高中化学专题2化学反应与能量转化第三单元化学能与电能的转化教学案苏教版必修2Word格式.docx

高中化学专题2化学反应与能量转化第三单元化学能与电能的转化教学案苏教版必修2Word格式.docx

《高中化学专题2化学反应与能量转化第三单元化学能与电能的转化教学案苏教版必修2Word格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学专题2化学反应与能量转化第三单元化学能与电能的转化教学案苏教版必修2Word格式.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

正极反应：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－，

总反应：

2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2，

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3。

原电池及其工作原理

1．实验探究

[实验1]把一块锌片和一块铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察实验现象。

[实验2]把一块锌片和一块铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察实验现象。

实验1、2现象：

实验1、2中现象相同，均为锌片周围有气泡产生，铜片周围无明显现象。

实验结论：

锌在金属活动性顺序中位于氢前面，能置换酸中氢；

铜片在金属活动性顺序中位于氢后面，不能置换酸中氢。

[实验3]用导线把实验2中的锌片和铜片连接起来，观察实验现象。

[实验4]在导线中间接一个灵敏电流计，观察实验现象。

实验3、4现象：

锌片周围无气泡产生，铜片周围有气泡产生；

电流计指针发生偏转。

锌、铜用导线连接后插入稀硫酸溶液中，导线中有电流产生。

2．原电池

（1）概念：

将化学能转变为电能的装置。

（2）工作原理（以锌－铜－稀H2SO4原电池为例）：

（3）构成条件

a．有活泼性不同的两个电极

b．电极插入电解质溶液中

c．电极间构成闭合回路

d．能自发地发生氧化还原反应

（4）原电池的电极反应

负极→流出电子→发生氧化反应，

正极→流入电子→发生还原反应。

[特别提醒]　原电池的正极是导体，它不参与化学反应；

负极反应不一定是负极材料本身的反应，有的原电池的负极既是导体又是负极反应物（如铜锌原电池），有的原电池负极的作用是导体（如H2、O2燃料电池），它不参与化学反应。

1．将铁片、镁片用导线连接插入稀硫酸中，则铁片上发生什么反应，电极反应式如何书写？

提示：

镁比铁活泼，镁作负极，铁作正极，铁电极上发生还原反应，电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑。

2．原电池的电极材料都必须是金属吗？

原电池的电极材料可以是两种活泼性不同的金属，也可以是一种金属与一种可导电的惰性材料（如石墨），在燃料电池中，电极本身均不发生反应，故两极均可用惰性材料。

3．原电池内部阴、阳离子是如何移动的？

阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。

1．原电池的判断

2．原电池正负极的判断

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×

”）。

（1）原电池是一种电能转化为化学能的装置（　　）

（2）负极失去电子发生氧化反应（　　）

（3）正极是电子流出极（　　）

（4）用导线连接的铜片和锌片插入到稀H2SO4中，锌片上有大量气泡产生（　　）

解析：

（1）原电池是一种将化学能转化为电能的装置。

（3）正极是电子流入的一极。

（4）H＋在铜片上被还原成H2，铜片上会有大量气泡产生。

答案：

（1）×

（2）√　（3）×

　（4）×

2．如图所示的装置，能够组成原电池产生电流的是________。

A项中两个电极相同；

B项中蔗糖是非电解质；

C、D项没有形成闭合回路，因此A、B、C、D都不符合原电池的构成条件，不能产生电流。

EF

原电池原理的应用

1．钢铁的电化学腐蚀

（1）电化学腐蚀

金属跟电解质溶液接触，发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化的腐蚀。

（2）钢铁的电化学腐蚀

电解质

溶液

钢铁表面水膜中含有H＋和OH－，还溶有O2等气体

电极

负极

材料：

Fe，电极反应：

Fe－2e－===Fe2＋

正极

C，电极反应：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－

总反应

2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2，进一步被氧化，4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3，Fe（OH）3易分解生成铁锈（Fe2O3·

xH2O）

2．金属活动性强弱的判断

由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验

装置

现象

二价金属A不断溶解

C的质量增加

A上有气体产生

（1）装置甲中负极的电极反应式是A－2e－===A2＋。

（2）装置乙中正极的电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu。

（3）四种金属活动性由强到弱的顺序是D>

A>

B>

C。

1．锌与稀硫酸反应时，若滴几滴硫酸铜溶液，反应速率会加快，试分析其原因。

滴加硫酸铜溶液后，会有少量锌与硫酸铜反应置换出铜，生成的铜、锌分别作为原电池的两个电极而形成原电池，从而加快锌与稀硫酸的反应。

2．已知反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，请将该反应设计成原电池，画出原电池装置图并标出正、负极。

先确定两个电极，负极失电子化合价升高，所以铜作负极，再找活泼性比铜弱的碳棒或银棒作正极；

从反应中可以看出电解

质溶液中必须含有银离子，所以用硝酸银溶液作电解质溶液。

装置图见右图。

1．加快氧化还原反应的速率

（1）原理：

在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中的粒子运动时相互间干扰减小，使反应速率增大。

（2）应用：

实验室用Zn和稀H2SO4（或稀盐酸）反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。

原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。

2．比较金属的活动性强弱

原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。

有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性A>

B。

3．设计原电池

（1）首先将已知氧化还原反应拆分为两极反应式。

氧化反应：

还原剂－ne－===氧化产物（负极反应式）；

还原反应：

氧化剂＋ne－===还原产物（正极反应式）；

正极反应式＋负极反应式＝电池的总反应式。

（2）根据原电池的电池反应特点，结合两极反应式找出正负极材料及电解质溶液。

①电解质溶液的选择：

电解质溶液一般要能够与负极发生反应或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如空气中的氧气）。

②电极材料的选择：

在原电池中，一般选择活泼性较强的金属作为负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。

负极材料或还原性物质在负极上失去电子被氧化，氧化性物质在正极上得到电子被还原。

（3）实例：

原理

装置图

Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑

Zn－2e－===Zn2＋

2H＋＋2e－===H2↑

1．100mL浓度为2mol·

L－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H2的总量，可采用的方法是（　　）

A．加入适量6mol·

L－1的盐酸

B．加入几滴CuCl2溶液

C．加入适量蒸馏水

D．加入适量的NaCl溶液

选B　加入适量6mol·

L－1的盐酸，增大了溶液中c（H＋）和n（H＋），反应速率加快，产生H2的量也增多，所以A不符合题意；

加入适量蒸馏水或加入适量的NaCl溶液后，溶液中c（H＋）降低，反应速率减慢；

加入几滴CuCl2溶液，锌置换出少量铜，锌、铜在盐酸中构成原电池，加快了反应速率，但不影响产生H2的量，故B正确。

2．有A、B、D、E四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B；

当A、D组成原电池时，A为正极；

B与E构成原电池时，电极反应式为E2＋＋2e－===E，B－2e－===B2＋。

则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为（　　）

A．A>

E>

D　　　　　　　B．A>

D>

E

C．D>

BD．D>

选D　原电池电子由负极流向正极，负极活泼，故活动性是A>

B；

当A、D组成原电池时，A为正极，故金属活动性为A<

D；

B与E构成原电池时，B失去电子，即B作负极，金属活动性为B>

E；

A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为D>

E。

化学电源

1．原理

原电池原理。

2．优点

化学电源的能量转化率比燃料燃烧大的多。

3．分类

4．常见化学电源的组成

电池名称

电极材料

电解质溶液

锌锰干电池

锌

碳棒

氯化铵等

银锌纽扣电池

氧化银

氢氧化钾溶液

铅蓄电池

铅

二氧化铅

硫酸

镍氢电池

贮氢合金

泡沫氧化镍

氢氧燃料电池

H2放电

O2放电

甲醇－空气燃料电池

甲醇放电

1．铅蓄电池的正、负极材料是什么？

电解质溶液是什么？

负极：

Pb，正极：

PbO2，电解质溶液：

稀H2SO4。

2．氢氧燃料电池在酸性条件和碱性条件下的正极反应式相同吗？

若不同，请分别写出反应式。

不相同；

酸性条件下正极反应式：

O2＋4H＋＋4e－===2H2O，碱性条件下正极反应式：

2H2O＋O2＋4e－===4OH－。

3．除氢氧燃料电池外，其他燃料电池的负极反应物通常还有哪些？

正极放电的是什么物质？

负极还可以是烃（如甲烷、乙烷等）、醇（如甲醇、乙醇等）、氨、煤气等可燃性气体

或液体。

正极放电的是氧气。

1．常见化学电源的反应原理

（1）锌锰干电池

Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn（NH3）2Cl2＋2MnO（OH）

（2）铅蓄电池

PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4＋2H2O

（3）甲醇－空气燃料电池

2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O

2．氢氧燃料电池

铂

盐酸

电池反应原理

电极反应

2H2＋4OH－

－4e－===4H2O

正极：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

2H2－4e－===4H＋

O2＋4H＋＋4e－===2H2O

2H2＋O2===2H2O

[特别提醒]　

（1）燃料电池的本质是燃料与氧化剂之间能够发生自发的氧化还原反应，且能够对外放出能量。

（2）燃料电池在使用过程中，并没有发生燃料的燃烧，而是燃料和氧化剂分别在两极放电，将化学能转化为电能。

（3）燃料的燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，而燃料电池中发生的氧化还原反应则是缓和平稳的。

（4）燃料燃烧时，大量的热能释放到空气中，能量利用率低，燃料电池工作时，能量转化率较高，是一种高效、环境友好的发电装置。

1．燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料燃烧原理把化学能直接转化为电能，氢氧燃料电池的基本反应是：

X极：

O2＋H2O＋2e－===2OH－

Y极：

H2＋2OH－－2e－===2H2O

下列说法正确的是（　　）

A．X是负极　　　　　　　B．Y是正极

C．Y极上发生还原反应D．Y极上发生氧化反应

选