化学反应与能量变化

第六章化学反应与能量第一节化学反应与能量改变第2课时化学反应与电能第1页第2页一、化学能转化为电能1.化学能间接转化为电能(2)关键——燃烧(氧化还原反应)。第3页【情境·思索】火力发电是我国主要发电方式。简单说就是利用燃料发烧,加热水,形成高温高压过热蒸汽,然后蒸汽沿管道进入汽轮机中不停膨胀做功,冲击汽轮机转子高速旋转,带动发电机转子(电磁场)旋转,定子线圈切割磁感线,发出电能。第4页第5页(1)火力发电存在几个形式能量转化?提醒:化学能转化为热能、热能转化为机械能、机械能转化为电能3种形式。(2)试分析火力发电有哪些弊端?提醒:①使用化石燃料属于不可再生资源;②化石燃料燃烧会产生大量有害气体(如SO2、CO等)及粉尘,污染环境;③能量经过屡次转化,能量利用率低。第6页2.化学能直接转化为电能——原电池(1)试验探究:试验装置试验现象试验结论

___________________________锌与稀硫酸_____,铜与稀硫酸_______锌片上有气泡,铜片上无气泡反应不反应第7页试验装置试验现象试验结论

___________________________产生H2(还原反应)位置发生了改变

___________________________________________该装置将_______转化为_____锌片上无气泡,铜片上有气泡锌片上无气泡,铜片上有气泡,电流表指针偏转化学能电能第8页(2)原理分析:第9页(3)原电池:①定义:把_________________装置叫原电池。化学能转化为电能第10页②工作原理:(以铜-锌-稀硫酸原电池为例)电极材料电极名称电子转移电极反应式反应类型锌负极_______________________________铜正极________________________________电池反应离子方程式__________________失电子Zn-2e-====Zn2+氧化反应得电子2H++2e-====H2↑还原反应Zn+2H+====Zn2++H2↑第11页【巧判断】(1)盐酸与氢氧化钠溶液混合放热,故能够设计原电池反应。 (

)提醒:×。盐酸与氢氧化钠反应不是氧化还原反应。第12页(2)铜-锌-稀硫酸原电池中,铜换成石墨棒也能产生电流。 (

)提醒:√。原电池中正极材料不参加反应,只起到导电作用,石墨棒能够导电。第13页二、化学电池——新能源和可再生能源主要组成部分1.一次电池——锌锰干电池第14页结构示意图

工作原理负极_____锌被氧化,逐步消耗电解质氯化铵糊正极________________被还原特点放电后_____充电便于携带,价格低锌筒石墨棒二氧化锰不能第15页2.二次电池第16页【微思索】生活中电动车、手机电池属于一次电池还是二次电池?提醒:电动车、手机电池都能够重复充电使用,都属于二次电池。第17页3.发展中燃料电池第18页知识点一原电池组成条件及正负极判断方法【重点释疑】1.原电池组成条件——“两极一液一线一反应”第19页2.原电池工作原理第20页(1)两反应:正极——还原反应;负极——氧化反应。(2)三方向:①电流方向:正极→负极;②电子流动方向(导线中):负极→正极;③阴阳离子移动方向(电解质溶液中):阳离子:负极→正极;阴离子:正极→负极。第21页3.原电池正负极判断方法第22页【易错提醒】(1)组成原电池两电极材料不一定都是金属,正极材料可认为导电非金属,例如石墨。两极材料可能参加反应,也可能不参加反应。(2)两个活泼性不一样金属电极用导线连接,共同插入电解质溶液中不一定组成原电池,必须有一个能自发进行氧化还原反应。第23页(3)在判断原电池正负极时,既要考虑金属活泼性强弱,也要考虑电解质溶液性质。如Mg-Al-HCl溶液组成原电池中,负极为Mg;不过Mg-Al-NaOH溶液组成原电池中,负极为Al,正极为Mg。第24页【思索·讨论】(1)原电池内部阴、阳离子怎样移动?移动原因是什么?第25页提醒:阴离子要移向负极,阳离子要移向正极。这是因为负极失电子,生成大量阳离子积聚在负极附近,致使该极附近有大量正电荷,所以溶液中阴离子要移向负极;正极得电子,该极附近阳离子因得电子生成电中性物质而使该极附近带负电荷,所以溶液中阳离子要移向正极。第26页(2)两个活泼性不一样金属电极用导线连接,共同通入电解质溶液中就能组成原电池吗?提醒:不一定。组成原电池除具备①两种活泼性不一样金属②电解质溶液③形成闭合回路外,还必须有一个能自发进行氧化还原反应,如图因为Cu、Ag都不能与稀硫酸反应,故不能组成原电池。第27页第28页【案例示范】【典例】(·淄博高一检测)如图所表示电流表指针发生偏转,同时A极质量减小,B极上有气泡产生,C为电解质溶液,以下说法错误是 (

)第29页A.B极为原电池正极B.A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸C.C中阳离子向A极移动D.A极发生氧化反应第30页【思维建模】解答相关原电池问题思维流程以下:第31页【解析】选C。原电池中,负极金属失去电子,发生氧化反应,溶解,质量减小,故A极为负极,B极为正极,A、D项正确;A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时,能够组成原电池,且现象符合题意,B项正确;电解质溶液中阳离子移向正极,C项错误。第32页【母题追问】(1)若将“B极上有气泡产生”改为“B极上有金属析出”,答案选什么?提醒:选BC。“B极上有金属析出”说明在正极上电解质溶液中金属阳离子发生还原反应,B项也错误。第33页(2)将上题B项改为“A、B、C分别为Fe、Cu和浓硝酸”,能否组成原电池?若能,正负极分别是什么?提醒:能组成原电池。因为Fe被浓硝酸钝化,Fe作正极,Cu为负极。第34页【迁移·应用】1.(·汕头高一检测)某小组为研究原电池原理,设计如图装置。以下叙述正确是世纪金榜导学号(

)第35页A.a和b不连接时,铁片上会有H2产生B.a和b用导线连接时,铁片上发生反应为Cu2++2e-====CuC.a和b用导线连接时,电子由a流向bD.不论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液从蓝色逐步变成浅绿色第36页【解析】选D。A项,a和b不连接时,铁和Cu2+发生置换反应而析出铜,没有氢气生成,错误;B项,a和b用导线连接时组成原电池,铁是负极,铁片上发生氧化反应:Fe-2e-====Fe2+,错误;C项,Fe比铜活泼,形成原电池反应时Fe为负极,则电子由b流向a,错误;D项,不论a和b是否连接,铁片均会溶解,都生成亚铁离子,溶液由蓝色变为浅绿色,D正确。第37页2.(·邯郸高一检测)将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸溶液中,经过一段时间后,以下各项叙述正确是 (

)A.负极有Cl2逸出,正极有H2逸出B.负极附近Cl-浓度减小C.正极附近Cl-浓度逐步增大D.溶液中Cl-浓度基本不变第38页【解析】选D。铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸溶液中组成原电池,铁作负极,发生反应Fe-2e-====Fe2+,银作正极,发生反应2H++2e-====H2↑,故A错误;溶液中Cl-移向负极,负极附近Cl-浓度增大,正极附近Cl-浓度逐步减小,而溶液中Cl-浓度基本不变,B、C错误,D正确。第39页【赔偿训练】1.关于如图所表示装置叙述中正确是(

)A.铜是正极B.溶液中Fe3+向铜棒移动C.电子从铜片经导线流向碳棒D.碳棒上有红色铜生成第40页【解析】选C。首先书写此电池中发生化学反应方程式(电池反应式)2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+,在此反应中铜失电子,作原电池负极,电子从铜片经导线流向碳棒,在碳棒上电子与溶液中Fe3+结合生成Fe2+,所以碳棒作正极,溶液中阳离子向正极移动,即溶液中Fe3+向正极碳棒移动。第41页2.(·长沙高一检测)以下各组材料中,不能组成原电池是 (

)ABCD两极材料Zn片,石墨Cu片,Ag片Zn片,Cu片Fe片,Cu片插入溶液H2SO4AgNO3溶液蔗糖溶液稀盐酸第42页【解析】选C。组成原电池条件是活泼性不一样金属或金属和非金属,导线相连并插入电解质溶液中,则A、B、D均能够组成原电池,C中蔗糖是非电解质,故C不能组成原电池。第43页【素养提升】近年来野外生存真人秀节目在各大卫视频繁播放。某节目中野外生存达人用一个柠檬、一排铜钉和一排锌钉制作水果电池用于野外生火。某同学感到好奇自己制作了一个这么“超级柠檬电池”。第44页第45页(1)该电池电池反应是什么?提醒:该电池利用了金属锌与酸反应,离子方程式为Zn+2H+====Zn2++H2↑。第46页(2)若用铁片代替锌片LED灯能不能亮?若用铁片代替铜片呢?提醒:若用铁片代替锌片,因为铁能与酸反应,LED灯依然能亮;若用铁片代替铜片,因为锌比铁活泼,依然发生反应Zn+2H+====Zn2++H2↑,LED灯依然能亮。第47页(3)若用银片代替锌片LED灯能不能亮?提醒:不能。银片代替锌片,银和铜都不能与酸反应,无电流产生,LED灯不亮。第48页(4)由上面分析可知组成原电池条件有哪些?提醒:①两个活泼性不一样金属电极或金属与石墨;②电解质溶液;③闭合回路;④自发进行氧化还原反应。第49页知识点二原电池原理应用【重点释疑】1.加紧化学反应速率一个自发进行氧化还原反应,设计成原电池能够加紧反应速率。第50页第51页2.比较金属活泼性强弱:两种金属分别作原电池两极时,普通作负极金属比作正极金属活泼。第52页3.用于金属保护将被保护金属与比其活泼金属连接。第53页4.设计原电池(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,普通还原剂为负极材料(或在负极上被氧化),氧化剂为电解质溶液中阳离子(或在正极上被还原)。第54页(2)步骤:以Fe+CuSO4====FeSO4+Cu为例。步骤实例将反应拆分为电极反应负极反应Fe-2e-====Fe2+正极反应Cu2++2e-====Cu第55页步骤实例选择电极材料负极:较活泼金属,普通为发生氧化反应金属Fe正极:活泼性弱于负极材料金属或石墨Cu或C选择电解质普通为与负极反应电解质CuSO4溶液第56页步骤实例画出装置图

第57页【思索·讨论】(1)在原电池中,负极材料金属性一定大于正极材料吗?提醒:普通原电池中负极材料金属性大于正极材料,在特殊情况下也有特例,如Al-Mg-NaOH原电池中,Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子,Al作负极,Mg作正极。第58页(2)怎样利用Cu+2AgNO3====Cu(NO3)2+2Ag设计原电池?提醒:该氧化还原反应可拆分为以下两个半反应:氧化反应(负极反应):Cu-2e-====Cu2+。还原反应(正极反应):2Ag++2e-====2Ag。第59页故Cu作负极,活泼性比Cu差材料作正极,如Ag、C等,AgNO3溶液作电解质溶液。如图:第60页【案例示范】【典例1】(·岳阳高一检测)把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中,用导线两两相连能够组成各种原电池。若A、B相连时,A为负极;C、D相连时,D上有气泡逸出;A、C相连时,A极减轻;B、D相连时,B为正极。则四种金属活泼性次序由大到小排列为 (

)第61页A.A>C>D>B

B.A>C>B>DC.B>D>C>A D.A>B>C>D第62页【解题指南】解答本题要注意两点:(1)原电池中,负极金属活泼性大于正极金属;(2)熟练掌握原电池正负极判断依据。第63页【解析】选A。A、B相连时,A为负极,则说明A与B相比较,A愈加活泼;C、D相连,D上有气泡逸出,则C为电源负极,C比D活泼;A、C相连时,A极减轻,A参加了电极反应,被消耗,应是活泼金属;B、D相连,B为正极,则D是活泼金属,作电源负极。故有A>C>D>B。第64页【典例2】铁及铁化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板离子方程式:__________________________。

第65页(2)若将(1)中反应设计成原电池,请在方框内画出原电池装置图,标出正、负极,并写出电极反应式。正极反应式:________________________负极反应式:________________________第66页【思维建模】解答“设计原电池”类试题思维流程以下:第67页【解析】依据反应:2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+。氧化反应为Cu-2e-====Cu2+,还原反应为2Fe3++2e-====2Fe2+,则设计思绪明确:第68页原电池组成为Cu是负极,正极材料选取比铜不活泼铂或导电非金属如石墨棒,电解质溶液选取FeCl3溶液。第69页答案:(1)2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+(2)装置图

2Fe3++2e-====2Fe2+

Cu-2e-====Cu2+第70页【误区警示】设计原电池装置两个易错点(1)能设计成原电池反应普通是自发放热氧化还原反应,吸热反应不可能将化学能转化为电能。(2)设计原电池时,负极材料确定之后,正极材料选择范围较广,只要合理都能够。第71页【迁移·应用】1.(·菏泽高一检测)过量铁与少许稀硫酸反应,为了加紧反应速率,不过又不影响生成氢气总量,能够采取办法是 (

)A.加入适量NaCl溶液 B.加入适量水C.加入几滴硫酸铜溶液 D.再加入少许稀硫酸第72页【解析】选C。若加入NaCl溶液或水,会将稀硫酸稀释,c(H+)减小,反应速率减慢;若加入几滴CuSO4溶液,则发生反应Fe+Cu2+====Cu+Fe2+,析出Cu与Fe、稀硫酸形成原电池,反应速率加紧且不影响生成H2总量;若再加入少许稀硫酸,因Fe过量,则生成H2总量增大,且反应速率不会改变。第73页2.某原电池总反应离子方程式为Zn+Cu2+====Zn2++Cu,则该原电池正确组成能够是以下 (

)第74页【解析】选C。该原电池负极必为锌,正极是比锌稳定金属或导电非金属,电解质溶液中含有Cu2+,故选C。第75页【赔偿训练】1.将纯锌片和纯铜片按图示插入同浓度稀硫酸中一段时间,以下叙述正确是 (

)第76页A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生B.甲中铜片是正极,乙中铜片是负极C.两烧杯中溶液酸性均减小D.产生气泡速率甲比乙慢第77页【解析】选C。A项,甲是原电池,正极铜片上发生还原反应2H++2e-====H2↑,乙装置中在锌片上发生反应Zn+2H+====Zn2++H2↑,铜片上无气体产生,故A错误;B项,甲装置是原电池,铜片作正极,乙装置不是原电池,故B错误;C项,两烧杯中氢离子发生反应,浓度降低,故C正确;D项,原电池反应加紧反应速率,产生气泡速率甲比乙快,故D错误。第78页2.(·宿州高一检测)现有以下两个反应:(A)NaOH+HCl====NaCl+H2O(B)Fe+2Fe3+====3Fe2+(1)依据两反应本质,判断能否设计成原电池____________。

(2)假如不能,说明其原因_________。

第79页(3)假如能够