2019-2020学年高中化学 第二章 化学反应与能量 第二节 化学能与电能课件 新人教版必修2

第二节化学能与电能 1 了解化学能与电能的转化关系 2 初步了解化学电池的工作原理及应用 3 了解研制新型电池的重要性 4 会书写简单的电极反应式 课标要求 一 火力发电1 火力发电原理 首先通过化石燃料燃烧 使 能转变为 能 加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机 然后带动发电机发电 知识点一化学能转化为电能 化学 热 2 能量转换过程 能能 能 能 其中能量转换的关键环节是 化学 机械 燃烧 热 3 火力发电弊端 1 煤属于不可再生资源 用一点少一点 用煤发电会造成资源的浪费 2 能量经过多次转化 利用率低 能量损失大 3 煤燃烧会产生有害物质 如so2 co no2 等 污染环境 粉尘 二 原电池1 按要求完成下列实验并填表 锌片逐渐溶解 表 面有气泡 铜片表 面无气泡 锌与稀硫酸发生 置换反应产生h2 而铜则不能 锌片逐渐溶解 铜片 表面有气泡 电流表 指针发生偏转 锌与稀硫酸反应 但氢气在铜片 上产生 导线中 有电流 两锌片逐渐溶解且表 面都有气泡 电流表 指针不偏转 锌与稀硫酸反应 但导线中无电 流 无现象 乙醇是非电解质 与zn cu都不反应 2 原电池 1 概念 是将 转变为 的装置 原电池的反应本质是 反应 2 构成条件 原电池反应必须是 的氧化还原反应 具有 的两个电极 金属与金属或金属与能导电的非金属 化学能 电能 氧化还原 自发 活动性不同 两电极均插入 中 电解质溶液 电极 导线形成 3 原电池的工作原理原电池总反应式 电解质溶液 闭合回路 负极 正极 氧化反应 还原反应 zn 2h zn2 h2 4 能量转化过程 原电池在工作时 极失电子 电子通过导线流向 极 被氧化性物质得到 闭合回路中形成电流 能转变为 负 正 化学 电能 1 将铜片 锌片用导线连接后 插入酒精中电流表指针发生偏转吗 提示不偏转 酒精是非电解质 探究思考 2 在铜 锌 稀h2so4原电池中 电子由锌通过导线流向铜 再由铜通过电解质溶液到达锌 对吗 提示不对 电子不能通过电解质溶液 3 原电池中负极一定是活泼金属 正极一定是不活泼金属吗 提示不一定 在原电池中的两极可以都是活泼金属 如zn fe 稀硫酸 zn作负极 也可以都是不活泼金属 如cu ag agno3 cu作负极 也可以是一种金属和一种能导电的非金属 如cu c agno3 cu作负极 1 原电池的构成条件 1 能自发的发生氧化还原反应 2 电解质溶液 3 两个电极 两极材料可能参与反应 也可能不参与反应 4 构成闭合回路 核心突破 2 原电池的工作原理 1 反应类型 负极发生氧化反应 正极发生还原反应 2 电子的移动方向 负极流出 经导线流向正极 3 离子的移动方向 阳离子向正极移动 阴离子向负极移动 3 原电池正 负极的判断 例1 如图所示的装置中 m为活泼性顺序位于氢之前的金属 n为石墨棒 下列关于此装置的叙述不正确的是 典题例证 a n上有气体放出b m为负极 n为正极c 稀硫酸中的so移向m极d 导线中有电流通过 电流方向是由m到n 1 1 写出例1中n电极发生反应的电极反应式 2 例1中电路中电子如何流动 当生成标准状况下2 24lh2时 电路中转移多少个电子 变式探究 答案 1 2h 2e h2 2 电子流向 m 导线 n极0 2na 1 1 下列装置属于原电池的是 2 在选出的原电池中 是负极 发生 反应 是正极 该极的现象是 3 此原电池反应的化学方程式为 解析 1 依据构成原电池的基本条件 只有 符合 2 在装置 中 较为活泼的金属铁作负极 发生氧化反应 fe 2e fe2 不活泼的金属铜作正极 发生还原反应 2h 2e h2 所以看到的现象是电极上产生气泡 3 由上述分析 可确定此原电池的总反应式 fe h2so4 feso4 h2 答案 1 2 fe氧化cu电极上产生气泡 3 fe h2so4 feso4 h2 2 下列有关原电池的说法中 正确的是a 铝片和镁片用导线连接后插入naoh溶液中 镁片较活泼 作负极b 铝片和铜片用导线连接后插入浓硝酸中 铜作负极c 镀锌铁和镀锡铁的镀层破损后 前者铁较易被腐蚀d 利用反应2fe3 fe 3fe2 设计原电池 可用锌片作负极 铁片作正极 fecl3溶液作电解质溶液 解析a项 该原电池工作时 al失去电子 为原电池负极 b项 al在浓硝酸中钝化 cu失去电子 为原电池负极 c项 zn的活泼性强于fe 镀锌铁镀层破损后 zn失去电子被腐蚀 铁不易被腐蚀 d项 负极应该为铁片 正极可以是石墨电极 答案b 3 某学生用如图装置研究原电池原理 下列说法错误的是 a 3 中zn片增加的质量与cu片减少的质量的比值为65 64b 2 与 3 中锌电极上发生的反应相同c 1 中铜片上没有气体产生d 当 2 与 3 中正极生成物的质量比为1 32时 通过外电路的电子数相等 解析 3 中zn片质量减少 cu片质量增加 a项错误 2 中zn片失去电子发生氧化反应 3 中zn片也是失去电子发生氧化反应 b项正确 1 中不能形成原电池且铜不与稀硫酸反应 c项正确 2 中正极产生氢气的质量为1g时通过外电路的电子为1mol 3 中正极析出铜的质量为32g时通过外电路的电子为1mol d项正确 答案a 1 干电池 1 锌锰电池 知识点二发展中的化学电源 负 正 2 碱性锌锰电池将锌锰干电池中的电解质nh4cl换成湿的koh 并在构造上作了改进 2 充电电池充电电池又称二次电池 它在放电时所进行的氧化还原反应 在充电时可以逆向进行 使电池恢复到放电前的状态 1 铅蓄电池 2 镍镉电池正极材料为nio oh 负极材料为cd 电解质为koh 3 锂离子电池新一代可充电的绿色电池 已成为笔记本电脑 移动电话等低功耗电器的主流电源 3 燃料电池 1 原理利用原电池的工作原理将燃料和氧化剂反应所放出的化学能直接转化为电能 2 实例 氢氧燃料电池负极 失电子 正极 得电子 电解质溶液是koh溶液或硫酸 氢气 氧气 1 锌锰干电池有哪些缺陷 如何改进 提示锌锰干电池电量小 而且在放电过程中容易发生气涨或漏液 会导致电器设备的腐蚀 改进措施 在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防腐电池 将电池内的电解质nh4cl换成湿的koh 并在构造上进行改进 制成碱性锌锰电池 探究思考 2 写出以30 koh溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的正极反应式 负极反应式及总反应式 提示负极 2h2 4oh 4e 4h2o正极 o2 2h2o 4e 4oh 总反应式 2h2 o2 2h2o 1 电极反应方程式的书写方法 1 负极反应式的书写 活泼金属作负极 电极材料本身反应 生成的阳离子与电解质溶液不反应时 m ne mn 核心突破 若生成的阳离子与电解质溶液反应 应将 金属失电子的反应式 与 阳离子和电解质溶液反应的反应式 叠加写出 燃料电池 电极材料本身不反应 h2 o2 h2so4 燃料电池负极反应式 h2 2e 2h h2 o2 koh 燃料电池负极反应式 h2 2e 2oh 2h2o h2 2e 2h 2h 2oh 2h2o 2 正极反应式的书写 首先判断在正极反应的物质 当负极材料与电解质溶液能反应时 在正极上发生电极反应的物质是电解液中的某种粒子 当负极材料与电解质溶液不反应时 在正极上发生电极反应的是溶解在电解液中的o2 燃料电池中正极反应的物质是作氧化剂的物质 根据具体情况书写正极反应式 也要考虑是否与电解液反应 h2 o2 h2so4 的正极反应式 o2 4e 4h 2h2o h2 o2 koh 的正极反应式 o2 4e 2h2o 4oh 2 书写原电池电极反应式时注意的问题 1 正确判断原电池的负极和正极 确定两极上分别发生的具体反应 2 确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应 若能反应 则应写与电解质溶液反应后的电极反应式 3 在正极上 若是电解质溶液中的某种离子被还原 提供该离子的电解质无论电离难易如何 一律写离子符号 而在原电池反应中 要遵循离子方程式的书写规则 只有易溶的强电解质用离子符号表示 3 设计化学电源 1 依据 已知一个氧化还原反应 首先分析找出氧化剂 还原剂 一般还原剂为负极材料 或在负极上被氧化 氧化剂 电解质溶液中的阳离子 在正极上被还原 2 实例以zn h2so4 znso4 h2 为例 例2 2018 浙江卷 锂 li 空气电池的工作原理如图所示 下列说法不正确的是 典题例证 a 金属锂作负极 发生氧化反应b li 通过有机电解质向水溶液处移动c 正极的电极反应 o2 4e 2o2 d 电池总反应 4li o2 2h2o 4lioh 解析 锂 li 空气电池中 锂为负极 发生氧化反应 a项正确 负极的电极反应为4li 4e 4li 生成的li 向正极移动 b项正确 通入空气的一极为正极 正极的电极反应为o2 2h2o 4e 4oh c项错误 把正 负极的电极反应相加可得电池总反应 4li o2 2h2o 4lioh d项正确 答案 c 2 通过电池总反应式写出正极上的电极反应式 答案o2 2h2o 4e 4oh 变式探究 1 可用于电动汽车的铝 空气燃料电池 通常以nacl溶液或naoh溶液为电解质溶液 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溶液为电解质溶液时 正极反应都为o2 2h2o 4e 4oh b 以naoh溶液为电解质溶液时 负极反应为al 3oh 3e al oh 3 c 以naoh溶液为电解质溶液时 电池在工作过程中电解质溶液的碱性保持不变d 电池工作时 电子通过外电路从正极流向负极 解析当电解质溶液显碱性或中性时 该燃料电池的正极发生的反应均为o2 2h2o 4e 4oh a项是正确的 铝作负极 负极反应应该是铝失去电子变为铝离子 在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根 因此负极反应为al 4oh 3e alo 2h2o b项是错误的 该电池在碱性条件下工作时 消耗了碱 反应的化学方程式为4al 3o2 4oh 4alo 2h2o 溶液的碱性减弱 c项是错误的 电池工作时 电子从负极流出来经过外电路流向正极 d项是错误的 答案a 2 燃料电池是燃料 如co h2 ch4等 跟氧气 或空气 起反应将化学能转变为电能的装置 若电解质溶液是强碱溶液 下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是a 负极反应式 o2 2h2o 4e 4oh b 负极反应式 ch4 8oh 8e co2 6h2oc 随着放电的进行 溶液的氢氧根浓度不变d 放电时溶液中的阴离子向负极移动 解析o2 2h2o 4e 4oh 应为正极反应式 燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出 它将进一步反应转化成碳酸根离子 所以负极反应式为ch4 10oh 8e co 7h2o 由于部分碱液和二氧化碳反应 所以溶液的c oh 将减小 答案d 3 镁燃料电池具有比能量高 使用安全方便 原材料来源丰富 成本低 燃料易于贮运等特点 研究的燃料电池可分为镁 空气燃料电池 镁 海水燃料电池 镁 过氧化氢燃料电池 镁 次氯酸盐燃料电池 如下图为镁 次氯酸盐燃料电池的工作原理图 下列有关说法不正确的是 a 放电过程中oh 移向正极b 电池的总反应式为mg clo h2o mg oh 2 cl c 镁电池中镁均为负极 发生氧化反应d 镁 过氧化氢燃料电池 酸性电解质中正极反应式为h2o2 2h 2e 2h2o解析根据工作原理图判断反应过程 判断化合价变化 正确书写电极反应式 镁燃料电池 镁作负极失电子 产物由电解质溶液决定 若为酸性溶液生成mg2 碱性溶液