6.1.第2课时　化学反应与电能

第2课时化学反应与电能核心微网络素养新目标1.认识化学能与电能的转化关系。2．分析原电池装置及工作原理。3．学会书写简单的电极反应式。学业基础[预习新知]一、化学能转化为电能1．燃煤发电的能量转化(1)过程：化学能eq\o(→,\s\up15(燃烧))______能eq\o(→,\s\up15(蒸汽))______能eq\o(→,\s\up15(发电机))电能(2)______(氧化还原反应)是使化学能转换为电能的关键。2．原电池(1)实验实验装置实验现象铜片：________锌片：________电流表：________结论有________产生，装置中________转化为________(2)原电池概念：将________能转变为______能的装置。(3)铜锌原电池工作原理：电极材料电子转移电极反应式反应类型Zn__________________________Cu__________________________________电池总反应：____________________。(4)反应本质：原电池反应的本质是__________________。eq\x(状元随笔)构成原电池的基本条件二、常见的化学电源1．干电池干电池是一种一次性电池，放电后______再充电。2．充电电池充电电池又称为二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以______进行，使电池恢复到放电前的状态。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。3．燃料电池(1)原理：利用原电池工作原理将______和______反应所放出的________直接转化为________。(2)与其他电池的区别：反应物由外设装备提供________和________。[即学即练]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)火力发电是化学能间接转化为电能的过程。()(2)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转。()(3)在铜—锌—稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌。()(4)原电池中阳离子向正极移动。()(5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子。()(6)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细。()(7)氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能。()(8)氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化。()(9)HCl＋NaOH=NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池。()2．对于原电池的电极名称，叙述有错误的是()A．发生氧化反应的一极为负极B．正极为电子流入的一极C．有气泡产生的电极为负极D．电流流出的一极为正极3.对于锌、铜和稀硫酸组成的原电池(如右图)，下列有关说法不正确的是()A．Zn是负极B．Cu是正极C．负极上发生氧化反应D．正极上发生氧化反应4．由锌、铜、稀硫酸构成的原电池，所发生反应的离子方程式为()A．Zn－2e－=Zn2＋B．Cu2＋＋2e－=CuC．2H＋＋2e－=H2↑D．Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑5．下列关于充电电池的叙述，不正确的是()A．充电电池又叫二次电池B．充电电池可以无限制地反复充电、放电C．废弃的镍镉电池不可以随意丢弃，会污染环境D．较长时间不使用电器时，最好从电器中取出电池，并妥善存放核心素养目标一原电池原理分析判断[例1]如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下，在卡片上描述合理的是()A．①②③B．③④⑤C．④⑤⑥D．②③④eq\x(状元随笔)电池内、外电路中电流的形成外电路中电流的形成靠的是电子的定向移动；内电路中电流的形成靠的是离子的定向移动。[提升1]写出下列原电池的电极反应和总反应(属于离子反应的，用离子方程式表示)。负极正极电解质溶液(1)铁铜稀硫酸(2)铜银AgNO3溶液(3)H2O2KOH溶液(1)负极：________________________________________________________________________；正极：________________________________________________________________________；总反应式：________________________________________________________________________。(2)负极：________________________________________________________________________；正极：________________________________________________________________________；总反应式：________________________________________________________________________。(3)负极：________________________________________________________________________；正极：________________________________________________________________________；总反应式：________________________________________________________________________。eq\x(状元随笔)电极反应的书写方法1．原电池正极反应的书写方法书写时总的原则是首先根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒；其次确定该微粒得电子后生成什么物质。如氢氧(酸性)燃料电池，正极反应为O2＋4H＋＋4e－=2H2O；氢氧(碱性)燃料电池，正极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－。2．原电池负极反应的书写方法(1)较活泼金属作负极时，电极本身被氧化。①若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可直接写为金属阳离子，如Zn－2e－=Zn2＋，Cu－2e－=Cu2＋。②若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应为两反应合并后的反应。如Mg－Al(KOH)原电池，负极反应为Al＋4OH－－3e－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2O；铅蓄电池负极反应为Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4。(2)负极本身不反应氢氧(酸性)燃料电池，负极反应为H2－2e－=2H＋；氢氧(碱性)燃料电池，负极反应为H2＋2OH－－2e－=2H2O。[核心能力]1．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。2．原电池正负极的判断eq\x(状元随笔)原电池的判断方法目标二常见化学电源分析[例2]下列有关电池的叙述不正确的是()A．水果电池是方便实用的家用电池B．铅蓄电池是一种常用的二次电池C．氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置D．锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄eq\x(状元随笔)1.燃料电池中，助燃性气体作正极，可燃性气体作负极。2．燃料电池工作不是燃料燃烧，由于该类电池反应与燃料的燃烧反应一致(若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应)，故称为燃料电池。[提升2]下列说法正确的是()A．镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池C．化学电池的反应基础是氧化还原反应D．铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2[核心能力]几种电池的特点名称干电池(一次电池)充电电池(二次电池)燃料电池特点①活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用②电解质溶液为胶状，不流动①放电后可再充电使活性物质获得再生②可以多次充电，重复使用①电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件②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，生成物不断地被排出举例普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等铅蓄电池、锂电池、镍镉电池等氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等

eq\x(状元随笔)干电池是一次性电池，放电之后不能充电，即内部的氧化还原反应是不可逆的；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；燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等，这时电池起着类似于试管、烧杯等反应器的作用。学考评价1．下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是()A．碱性锌锰电池B．手机用锂电池C．汽车用铅蓄电池D．玩具用镍氢电池2．下列有关电池的说法不正确的是()A．手机上用的锂离子电池属于二次电池B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌锰干电池中，锌电极是负极3．下列装置可以构成原电池的是()4．实验室用锌片、铂片和AgNO3溶液组成原电池，正极反应为()A．2H＋＋2e－=H2↑B．Zn－2e－=Zn2＋C．Ag＋＋e－=AgD．Ag=Ag＋＋e－5．下列叙述正确的是()①原电池是把化学能转化为电能的一种装置②原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应③不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池的装置均可实现④碳棒不能用来作原电池的正极⑤反应Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋，能以原电池的形式来实现A．①⑤B．①④⑤C．②③④D．②⑤6．下列装置中能够组成原电池的是________。练后感悟原电池原理的应用(1)比较金属活动性作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性弱。(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)设计原电池如：把Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋设计成原电池，可用Fe作负极，铜(或石墨)作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。eq\x(温馨提示：请完成课时作业8)第2课时化学反应与电能学业基础[预习新知]热机械燃烧有气泡产生逐渐溶解指针偏转电流化学能电能化学电失电子Zn－2e－=Zn2＋氧化反应得电子2H＋＋2e－=H2↑还原反应Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑氧化还原反应不能锌筒石墨棒NH4ClNH4ClKOH逆向燃料氧化剂化学能电能燃料氧化剂[即学即练]1．答案：(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×(6)×(7)×(8)√(9)×2．解析：有气泡(H2)产生的一极发生还原反应，是正极。答案：C3．答案：D4．答案：D5．解析：充电电池可循环使用，但充、放电次数仍有限制，有一定的使用寿命，B项错误；镍镉电池含有重金属离子、酸、碱等，随意丢弃对生态环境和公众健康危害很大，故应对废电池进行集中处理，不能随意丢弃，C项正确。答案：B核心素养[例1]解析：在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu片，负极反应为Zn－2e－=Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－=H2↑，故转移1mol电子时，产生H20.5mol，在溶液中H＋向正极移动，SOeq\o\al(2－,4)向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确，选B项。答案：B[提升1]解析：(1)铁作负极失2e－，被氧化生成Fe2＋，溶液中H＋得到电子被还原为H2。(2)Cu作负极失2e－，被氧化生成Cu2＋，溶液中的Ag＋得到电子被还原为Ag。(3)氢气从负极通入，失电子被氧化；氧气从正极通入，得电子被还原。因为电解质溶液为KOH溶液，故负极反应式不能写成H2－2e－=2H＋，而应为H2＋2OH－－2e－=2H2O。答案：(1)Fe－2e－=Fe2＋2H＋＋2e－=H2↑Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑(2)Cu－2e－=Cu2＋2Ag＋＋2e－=2AgCu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag(3)2H2＋4OH－－4e－=4H2OO2＋2H2O＋4e－=4OH－2H2＋O2=2H2O[例2]解析：水果电池产生的电流非常微弱且不能连续长时间放电，不能作为家用电池；铅蓄电池是一种常用的二次电池，氢氧燃料电池产物为水，无污染；锌锰干电池工作时，Zn放电被消耗，故工作一段时间后锌外壳会逐渐变薄，B、C、D正确，A错误。答案：A[提升2]解析：碱性锌锰干电池是一次电池；燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池；铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。答案：C学考评价1．答案：A2．答案：B3．答案：C4．答案：C5．解析：①原电池是把化学能转化为电能的一种装置，①正确；②在发生反应时，原电池的正极要得到电子而发生还原反应，负极要失去电子而发生氧化反应，②错误；③铜与稀硫酸不能发生反应，若用铜作负极，碳棒作正极，稀硫酸作电解质溶液，组成原电池，此反应仍然不能发生，③错误；④因为碳棒可以用来作原电池的正极，④错误；⑤可以用铜作负极，碳棒作正极，AgNO3溶液作电解质溶液，组成原电池，此时即可发生反应Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋，⑤正确。A正确。答案：A6．解析：构成原电池的条件缺一不可，①②缺少一个电极；③中电极相同；⑤中酒精为非电解质；⑧中不能形成闭合回路。答案：④⑥⑦⑨第六章章末共享微专题一氢氧燃料电池原理分析应用(1)燃料电池是通过燃料与氧化剂分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。(3)以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：负极：2H2＋4OH－－4e－=4H2O(氧化反应)；正极：O2＋2H2O＋4e－=4OH－(还原反应)；总反应：2H2＋O2=2H2O。[微训练一]1．氢气是未来最理想的能源。科学家最近研制出利用太阳能产生激光，并在二氧化钛(TiO2)表面作用使海水分解得到氢气的新技术：2H2Oeq\o(=,\s\up15(TiO2),\s\do14(激光))2H2↑＋O2↑，制得的氢气可用于制作燃料电池。试回答下列问题：(1)分解海水时，实现了光能转化为________能。生成的氢气用于制作燃料电池时，实现了化学能转化为________能。分解海水的反应属于________反应(填“放热”或“吸热”)。(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，A极上发生的电极反应为2H2＋2O2－－4e－=2H2O，则A极是电池的________极，电子从该极________(填“流入”或“流出”)。B极电极反应式为________________________________________________________________________。2．如下图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。试回答下列问题：(1)酸式电池的电极反应：负极____________________，正极____________；电池总反应：____________________________________；电解质溶液pH的变化________(填“变大”“变小”或“不变”)。(2)碱式电池的电极反应：负极______________________，正极______________；电池总反应：________________________________；电解质溶液pH的变化________(填“变大”“变小”或“不变”)。微专题二化学反应速率和化学平衡状态的简单计算一、“三段式”解题模式“三段式”指的是在方程式下方三行分别写上该物质的起始浓度，变化浓度和反应后该物质的浓度。其中起始浓度＝变化浓度＋反应后浓度。1．计算原理：化学反应速率之比＝浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。2．计算模式：设A、B两物质的起始浓度分别为amol·L－1、bmol·L－1，反应物A的转化浓度为mxmol·L－1，B的转化浓度为nxmol·L－1，则：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始浓度/(mol·L－1)ab00变化浓度/(mo1·L－1)mxnxpxqx终态浓度/(mol·L－1)a－mxb－nxpxqx二、有关化学平衡状态的简单计算1．反应物转化率的计算公式A的转化率＝eq\f(A的转化量,A的起始量)×100%(计算式中A的量可以指反应物的物质的量、质量、浓度、体积等)2．某组分的体积分数的计算公式A的体积分数＝eq\f(体系中A的物质的量,体系中总的物质的量)×100%[微训练二]1．在容积可变的密闭容器中，2molN2和8molH2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于()A．5%B．10%C．15%D．20%2．一定温度下，向一个容积为2L的真空密闭容器中(事先装入催化剂)通入1molN2和3molH2,3min后测得密闭容器内的压强是起始时的0.7倍，在此时间内v(H2)是()A．0.1mol·L－1·min－1B．0.2mol·L－1·min－1C．0.3mol·L－1·min－1D．0.6mol·L－1·min－1eq\x(温馨提示：请完成第六章综合素养测评)微专题·大素养[微训练一]1．解析：(1)燃料电池是将化学能转化为电能的装置，分解海水的反应属于吸热反应。(2)燃料电池中，负极燃料发生失电子的氧化反应，即2H2＋2O2－－4e－=2H2O，正极发生氧气得电子的还原反应，即O2＋4e－=2O2－，所以B极是正极，A极是负极，电子从负极流向正极，即从A极流出。答案：(1)化学电吸热(2)负流出O2＋4e－=2O2－2．解析：(1)正极上O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在；酸性条件下与H＋结合生成H2O；负极上H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。电池总反应为H2和O2生成H2O的反应，由于有H2O生成，电解质溶液将逐渐变稀，故pH增大。(2)正极上O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，碱性条件下与H2O分子结合生成OH－；负极上H2失去电子变为H＋，碱性条