2019高中化學第二章第二節(jié)化學能與電能講義新人教版.docx

化學能與電能1了解化學能與電能的轉化關系。2初步了解化學電池的工作原理及應用。3了解化學電池的反應基礎(氧化還原反應)及研制新型電池的重要性。1一次能源與二次能源能源類別概念舉例一次能源直接從自然界中取得的能源流水，風力，煤，石油，天然氣等二次能源一次能源經(jīng)加工、轉換得到的能源電力，蒸汽等2.燃煤發(fā)電的能源轉化(1)過程：化學能熱能機械能電能。(2)燃燒(氧化還原反應)是使化學能轉化為電能的關鍵。3.原電池(1)定義：把化學能直接轉化為電能的裝置。(2)構成條件：具有活潑性不同的兩個電極；具有電解質溶液；電極間構成閉合回路。(3)反應本質：化學電池的反應本質是自發(fā)進行的氧化還原反應。(4)電極負極：失電子，發(fā)生氧化反應的電極；正極：得電子，發(fā)生還原反應的電極。(5)電極方程式：表示正、負極發(fā)生反應的方程式。4鋅錳干電池(一次電池)(1)普通鋅錳電池。負極材料是：鋅；正極材料是：碳；電解質是NH4Cl。(2)堿性鋅錳干電池。負極材料是：Zn；正極材料是：MnO2；電解質是：KOH。改進后堿性鋅錳電池的優(yōu)點：電量大，電流穩(wěn)定。5充電電池(二次電池)充電電池又稱二次電池，在放電時的氧化還原反應，在充電時可逆向進行，使電池恢復到放電前的狀態(tài)。從而實現(xiàn)化學能轉化為電能(放電)，再由電能轉化為化學能(充電)的循環(huán)。6燃料電池將燃料和氧化劑(如O2)反應放出的化學能直接轉化為電能的裝置。(1)原理：利用原電池的工作原理將燃料和氧氣反應所放出的化學能直接轉化為電能。(2)與其他電池的區(qū)別：反應物不儲存在電池內部而是由外設裝備提供燃料和氧化劑。新知探究實驗探究：原電池原理實驗順序實驗現(xiàn)象結論或解釋1.Zn、Cu分別插入稀H2SO4溶液鋅片表面有氣泡產(chǎn)生，鋅片逐漸溶解，銅片表面無現(xiàn)象鋅與稀H2SO4反應，銅片不反應2.Zn、Cu導線連接后再接電流表，插入稀H2SO4鋅片逐漸溶解，銅片表面有氣泡產(chǎn)生，電流計指針發(fā)生偏轉鋅失去的電子經(jīng)導線流向銅片，溶液中的H在銅片表面獲得電子生成H2，線路中有電流產(chǎn)生問題討論1在原電池中氧化反應和還原反應分別在兩個不同的區(qū)域進行，使其間電子發(fā)生轉移，在閉合回路下形成電流。2.(1)Zn片：電極反應式為Zn2e=Zn2，發(fā)生氧化反應，失電子，負極；Cu片：電極反應式為2H2e=H2，發(fā)生還原反應，得電子，正極?？偟碾x子方程式：Zn2H=Zn2H2。(2)溶液中的離子移動方向：陰離子移向負極； 陽離子移向正極。(3)電流的方向：外電路CuZn； 內電路ZnCu。3在銅、鋅和稀硫酸構成的原電池中，溶液的pH如何變化？濃度呢？提示：pH升高，因為H參與反應；的濃度不變，因為不參與反應。4是不是所有的反應都能設計成原電池？提示：不是，只有自發(fā)的氧化還原反應才能設計成原電池名師點撥原電池的工作原理(1)反應類型：負極發(fā)生氧化反應，正極發(fā)生還原反應。(2)電子的移動方向：負極流出，經(jīng)導線流向正極。(3)離子的移動方向：陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。對點演練1判斷正誤。(1)原電池是一種電能轉化為化學能的裝置。()(2)負極失去電子發(fā)生氧化反應。()(3)正極是電子流出極。()(4)用導線連接的銅片和鋅片插入稀H2SO4中，鋅片上有大量氣泡產(chǎn)生。()(5)在銅鋅稀硫酸原電池中，電子由鋅通過導線流向銅，再由銅通過電解質溶液到達鋅。()(6)原電池中陽離子向正極移動。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)新知探究完成以下探究活動，探討形成原電池需要哪些條件：(1)兩個鋅片用導線連接好，然后插入稀硫酸中，觀察電流表沒有(填“有”或“沒有”，下同)電流通過。(2)把銅片和鋅片用導線連接好，然后插入酒精中，觀察電流表沒有電流通過。(3)把銅片和鋅片用導線連接好，然后分別插入兩個小燒杯的硫酸溶液中，觀察電流表沒有電流通過。(4)把銅片和碳棒用導線連接好，然后插入硫酸溶液中，觀察電流表沒有電流通過。(5)綜合以上實驗探究活動，形成原電池需要的條件有：有自發(fā)進行的氧化還原反應。兩種活潑性不同的金屬(或一種為能導電的非金屬單質，如石墨)做電極。有電解質溶液。形成閉合回路。名師點撥(1)自發(fā)進行的氧化還原反應，理論上可組成原電池。(2)形成閉合回路的方式有多種，可以是導線連接兩個電極，也可以是兩電極接觸。如圖：對點演練2如圖所示的裝置，能夠組成原電池產(chǎn)生電流的是_。解析：A項中兩個電極相同；B項中蔗糖是非電解質；C、D項沒有形成閉合回路；故A、B、C、D都不符合原電池的構成條件，不能產(chǎn)生電流。答案：E、F新知探究以鋅銅原電池為例，分析原電池正、負極的判斷方法。名師點撥(1)原電池的負極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù)，遵循電子守恒。(2)原電池正負極的判斷不僅要看兩極活動性的相對強弱，還要看電解質溶液的種類。例如：Mg、Al為電極，若以H2SO4溶液為電解質溶液，則Mg為負極；若以NaOH溶液為電解質溶液，則Al為負極。對點演練3已知空氣鋅電池的電極反應式為鋅片：Zn2OH2e=ZnOH2O，碳棒：O2H2O2e=2OH。據(jù)此判斷，鋅片為()A正極，被還原B正極，被氧化C負極，被還原 D負極，被氧化解析：選D由電極反應式可知：Zn失去電子，化合價升高，被氧化，為原電池的負極。新知探究把反應：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2設計成原電池，畫出裝置圖，并寫出電極反應式。提示：裝置圖如圖所示正極：2Fe32e=2Fe2負極：Cu2e=Cu2。名師點撥原電池原理的應用1比較金屬的活動性強弱(1)原理：一般原電池中活動性較強的金屬作負極，活動性較弱的金屬作正極。(2)應用：A、B兩種金屬用導線連接后插入稀H2SO4中，若A極溶解，B極上冒氣泡，則活動性AB。2加快化學反應的進行(1)原理：在原電池中，氧化反應和還原反應分別在兩極進行，溶液中的粒子運動時相互間的干擾小，使化學反應加快。(2)應用：實驗室中用Zn和稀H2SO4制取H2時，通常滴入幾滴CuSO4溶液，原因是Zn與置換出的Cu構成原電池，加快了反應的進行。3原電池的設計以ZnH2SO4=ZnSO4H2為例說明。 對點演練4有a、b、c、d四個金屬電極，有關的實驗裝置及部分實驗現(xiàn)象如下：實驗裝置部分實驗現(xiàn)象a極質量減小，b極質量增大b極有氣體產(chǎn)生，c極無變化d極溶解，c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活動性順序是()AabcdBbcdaCdabc Dabdc解析：選C裝置一是原電池，a極質量減小，說明a極金屬失電子形成離子，故a極金屬比b極金屬活潑；裝置二沒有形成原電池，可知b比c活潑，且c位于金屬活動性順序表中氫的后面；裝置三形成原電池，易知d比c活潑；裝置四中，電流從a極流向d極，則電子是從d極流向a極，知 d 比a活潑。因此四種金屬的活動性順序為dabc。5某原電池的總反應的離子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，則該反應的原電池組成正確的是()選項ABCD正極ZnCuAgCu負極CuZnCuFe電解質溶液CuCl2CuSO4H2SO4ZnCl2解析：選B根據(jù)原電池中發(fā)生的化學反應，負極反應為：Zn2e=Zn2，正極反應為：Cu22e=Cu。故選項B符合題意。新知探究1干電池(一次電池)放電之后不能再充電繼續(xù)使用。電池類型負極材料正極材料電解質鋅錳電池鋅筒碳棒NH4Cl堿性鋅錳電池鋅筒碳棒KOH鋅錳電池的負極反應式為Zn2e=Zn2。2充電電池(二次電池)電池類型負極材料正極材料電解質鉛蓄電池PbPbO2H2SO4鎳鎘電池CdNiO(OH)KOH鋰離子電池Li鉛蓄電池的負極反應式為Pb2e=PbSO4。3燃料電池電池類型負極反應式正極反應式電池總反應式氫氧燃料電池(H2SO4為電解質)2H24e=4HO24H4e=2H2O2H2O2=2H2O氫氧燃料電池(KOH為電解質)2H24OH4e=4H2OO22H2O4e=4OH名師點撥化學電池的基本類型(1)活潑金屬作負極，被腐蝕或消耗，發(fā)生氧化反應，如鋅錳干電池。(2)兩電極都參加反應，如鉛蓄電池。(3)兩電極均為惰性電極，電極本身不發(fā)生反應，而是由引入到兩極上的物質發(fā)生反應，如燃料電池。對點演練6電池是人類生產(chǎn)和生活中的重要能量來源。各式各樣電池的發(fā)明是化學對人類的一項重大貢獻。下列有關電池的敘述正確的是()A鋅錳干電池工作一段時間后碳棒變細B氫氧燃料電池是將熱能直接轉變?yōu)殡娔蹸氫氧燃料電池工作時氫氣在負極被氧化D太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅解析：選C鋅錳干電池中，碳棒作正極，電極本身不參加任何反應，故不會變細，A選項錯誤；燃料電池是將化學能直接轉化為電能，B選項錯誤；氫氧燃料電池中的總反應為2H2O2=2H2O，H2在負極被氧化；C選項正確；太陽能電池的主要材料是半導體硅而不是SiO2，D選項錯誤。1雙選關于用水制取二次能源氫氣，以下研究方向不正確的是()A構成水的氫和氧都是可以燃燒的物質，因此可以研究在水不分解的情況下，使氫氣成為二次能源B設法將太陽光聚焦，產(chǎn)生高溫，使水分解產(chǎn)生氫氣C尋找高效催化劑，使水分解產(chǎn)生氫氣，同時釋放出能量D尋找特殊化學物質，用以開發(fā)廉價能源，以分解水制取氫氣解析：選A、CA中的錯誤有兩個：一是構成水分子中的氫不可燃(因為氫為1價，不能再被氧化)，氧也不可燃；二是水不分解時，水若為能源應是一次能源；C中水分解是吸熱反應，因此不能釋放能量。2如圖是某同學做完ZnCu原電池實驗后所做的讀書卡片記錄，其中描述合理的組合是()ABC D解析：選C在該原電池中，Zn比Cu活潑，故Zn作負極，銅作正極，電子由Zn流出經(jīng)導線流向Cu片。負極反應為Zn2e=Zn2，正極反應為2H2e=H2，故每轉移1 mol電子時，產(chǎn)生0.5 mol H2。在溶液中，H向正極移動，SO向負極移動，故正確。3下列圖示的裝置不能構成原電池的是()解析：選CC選項中兩種金屬都不能和稀H2SO4發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應，故C選項中裝置不能構成原電池。4(2016山東萊蕪高一檢測)X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硝酸鹽溶液中，X的表面有Z析出，X與Y組成原電池時，Y為原電池的負極。X、Y、Z三種金屬的活動性順序為()AXYZBXZYCYXZ DYZX解析：選CX浸入Z的硝酸鹽溶液中，X的表面有Z析出，說明活潑性XZ；X與Y組成原電池時，Y為電池的負極，說明活潑性YX。故三種金屬的活動性順序為YXZ。5下列有關電池的說法不正確的是()A手機上用的鋰離子電池屬于二次電池B銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極C甲醇燃料電池可把化學能轉化為電能D鋅錳干電池中，鋅電極是負極解析：選B電池中電子由負極流向正極，B項應從Zn電極流向Cu電極。6(2016蘭州高一檢測)(1)把一塊純凈的鋅片插入裝有稀硫酸的燒杯里，可觀察到鋅片上有氣泡，再平行插入一塊銅片，可觀察到銅片上_(填“有”或“沒有”)氣泡產(chǎn)生，再用導線把鋅片和銅片連接起來，組成一個原電池，負極為_，正極的電極反應式為_。(2)如果燒杯中最初裝入的是500 mL 2 mol/L的稀硫酸，構成銅鋅原電池(假設產(chǎn)生的氣體沒有損失)，當在標準狀況下收集到11.2 L的氫氣時，則此時燒杯內溶液中溶質的物質的量濃度應為(溶液體積變化忽略不計)_。解析：(1)銅片插入稀硫酸中，二者不反應，沒有氣泡