[最新]化学苏教必修2讲义：专题2 化学反应与能量转化 第3单元 第1课时 .doc

优质教学资料 优质教学资料 优质教学资料第三单元化学能与电能的转化第1课时化学能转化为电能化学电源学习目标核心素养建构1.通过铜锌原电池的实验探究，初步了解原电池原理。2.了解化学电源的原理与应用。3.了解钢铁的电化学腐蚀。知 识 梳 理一、原电池及其工作原理1实验探究实验步骤现象解释或说明锌片逐渐溶解，表面有气泡；铜片表面无气泡锌与稀硫酸发生置换反应产生H2，而铜则不能锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，电流计指针发生偏转锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生，导线中有电流2.原电池(1)概念：将化学能转化成电能的装置称为原电池，在原电池中发生的化学反应是氧化还原反应。(2)工作原理： (以ZnH2SO4Cu原电池为例)电极材料锌铜电极名称负极正极电极反应Zn2e=Zn2 2H2e=H2 反应类型氧化反应还原反应外电路电子流向由锌片沿导线流向铜片内电路离子移向溶液中H向正极移动，在铜片上被还原为H2原电池总反应Zn2H=Zn2H23.按要求完成下列实验，并填表实验步骤现象解释或说明两锌片逐渐溶解且表面都有气泡，电流计指针不偏转锌与稀硫酸反应，但导线中无电流无现象乙醇是非电解质，与Zn、Cu都不反应结合以上实验，分析原电池的构成条件是什么？答案理论上，自发的氧化还原反应均可构成原电池。具体条件是：(1)具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)；(2)两电极均插入电解质溶液中；(3)两极用导线相连，形成闭合回路。【自主思考】1是否所有的化学反应理论上都可以设计成原电池？提示不是。原电池是利用氧化还原反应原理，将还原反应与氧化反应分别在两极发生，使电子在导线中定向移动，形成电流。2根据课本中的活动与探究回答：H得到的电子是Cu失去的吗？在这个过程中Cu起什么作用？你怎样知道导线中有电子通过？提示不是；Cu做导体，起传导电子的作用；电流表的指针发生了偏转。3若将铜锌原电池中的Cu电极换成石墨，可以吗？为什么？提示可以，因为Cu在该原电池中起到的是传递电子的作用，其本身并未参与电极反应。所以，把Cu电极换成能导电的材料就可以。当然，该材料的活泼性不能比负极活泼。二、钢铁的电化学腐蚀实验内容在一块表面无锈的铁片上滴一大滴含酚酞的食盐水，放置一段时间实验现象液滴周围逐渐呈现红色，并慢慢形成红色的锈斑实验结论钢铁在潮湿的空气中很快被腐蚀钢铁的电化学腐蚀原理图示形成条件钢铁表面形成的电解质溶液中溶有O2，通常溶液呈中性或弱碱性电极材料负极是Fe，正极是C电极反应负极反应式：2Fe4e=2Fe2，正极反应式：2H2OO24e=4OH总反应式2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2溶液中的反应4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O(3x)H2O电化学腐蚀概念不纯金属或合金与电解质溶液接触，发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀【自主思考】4钢铁在干燥的空气中长时间不易生锈，但在潮湿的空气里很快就会生锈，纯的铁片在潮湿的空气里也不容易生锈，这是什么原因呢？提示钢铁腐蚀实质上是发生了原电池反应，潮湿的空气具备了构成原电池的条件，而干燥的空气中不具备与电解质溶液接触的条件；纯的铁片不能构成原电池的两电极，所以不容易生锈。三、化学电源1分类(1)一次电池：不能充电，用过之后不能复原。(2)二次电池：可充电，可多次重复使用。2常见的化学电源电池名称电池组成电池反应锌锰干电池锌筒为负极，石墨棒为正极，MnO2和NH4Cl作电解质Zn2NH4Cl2MnO2=Zn(NH3)2Cl22MnO(OH)银锌纽扣电池负极是锌，正极是氧化银，电解质溶液是氢氧化钾溶液ZnAg2OH2O Zn(OH)22Ag铅蓄电池负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液PbPbO22H2SO4 2PbSO42H2O镍氢电池负极是贮氢合金，正极是泡沫氧化镍，电解质溶液是KOH溶液NiO(OH)MHNiOMH2O (MH表示贮氢合金M中吸收结合的氢)氢氧燃料电池负极通氢气，正极通氧气，KOH溶液为电解质溶液2H2O2=2H2O甲醇空气燃料电池负极通甲醇，正极通入空气，电解质溶液是KOH溶液2CH3OH3O24OH=2CO6H2O【自主思考】5铅蓄电池的电池反应式为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O。请写出负极、正极的电极反应式。提示负极：Pb2eSO=PbSO4；正极：PbO22e4HSO=PbSO42H2O。6燃料电池两电极反应有何特点？提示两个电极均为惰性电极，本身不参与反应。燃料电池常用的燃料有H2、CH4、C2H4、CH3OH等可燃性物质，在反应中燃料一般表现为失去电子，在电源负极通入。常用的氧化剂是氧气，在反应中表现为得到电子，在电源正极通入。效 果 自 测1判断(1)原电池是一种电能转化为化学能的装置。()(2)负极失去电子发生氧化反应。()(3)正极是电子流出极。()(4)用导线连接的铜片和锌片插入稀H2SO4中，铜片上有大量气泡产生。()(5)在铜锌稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌。()(6)原电池中阳离子向正极移动。()答案 (1)×(2)(3)×(4)(5)×(6)2下列说法正确的是()A镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池B燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池C化学电池的反应基础是氧化还原反应D铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2解析碱性锌锰干电池是一次电池；燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池；铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。答案C探究一、原电池工作原理【合作交流】1将反应：ZnCu2=CuZn2，设计成原电池写出正、负极反应式。提示正极：Cu22e=Cu，负极：Zn2e=Zn2。2某种燃料电池的工作原理示意图如下所示，a、b均为惰性电极。(1)使用时，空气从_(填“A”或“B”)口通入。(2)假设使用的“燃料”是甲醇(CH3OH)，a极的电极反应式为_。提示(1)B(2)CH3OH6e8OH=CO6H2O【点拨提升】1原电池正、负极的判断方法关键提醒判断原电池要“四看”一看本质：反应是自发进行的氧化还原反应。二看电极：具有两个活泼性不同的电极(燃料电池的电极一般是惰性电极)。三看溶液：电解质溶液(一般负极材料与电解质溶液反应)。四看回路：电极、电解质溶液构成闭合回路。2原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)【典题例证1】右图是Zn和Cu组成的原电池示意图，某小组做完该实验后，在读书卡片上记录如下，卡片上描述合理的是()实验记录：导线中电流方向：ZnCuCu极上有气泡产生，发生还原反应锌片变薄实验结论：Zn为正极，Cu为负极正极反应式：Cu2e=Cu2，发生氧化反应H向Cu极移动，SO向Zn极移动ABCD解析锌比铜活泼性强，因此在CuZnH2SO4原电池中，锌为负极，电子由锌铜，导线中电流由铜锌，锌失去电子而溶解，溶液中的H移向铜片，在Cu极得到电子而产生H2气泡。故D项正确。答案D方法拓展：判断电极时，有时不能只看金属的活泼性强弱，还要看电解质溶液的性质，如：Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。【学以致用1】一个原电池反应的离子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，该原电池的合理组成是()正极负极电解质溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DCuZnZnCl2解析由总反应式知，Zn被氧化，作原电池的负极，符合条件的有B、C、D，正极反应为Cu22e=Cu，B选项中是2H2e=H2，D选项不含Cu2，故应选C。答案C探究二、原电池原理的应用【合作交流】3实验室用稀H2SO4与Zn反应制H2时，用纯锌快还是粗锌快？提示粗锌。4钢铁制品在潮湿空气中易生锈的原理是什么？提示发生了原电池反应。【点拨提升】1加快氧化还原反应的速率自发进行的氧化还原反应，形成原电池时反应速率增大。例如，Zn与稀H2SO4反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn和置换出的Cu在稀H2SO4中构成原电池，加快Zn与稀硫酸反应的速率。2比较金属的活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。例如，有两种金属a、b，用导线连接插入到稀H2SO4中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生，则a为负极，b为正极，金属活动性ab。3用于金属腐蚀保护使金属制品作原电池的正极而得到保护。例如，将铁质输水管道与锌块相连，锌作原电池的负极失电子，保护铁不被腐蚀。4设计电池理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。如：把Fe2Fe3=3Fe2设计成原电池，可用Fe作负极，铜(或石墨)作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。【典题例证2】有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D流向C；A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是()AABCDBACDBCCABDDBDCA解析金属与稀H2SO4溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H在正极表面得到电子生成H2，电子运动方向由负极正极，电流方向则由正极负极。在题述原电池中，AB原电池，A为负极；CD原电池，C为负极；AC原电池，A为负极；BD原电池，D为负极。综上可知，金属活动性：ACDB。答案B【学以致用2】试根据氧化还原反应：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2设计原电池，并画出装置图。指出电解质溶液是_，负极是_，电极反应式为_，正极是_，电极反应式为_。解析氧化还原反应中的氧化剂在正极反应，还原剂在负极反应。根据方程式可知，铜作负极，FeCl3为电解质，正极选用不与FeCl3反应但能导电的物质。答案FeCl3CuCu2e=Cu2石墨2Fe32e=2Fe21下列关于原电池的叙述正确的是()A构成原电池的正极和负极的材料必须是两种不同的金属B原电池是将化学能转化为电能的装置C在原电池中，电子流出的一极是正极D原电池工作时，电路中的电流是从负极到正极解析构成原电池的电极可以是金属与金属，也可以是金属与非金属等，A项错误；原电池中电子流出的一极是负极，C项错误；原电池工作时，电流是从正极到负极，D项错误。答案B2下列各组材料中，不能组成原电池的是()选项ABCD两极材料Zn片、石墨Cu片、Ag片Zn片、Cu片Fe片、Cu片插入溶液H2SO4溶液AgNO3溶液蔗糖溶液稀盐酸解析C项中蔗糖溶液不是电解质溶液。答案C3钢铁发生电化学腐蚀时，正极上发生的电极反应是()A2H2e=H2BFe22e=FeC2H2OO24e=4OHDFe3e=Fe2解析钢铁发生吸氧腐蚀时，负极反应为Fe2e=Fe2，正极反应为O24e2H2O=4OH，C正确。答案C4常用的纽扣电池为银锌电池，它分别以锌和氧化银为电极。放电时锌极上的电极反应是Zn2OH2e=Zn(OH)2，氧化银极上的反应是Ag2OH2O 2e=2Ag2OH，下列判断中，正确的是()A锌是负极，发生氧化反应，氧化银是正极，发生还原反应B锌是正极，发生氧化反应，氧化银是负极，发生还原反应C锌是负极，发生还原反应 ，氧化银是正极，发生氧化反应D锌是正极，发生还原反应，氧化银是负极，发生氧化反应解析放电时是原电池。负极是较活泼金属，还原性物质，发生氧化反应；正极是较不活泼金属或导体，氧化性物质， 发生还原反应。答案A5在铜锌原电池中，以硫酸铜为电解质溶液，锌为_极，电极上发生的是_反应(填“氧化”或“还原”)，电极反应式为_。锌片上观察到的现象为_；铜为_极，电极上发生的是_反应(填“氧化”或“还原”)，电极反应式是_；铜片上观察到的现象是_，原电池总反应的离子方程式为_。解析CuSO4为电解质溶液时，铜锌原电池的负极为锌，电极反应式为Zn2e=Zn2，所以锌片不断溶解，正极为铜，电极反应式为Cu22e=Cu，所以铜极不断变粗，电池总反应式为ZnCu2=Zn2Cu。答案负氧化Zn2e=Zn2锌片溶解正还原Cu22e=Cu铜极变粗ZnCu2=Zn2Cu课时作业基础巩固1下图装置能够组成原电池的是()解析根据原电池的形成条件进行分析解答。(1)由较活泼的电极与较不活泼的电极构成原电池的两极，可排除A选项；(2)要有电解质溶液，可排除D选项；(3)一般能自发地发生氧化还原反应，可排除C选项。答案B2下列关于原电池的叙述中正确的是()A正极和负极必须是两种不同的金属B电子流入的一极为正极C原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应D锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5 g锌溶解，正极上就有0.1 g氢气生成解析原电池中电子从负极流出，从正极流入。它的正、负极可以是两种活动性不同的金属，也可以是金属与非金属；原电池工作时负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应；当锌片上有6.5 g锌溶解时，正极上析出0.2 g氢气。答案B3.右图为铜锌原电池示意图，下列说法正确的是()A锌片逐渐溶解B烧杯中溶液逐渐呈蓝色C电子由铜片通过导线流向锌片DZn为正极，Cu为负极解析在该原电池中，Zn作负极，Zn溶解并失e，在外电路中e由ZnCu，在Cu电极表面，H得e生成H2，故Cu并没有参加任何反应，故A选项正确，B、C两项错误；锌的活动性大于铜，Zn为负极，Cu为正极，D选项错误。答案A4李明在学完了原电池的知识之后，设计了如图所示的柠檬水果电池，观察到外电路上的电流从电极X流向电极Y。已知他选择了铁为X极，则Y极应该是()A锌B石墨C银D铜解析电流的方向与电子的流动方向相反，则电子由电极Y经导线流向电极X，因此Y电极的活泼性强于铁，故Y电极只能为锌。答案A5有如图装置，下列有关该装置反应开始时的叙述正确的是()A锌极附近滴入酚酞，溶液呈红色B铁极发生的电极反应为2H2OO24e=4OHC铁极发生吸氧腐蚀生成铁锈D溶液中的OH向铁极移动解析装置相当于中性溶液中较活泼金属锌发生吸氧腐蚀，锌极发生反应Zn2e2OH=Zn(OH)2，滴入酚酞，溶液不呈红色，A错误；铁极发生还原反应，而铁的腐蚀是氧化反应，B正确，C错误；溶液中阴离子向锌极(负极)移动，D错误。答案B6有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减小，b极质量增大b极有气体产生，c极无变化d极溶解，c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()Aa>b>c>dBb>c>d>aCd>a>b>cDa>b>d>c解析装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属失电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三形成原电池，易知d比c活泼；装置四中，电流从a极流向d极，则电子是从d极流向a极，知d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。答案C7由A、B两种金属和稀硫酸组成的原电池，A是正极，则下列推断正确的是()AA的金属性强于BBA电极上发生的电极反应是还原反应C电子不断由A电极经外电路流向B电极DA在金属活动性顺序表中一定排在氢前面解析原电池中，负极金属的活动性比正极金属的活动性强，电子从负极流向正极，正极金属的活动性比负极金属的活动性弱，但不一定排在氢的前面。答案B8以前所用锌­锰干电池的电极分别为锌筒和石墨棒，以糊状NH4Cl作电解质，电极反应为Zn2e=Zn2，2MnO22NH2e=Mn2O32NH3H2O。下列有关锌­锰干电池的叙述中，正确的是()A干电池中锌筒为正极，石墨棒为负极B干电池长时间连续工作后，糊状物可能流出，腐蚀用电器C干电池工作时，电流方向是由锌筒经外电路流向石墨棒D干电池可实现化学能向电能和电能向化学能的相互转化解析锌­锰干电池中，较活泼的金属锌筒为负极，石墨棒为正极，A错误；长时间使用后，锌筒上消耗出现空洞，糊状电解质流出，容易腐蚀用电器，B正确；原电池中电子流动方向由负极经外电路流向正极，而电流方向相反，C错误；干电池中只有化学能转化为电能，D错误。答案B9氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如下图。下列有关氢氧燃料电池的说法，正确的是()A该电池工作时电能转化为化学能B该电池中电极a是正极C外电路中电子由电极b通过导线流向电极aD该电池的总反应：2H2O2=2H2O解析燃料电池是将化学能转化为电能，A项不正确；a极通入H2发生氧化反应，是电池的负极，B项不正确；外电路中电子由负极流向正极，即由电极a通过导线流向电极b，C项不正确。答案D10据报道，锌电池可能将会取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为2ZnO2=2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气。则下列叙述正确的是()A锌为正极，空气进入负极反应B负极反应为Zn2e=Zn2C正极发生氧化反应D电解液为强酸解析Zn与O2反应的电子转移情况为=2ZnO，所以Zn作负极，负极发生氧化反应，Zn2e=Zn2。O2是正极反应物，发生还原反应。若电解液是强酸，电池的化学反应不是2ZnO2=2ZnO，而是Zn2H=Zn2H2。答案B能力提升11将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。(1)锌片上发生的电极反应式为_；银片上发生的电极反应式为_。(2)若起始时该电池中两电极的总质量为60 g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47g，则生成H2体积(标准状况)为_，电子转移数目是_。解析(1)因金属的活动性顺序为Zn>Ag，所以将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池时，锌片作负极，发生氧化反应Zn2e=Zn2；银片作正极，发生还原反应2H2e=H2。(2)锌片与银片总质量减轻，是因为负极锌失去电子溶解，根据电子得失守恒，负极每有1 mol锌溶解，正极必产生1 mol H2，并转移2 mol电子。根据电子得失守恒有：Zn2H=Zn2H2转移电子6522.4 L2e60 g47 gV Lx得V4.48 L，x0.4 mol，故N(e)0.4NA。答案(1)Zn2e=Zn22H2e=H2(2)4.48 L0.4NA12燃料电池是目前正在探索的一种新型电池。它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能直接转化为电能，目前已经使用的氢氧燃料电池的基本反应是x极：O2(气)2H2O(液)4e=4OHy极：H2(气)2OH2e=2H2O(液)回答下列问题：(1)x是_极，发生_反应。(填“氧化”或“还原”，下同)(2)y是_极，发生_反应。总反应方程式为_。(3)若反应后得到5.4 g液态水，此时氢氧燃料电池转移的电子数为_。解析(1)x极：O2得电子发生还原反应，所以为正极。(2)y极：H2失电子发生氧化反应，所以为负极。x极、y极得失电子应相同，故x极电极方程式与y极电极方程式乘以2相加得总反应方程式为2H2O2=2H2O。(3)4 mol e 2H2O 4 mol 2×18 g n(e) 5.4 gn(e)0.6 mol。答案(1)正还原(2)负氧化2H2O2=2H2O(3)0.6NA13市场上出售的“热敷袋”其主要成分是铁屑、碳粉、木屑和少量氯化钠、水等。热敷袋启用之前用塑料袋密封与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完毕后，会发现有大量铁锈存在。据此回答：(1)热敷袋使用时，放出热量的原因是_。(2)碳粉的主要作用是_。(3)氯化钠的作用是_。(4)有关的电极反应为_。(5)总的化学方程式_。答案(1)铁屑发生电化腐蚀而被氧化，而铁屑被氧化时放热；(2)和铁粉、氯化钠溶液一起组成原电池，加速铁屑的氧化；(3)氯化钠溶于水形成了电解质溶液；(4)负极：2Fe4e=2Fe2、正极：O24e2H2O=4OH(5)4Fe3O26H2O=4Fe(OH)314Li­SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4­SOCl2。电池的总反应可表示为4Li2SOCl2=4LiClSSO2。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_，发生的电极反应为_；(2)电池正极发生的电极反应为_；(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是_，反应的化学方程式为_；(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_。解析分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂 ，SOCl2为氧化剂。(1)负极材料为Li(还原剂)，发生反应：Lie=Li。(2)正极反应式可由总反应减去负极反应式得到：2SOCl24e=4ClSSO2。(3)题中给出有碱液吸收时的产物，则没有碱液而用水吸收时的产物应为SO2和HCl，所以现象应该为出现白雾和有刺激性气味的气体生成。(4)因为构成电池的两个主要成分Li能和氧气、水反应，且SOCl2也与水反应。答案(1)LiLie=Li(2)2SOCl24e=4ClSSO2(3)出现白雾，有刺激性气味的气体生成SOCl2H2O=SO2 2HCl(4)因为构成电池的主要成分Li能和氧气、水反应，且SOCl2也与水反应最新精品资料