高一化學(xué)必修二化學(xué)能與電能總結(jié)與習(xí)題教案

1、 化學(xué)能與電能本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道原電池是利用氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。2.能以銅鋅原電池為例，認(rèn)識原電池的概念、組成、簡單分析原電池的工作原理及應(yīng)用。3會判斷原電池的正負(fù)極和電子的流向。4. 能夠書寫簡單的電極反應(yīng)式。5.了解幾種常見的電池，認(rèn)識化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能對現(xiàn)代化的重大意義。6認(rèn)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。重點：原電池裝置工作原理及構(gòu)成條件知識要點梳理知識點1：原電池要點詮釋：1.化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化：化學(xué)能可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，但只有釋放能量的氧化還原反應(yīng)才可能通過原電池實現(xiàn)化學(xué)能和電能的轉(zhuǎn)化，并非所有釋放能量的化學(xué)反應(yīng)均能通過原電池實現(xiàn)和電能的

2、轉(zhuǎn)化。2.原電池概念：借助于氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。3.原電池的結(jié)構(gòu)：（1）兩種活潑性不同的金屬（或金屬與非金屬單質(zhì)）作電極（2）電極材料插入電解質(zhì)溶液中（3）兩極相連構(gòu)成閉合回路（4）在電極上能自動發(fā)生氧化還原反應(yīng)4. 原電池的工作原理：一般的氧化還原反應(yīng)是還原劑把電子直接轉(zhuǎn)移給氧化劑，如：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2，反應(yīng)中鋅把電子直接轉(zhuǎn)移給硫酸；原電池裝置是把氧化還原反應(yīng)的氧化劑和還原劑分開，使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)在兩個不同的區(qū)域進(jìn)行，通過外接導(dǎo)線使電子從還原劑區(qū)域流向氧化劑區(qū)域，從而在外電路形成電流。原電池的工作原理和電子流向可用下列圖示表示：電極總反應(yīng)：Zn + 2

3、H+=H2 + Zn2+電子由負(fù)極（發(fā)生氧化反應(yīng)的極）流出，經(jīng)過外電路流向另一極（多為不活潑電極，離子或物質(zhì)在該極上得電子，發(fā)生還原反應(yīng)）正極，同時溶液中的陰、陽離子不斷移向負(fù)極、正極，構(gòu)成閉合電路。說明：正極的作用是導(dǎo)體，它不參與化學(xué)反應(yīng)。負(fù)極反應(yīng)不一定是負(fù)極材料本身的反應(yīng)，有的原電池的負(fù)極既是導(dǎo)體又是負(fù)極反應(yīng)物，有的原電池的負(fù)極的作用是導(dǎo)體，它不參與化學(xué)反應(yīng)。知識點三：原電池化學(xué)反應(yīng)的表示方法要點詮釋：總的來說，原電池中的化學(xué)反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)。由于這其中的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別是在負(fù)極和正極上發(fā)生的，所以又分別叫做負(fù)極反應(yīng)和正極反應(yīng)。（1）負(fù)極反應(yīng)：由于負(fù)極是電子流出的電極，所以負(fù)極上發(fā)

4、生的反應(yīng)是氧化反應(yīng)。表示負(fù)極反應(yīng)的式子叫做負(fù)極反應(yīng)式。銅、鋅和稀H2SO4組成的原電池的負(fù)極反應(yīng)式是：Zn2e=Zn2+（氧化反應(yīng)）（2）正極反應(yīng)：由于正極是電子流入的電極，所以正極上發(fā)生的反應(yīng)是還原反應(yīng)。表示正極反應(yīng)的式子叫做正極反應(yīng)式。銅、鋅和稀H2SO4組成的原電池的正極反應(yīng)式是：2H+2e=H2（還原反應(yīng)）說明：（1）寫電極反應(yīng)式要遵從客觀事實，寫出的電極反應(yīng)式既要符合質(zhì)量守恒又要符合電荷守恒：兩極得失電子數(shù)相等；電極反應(yīng)式常用“=”或用“”；電極反應(yīng)式中若有氣體生成需加“”。（2）負(fù)極反應(yīng)（氧化反應(yīng)）和正極反應(yīng)（還原反應(yīng)）是對整個原電池反應(yīng)（氧化還原反應(yīng)）的分解，二者具有既對立又統(tǒng)一

5、的關(guān)系，所以將兩個電極反應(yīng)式進(jìn)行合并即得電池總反應(yīng)式。如：銅、鋅和稀H2SO4的原電池的總反應(yīng)式：Zn+2H+=Zn2+H2知識點四：原電池原理的應(yīng)用要點詮釋：1.比較金屬的活動性。原電池中，一般活動性強(qiáng)的金屬為負(fù)極，活動性弱的金屬為正極。例如，有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線連接后插入到稀硫酸中，觀察到A極溶解，B極上有氣泡產(chǎn)生，由原電池原理可知，A為負(fù)極，B為正極，金屬活動性AB。2.加快氧化還原反應(yīng)速率。（1）實驗室用Zn和稀H2SO4（或稀HCl）反應(yīng)制H2，常用粗鋅，它產(chǎn)生H2的速率快，原因是粗鋅中的雜質(zhì)和鋅、稀H2SO4的溶液形成原電池，加快了鋅的腐蝕，使產(chǎn)生H2的速率加快。（2）如果用純

6、鋅，可以在稀H2SO4溶液中加入少量的CuSO4溶液，也同樣會加快產(chǎn)生H2的速率，原因是Cu2+Zn=Cu+Zn2+，生成的Cu和Zn在稀H2SO4溶液中形成原電池，加快了鋅的腐蝕，產(chǎn)生H2的速率加快。3.設(shè)計原電池從理論上說，任何一個氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計成原電池。例如，利用Cu+2FeCl3=2 FeCl2+CuCl2的氧化還原反應(yīng)設(shè)計原電池，由反應(yīng)式可知：Cu失去電子作負(fù)極，F(xiàn)eCl3（Fe3+）在正極上得到電子，且作電解質(zhì)溶液，正極為活潑性比Cu弱的金屬或?qū)щ姷姆墙饘俚?。如圖該原電池的電極反應(yīng)式為：負(fù)極（Cu）：CuCu2+2e（氧化反應(yīng)）正極（C）：2Fe3+2e2Fe2+（還原反應(yīng)

7、）說明：原電池為什么能加快化學(xué)反應(yīng)速率？ 以Fe與稀H2SO4溶液的反應(yīng)為例說明。如下圖所示：甲中，F(xiàn)e失去e，變?yōu)镕e2+，F(xiàn)e2+進(jìn)入溶液，排斥了Fe片周圍的H+，H+欲得電子須突破Fe2+形成的屏障，因而受到阻礙。乙中，F(xiàn)e失去e，e轉(zhuǎn)移到Cu片上，Cu片一側(cè)沒有Fe2+屏障，H+得e不受阻礙，故其化學(xué)反應(yīng)速率較快。知識點五：原電池正負(fù)極的判斷方法要點詮釋： 1.據(jù)組成原電池的兩極材料判斷：一般活潑性較強(qiáng)的金屬為負(fù)極，活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。2據(jù)電流方向或電子流動方向判斷：電流是由正極流向負(fù)極，而電子流動方向是由負(fù)極流向正極。3.據(jù)原電池內(nèi)部電解質(zhì)溶液中離子的定向移動方向

8、判斷：在原電池的電解質(zhì)溶液中，陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動。4.據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化判斷：原電池的負(fù)極總是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，相應(yīng)元素化合價升高，而正極總是得電子發(fā)生還原反應(yīng)，相應(yīng)元素化合價降低。5.據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象判斷：溶解的一極為負(fù)極，增重或者有氣泡放出的一極為正極。知識點六：化學(xué)電源及處理要點詮釋：1.化學(xué)電源 類型含義示例一次電池只能使用一次，不能充電復(fù)原繼續(xù)使用的化學(xué)電池酸（或堿）性鋅錳干電池、銀鋅鈕扣電池二次電池放電后能充電復(fù)原繼續(xù)使用的化學(xué)電池鉛蓄電池、鎳鎘蓄電池、銀鋅蓄電池燃料電池將燃料燃燒的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能的電池氫氧燃料電池、鋁空氣電池、熔融鹽電池2.廢舊電池的危害與處

9、理廢舊電池中含有多種重金屬和酸、堿等有害物質(zhì)，隨意丟棄，對生態(tài)環(huán)境和公眾健康危害很大。廢電池滲出的重金屬離子如Hg2+等，將造成地下水和土壤的污染，威脅人類的健康。另一方面，廢電池中的有色金屬是寶貴的自然資源，如果能將廢電池回收再利用，不僅可以減少對我們生存環(huán)境的破壞，而且也是對資源的節(jié)約。規(guī)律方法指導(dǎo)本節(jié)內(nèi)容可分為兩部分：（1）化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；（2）發(fā)展中的化學(xué)電源。重點是原電池的工作原理。可總結(jié)如下：原 電 池能量轉(zhuǎn)換（實質(zhì)）化學(xué)能電能（兩極分別發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生電流）電極正極：電子流入（電流流出）的一極，發(fā)生還原反應(yīng)負(fù)極：電子流出（電流流入）的一極，發(fā)生氧化反應(yīng) 構(gòu)成條件兩極、一液

10、、一反應(yīng)(自發(fā)) 兩個活潑性不同的電極 電解質(zhì)溶液 電極用導(dǎo)線相連并插入電解液構(gòu)成閉合回路 一個自發(fā)的氧化還原反應(yīng)負(fù)極（Zn）：Zn - 2e- = Zn2+(氧化反應(yīng))離子遷移內(nèi)電路陽離子正極 陰離子負(fù)陽離子向正極作定向移動，陰離子向負(fù)極作定向移動。正極（Cu）：2H+ + 2e- = H2(還原反應(yīng))電子流向外電路負(fù)極(-)正極(+)負(fù)極極板因此而帶正電荷，正極極板由于得到了帶負(fù)電的電子顯負(fù)電性。總反應(yīng)：Zn+2H+=Zn2+H2重要應(yīng)用制作電池、防止金屬被腐蝕、提高化學(xué)反應(yīng)速率干電池、鉛蓄電池、新型高能電池、經(jīng)典例題透析類型一：原電池的構(gòu)成條件題1.在下圖的八個裝置中，屬于原電池的是哪幾

11、個？思路點撥：根據(jù)原電池的形成條件進(jìn)行判斷。解析：構(gòu)成原電池要有四個基本條件：a.電解質(zhì)溶液；b.兩個活潑性不同的電極；c.能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)；d.兩個電極直接或間接地連接在一起，并插入電解質(zhì)溶液中形成閉合回路。只有一個電極，沒有電解質(zhì)溶液，沒有形成閉合回路。答案：總結(jié)升華：構(gòu)成原電池的四個基本條件是相互聯(lián)系的，不能孤立、片面地看待某一條件。在四個基本條件當(dāng)中，氧化還原反應(yīng)是其核心。判斷某裝置是否為原電池的問題，以構(gòu)成原電池的基本條件為標(biāo)準(zhǔn)判斷，不能僅憑裝置的外形下結(jié)論。構(gòu)成原電池的基本條件，也是進(jìn)行原電池設(shè)計的基本依據(jù)。舉一反三：變式1下面是四個化學(xué)反應(yīng)，你認(rèn)為理論上不可用于設(shè)計原電池

12、的是（ ）A.2Al+2NaOH+6H2O=2NaAl(OH)4+3H2B.2H2+O2=2H2OC.Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3D.CH4+2O2=CO2+2H2O答案C類型二：原電池的工作原理題2.在盛有稀H2SO4的燒杯中放入用導(dǎo)線連接的鋅片和銅片，下列敘述正確的是（ ）A.正極附近的SO42離子濃度逐漸增大 B.電子通過導(dǎo)線由銅片流向鋅片C.反應(yīng)一段時間后，溶液中H+濃度增大 D.銅片上有H2逸出思路點撥：解答本題應(yīng)先確定原電池的兩極，然后根據(jù)有關(guān)原電池的基本原理等知識進(jìn)行逐一分析。解析：用導(dǎo)線連接的Zn片與Cu片放入稀H2SO4中組成原電池，Zn作負(fù)極失去電子變?yōu)?/p>

13、Zn2+而進(jìn)入溶液，電子通過導(dǎo)線流向銅片，溶液中的陰離子SO42移向負(fù)極，陽離子H+移向正極，并在正極上得到電子而放出H2；反應(yīng)一段時間后，溶液中H+濃度減小。答案：D總結(jié)升華：負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，電子由負(fù)極流出沿導(dǎo)線經(jīng)外電路到達(dá)正極，電解質(zhì)溶液中的陽離子移向正極，在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，電解質(zhì)溶液中的陰離子移向負(fù)極，從而形成閉合回路。舉一反三：變式2將鐵片和銀片用導(dǎo)線連接置于同一稀鹽酸溶液中，經(jīng)過一段時間后，下列敘述正確的是（ ）A.負(fù)極有Cl2逸出，正極有H2逸出 B.負(fù)極附近Cl的濃度逐漸減小C.正極附近Cl的濃度逐漸增大 D.溶液中Cl的濃度基本不變答案D類型三：原電池中電極反應(yīng)題3

14、.某原電池的總反應(yīng)是Zn+Cu2+=Zn2+Cu，該原電池的正確組成是（ ）AB CD正極ZnCuZnCu負(fù)極CuZnCuZn電解質(zhì)溶液CuCl2CuCl2ZnCl2ZnCl2 思路點撥：從電池的總反應(yīng)看，鋅為負(fù)極，銅為正極，電解質(zhì)溶液中含有銅離子。解析：從理論上講，只要氧化還原反應(yīng)均可設(shè)計成原電池。發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的是正極。本題中電極反應(yīng)為：正極：Cu2+2e=Cu，負(fù)極：Zn2e=Zn2+答案：B總結(jié)升華：設(shè)計原電池，第一要確認(rèn)化學(xué)反應(yīng)是能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)；第二將氧化還原反應(yīng)分拆為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個半反應(yīng)（電極反應(yīng)式）；第三是根據(jù)原電池構(gòu)成的條件確定原電池的

15、正、負(fù)極和電解質(zhì)溶液；第四是設(shè)計出原電池裝置示意圖。舉一反三：變式3據(jù)報道，鋅電池可能取代目前廣泛使用的鉛蓄電池，因為鋅電池容量更大，而且沒有鉛污染。其電池反應(yīng)為：2Zn+O2=2ZnO，原料為鋅粒、電解液和空氣。則下列敘述正確的是（ ）A.鋅為正極，空氣進(jìn)入負(fù)極反應(yīng)B.負(fù)極反應(yīng)為：Zn2e=Zn2+C.正極發(fā)生氧化反應(yīng)D.電解液肯定不是強(qiáng)酸答案BD類型四：原電池原理的應(yīng)用題4.有A、B、C、D四塊金屬片，進(jìn)行如下實驗：（1）A、B用導(dǎo)線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，A極為負(fù)極；（2）C、D用導(dǎo)線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，電流方向：D導(dǎo)線C；（3）A、C相連后，同時浸入稀H2S

16、O4溶液中，C極產(chǎn)生大量氣泡；（4）B、D相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，D極發(fā)生氧化反應(yīng)。據(jù)此，判斷四種金屬的活動性順序是（ ）A.ABCD B.ACDB C.CABD D.BDCA思路分析：原電池中，一般活動性強(qiáng)的金屬為負(fù)極，活動性弱的金屬為正極。而負(fù)極是電子流出的一極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電流流入的一極，一般該電極不斷溶解或質(zhì)量不斷減少。若某電極上有氣體產(chǎn)生，電極的質(zhì)量不斷增加或不變，該電極為正極。解析：金屬與稀H2SO4溶液組成原電池，活潑金屬為負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，較不活潑的金屬為正極，H+在正極表面得到電子生成H2，電子運動方向由負(fù)極正極，電流方向則由正極負(fù)極。在題述原電池中，

17、AB原電池，A為負(fù)極；CD原電池，C為負(fù)極；AC原電池，A為負(fù)極；BD原電池，D為負(fù)極。綜上可知，金屬活動性：ACDB。答案：B總結(jié)升華：判斷金屬活動性的方法很多，根據(jù)原電池反應(yīng)判斷電極金屬活動性的依據(jù)是：負(fù)極材料正極材料；失去電子的電極得到電子的電極；發(fā)生溶解的電極不發(fā)生溶解的電極。舉一反三：變式4 某金屬能和鹽酸反應(yīng)生成H2，該金屬與鋅組成原電池時，鋅為負(fù)極，則該金屬可能是（ ）A. 鋁 B. 銅 C. 錫 D. 硅答案C類型五：原電池的兩極判斷題5.某原電池由M、N兩根電極、導(dǎo)線和電解質(zhì)溶液組成，工作時，M電極變粗，N電極變細(xì)，由此判讀該電池中電極材料和電解質(zhì)溶液可能是（ ）M電極N電極

18、電解質(zhì)溶液A鋅銅稀硫酸B銅鐵稀鹽酸C銀鋅硝酸銀溶液D鋅鐵硝酸鐵溶液 思路分析：該原電池中M電極變粗，N電極變細(xì)，說明原電池反應(yīng)時N電極溶解作負(fù)極，溶液中有金屬析出在M電極上附著，M電極作正極。解析：A、B選項中，電解質(zhì)溶液分別為稀硫酸和稀鹽酸，原電池工作時不會有金屬析出；C選項中正極反應(yīng)為：Ag+e=Ag，負(fù)極反應(yīng)式為：Zn2e=Zn2+，符合題意；D選項中M電極（鋅）作負(fù)極，反應(yīng)為Zn2e=Zn2+，變細(xì)，不符合題意。答案：C總結(jié)升華：除燃料電池外，一般負(fù)極都是電極材料發(fā)生反應(yīng)被氧化而質(zhì)量減小，正極上一般是電解質(zhì)溶液中的某種粒子被還原而導(dǎo)致負(fù)極質(zhì)量增加。舉一反三：變式5已知“紐扣”電池的電極反應(yīng)為：Zn極：Zn +2OH- - 2e- = ZnO + H2O；HgO極：HgO + H2O + 2e- = Hg + 2OH-，據(jù)此判斷HgO極是（ ）A正極，被還原 B. 負(fù)極，被氧化 C. 負(fù)極 ，被還原 D. 正極，被氧化答案A類型六：電極與電解質(zhì)的關(guān)系題6.剪長約6cm、寬2cm的銅片、鋁片各一片，分別用接線柱平行地固定在一塊塑料板上（間隔2cm）。將銅片與鋁片分別和電流表的“+”、“”端相連接，電流表指針調(diào)到中間位置。取兩個50mL的小燒杯，在一個燒杯中注入約40mL的濃硝酸，在另一只燒杯中注入40mL0.5molL1的