高中化學必修2 第2課時 化學反應與電能

1、第2課時化學反應與電能學業(yè)要求核心素養(yǎng)對接1.知道原電池是利用氧化還原反應將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，通過實驗會說明原電池的原理，以及判斷原電池的正、負極。2會正確書寫電極反應式，熟知原電池的應用。3記住干電池、充電電池、燃料電池等發(fā)展中的化學電源的特點。4認識提高燃料的燃燒效率、開發(fā)高能清潔燃料和研制新型電池的重要性。1.通過對原電池的學習培養(yǎng)學生證據(jù)推理和模型認知的能力。2通過對常見化學電源的學習培養(yǎng)學生證據(jù)推理與模型認知的能力。3通過認識提高燃料的燃燒效率、開發(fā)高能清潔燃料和研制新型電池的重要性，培養(yǎng)學生科學態(tài)度與社會責任。知識梳理知識點一化學能轉(zhuǎn)化為電能如圖是電能的來源，哪些是化學能轉(zhuǎn)化

2、為電能呢？請完成下列知識點：1燃煤發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化熱機械燃燒2原電池(1)實驗實驗63實驗裝置注意圖中電子與離子流向?qū)嶒灛F(xiàn)象銅片：_鋅片：_電流表：_結(jié)論有_產(chǎn)生，裝置中_轉(zhuǎn)化為_有氣泡產(chǎn)生逐漸溶解指針偏轉(zhuǎn)電流化學能電能(2)原電池概念：將_能轉(zhuǎn)變?yōu)開能的裝置。(3)銅鋅原電池工作原理：電極材料電子轉(zhuǎn)移電極反應式反應類型ZnCu電池總反應：_?；瘜W電失電子Zn2e=Zn2氧化反應得電子2H2e=H2還原反應Zn2H=Zn2H2(4)反應本質(zhì)：原電池反應的本質(zhì)是_。(5)構(gòu)成原電池的條件理論上，自發(fā)的_均可設計成原電池。必須自發(fā)兩個_(或一個為金屬，一個為能_ 的非金屬)電極。具有_溶液。形成_。

3、氧化還原反應氧化還原反應活潑性不同的金屬導電電解質(zhì)閉合回路知識點二常見化學電源如圖是常用的化學電源，請完成下列知識點，以對它們有所了解：1干電池干電池是一種一次性電池，放電后_再充電。不能鋅筒石墨棒NH4ClNH4ClKOH2充電電池充電電池又稱為二次電池，它在放電時所進行的氧化還原反應，在充電時可以_進行，使電池恢復到放電前的狀態(tài)。鉛酸蓄電池鎳氫電池鋰離子電池3燃料電池(1)原理：利用原電池工作原理將_和_反應所放出的_直接轉(zhuǎn)化為_。(2)與其他電池的區(qū)別：反應物由外設裝備提供_和_。逆向燃料氧化劑化學能電能燃料氧化劑微判斷(1)火力發(fā)電是化學能間接轉(zhuǎn)化為電能的過程()(2)HClNaOH=

4、NaClH2O是放熱反應，可以設計成原電池()(3)將銅片和鋅片用導線連接插入酒精中，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)()(4)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(zhì)溶液到達鋅()(5)原電池中陽離子向正極移動()(6)原電池中的負極反應一定是電極材料失電子()(7)鋅錳干電池工作一段時間后碳棒變細()(8)氫氧燃料電池是將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?)(9)氫氧燃料電池工作時氫氣在負極上被氧化()(10)太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅()微訓練1下列幾種化學電池中，不屬于可充電電池的是()答案AA堿性鋅錳電池B手機用鋰電池C汽車用鉛蓄電池D玩具用鎳氫電池2下列有關(guān)電池的說法不正確的

5、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(zhuǎn)化為電能D鋅錳干電池中，鋅電極是負極答案B3下列裝置中能夠組成原電池的是_。解析構(gòu)成原電池的條件缺一不可：缺少一個電極；中電極相同；中酒精為非電解質(zhì)；中不能形成閉合回路。答案微思考原電池是由哪幾部分組成？各起什么作用？提示構(gòu)成原電池需有兩個活潑性不同的電極，將電極插入電解質(zhì)溶液中，兩電極間用導線連接使之構(gòu)成閉合回路。電極的作用是導電，有些電池中電極材料會參加反應；導線的作用是傳導電子；電解質(zhì)溶液的作用是通過自由離子的移動傳導電荷。學習任務1原電池的構(gòu)成條件、工作原理及正、負極的判

6、斷如圖是原電池工作原理示意圖，結(jié)合本圖完成下列討論：1在銅鋅稀硫酸原電池中，電子是怎樣移動的？電子能否通過電解質(zhì)溶液？如果不能，電流是如何形成的？2(1)若將2中銅片換作石墨棒，能否產(chǎn)生電流？電極反應有無變化？(2)若將2中稀硫酸換作硫酸銅溶液，能否產(chǎn)生電流？電極反應有何不同？(3)若將稀硫酸換為酒精，還能否產(chǎn)生電流？提示(1)改為石墨棒后，仍然可以形成原電池，產(chǎn)生電流。鋅為負極，石墨棒為正極，電極反應及原電池反應均不變。(2)將稀硫酸換作硫酸銅溶液，也可以形成原電池，產(chǎn)生電流。鋅為負極，發(fā)生氧化反應：Zn2e=Zn2，銅為正極，發(fā)生還原反應：Cu22e=Cu，總反應為：ZnCu2=Zn2Cu

7、。(3)酒精是非電解質(zhì)，此時不能構(gòu)成原電池，因此不能產(chǎn)生電流。1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。2原電池的判斷方法3原電池正、負極的判斷方法易錯提醒(1)構(gòu)成原電池的兩電極材料不一定都是金屬，正極材料可以為導電的非金屬，例如石墨。兩極材料可能參與反應，也可能不參與反應。(2)兩個活潑性不同的金屬電極用導線連接，共同插入電解質(zhì)溶液中不一定構(gòu)成原電池，必須有一個能自發(fā)進行的氧化還原反應。(3)在判斷原電池正、負極時，既要考慮金屬活潑的強弱也要考慮電解質(zhì)溶液性

8、質(zhì)。如MgAlHCl溶液構(gòu)成的原電池中，負極為Mg；但是MgAlNaOH溶液構(gòu)成的原電池中，負極為Al，正極為Mg?！纠}1】在如圖所示裝置中，觀察到電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，M棒變粗，N棒變細，P為電解質(zhì)溶液。由此判斷下列M、N、P所代表的物質(zhì)可以成立的是()解析經(jīng)分析可知該裝置是原電池，其中M棒作正極，有金屬單質(zhì)析出，N棒作負極，失電子溶解。A項，鋅、銅、稀硫酸構(gòu)成原電池，則鋅是負極，M棒變細，A項錯誤；B項，鐵、銅、稀鹽酸構(gòu)成原電池，M棒上無金屬單質(zhì)析出，B項錯誤；C項，鋅、銀、硝酸銀溶液構(gòu)成原電池，則鋅是負極，M棒上有銀析出，C項正確；D項，鐵離子得到電子轉(zhuǎn)化為亞鐵離子，不能析出金屬，D項錯

9、誤。答案C變式訓練1如圖是Zn和Cu形成的原電池，某實驗興趣小組做完實驗后，在讀書卡片上記錄如下，在卡片上描述合理的是()ABCD答案B學習任務2原電池原理的應用如圖，蘋果插上兩個不同電極可以構(gòu)成原電池，那么怎樣設計原電池呢？請完成下列討論：1NaOHHCl=NaClH2O，這個反應能設計成原電池嗎，為什么？提示不能，因為它不是氧化還原反應。提示不能，雖然它是氧化還原反應，但不是釋放能量的氧化還原反應。3鋅與H2SO4反應制H2時向溶液中加少量CuSO4后為什么反應速率加快？提示鋅置換出銅構(gòu)成原電池。1加快氧化還原反應的速率(1)原理：原電池中，氧化反應和還原反應分別在兩極進行，使溶液中離子運

10、動時相互的干擾減小，使反應速率增大。(2)實例：實驗室用Zn和稀硫酸反應制取氫氣時，可滴入幾滴硫酸銅溶液，形成原電池，加快反應速率。2比較金屬活潑性強弱(1)原理：一般原電池中，活潑金屬作負極，發(fā)生氧化反應，不活潑金屬作正極，發(fā)生還原反應。(2)實例：有兩種金屬A和B，用導線連接后插入稀硫酸中，觀察到A極溶解，B極上有氣泡產(chǎn)生。由原電池原理可知，金屬活動性：AB。3設計原電池(1)依據(jù)：已知一個氧化還原反應，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負極材料(或在負極上被氧化)，氧化劑(電解質(zhì)溶液中的陽離子)在正極上被還原。(2)選擇合適的材料。電極材料：電極材料必須導電。負極材料一般選擇較活潑

11、的金屬材料，或者在該氧化還原反應中，本身失去電子的材料。電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液一般能與負極反應。(3)實例：以FeCuSO4=FeSO4Cu為例【例題2】有a、b、c、d四個金屬電極，有關(guān)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(zhì)量減小，b極質(zhì)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()AabcdBbcdaCdabcDabdc解析裝置一是原電池，a極質(zhì)量減小，說明a極金屬易失去電子形成離子，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；裝置三和四均形成原電池，

12、易知d比c活潑，d比a活潑。因此四種金屬的活動性順序為dabc，故選C。答案C變式訓練2鋅空氣電池(如圖所示)適宜用作城市電動車的動力電源，該電池放電時Zn轉(zhuǎn)化為ZnO。則該電池工作時，下列說法正確的是（雙選）()AZn電極是該電池的正極BZn電極的電極反應式為ZnH2O2e=ZnO2HCOH向Zn電極移動D氧氣在石墨電極上發(fā)生還原反應解析氧氣得電子發(fā)生還原反應，石墨電極是正極，鋅電極是負極，A項錯誤，D項正確；鋅作負極，堿性條件下，負極的電極反應式為Zn2OH2e=ZnOH2O，B項錯誤；原電池工作時，溶液中的陰離子向負極移動，即OH向Zn極移動，C項正確。答案CD學習任務3常見化學電源的特

13、點情境：如圖是干電池、鉛蓄電池、氫氧燃料電池的構(gòu)造圖，請回答下列問題：1一次電池和二次電池是否指分別只能使用一次和兩次的電池？提示一次電池是不可充電電池，電量一旦放完就無法再次使用；二次電池是可充電電池，電量放完后可進行充電，可反復使用多次。2結(jié)合所學知識判斷：干電池與充電電池的本質(zhì)區(qū)別，燃料電池與干電池或蓄電池的主要差別。提示干電池是一次性電池，放電之后不能充電，即內(nèi)部的氧化還原反應是不可逆的；充電電池又稱二次電池，它在放電時所進行的氧化還原反應，在充電時可以逆向進行，使電池恢復到放電前的狀態(tài)。燃料電池與干電池或蓄電池的主要差別在于反應物不是儲存在電池內(nèi)部，而是由外設裝備提供燃料和氧化劑等，

14、這時電池起著類似于試管、燒杯等反應器的作用。幾種電池的特點名稱干電池(一次電池)充電電池(二次電池)燃料電池特點活性物質(zhì)(發(fā)生氧化還原反應的物質(zhì))消耗到一定程度后，不能再使用電解質(zhì)溶液為膠狀，不流動放電后可再充電使活性物質(zhì)獲得再生可以多次充電，重復使用電極本身不包含活性物質(zhì)，只是一個催化轉(zhuǎn)換元件工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進行反應，生成物不斷地被排出舉例普通的鋅錳電池、堿性鋅錳電池、銀鋅電池等鉛蓄電池、鋰電池、鎳鎘電池等氫氧燃料電池、CH4燃料電池、CH3OH燃料電池等【例題3】下列有關(guān)電池的敘述不正確的是()A水果電池是方便實用的家用電池B鉛蓄電池是一種常用的二次電池

15、C氫氧燃料電池是一種高效、無污染的發(fā)電裝置D鋅錳干電池工作一段時間后，鋅外殼逐漸變薄解析水果電池產(chǎn)生的電流非常微弱且不能連續(xù)長時間放電，不能作為家用電池；鉛蓄電池是一種常用的二次電池，氫氧燃料電池產(chǎn)物為水，無污染；鋅錳干電池工作時，Zn放電被消耗，故工作一段時間后鋅外殼會逐漸變薄，B、C、D正確，A錯誤。答案A變式訓練3下列說法正確的是()A鎳氫電池、鋰電池和堿性鋅錳干電池都是二次電池B燃料電池是一種高效但是會污染環(huán)境的新型電池C化學電池的反應基礎是氧化還原反應D鉛蓄電池放電的時候正極材料是Pb，負極材料是PbO2解析堿性鋅錳干電池是一次電池；燃料電池是一種高效且不會污染環(huán)境的新型電池；鉛蓄電

16、池放電的時候正極材料是PbO2，負極材料是Pb。答案C學習任務4(核心素養(yǎng))常見化學電源電極反應式的書寫一、知識要點電極反應方程式的書寫方法(1)負極反應式的書寫活潑金屬作負極(電極材料本身反應)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液不反應時：Mne=Mn。若生成的陽離子與電解質(zhì)溶液反應，應將“金屬失電子的反應式”與“陽離子和電解質(zhì)溶液反應的反應式”疊加寫出。燃料電池(電極材料本身不反應)H2O2(H2SO4)燃料電池負極反應式：H22e=2H。H2O2(KOH)燃料電池負極反應式：H22e2OH=2H2O。(2)正極反應式的書寫首先判斷在正極反應的物質(zhì)當負極材料與電解質(zhì)溶液能反應時，在正極上發(fā)生電極反應的

17、物質(zhì)是電解液中的某種粒子。當負極材料與電解質(zhì)溶液不反應時，在正極上發(fā)生電極反應的是溶解在電解液中的O2。燃料電池中正極反應的物質(zhì)是作氧化劑的物質(zhì)。根據(jù)具體情況書寫正極反應式(也要考慮是否與電解液反應)H2O2(H2SO4)的正極反應式：O24e4H=2H2O。H2O2(KOH)的正極反應式：O24e2H2O=4OH。二、核心素養(yǎng)書寫方法培養(yǎng)學生證據(jù)推理與模型認知能力【素養(yǎng)解題】典例示范Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4-SOCl2。電池的總反應可表示為4Li2SOCl2=4LiClSSO2。請回答下列問題：(1)電池的負極材料為_，發(fā)生的

18、電極反應為_；(2)電池正極發(fā)生的電極反應為_；(3)SOCl2易揮發(fā)，實驗室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，實驗現(xiàn)象是_，反應的化學方程式為_；(4)組裝該電池必須在無水、無氧的條件下進行，原因是_。解題模型正、負極材料鋰、碳電解液LiAlCl4SOCl2總反應4Li2SOCl2=4LiClS注意點(1)正確判斷原電池的負極和正極，確定兩極上分別發(fā)生的具體反應。(2)確認電極得失電子后的產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應，若能反應，則應寫與電解質(zhì)溶液反應后的電極反應式。(3)在正極上，若是電解質(zhì)溶液中的某種離子被還原，提供該離子的電解質(zhì)

19、無論電離難易如何，一律寫離子符號(而在原電池反應中，要遵循離子方程式的書寫規(guī)則，只有易溶的強電解質(zhì)用離子符號表示)。細分析分析反應的化合價變化，可得Li為還原劑 ，SOCl2為氧化劑。(1)負極材料為Li(還原劑)，發(fā)生反應：Lie=Li。(2)正極反應式可由總反應減去負極反應式得到：2SOCl24e=4ClSSO2。(3)題中給出有堿液吸收時的產(chǎn)物，則沒有堿液而用水吸收時的產(chǎn)物應為SO2和HCl，所以現(xiàn)象應該為出現(xiàn)白霧和有刺激性氣味的氣體生成。(4)因為構(gòu)成電池的兩個主要成分Li能和氧氣、水反應，且SOCl2也與水反應。得答案(1)LiLie=Li(2)2SOCl24e=4ClSSO2(3)

20、出現(xiàn)白霧，有刺激性氣味的氣體生成SOCl2H2O=SO2 2HCl(4)因為構(gòu)成電池的主要成分Li能和氧氣、水反應，且SOCl2也與水反應三、對點訓練1據(jù)媒體報道，以氫氧燃料電池為動力的公交車在北京試運行。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)常作為電動汽車的動力源。該燃料電池以氫氣為燃料，空氣為氧化劑，鉑作催化劑，導電離子是H。下列對該燃料電池的描述中正確的是()答案C解析此題考查了原電池的基本原理，包括燃料電池的電極反應、總反應及電解液中離子的移動等相關(guān)理論。通過分析，反應條件是點燃，顯然是錯誤的，其余各項均正確。2下列裝置中，能構(gòu)成原電池的是()A只有甲B只有乙C只有丙D除乙均可以答案C解析甲

21、裝置不能構(gòu)成閉合回路，乙裝置兩極材料相同，丁裝置酒精是非電解質(zhì)，只有丙裝置具備原電池的構(gòu)成條件。3某科學探究小組為探究電化學原理，設計了如圖所示的裝置進行探究實驗。下列對實驗中觀察到的現(xiàn)象或相關(guān)結(jié)論的敘述錯誤的是（雙選）()解析a和b不連接時，沒有形成閉合回路，沒有構(gòu)成原電池，發(fā)生化學反應，鐵把銅置換出來，A項正確；導線連接后，構(gòu)成原電池，鐵比銅活潑，鐵作負極，發(fā)生的反應為Fe2e=Fe2，B項錯誤；根據(jù)選項A、B分析可知，無論a和b是否連接，鐵片均會被氧化，溶液中均有Fe2生成，C項正確；構(gòu)成原電池時，陽離子向正極移動，銅作正極，D項錯誤。答案BDAa和b不連接時，該裝置不能形成原電池，鐵片上有紅色的銅析出Ba和b用導線連接時，銅片為負極，發(fā)生的反應為Cu22e=CuC無論a和b是否連接，鐵片均會被氧化，溶液中均有Fe2生成Da和b用導線連接時，溶液中的Cu2向鐵電極移動4有A、B、C、D四塊金屬片，進行如下實驗：A、B用導線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，