高二化学教案《化学能与电能的转化学案》教学设计.docx

高二化学教案《化学能与电能的转化学案》教学设计.docx

《高二化学教案《化学能与电能的转化学案》教学设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二化学教案《化学能与电能的转化学案》教学设计.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高二化学教案《化学能与电能的转化学案》教学设计

高二化学教案：

《化学能与电能的转化学案》教学设计

　　本文题目：

高二化学教案：

化学能与电能的转化学案

　　第二单元化学能与电能的转化

　　第1课时　原电池的工作原理

　　[目标要求]　1.理解原电池的工作原理，能够写出电极反应式和电池反应方程式。

2.了解半反应、盐桥、内电路、外电路等概念。

3.会判断原电池的正、负极，能够利用氧化还原反应设计简单的原电池。

　　一、原电池

　　1.原电池定义：

将化学能转变为电能的装置。

　　2.实质：

将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。

即将化学能转化成电能。

　　3.简单原电池的构成条件：

　　①活泼性不同的两个电极，②电解质溶液，③形成闭合回路，④能自发进行的氧化还原反应。

　　二、原电池的工作原理

　　工作原理：

利用氧化还原反应在不同区域内进行，以适当方式连接起来，获得电流。

　　以铜锌原电池为例：

　　1.在ZnSO4溶液中，锌片逐渐溶解，即Zn被氧化，锌原子失电子，形成Zn2+进入溶液，从锌片上释放的电子，经过导线流向铜片;

　　CuSO4溶液中，Cu2+从铜片上得电子，还原成为金属铜并沉积在铜片上。

　　锌为负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-===Zn2+;

　　铜为正极，发生还原反应，电极反应式为Cu2++2e-===Cu。

　　总反应式为Zn+Cu2+===Zn2++Cu，反应是自发进行的。

　　2.闭合回路的构成：

　　外电路：

电子从负极到正极，电流从正极到负极，

　　内电路：

溶液中的阴离子移向ZnSO4溶液，阳离子移向CuSO4溶液。

　　3.盐桥

　　盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液。

当其存在时，随着反应的进行，Zn棒中的Zn原子失去电子成为Zn2+进入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2+过多，带正电荷。

Cu2+获得电子沉积为Cu，溶液中Cu2+过少，SO2-4过多，溶液带负电荷。

当溶液不能保持电中性时，将阻止放电作用的继续进行。

盐桥的存在就避免了这种情况的发生，其中Cl-向ZnSO4溶液迁移，K+向CuSO4溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。

　　知识点一　原电池

　　1.下列装置中能构成原电池产生电流的是（　　）

　　答案　B

　　解析　A、D项中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能构成原电池;B项符合原电池的构成条件，两电极发生的反应分别是Zn-2e-===Zn2+，2H++2e-===H2↑;C项中酒精不是电解质，故不能构成原电池。

　　2.在图中的8个装置中，属于原电池的是（　　）

　　A.①②③⑤⑧B.③④⑥⑦C.④⑤⑥⑦D.③⑤⑦

　　答案　D

　　知识点二　原电池的原理

　　3.用铜片、银片、Cu（NO3）2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。

以下有关该原电池的叙述正确的是（　　）

　　①在外电路中，电流由铜电极流向银电极

　　②正极反应为Ag++e-===Ag

　　③实验过程中取出盐桥，原电池仍能继续工作

　　④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同

　　A.①②B.②③C.②④D.③④

　　答案　C

　　解析　该原电池中Cu作负极，Ag作正极，负极反应式为Cu-2e-===Cu2+，正极反应式为Ag++e-===Ag，因此②对;在外电路中，电子由Cu电极流向Ag电极，而电流方向与电子流向相反，所以①错;没有盐桥，原电池不能继续工作，所以③错;无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还原反应，所以④对。

　　4.下图是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（　　）

　　NO.28　　Date：

2009.11.8

　　实验后的记录：

　　①Zn为正极，Cu为负极。

　　②H+向负极移动。

　　③电子流动方向Zn―→Cu。

　　Cu极上有H2产生。

　　⑤若有1mol电子流过导线，则产生H2为0.5mol。

　　⑥正极的电子反应式为：

Zn―→Zn++2e-。

　　A.①②③B.③④⑤C.④⑤⑥D.②③④

　　答案　B

　　解析　本题考查了锌、铜和稀H2SO4构成的原电池的基本工作原理。

Zn比Cu活泼，Zn为负极，电极反应为：

Zn-2e-===Zn2+，Cu为正极，电极反应为2H++2e-===H2↑，每转移1mol电子，产生H20.5mol，电子由Zn流出，经导线流向铜片，溶液中H+向正极移动，SO2-4向负极移动，故选B。

　　5.把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。

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。

则四种金属的活动性顺序由大到小排列为（　　）

　　A.A>B>C>DB.A>C>B>DC.A>C>D>BD.B>D>C>A

　　答案　C

　　解析　金属组成原电池，相对活泼的金属失去电子作负极，相对不活泼的金属作正极。

负极被氧化，质量减轻，正极发生还原反应，有物质析出，由题意得活动性A>B、A>C、C>D、D>B，故正确答案为C。

　　知识点三　原电池的应用

　　6.已知电极材料：

铁、铜、银、石墨、锌、铝;电解质溶液：

CuCl2溶液、Fe2（SO4）3溶液、硫酸。

按要求回答下列问题：

（1）电工操作上规定：

不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。

请说明原因

　　________________________________________________________________________。

（2）若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池?

________。

若能，请写出电极反应式，负极：

___________，正极：

_____________。

（若不能，后两空不填）

　　（3）设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图（需标明电极材料及电池的正、负极）。

　　答案　

（1）二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中形成原电池而被腐蚀

（2）能　Cu-2e-===Cu2+　2Fe3++2e-===2Fe2+

　　（3）

　　解析　

（1）当Cu、Al导线连接时，接触到潮湿的空气就易形成原电池而被腐蚀。

（2）因为FeCl3能与Cu发生反应：

2FeCl3+Cu===2FeCl2+CuCl2，因此根据给出的条件可以设计成原电池，其负极为Cu，反应为Cu-2e-===Cu2+，正极为石墨，电极反应式为2Fe3++2e-===2Fe2+。

　　（3）因为总反应式为Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑，所以负极为Fe，正极可为Cu、Ag或石墨，电解质为稀硫酸，即可画出装置图。

　　7.利用反应Fe3++Zn===Fe2++Zn2+设计一个带盐桥的原电池，并在下面方框内画出实验装置图，并指出正极为________，电极反应式为_______________________________。

　　负极为________，电极反应式为____________________________________________。

　　此装置中盐桥的作用为___________________________________________________。

　　答案　Pt　2Fe3++2e-===2Fe2+

　　Zn　Zn-2e-===Zn2+

　　使两个半电池连成一个通路;使两溶液保持电中性

　　解析　根据反应Zn+2Fe3+===Zn2++2Fe2+知该反应中的氧化反应为Zn-2e-===Zn2+，故应采用Zn片作负极，还原反应为2Fe3++2e-===2Fe2+，故应选择比Zn不活泼的金属或非金属石墨等作正极，根据应选择与电极材料相同的阳离子的电解质溶液作电解液，故负极区应选含Zn2+的盐溶液如ZnSO4溶液，正极区选含Fe3+的溶液作电解液如FeCl3、Fe2（SO4）3溶液等。

　　练基础落实

　　1.在理论上不能用于设计原电池的化学反应是（　　）

　　A.H2SO4（aq）+BaCl2（aq）===2HCl（aq）+BaSO4（s）　ΔHc（H+），滴加石蕊溶液，a电极附近呈蓝色，同理b电极附近呈红色。

　　知识点三　电解规律应用

　　6.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物（方括号内的物质），能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是（　　）

　　A.AgNO3[AgNO3]B.NaOH[H2O]

　　C.KCl[KCl]D.CuSO4[Cu（OH）2]

　　答案　B

　　解析　A项：

4AgNO3+2H2O=====电解4Ag+O2↑+4HNO3

　　脱离反应体系的物质是4Ag+O2，相当于2Ag2O，所以应当加入适量Ag2O才能复原。

（加入AgNO3，会使NO-3的量增加）;B项：

2H2O=====电解2H2↑+O2↑　脱离反应体系的是2H2+O2，相当于2H2O，加入适量水可以复原。

C项：

2KCl+2H2O=====电解2KOH+H2↑+Cl2↑　脱离反应体系的是H2+Cl2，相当于2HCl，应通入适量HCl气体才能复原。

（加入盐酸时，同时也增加了水）　D项：

2CuSO4+2H2O=====电解2H2SO4+2Cu+O2↑　脱离反应体系的是2Cu+O2，相当于2CuO，加入适量CuO可以复原。

　　7.用铂作电极电解某种溶液，通电一段时间后，溶液的pH变小，并且在阳极得到0.56L气体，阴极得到1.12L气体（两种气体均在相同条件下测定）。

由此可知溶液可能是（　　）

　　A.稀盐酸B.KNO3溶液C.CuSO4溶液D.稀硫酸

　　答案　D

　　解析　阳极与阴极产生的气体体积比为0.56L1.12L=12，相当于电解水，pH变小说明电解了含氧酸。

　　练基础落实

　　1.如图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现，a极板质量增加，b极板处有无色无味气体放出，符合这一情况的是（　　）

　　a极板b极板x电极z溶液

　　A锌石墨负极CuSO4

　　B石墨石墨负极NaOH

　　C银铁正极AgNO3

　　D铜石墨负极CuCl2

　　答案　A

　　2.在水中加等物质的量的Ag+、Pb2+、Na+、SO2-4、NO-3、Cl-，该溶液放在用惰性电极作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物质量比为（　　）

　　A.35.5∶108B.16∶207C.8∶1D.108∶35.5

　　答案　C

　　解析　溶液中的六种离子，有四种发生反应生成沉淀，Ag++Cl-===AgCl↓、Pb2++SO2-4===PbSO4↓，最后溶液就成了NaNO3溶液;而电解NaNO3溶液，实质上就是电解水，电解方程式为2H2O=====电解2H2↑+O2↑。

氧化产物和还原产物的质量之比为m（O2）∶m（H2）=（1mol×32g?

mol-1）∶（2mol×2g?

mol-1）=8∶1，即C项正确。

　　3.在100mLH2SO4和CuSO4的混合液中，用石墨作电极电解，两极上均收集到2.24L气体（标准状况下），则原混合液中，Cu2+的物质的量浓度为（　　）

　　A.1mol?

L-1B.2mol?

L-1C.3mol?

L-1D.4mol?

L-1

　　答案　A

　　解析　两极均收集到气体时，阴极是Cu2+放电后，H+又放电生成氢气;阳极是OH-放电生成氧气。

n（H2）=n（O2）=2.24L/22.4L?

mol-1=0.1mol，由电子守恒得n（Cu2+）×2+n（H2）×2=n（O2）×4，即：

c（Cu2+）×0.1L×2+0.1mol×2=0.1mol×4，解得：

c（Cu2+）=1mol?

L-1，本题考查在阳离子阴极的放电顺序，Cu2+>H+。

　　4.用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCu（OH）2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。

则电解过程中转移的电子的物质的量为（　　）

　　A.0.1molB.0.2molC.0.3molD.0.4mol

　　答案　D

　　解析　由电解CuSO4溶液的反应的化学方程式2CuSO4+2H2O=====电解2Cu+O2↑+2H2SO4知，电解过程中只析出Cu和放出O2，故电解后加入CuO就可以复原。

但本题提示加入0.1molCu（OH）2可以复原，说明电解过程中不仅有CuSO4被电解，还有H2O被电解。

0.1molCu（OH）2相当于0.1molCuO和0.1molH2O，由电子守恒0.1molCuO～0.1molCu～0.2mole-，0.1molH2O～0.1molH2～0.2mole-，共计0.4mole-。

　　练方法技巧

　　5.在25℃时，将铜电极插入一定量的饱和硫酸钠溶液中进行电解，通电一段时间后，阴极逸出amol气体，同时有bgNa2SO4?

10H2O晶体析出。

若温度不变，剩余溶液中溶质的质量分数是（　　）

　　A.bb+18a×100%B.bb+36a×100%

　　C.71b161?

b+36a?

×100%D.71b161?

b+18a?

×100%

　　答案　C

　　解析　用铜作电极时，阳极上铜失去电子被氧化，电极反应为Cu-2e-===Cu2+;阴极上生成H2，电极反应为2H++2e-===H2↑，阴极区产生的OH-与阳极区产生的Cu2+结合生成Cu（OH）2沉淀。

总反应为Cu+2H2O=====通电Cu（OH）2+H2↑，即阴极每生成amolH2，就有2amol水被电解，发生电解的水与析出的Na2SO4?

10H2O晶体可以组成该温度下的饱和溶液。

该饱和溶液的质量为bg+2amol×18g?

mol-1=（b+36a）g，溶质的质量为142322×bg。

故w（Na2SO4）=142b322b+36a×100%=71b161?

b+36a?

×100%。

　　6.铅蓄电池的工作原理为Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。

研读下图，下列判断不正确的是（　　）

　　A.K闭合时，d电极反应式：

PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO2-4

　　B.当电路中转移0.2mol电子时，Ⅰ中消耗的H2SO4为0.2mol

　　C.K闭合时，Ⅱ中SO2-4向c电极迁移

　　D.K闭合一段时间后，Ⅱ可单独作为原电池，d电极为正极

　　答案　C

　　解析　当K闭合时，装置Ⅰ中的电极为Pb和PbO2，应为原电池，b极（Pb）作负极，a极（PbO2）作正极;Ⅱ中的电极均为PbSO4，应为电解池，c极为阴极，d极为阳极。

A项：

K闭合时，d极发生氧化反应：

PbSO4+2H2O-2e-===PbO2+4H++SO2-4，正确;B项：

电路中转移0.2mol电子时，Ⅰ中消耗0.2molH2SO4和0.1molPb，正确;C项：

Ⅱ中SO2-4向阳极（d极）迁移，错误;D项：

K闭合一段时间后，c极表面生成Pb，d极表面生成PbO2，装置Ⅱ可单独作为原电池，d电极为正极，正确。

　　7.在25℃时，用石墨电极电解2.0L0.5mol?

L-1CuSO4溶液。

5min后，在一个石墨电极上有6.4gCu生成。

试回答下列问题：

（1）发生氧化反应的是________极，电极反应式为

　　________________________________________________________________________

　　________________________________________________________________________。

（2）若电解后溶液的体积不变，则电解后溶液的pH为________。

　　（3）若将溶液恢复到与电解前一样，则需加入________mol的________。

　　（4）若用等质量的两块铜片代替石墨作电极，电解后两铜片的质量相差________g，电解液的pH________。

（填“变小”、“变大”或“不变”）

　　答案　

（1）阳　4OH--4e-===2H2O+O2↑

（2）1　

（2）0.1　CuO　（4）12.8　不变

　　解析　

（1）n（CuSO4）=2.0L×0.5mol?

L-1=1.0mol，而在阴极析出的Cu为6.4g64g?

mol-1=0.1mol，故CuSO4未完全电解，阳极发生氧化反应，电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑。

（2）总反应为

　　2CuSO4+2H2O=====通电2Cu　+　O2↑　+　2H2SO4

　　2　　　2　　　　2　　　　1　　　　　2

　　0.1mol　0.1mol　0.1mol　0.05mol　　0.1mol

　　所以电解后c（H+）=0.1mol×22.0L=0.1mol?

L-1，

　　故pH=-lg0.1=1。

　　（3）电解后生成的0.1molCu和0.05molO2脱离该体系，即相当于0.1molCuO，因此若将溶液复原，则应加入0.1molCuO。

　　（4）此时成为电镀池，阳极：

Cu-2e-===Cu2+，阴极：

Cu2++2e-===Cu，因此若阴极上析出6.4g铜，则阳极溶解6.4g铜，电解后两铜片质量差为6.4g+6.4g=12.8g，而电解液的pH不变。

　　练综合拓展

　　8.在50mL0.2mol?

L-1CuSO4溶液中插入两个电极，通电电解（不考虑水分蒸发）。

则：

（1）若两极均为铜片，试说明电解过程中CuSO4溶液的浓度________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

（2）若阳极为纯锌，阴极为铜片，阳极反应式是

　　________________________________________________________________________

　　________________________________________________________________________。

　　（3）若阳极为纯锌，阴极为铜片，如不考虑H+在阴极上放电，当电路中有0.04mole-通过时，阴极增重________g，阴极上的电极反应式是

　　________________________________________________________________________

　　________________________________________________________________________。

　　答案　

（1）不变　

（2）Zn-2e-===Zn2+

　　（3）1.28　Cu2++2e-===Cu

　　解析　

（1）两极均为铜片，电解液为CuSO4溶液，这是一个电镀装置，电解过程中电解质溶液的浓度不变。

（2）阳极为纯锌，为活泼金属，通电电解时，锌发生氧化反应：

Zn-2e-===Zn2+。

　　（3）若阳极为纯锌，阴极为铜片，不考虑H+在阴极上放电，则阴极反应为Cu2+得电子的还原反应：

Cu2++2e-===Cu。

当电路中有0.04mol电子通过时，有0.04mol/2×64g?

mol-1=1.28g铜析出。

　　第4课时　电解原理的应用

　　[目标要求]　1.了解氯碱工业、电镀、精炼铜的原理。

2.掌握电解原理及其应用。

　　电解原理的应用

　　1.氯碱工业：

电解饱和食盐水，制取烧碱、氯气和氢气。

　　电极的反应式（并注明反应类型）

　　阳极：

2Cl--2e-===Cl2↑　（氧化反应）;

　　阴极：

2H++2e-===H2↑　（还原反应）。

　　总反应式：

2NaCl+2H2O=====电解2NaOH+Cl2↑+H2↑。

　　其中阴极反应中的H+是由水电离产生的。

　　2.电镀

（1）电镀是应用电解的原理在金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。

（2）电镀阳极：

镀层金属，电极本身发生氧化反应阴极：

待镀金属制品电镀溶液：

含有镀层金属离子的溶液

　　在电镀过程中，电镀液的浓度不变。

　　3.电解精炼（如电解精炼铜，杂质为铁、锌、金、银）

（1）粗铜作阳极，电极反应Cu-2e-===Cu2+;

　　精铜作阴极，电极反应Cu2++2e-===Cu;

　　电解质溶液CuSO4溶液。

（2）活泼性较强的铁、锌以离子形式进入溶液，活泼性较差的金、银形成阳极泥。

　　4.电冶金制取金属

　　Na、Ca、Mg、Al等活泼金属，很难用还原剂从它们的化合物中还原得到单质，因此必须通过电解熔融的化合物的方法得到。

如电解熔融的氯化钠可以得到金属钠：

　　阴极：

2Na++2e-===2Na，阳极：

2Cl--2e-===Cl2↑，

　　总反应式：

2NaCl（熔融）=====电解2Na+Cl2↑。

　　知识点一　氯碱工业

　　1.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，以下对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（　　）

　　A.a为正极，b为负极;NaClO和NaCl

　　B.a为负极，b为正极;NaClO和NaCl

　　C.a为阳极，b为阴极;HClO和NaCl

　　D.a为阴极，b为阳极;HClO和NaCl

　　答案　B

　　解析　电解饱和食盐水的方程式为2NaCl+2H2O电解,2NaOH+H2↑+Cl2↑，NaOH在阴极区生成，Cl2在阳极区生成。

按照该学生制作的竖直的家用环保型消毒装置，若将阳极置于上方，则氯气一生成即逸出，不能完全与NaOH反应。

显然，应将阳极置于下方，阴极置于上方，下方阳极生成的氯气通过溶液时即可很好地被阴极生成的NaOH吸收。

反应为Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。

还应注意的是图中电极a、b是电源的电极而非电解池的电极。

与电解装置上方阴极相连的a为电源的负极，则b为正极。

　　2.如图Ⅰ所示是用石墨和铁作电极电解饱和食盐水的装置，请填空：

（1）X的电极名称是__________极，发生的电极反应式为______________，Y极的电极材料是____________，检验X极产物的方法是________________________________。

（2）某同学在实验时误将两种电极材料接反，导致X极上未收集到预期产物，一段时间后又将两极的连接方式纠正过来，发现X极附近出现了白色沉淀，此沉淀是________（填化学式），其形成原因是___________________________________________________________

　　________________________________________________________________________，

　　该沉淀在空气中放置，现象是______________________。

　　（3）

　　工业上电解饱和食盐水的方法之一是将两个电极室用离子交换膜隔开（如图Ⅱ所示），其目的是________________，阳极室（A处）加入____________，阴极室（B处）加入__________，离子交换膜只许__________离子通过。

　　答案　

（1）阳　2Cl--2e-===Cl2↑