高中化學(xué)蘇教版化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第三單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化

專題二第三單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.通過(guò)原電池原理的探究活動(dòng)，培養(yǎng)推理和分析問(wèn)題的能力以及應(yīng)用氧化還原反應(yīng)原理解決問(wèn)題的能力。2.掌握原電池的構(gòu)成條件，能判斷正負(fù)極。3.知道原電池內(nèi)外電路的電流方向和離子運(yùn)動(dòng)方向。4.了解原電池的工作原理，能夠?qū)懗鲈姵氐碾姌O反應(yīng)式和總反應(yīng)的化學(xué)方程式?！净顒?dòng)與探究】教材P40：1.化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1鋅片逐漸溶解，且表面有氣泡產(chǎn)生；銅片表面無(wú)明顯現(xiàn)象鋅與稀硫酸反應(yīng)；銅與稀硫酸不反應(yīng)實(shí)驗(yàn)2同上同上實(shí)驗(yàn)3鋅片逐漸溶解，銅片表面有氣泡產(chǎn)生鋅失電子；H+在銅片上得電子產(chǎn)生氫氣實(shí)驗(yàn)4鋅片逐漸溶解，銅片表面有氣泡產(chǎn)生，電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)電路中有電子通過(guò)，形成了電流【知識(shí)梳理】原電池（重點(diǎn)）⑴概念：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫做原電池。原電池工作原理：（以Zn-Cu-H2SO4原電池為例）⑵電極名稱和電極反應(yīng)：原電池中，相對(duì)活潑的電極為負(fù)極，相對(duì)不活潑的金屬（或石墨電極）為正極。上述電池發(fā)生的反應(yīng)為：鋅電極（負(fù)極）：Zn-2e-=Zn2+銅電極（正極）：2H++2e-=H2↑反應(yīng)總方程式：Zn+2H+=Zn2++H2↑⑶電子流動(dòng)方向：電子從原電池負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極；電流在外電路中從原電池的正極到負(fù)極。⑷電子的遷移：陽(yáng)離子→正極陰離子→負(fù)極⑸原電池正、負(fù)極判斷：判斷依據(jù)負(fù)極正極電極材料一般是活潑性較強(qiáng)的金屬活潑性較弱金屬或?qū)щ姺墙饘匐娮恿飨螂娮恿鞒龅囊粯O電子流入的一極電解質(zhì)溶液中離子定向移動(dòng)方向陽(yáng)離子移向的一極陰離子移向的一極發(fā)生的反應(yīng)氧化反應(yīng)還原反應(yīng)反應(yīng)現(xiàn)象電極溶解電極增重或有氣泡放出特例：Al在堿性溶液中比Mg更易失電子，Al作負(fù)極，Mg作正極；Fe、Al在濃硝酸中鈍化后比Cu等金屬更難失電子，Cu等金屬作負(fù)極，F(xiàn)e、Al作負(fù)極。⑹原電池形成條件①具有能自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)；②有兩種活潑性不同的金屬（或金屬與石墨）作電極；③要有電解質(zhì)溶液；④正負(fù)極相互連接，同時(shí)浸入電解質(zhì)溶液，形成閉合回路。如下反例：2．原電池電極反應(yīng)的書寫方法：(1)寫出總化學(xué)反應(yīng)方程式（即氧化還原反應(yīng)方程式）；(2)根據(jù)總反應(yīng)方程式從電子得失（或元素化合價(jià)升降）的角度，將總反應(yīng)分成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)；(3)氧化反應(yīng)在負(fù)極發(fā)生，還原反應(yīng)在正極發(fā)生，注意介質(zhì)可能參與反應(yīng)；(4)驗(yàn)證：兩電極反應(yīng)式相加所得式子和原化學(xué)方程式相同，則書寫正確。2．金屬的電化學(xué)腐蝕：不純的金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸，發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失去電子被氧化的過(guò)程成為金屬的電化學(xué)腐蝕。⑴鋼鐵的電化學(xué)腐蝕（教材P41）⑵鋼鐵的析氫腐蝕與吸氧腐蝕比較分類析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜酸性較強(qiáng)水膜酸性弱或呈中性負(fù)極反應(yīng)Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+正極反應(yīng)2H++2e-=H2↑2H2O+O2+4e-=4OH-總反應(yīng)Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2【后續(xù)反應(yīng)】4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3⑵金屬防護(hù)：金屬表面覆蓋保護(hù)層，如油漆、搪瓷、塑料；電化學(xué)保護(hù)法，原電池原理，在鋼鐵表面鍍上較活潑金屬。化學(xué)電源（教材P43）一次電池：用過(guò)后不可復(fù)原，如常見(jiàn)干電池；二次電池：充電后能繼續(xù)使用，如鉛蓄電池。常見(jiàn)化學(xué)電源的組成與反應(yīng)原理，見(jiàn)課本。3．燃料電池(1)氫氧燃料電池①用酸性電解質(zhì)時(shí)：總反應(yīng)：2H2+O2=2H2O負(fù)極：H2－2e－===2H＋；正極：eq\f(1,2)O2＋2H＋＋2e－===H2O②用NaOH等堿性溶液時(shí)：總反應(yīng)：2H2+O2=2H2O負(fù)極:H2＋2OH－－2e－===2H2O；正極：eq\f(1,2)O2＋H2O＋2e－===2OH－；【典型例題】【1】用Zn片、Cu片和稀硫酸組成的原電池裝置中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間工作后，下列說(shuō)法正確的是（）A．鋅片是正極，銅片上有氣泡產(chǎn)生B．電流方向是從鋅片流向銅片C．溶液中硫酸的物質(zhì)的量濃度減小D．電解質(zhì)溶液的pH保持不變[解析]:活潑金屬鋅為負(fù)極，電流方向由正極到負(fù)極，與電子流動(dòng)方向相反，隨著H+消耗，pH逐漸增大。答案為C【2】將a、b、c、d四塊金屬浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池，若a、b相連時(shí)，a為負(fù)極；c、d相連時(shí)，電流由d到c；a、c相連時(shí)，c極上產(chǎn)生大量氣泡；b、d相連時(shí)，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)椋ǎ〢．a(chǎn)>b>c>d>c>d>b>a>b>d>d>c>a[解析]：根據(jù)原電池原理：作為負(fù)極的金屬活動(dòng)性比正極的金屬活動(dòng)性強(qiáng)，電子流動(dòng)方向是由負(fù)極流向正極，電流方向與電子流動(dòng)方向相反，因此依次作出判斷：活潑性a>b;c>d;a>c;d>b。答案為B【3】下列裝置中有電流產(chǎn)生的是（）【解析】A項(xiàng)中的乙醇是非電解質(zhì)，不導(dǎo)電；B項(xiàng)中的裝置不是閉合回路；C項(xiàng)中Fe常溫下與濃H2SO4會(huì)鈍化，使反應(yīng)不能持續(xù)發(fā)生。D正確【課后練習(xí)】1．如下圖所示的裝置能夠組成原電池產(chǎn)生電流的是(B)2．有關(guān)原電池的下列說(shuō)法中正確的是(C)A．在外電路中電子由正極流向負(fù)極B．在原電池中，只有金屬鋅作負(fù)極C．原電池工作時(shí)，陽(yáng)離子向正極方向移動(dòng)D．原電池工作時(shí)，陽(yáng)離子向負(fù)極方向移動(dòng)3．如右圖所示，電流計(jì)G發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)A極逐漸變粗，B極逐漸變細(xì)，C為電解質(zhì)溶液，則A、B、C應(yīng)是下列各組中的(D)A．A是Zn、B是Cu、C為稀硫酸溶液B．A是Cu、B是Zn、C為稀硫酸溶液C．A是Fe、B是Ag、C為AgNO3溶液D．A是Ag、B是Fe、C為AgNO3溶液4.純鋅片和純銅片按圖示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時(shí)間，以下敘述正確的是(C)A．兩燒杯中銅片表面均無(wú)氣泡產(chǎn)生 B．甲中銅片是正極，乙中銅片是負(fù)極C．兩燒杯中溶液的pH均增大 D．產(chǎn)生氣泡的速度甲比乙慢5．下列事實(shí)不能說(shuō)明Al的金屬活動(dòng)性比Cu強(qiáng)的是 (D) A．常溫下將鋁投入CuSO4溶液中B．常溫下將鋁和銅用導(dǎo)線連接一起放入到稀鹽酸中C．常溫下將鋁和銅不用導(dǎo)線連接一起放入到稀鹽酸中D．常溫下將鋁和銅用導(dǎo)線連接一起放入到氫氧化鈉溶液中6．某原電池反應(yīng)的離子方程式為Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑，則下列說(shuō)法正確的是(D)A．HNO3為電解質(zhì)溶液B．鋅為原電池正極C．鐵極質(zhì)量不變D．銅為原電池正極7．由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象填表：裝置現(xiàn)象金屬A不斷溶解C的質(zhì)量增加A上有氣體產(chǎn)生正極反應(yīng)式四種金屬活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序8．某高二化學(xué)興趣小組為了探索鋁電極在原電池中的作用，設(shè)計(jì)并進(jìn)行了以下一系列實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。試根據(jù)下表中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問(wèn)題：編號(hào)電極材料電解質(zhì)溶液電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向1Mg、Al稀鹽酸偏向Al2Al、Cu稀鹽酸偏向Cu3Al、石墨稀鹽酸偏向石墨4Mg、AlNaOH偏向Mg5Al、Zn濃硝酸偏向Al(1)實(shí)驗(yàn)1、2中Al所作的電極是否相同？(2)寫出實(shí)驗(yàn)3中的電極反應(yīng)式和電池總反應(yīng)方程式。(3)實(shí)驗(yàn)4中Al作正極還是作負(fù)極，為什么？寫出Al電極的電極反應(yīng)式。(4)解釋實(shí)驗(yàn)5中電流計(jì)指針偏向Al的原因。(5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)：在原電池中金屬鋁作正極還是作負(fù)極受到哪些因素的影響？9（探究題）．(A、B、C三個(gè)燒杯分別盛有相同物質(zhì)的量濃度的稀硫酸。)(1)A中反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_____________________________________________.(2)B中Sn作________極，電極反應(yīng)式為_(kāi)_____________________，Sn極附近溶液的pH(填“增大”“減小”或“不變”)________；Fe作________極，電極反應(yīng)式為_(kāi)_____________(3)C中被腐蝕的金屬是________，總反應(yīng)式為_(kāi)_________________________________，該裝置現(xiàn)象為_(kāi)______________________________________________。(4)說(shuō)明B、C中金屬鐵作正極還是負(fù)極受到哪種因素的影響？__________________________________。化學(xué)反應(yīng)中的熱量:1．B9（1）S（s）+O2(g)=SO2(g)△H＝－296kJ·mol－1(2)2Al(s)+3Cl2(g)=2AlCl3(s)△H＝－·mol－1(3)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H＝+·mol－1(4)C2H6(g)+O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)△H＝－·mol－110．氮?dú)馀c氫氣的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，1molN2和3molH2不可能完全反應(yīng)生成2molNH3，所以反應(yīng)熱小于。11．806g212【答案】1．解析：依據(jù)構(gòu)成原電池的四個(gè)必要條件分析：A中兩電極相同；C中沒(méi)有構(gòu)成閉合回路；D中酒精是非電解質(zhì)。唯有B符合條件。答案：B2．解析：在原電池中，電子從負(fù)極流向正極，A錯(cuò)誤；原電池中是活潑金屬作負(fù)極，而不一定是鋅，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，陽(yáng)離子在正極被還原，所以電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，而陰離子向負(fù)極移動(dòng)。答案：C3．解析：該裝置為原電池，A極變粗，說(shuō)明A上有金屬析出，即在A極上發(fā)生還原反應(yīng)，A為正極，電解質(zhì)溶液中應(yīng)含有易得電子的金屬陽(yáng)離子，B為負(fù)極，應(yīng)是活潑性比A極材料強(qiáng)的金屬，只有D項(xiàng)符合題意，D中負(fù)極(Fe)反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋，正極(Ag)反應(yīng)：2Ag＋＋2e－===2Ag。4．解析：乙燒杯中鋅與銅沒(méi)有接觸，不能構(gòu)成原電池，但鋅可以與稀H2SO4直接反應(yīng)，放出H2。甲燒杯中銅片和鋅片用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中形成了原電池，由于金屬活動(dòng)性Zn>Cu，鋅為負(fù)極，銅片上有H2放出，加快了鋅的溶解，故只有C項(xiàng)正確。答案：C5．【解析】在氫氧化鈉溶液中能反應(yīng)生成氣體的金屬，其活動(dòng)性不一定強(qiáng)，如Mg和Al?！敬鸢浮緿6．【解析】由電池反應(yīng)的離子方程式知，電池的負(fù)極為鐵，則正極應(yīng)是比鐵不活潑的金屬(B被否定)，在反應(yīng)中負(fù)極不斷被消耗(C被否定)，由于反應(yīng)中放出了氫氣并生成了Fe2＋，故知電解質(zhì)溶液不能是HNO3。由上分析可知正確選項(xiàng)為D?！敬鸢浮緿7．【答案】2H＋＋e－＝H2↑Cu2＋+2e－＝Cu2H＋＋2e－＝H2↑D＞A＞B＞C8．【解析】一般情況下，較活潑的金屬作原電池的負(fù)極，根據(jù)實(shí)驗(yàn)1、2的結(jié)果，自然得出1中Al作正極，2中Al作負(fù)極，但在NaOH溶液中Al比Mg活潑，作負(fù)極，在濃硝酸中由于Al發(fā)生鈍化，Zn作負(fù)極?！敬鸢浮?1)不同(2)Al為負(fù)極：Al－3e－＝Al3＋，石墨為正極：2H＋＋2e－＝H2↑，2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑(3)Al作負(fù)極，因?yàn)锳l能與NaOH溶液反應(yīng)而Mg不能，Al＋4OH－－3e－＝AlO