巧用水 两式加 验总式 2 电解的应用 1 电解熔融盐制活泼金属 如金属钠 铝的制取 2 电解精炼 如 精炼铜 3 电镀 4 电解食盐水制烧碱 知识点4 电解池的应用 1 电解饱和食盐水来制造烧碱 氯气和氢气反应原理 阳极 放电顺序 Cl OH 2Cl Cl2 2e 氧化反应 阴极 放电顺序 H Na 2H 2e H2 还原反应 在上述反应中 由于H 在阴极上得到电子而生成H2 破坏了阴极附近水的电离平衡 促进 了水继续电离 结果在阴极区溶液里OH 的浓度增大而呈碱性 总反应式 2NaCl 2H2O 电解 2NaOH H2 Cl2 2 电镀 1 定义 应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法 2 电镀池的组成 待镀的金属制品作阴极 镀层金属作阳极 含有镀层金属离子的溶液作 电解质溶液 即电镀液 3 电镀时 理论上电解质溶液的浓度保持不变 3 电解精炼 电解精炼铜时 用纯铜极作阴极 粗铜极作阳极 用CuSO4 或CuCl2 溶液作电解液 当通以直流电时 粗铜逐渐溶解 在阴极上析出纯铜 粗铜中的多数杂质 阳极泥 沉积于 电解槽底部 这样可得纯度达99 95 99 98 的铜 电极反应式为 阳极 CuCu2 2e 阴极 u2 2e Cu 知识点5 原电池和电解池的比较 装置原电池电解池 实例 原理 使氧化还原反应中电子的转移做定 向移动 从而形成电流 这种把化 学能转变为电能的装置叫做原电池 使电流通过电解质溶液在阴 阳两极 引起氧化还原反应的过程叫做电解 这种把电能转变为化学能的装置叫做 电解池 形成条件 两个电极 电解质溶液 形 成闭合回路 自发发生氧化还原 反应 电源 电极 惰性或非惰性 电解质 水溶液或熔化状态 电极名称 由电极本身决定 正极 流入电子 发生还原反应 负极 流出电子 发生氧化反应 由外电源决定 阳极 连电源正极 阴极 连电源负极 电子流向负极流向正极 阳极电源正极 e 阴极电源负极 e 电流方向正极流向负极 阳极电源正极 I 阴极电源负极 I 电极反应 负极 Zn 2e Zn2 氧化反应 正极 2H 2e H2 还原反应 阴极 Cu2 2e Cu 还原反应 阳极 2Cl 2e Cl2 氧化反应 能量转化 化学能 电能电能 化学能 应用 防止金属的电化学腐蚀 实用电池 电解食盐水 氯碱工业 电镀 镀 铜 电冶 冶炼Na Mg Al 精 炼 精铜 活学巧用活学巧用 1 在下图4个装置中 属于原电池的是 解析 构成原电池要有四个基本条件 电解质溶液 两个电极 其中一个相对较活泼 另一个相对较不活泼 两个电极直接或间接地连接在一起 并插入电解质溶液中 能自 发地发生氧化还原反应 形成闭合电路 答案 D 点评 构成原电池的四个基本条件是相互联系的 不能孤立 片面地看待其中任何一个 在四个基本条件中 氧化还原反应是其核心 判断某装置是否为原电池 要以构成原电 池的基本条件为标准判断 不能仅凭装置的外形下结论 构成原电池的基本条件 还是 进行原电池设计的基本依据 2 有A B C D四种金属 将A与B用导线连接起来 浸入电解质溶液中 B不易腐蚀 将 A D分别投入等物质的量浓度的盐酸中 D比A反应剧烈 将铜浸入B的盐溶液里 无明显变 化 如果把铜浸入C的盐溶液里 有金属C析出 据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是 解析 根据原电池原理 活泼金属作负极 被腐蚀 所以A B中活泼性A B A D与等浓 度盐酸反应时D比A剧烈 所以D A 铜与B的盐溶液不反应 而与C反应置换出C 说明活泼 性B C 即答案为D A B C 答案 D A B C 点评 本题旨在应用原电池原理 判断金属活动性的强弱 解此类题首先要明确判断金属 活动性的方法 抓其规律 中学阶段主要有以下几条 应用原电池原理 作负极的金属的活动性比作正极的金属强 与同浓度同种酸反应 反应剧烈的活泼性强 金属之间的置换 即金属活动顺序 依据元素在元素周期表中的位置 学生应学会从多个角度比较判断金属单质金属性的强弱 理清思路 要培养解决综合性题 目的能力 减少失误 3 选择适宜的材料和试剂设计一个原电池 以便完成下列反应 2FeCl3 Cu 2FeCl2 CuCl2 画出原电池的示意图并写出电极反应式 解析 根据形成原电池的条件 必须选择两个电极和电解质溶液 在反应 2FeCl3 Cu 2FeCl2 CuCl2中 Cu是被氧化的 应该是电池的负极上发生的反应 Cu作负 极材料最适宜 而正极只能是不如Cu活泼的金属 如Ag Pt 或碳棒 Fe3 在正极上被还原 所以应选FeCl3的溶液作电解质溶液 最后再选择盐桥 答案 原电池示意图如下 正极 2Fe3 2e 2Fe2 负极 CuCu2 2e 4 用两根铂丝作电极插入KOH溶液中 再分别向两极通入甲烷气体和氧气 可形成原电池 燃料电池 该电池放电时发生的反应为CH4 2KOH 2O2 K2CO3 3H2O 下列说法错误的是 A 通甲烷的一极为负极 通氧气的一极为正极 B 放电时 通入O2一极附近溶液的pH升高 C 放电一段时间后 KOH的物质的量不发生变化 D 通甲烷极的电极反应式是 CH4 10OH 8e 7H2O 2 3 CO 解析 原电池的负极发生氧化反应 正极发生还原反应 由总反应式知 此燃料电池的电 极反应式是 正极 2O2 4H2O 8e 8OH 负极 CH4 10OH 8e 7H2O 由 2 3 CO 此可见A B D正确 错误的为C 答案 C 点评 本题将原电池原理与化学电源放电原理结合在一起 也是一道理论与实践相结合的 题目 5 2005山西太原测试题 电工操作中规定不能把铜线和铝线拧在一起连接线路 这是因为 A 延伸性相差大 易折断 B 铝线上的氧化膜电阻大 C 铝线很快被腐蚀 D 电阻率不同拧在一起要发热 解析 铝 铜拧在一起发生原电池腐蚀 铝作负极 易被腐蚀 答案 C 6 阿波罗宇宙飞船上使用的是氢氧燃料电池 其电池总反应为 2H2 O2 2H2O 电解质溶 液为KOH溶液 其电极反应式分别为 负极 正极 若电解质溶液改为稀H2SO4 其电极反应式分别为 负极 正极 解析 电解质溶液为碱性 在书写电极反应式时可出现OH 但不能出现H 同时 电解质 溶液为酸性 在书写电极反应式时可出现H 但不能出现OH 答案 H2 2e 2OH 2H2O O2 2H2O 4e 4OH H2 2e 2H O2 4e 4H 2H2O 点评 根据原电池总反应方程式解答问题的一般步骤 据总反应方程式中物质的存在形式 判定电解质溶液的酸碱性 并写出较易书写的负极 的电极反应式 书写时应注意 酸性电解质溶液 电极反应式中不要出现OH 碱性电解质 溶液 电极反应中不要出现H 据电池总反应方程式和负极反应的电极反应式 写出正极的电极反应式 据电极反应方程式回答相关问题 A a为负极 b为正极 B a为阳极 b为阴极 C 电解过程中 d电极质量增加 D 电解过程中 氯离子浓度不变 解析 电流从电源的正极流出 故a为电源的正极 b为负极 与电源正极相连的c为阳极 与电源负极相连的d为阴极 A B均不正确 在电解过程中 因Cu2 是阳离子 移向阴极 d 在阴极放电析出Cu 所以d电极质量增加 Cl 是阴离子 移向阳极c 在阳极放电析出 Cl2 会导致溶液中氯离子浓度降低 故C对 D错 答案 C 7 如下图所示是电解CuCl2溶液的装置 其中c d为石墨电极 则下列有关判断正确的是 A a为负极 b为正极 B a为阳极 b为阴极 C 电解过程中 d电极质量增加 D 电解过程中 氯离子浓度不变 解析 电流从电源的正极流出 故a为电源的正极 b为负极 与电源正极相连的c为阳极 与电源负极相连的d为阴极 A B均不正确 在电解过程中 因Cu2 是阳离子 移向阴极 d 在阴极放电析出Cu 所以d电极质量增加 Cl 是阴离子 移向阳极c 在阳极放电析出 Cl2 会导致溶液中氯离子浓度降低 故C对 D错 答案 C 8 下列关于铜电极的叙述中正确的是 A 铜锌原电池中铜是负极 B 用电解法精炼粗铜时粗铜作阳极 C 在铁上电镀铜时用铜作阴极 D 电解稀硫酸时用铜作阳极 阳极产物为氧气 解析 在原电池中 活泼金属失去电子作负极 故铜锌原电池中 锌作负极 铜作正极 在电解池中 粗铜作阳极 失电子溶解 电镀池可看作电解池的一种 精炼铜时就可以看作 电镀池 在电镀池中用待镀金属作阳极 镀件作阴极 答案 B 9 关于电解NaCl水溶液 下列叙述正确的是 A 电解时在阳极得到氯气 在阴极得到金属钠 B 若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液 溶液呈棕色 C 若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液 溶液呈无色 D 电解一段时间后 将全部电解液转移到烧杯中 充分搅拌后溶液呈中性 解析 电解食盐水时发生的反应 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H2O 2e H2 2OH 总反应 2NaCl 2H2O 2NaOH H2 Cl2 对照分析选项 A错误 阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2 滴加KI溶液后发生反应 Cl2 2I I2 2Cl 溶液呈棕色 B正确 阴极附近产生大量的OH 滴加酚酞后变红色 C错误 电解后生成NaOH 溶液呈碱性 D错误 答案 B 10 用惰性电极实现电解 下列说法正确的是 A 电解稀硫酸溶液 实质上是电解水 故溶液pH不变 B 电解稀氢氧化钠溶液 要消耗OH 故溶液pH减小 C 电解硫酸钠溶液 在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1 2 D 电解氯化铜溶液 在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1 1 解析 电解稀H2SO4 实质是电解水 因溶剂减少 H2SO4浓度将增大 故溶液的pH变小 电解稀NaOH溶液 虽然OH 在阳极放电 但H 同时也在阴极放电 其实质同样是电解水 溶 液的浓度也将变大 故溶液的pH变大 电解Na2SO4溶液 其实质也是电解水 在阴极和阳 极分别析出H2和O2 二者的物质的量之比为2 1 而非1 2 电解CuCl2溶液 在阴 阳两 极上分别析出Cu和Cl2 二者的物质的量之比为1 1 答案 D 11 某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器 用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液 通电 时 为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液 设计了如右图所示的装置 以下对 电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是 A a为正极 b为负极 NaClO和NaCl B a为负极 b为正极 NaClO和NaCl C a为阳极 b为阴极 HClO和NaCl D a为阴极 b为阳极 HClO和NaCl 解析 电解饱和食盐水的方程式为2NaCl 2H2O 电解 2NaOH H2 Cl2 NaOH在阴极区生 成 Cl2在阳极区生成 按照该学生制作的竖直的家用环保型消毒装置 若将阳极置于上方 则氯气一生成即逸出 不能完全与NaOH作用 显然 应将阳极置于下方 阴极置于上方 下方阳极生成的氯气通过溶液时即可很好地被阴极生成的NaOH吸收 反应为 Cl2 2NaOH NaCl NaC