专题一 化学反应与能量变化.docx

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专题一化学反应与能量变化

专题一化学反应与能量变化

第二单元化学能与电能的相互转化

学习目标

1.知识与能力：

了解原电池的构造特点及其工作原理；能利用原电池反应原理判断金属的活泼性和解释一些简单问题；学会设计简单电源。

2.过程与方法：

正确书写原电池的正、负极反应式及电池的总反应式；能解决一些与原电池有关的简单计算。

3.情感和价值观：

体验化学能转化为电能的探究过程。

4.知识与能力：

了解电解池的构造特点及工作原理；了解精炼铜原理以及电解饱和食盐水原理和电镀原理。

5.过程与方法：

能正确书写电解池的阴、阳极的反应式和总反应式；明确在溶液中常见离子的放电顺序。

6.情感与价值观：

让学生懂得用逆向思维的方式解决问题，明确事物的发展具备一定的因果关系。

一．原电池的工作原理

1．复习回顾

原电池是______________________的装置。

原电池反应的本质是_______________反应。

铜锌组成的原电池：

（1）当电解质溶液为稀H2SO4时：

Zn电极是____（填“正”或“负”）极，其电极反应为_______________，该反应是______（填“氧化”或“还原”，下同）反应；Cu电极是______极，其电极反应为_______________,该反应是_________反应。

（2）当电解质溶液为CuSO4溶液时：

Zn电极是____极，其电极反应为_____________，

该反应是________反应；Cu电极是____极，其电极反应为_______________,该反应_________反应。

.

与原电池相关的概念：

（1）电路：

（2）电极：

原电池发生氧化还原反应（有电子的转移或得失）

①正极：

发生反应，电子。

②负极：

发生反应，电子。

③总反应：

原则上得失电子要守恒（大多数是简单将正负极反应相加）

（3）.电极反应式：

（4）总反应式：

复习原电池的工作条件

①

②

③

二.对锌铜原电池工作原理的进一步探究

1．盐桥

提出问题：

曾经学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。

这是什么原因造成的呢？

有没有什么改进措施？

盐桥制法：

1）将热的琼胶溶液倒入U形管中（注意不要产生裂隙），将冷却后的U形管浸泡在KCl或NH4NO3的饱和溶液中即可。

2）将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管，用棉花都住管口即可。

盐桥的工作原理：

盐桥中通常装有含KCl饱和溶液琼脂，离子在盐桥中可以自由移动从而达到导电的目的。

可使由它连接的两溶液保持电中性，否则锌盐溶液会由于锌溶解成为Zn2+而带上正电，铜盐溶液会由于铜的析出减少了Cu2+而带上了负电。

2．两个半电池组成原电池的电极方程式

图1-9原电池装置是将什么反应的化学能转换成电能的？

指出电池的正负极，并分别写出其中负极和正极的电极反应式以及该电池的总反应方程式。

例题写出两个半反应:

1.活动与探究第13页

2.铝和氢氧化钠溶液的反应

3.二氧化氮和水的反应

3.探究组成原电池的条件

（1）有两种活动性不同的金属（或一种是非金属单质或金属氧化物）作电极

（2）电极材料均插入电解质溶液中。

（3）两极相连形成闭合电路。

（4）内部条件：

能自发进行氧化还原反应。

【例题】1.某金属能跟稀盐酸作用发出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是（）

A.MgB.FeC.AlD.Cu

【例题】2.由铜锌和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH（）

A.不变B先变大后变小

C逐渐变大D.逐渐变小

【例题】3.把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。

若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为（）

A．a>b>c>dB．a>c>d>b

C．c>a>b.>dD．b>d>c>a

三、原电池的主要应用：

1.利用原电池原理设计新型化学电池；（13页的活动与探究）

2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；

3.进行金属活动性强弱比较；

4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。

如在铁器表面镀锌。

5.解释某些化学现象与生活有关的现象。

【例题】1.把镁条投入到盛有盐酸的敞口容器中，产生H2的速率

在下列因素中对产生H2速率有影响的是（）

①盐酸的浓度②镁条的表面积③溶液温度④Cl-的浓度

在化学反应的过程中，反应的速率需要考虑诸多影响因素。

如：

浓度、温度、压强（需要有气体存在事时）、接触面积、催化剂等等。

【例题】2.下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是

A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出；

B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；

C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；

D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；

【例题】3.下列制氢气的反应速率最快的是

A.纯锌和1mol/L硫酸；

B.纯锌和18mol/L硫酸；

C.粗锌和1mol/L盐酸；

D.粗锌和1mol/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。

【例题】4.在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4溶液的浓度为0.125mol/L,若工作一段时间后，从装置中共收集到0.168L升气体，则流过导线的电子为————mol,溶液的pH值变_________？

（溶液体积变化忽略不计）

【例题】5.市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。

“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。

使用完后，会发现有大量铁锈存在。

1）“热敷袋”是利用放出热量。

2）炭粉的主要作用是。

3）加入氯化钠的主要作用是。

4）木屑的作用是。

【例题】6.看右图:

（1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象。

两极反应式为：

正极；

负极。

该装置将能转化为能。

（2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，

则负极为，

总反应方程为。

四.化学电源

1．化学电池的分类

化学电池可分为;;。

一次电池的举例：

；

二次电池的举例：

；

燃料电池的举例：

。

2．一次电池的研究

干电池（普通锌锰电池）

干电池用锌制桶形外壳作负极，位于中央的顶盖有作正极，在石墨周围填充作电解质溶液，还填充吸收正极放出的H2，防止产生极化现象。

练：

写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。

负极

正极

总反应

通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不能正常供电了？

__________我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生，请推测可能是干电池中的什么成分起了作用？

碱性锌-锰干电池

负极材料：

正极材料：

电解质溶液：

练：

写出碱性锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。

负极

正极

总反应

迷你型电池（锌银钮扣电池）

锌银钮扣负极：

锌银钮扣正极：

锌银钮扣电解质：

练：

写出锌银钮扣电池的电极反应和总化学反应方程式。

负极

正极

总反应

锂电池

锂亚硫酰氯电池（Li-SOCl2）：

8Li+3SOCl2=6LiCl+Li2SO3+2S

负极电极方程式；

正极电极方程式：

。

用途：

质轻、高能（比能量高）、高工作效率、高稳定电压、工作温度宽、高使用寿命，广泛应用于军事和航空领域。

3、二次电池的研究

铅蓄电池

正极材料：

负极材料：

电解质：

练：

写出锌银钮扣电池的电极反应和总化学反应方程式。

负极

正极

总反应

铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程

银锌蓄电池

正极壳填充Ag2O和石墨，负极盖填充锌汞合金，电解质溶液KOH。

反应式为：

2Ag+Zn（OH）2Zn+Ag2O+H2O

充电

放电的电极反应：

；

镉镍电池

负极材料：

Cd；

正极材料：

涂有NiO2，

电解质：

KOH溶液。

反应式如下：

NiO2+Cd+2H2ONi（OH）2+Cd（OH）2

充电

放电的电极反应：

；

3．燃料电池的研究

氢氧燃料电池

酸性电解质：

负极：

正极：

碱性电解质：

负极：

正极：

总反应:

。

（还存在其他情况）

练习1:

（2004年江苏高考）碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。

锌-锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电流总反应式为：

Zns＋2MnO2s＋H2Ol＝ZnOH2s＋Mn2O3s

下列说法错误的是（）

A电池工作时，锌失去电子

B电池正极电极反应式为：

2MnO2s＋H2Ol＋2e＝Mn2O3s＋2OHaq

C电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

D外电路中每通过02mol电子，锌的质量理论上减小65g

练习2：

航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。

氢氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的总反应都可以表示为2H2+O2=2H2O，酸式电池中电解质是酸，其负极反应可表示为2H2-4e-=4H+，则其正极反应式为。

碱式电池的电解质是碱，其正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应可表示为

练习3：

在含有H2S气体的空气中，银器表面易变黑（生成了Ag2S），为了除去银器表面Ag2S，可采用如下方法：

在一个铝制的容器中放入食盐溶液，将银器浸入食盐溶液，使银器与铝接触良好．过一段时间，银器表面变为银白色，并闻到臭鸡蛋的气味，观察到有少量白色絮状沉淀生成，请用电极反应式和离子方程式表示上述过程．

练习4：

熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视，可用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，CO为阳极燃气，空气与CO2的混合气为阴极燃气，制得在65℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：

负极反应式：

2CO+2CO32-=4CO2+4e-

正极反应式：

总反应式：

练习5：

锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池，某种锂电池的总反应为Li+MnO2=LiMnO2,下列说法正确的是（）

A、Li是正极，电极反应为Li－e-=Li+

B、Li是负极，电极反应为Li－e-=Li+

C、Li是负极，电极反应为MnO2+e-=MnO2–

D、Li是负极，电极反应为Li－2e-=Li2+

练习6：

1991年我国首创以铝、空气、海水电池为能源的新型海水标志灯已经研制成功。

该灯以海水为电解质溶液，靠空气中氧使铝不断氧化产生电流。

只要把灯放入海水中数分钟就发出耀眼的闪光，其能量比干电池高20到50倍。

运用所学的化学知识，推测该新型电池两极上可能发生的电极反应。

负极正极

练习7：

已知：

铅蓄电池充电完毕后，电池中硫酸的密度为1，放电完毕后，溶液的密度变为2。

又铅蓄电池充电时的反应：

2PbSO4+2H2OPb+PbO2+2H2SO4

法拉第常数：

F=96500C/mol

⑴写出铅蓄电池使用时所产生的总反应式及两电极上的半反应。

⑵已知充放电完毕后，溶液的密度是下列两个数据：

1.10g/cm3,相当于含14.35%（质量）的硫酸，1.28g/cm3,相当于含36.87%（质量）的硫酸请指出分别1，2对应于哪一个数据？

⑶用什么方法可以确定什么时候该充电什么时候该停止充电？

⑷按方程式计算生成及消耗的水和硫酸的质量。

⑸计算一个电容量为4.32×106C的蓄电池中需加多少硫酸？

⑹用久了的铅蓄电池会对环境造成污染，为什么？

体验成功

1.对于锌－铜－稀硫酸组成的原电池装置中当导线中1moL电子通过时，理论上两极的变化是（）

①锌片溶解了32.5g②锌片增重32.5g③铜片上析出1gH2④铜片上析出1moLH2

2.把铜棒和锌棒用导线与电流表连接后浸入稀硫酸中，下列叙述正确的是（）

A.电流表指针发生偏转，指示电流从锌棒通过导线流向铜棒

B.溶液中的氢离子浓度减小C.铜棒上产生气泡D.锌棒上产生气泡

3.氢氧燃料电池：

负极：

材料，电极反应式；

正极：

材料，电极反应式；

电解质溶液为，电池内总反应式。

那么银锌钮扣电池呢？

锌锰干电池呢？

4.铅蓄电池充电时，PbSO4（）

A.在阳极生成B.在阴极生成C.在两个电极上生成D.在两个电极上除去

5.氢镍电池是近年来开发出来的可充电（二级）电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。

氢镍电池的总反应式为H2+2NiO（OH）↔2Ni（OH）2。

根据此反应式判断，下列叙述中正确的是（）（提示：

正反应为放电过程，逆反应为充电过程）

A.电池放电时，电流从负极流向正极B.电池放电时，镍元素被氧化

C.电池充电时，氢元素被氧化D.电池放电时，H2在负极发生反应

6.试根据氧化还原反应2FeCl3+Cu＝2FeCl2+CuCl2设计原电池。

电解质溶液为；

负极材料是，电极反应式为；

正极材料是，电极反应式为；

请画出此原电池的装置图。

专题一化学反应与能量变化

电解池的工作原理及其应用金属的腐蚀与防护

学习目标

7.知识与能力：

了解金属腐蚀带来的危害；了解化学腐蚀与电化学腐蚀的分类，理解电化学腐蚀发生的条件；了解防止金属腐蚀的方法，并学会解释其中的原因。

8.过程与方法：

掌握电化学腐蚀的原理以及防止腐蚀的原理。

情感与价值观：

学会用实验探究的手段认识不同腐蚀发生的条件的差异

一.电解池的工作原理

1.复习回顾

①电解②电解池（电解槽）

电解熔融盐（电解熔融态氯化钠的原理）

（图1－21左图）（图1－21右图）通电前,Na+Cl-在__________运动。

通电后,Na+向__极（与电源____相连）移动，Cl-向___极（与电源____相连）移动。

电子从电源负极流向_________极,电极反应为__________,发生_______反应。

电子从电解池阳极流向_______极,电极反应为__________,发生_______反应。

总反应为_______________________。

电解电解质溶液（石墨为电极电解氯化铜溶液）

分析电解产物当阳极为惰性电极的方法

①看电解质溶液中存在的离子

②根据阴、阳离子放电顺序

③注意电极是否参加反应（放电）（提示：

在除C、Pt等非惰性电极情况下考虑）

阴极：

___电子，发生____反应，离子_____越强，反应越容易。

常见阳离子放电顺序：

阳极：

___电子，发生____反应，离子_____越强，反应越容易。

①当阳极为惰性电极（石墨、铂、金）时,常见阴离子放电顺序：

②当阳极为活性电极（一些金属）时,阳极。

电解氯化铜溶液的电极反应为__________,

总反应为_______________________。

构成电解池的条件：

①

②

③

④

二．电解池的应用

1．电解饱和食盐水

第19页交流和讨论

（1）通电前，饱和食盐水中存在哪些离子?

这些离子的运动情况怎样？

（2）在电解装置中可否选用铜作阴、阳极的电极材料，为什么？

（3）通电后，溶液中的离子运动发生了什么变化？

（4）通电后，溶液中的在阴、阳放电的是什么离子？

（5）电解后，在阴极区和阳极区分别得到的产物是什么？

怎样初步检验两极产物的生成?

阴极：

阳极：

总反应：

2.铜的电解精炼

一般火法冶炼得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、铁、镍、银、金等），这种粗铜的导电性远不能满足电气工业的要求，如果用以制电线，就会大大降低电线的导电能力。

因此必须利用电解的方法精炼粗铜。

阴极：

阳极：

总反应：

3．电镀（了解几个常见的电镀，如：

镀银，镀铜等）

电镀是利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过程，它是电解原理的又一重要应用。

电镀可以使金属更加美观耐用，增强防锈抗腐能力。

例如，钢铁是人们最常用的金属，但钢铁有个致命的缺点，就是它们易被腐蚀。

防止钢铁发生腐蚀的一种最常用方法就是在其表面镀上其他金属，如锌、铜、铬、镍等。

4、电冶金（制取金属钠）

阴极：

阳极：

总反应：

思考:

工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?

体验成功

1．下列说法或实验现象的描述不正确的是（）。

A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡

B．把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁

C．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速度加快

D．与电源负极相连的是电解槽的阴极

2．100mL浓度为2mol/L的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是（）。

A．加入适量的6mol/L的盐酸B．加入数滴氯化铜溶液

C．加入适量蒸馏水D．加入适量的氯化钠溶液

3．用石墨作电极，电解1mol/L下列物质的溶液，溶液的PH值保持不变的是（）。

A．HClB．NaOHC．Na2SO4D．NaCl

4．下列关于铜电极的叙述，正确的是（）。

A．铜锌原电池中铜是正极

B．用电解法精炼粗铜时，铜作阳极

C．在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极

D．电解稀硫酸制H2、O2时，铜作阳极

三．电解池的电解规律

【例题】有一硝酸盐晶体，其化学式为M（NO3）x•nH2O，经测定其摩尔质量为242g•moL-1。

取1.21g该晶体溶于水配成100mL溶液。

将此溶液用石墨作电极进行电解，当有0.01moL电子通过电极时，溶液中的金属阳离子全部析出，在阴极得到0.32g。

则金属M的相对原子质量＝，x＝，n＝。

【分析】提示：

根据守恒定律以及正比例关系，答案6423

体验成功

1.用Pt电极电解一定浓度的下列水溶液，在电解后加入适量水，能使溶液恢复到电解前的是（）A.AgNO3B.NaOHC.Na2SO4D.CuCl2

2.有关电解饱和食盐水的下列说法正确的是（）

A.正极发生氧化反应B.开始时，阴极附近【OH-】增大

C.阳极附近产生NaOH和H2D.该反应中产物为两种

3.近年来，加‘碘’食盐较多的使用了碘酸钾，碘酸钾在工业上可以用电解法制取。

以石墨和不锈钢为电极，以KI溶液为电解液，在一定的条件下电解，反应的化学方程式如下：

KI+3H2O===KIO3+3H2,下列说法中正确的是（）

A.电解时，石墨作为阴极，不锈钢作阳极

B.电解时，阴极反应是I-－6e-＋3H2O==IO3-＋6H+

C.当电解过程中转移3moLe-时，理论上可以制得KIO3107g

D.电解前后溶液得pH减小

4.把锌片和铁片放在盛有稀食盐水和酚酞试液混合的

表面皿中（如右图所示），经过一段时间后，首先观察

到溶液变红的区域是（）

A.1和3附近B.1和4附近C.2和3附近D.2和4附近

5.工业上为了处理含有Cr2O72-的酸性工业废水，采用下面的处理方法：

往废水中加入适量的NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间后，有Cr（OH）3和Fe（OH）3沉淀生成，这样可以使废水中含Cr元素的量达到排放标准。

试回答下列问题：

（1）两极发生反应的电极反应式

阳极：

，阴极：

。

（2）写出Cr2O72-变为Cr3+的离子方程式：

。

（3）工业废水有酸性变为碱性的原因：

。

（4）能否用石墨代替铁做电极，为什么？

。

6.将甲、乙两片Pt片插入200g10％CuSO4溶液中进行电解，当阳极析出0.16g气体时，

求：

（1）阴极析出多少克铜？

（2）剩余CuSO4溶液中溶质的质量分数是多少？

四．金属的腐蚀

1.金属腐蚀的本质是的过程，即金属在腐蚀的过程中发生了反应。

2.化学腐蚀与电化学腐蚀

项目

化学腐蚀

电化学腐蚀

条件

金属与直接接触

不纯金属与接触

现象

电流产生

电流产生

结果

相互关系

化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生

3.钢铁的电化学腐蚀

项目

吸氧腐蚀

析氢腐蚀

条件

正极反应

负极反应

总反应

4.防止金属腐蚀最常用的方法有、、、、

【例题】钢铁在很弱的酸性条件下发生电化学腐蚀时，正极的反应式为（）

A.Fe－2e-＝Fe2+B.2H+＋2e-＝H2

C.2H2O＋O2＋4e-=4OH-D.Fe－3e-＝Fe3+

【分析】钢铁含有较多的杂质，在考虑钢铁腐蚀时，为了简化问题，主要讨论碳杂质问题。

也就是Fe为负极，C为正极的原电池。

在中性或弱酸条件下发生吸氧腐蚀。

体验成功

1.日常生活中所用的自来水管，你认为用哪一种经济又耐用（）

A.镀锌铁管B.不锈钢管C.铜管D.普通钢管

2.下列金属防护属于电化学防护的是（）

A.改变金属内部组成结构，可以增强金属耐腐蚀的能力

B.在金属表面覆盖一层保护层

C.牺牲阳极的阴极保护法

D.外加电流的阴极保护法

3.在水中加入等物质的量的Ag+、Na+、Ba2+、SO42-、NO3-、Cl-，在该溶液中加入惰性电极形成电解池，通电片刻后，所得氧化产物与还原产物的质量比为（）

A.35.5：

10B.16：

207C.8：

1D.108：

35.5

4.将0.4moLCuSO4和0.4moLNaCl溶于水中，配成1L溶液，用惰性电极电解一段时间后，当在一个电极上产生的0.3moLCu时，另一极上生成的气体在标准状况下的体积为（）

A.5.6LB.6.72LC.1.344LD.11.2L

5.如果你是科学家，欲通过电化学方法实现以下目的，请设计相应的实验方案，描述实验现象并总结实验结论。

实验目的

实验方案

实验现象

实验结论

比较铁铜的还原性强弱

比较Cu2+、Fe3+的氧化性强弱

重温高考题

25．（2007年高考广东理基，原电池）钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为：

2Fe＋2H2O＋O2=2Fe2＋＋4OH－。

以下说法正确的是

（A）负极发生的反应为：

Fe－2e－=Fe2＋

（B）正极发生的反应为：

2H2O＋O2＋2e－=4OH－

（C）原电池是将电能转变为化学能的装置

（D）钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀

9．（2007年高考广东化学卷，原电池）科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。

电池负极反应为

（A）H2＋2OH－＝2H2O＋2e－（B）O2＋4H＋＋4e－＝2H2O

（C）H2＝2H＋＋2e－（D）O2＋2H2O＋4e－＝4OH－

12．（2007年高考广东化学卷，原电池）为了避免青铜器生成铜绿，以下方法正确的是

（A）将青铜器放在银质托盘上（B）将青铜器保存在干燥的环境中

（C）将青铜器保存在潮湿的空气中（D）在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜

2