整理 专题 化学反应与能量转化.ppt
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1、专题化学反应与能量转化,专题复习,化学能转化为电能,原电池,第一课时,1、概念:原电池是_的装置。 原电池反应的本质是_反应。,将化学能转化为电能,氧化还原反应,例:如右图所示,组成的原电池: (1)当电解质溶液为稀H2SO4时: Zn电极是_(填“正”或“负”)极, 其电极反应为_,该反应 是_(填“氧化”或“还原”,下同)反应; Cu电极是_极,其电极反应为 _,该反应是_反应。,(2)当电解质溶液为CuSO4溶液时: Zn电极 是_极,其电极反应为_, 该反应是_反应;Cu电极是_极, 其电极反应为_,该反应_反应.,负,Zn 2e - = Zn 2+,氧化,正,2H+ +2e- =H2
2、,还原,负,Zn 2e - = Zn 2+,氧化,正,Cu2+ + 2e - = Cu,还原,一、原电池,氧化反应,Zn-2e=Zn2+,铜锌原电池,电解质溶液 盐桥,失e,沿导线传递,有电流产生,还原反应,Cu2+2e- =Cu,阴离子,阳离子,总反应:,负极,正极,Cu2+2e- =Cu,Zn-2e- =Zn2+,Zn+Cu2+=Zn2+Cu,Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu,(离子方程式),(化学方程式),电极反应,正极:,负极:,(氧化反应),(还原反应),阳离子,二、原 电 池 原 理,外电路,内电路,原电池的形成条件: 两极一液一连线,(1)有两种活动性不同的金属(或一种是非金属
3、单质或金属氧化物)作电极。, (2)电极材料均插入电解质溶液中。, (3)两极相连形成闭合电路。, (4)内部条件:能自发进行氧化还原反应。,原电池的正负极的判断方法,电子流出的极 电子流入的极,负极 正极,较活泼的电极材料 较不活泼的电极材料,质量增加的电极 工作后 质量减少的电极,负极 正极,正极 负极,工作后,有气泡冒出的电极为正极,发生氧化反应的极 发生还原反应的极,负极 正极,造成的主要原因:由于在铜极上很快就聚集了许多氢气泡,把铜极跟稀硫酸逐渐隔开,这样就增加了电池的内阻,使电流不能畅通。这种作用称为极化作用。,二、对原电 池工作原理的进一步探究,为了避免发生这种现象,设计如下图所
4、示的原电池装置,你能解释它的工作原理吗?,?提出问题: 右图是我们在必修2中学习过的将锌片和铜片置于稀硫酸的原电池,如果用它做电,不但效率低,而且时间稍长电流就很快减弱,因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢?有没有什么改进措施?,此电池的优点: 能产生持续、稳定的电流。,锌半电池, 铜半电池,实验:,实验探索,实验现象:,分析:改进后的装置为什么能够持续、稳定的产生电流?盐桥在此的作用是什么?,有盐桥存在时电流计指针发生偏转,即有电流通过电路。 取出盐桥,电流计指针即回到零点,说明没有电流通过。,盐桥制法:1)将热的琼胶溶液倒入U形管中(注意不要产生裂隙),将冷却后的U形管浸泡在KCl或N
5、H4NO3的饱和溶液中即可。2)将KCl或NH4NO3的饱和溶液装入U形管,用棉花都住管口即可。,盐桥的作用: (1)使整个装置构成通路,代替两溶液直接接触。,得出结论,由于盐桥(如KCl)的存在,其中阴离子Cl-向ZnSO4溶液扩散和迁移,阳离子K+则向CuSO4溶液扩散和迁移,分别中和过剩的电荷,保持溶液的电中性,因而放电作用不间断地进行,一直到锌片全部溶解或 CuSO4溶液中的 Cu2+几乎完全沉淀下来。若电解质溶液与KCl溶液反应产生沉淀,可用NH4NO3代替KCl作盐桥。,(2)平衡电荷。 在整个装置的电流回路中,溶液中的电流通路是靠离子迁移完成的。取出盐桥,Zn失去电子形成的Zn2
6、+进入ZnSO4溶液,ZnSO4溶液因Zn2+增多而带正电荷。同时,CuSO4则由于Cu2+ 变为Cu ,使得 SO42-相对较多而带负电荷。溶液不保持电中性,这两种因素均会阻止电子从锌片流向铜片,造成电流中断。,【递进题组】,题组一,题组二,知识梳理题型构建,1,2,3,4,知识梳理题型构建,题组一原电池工作原理的考查,B,题组一,题组二,1,2,3,4,知识梳理题型构建,D,题组二,题组一,题组二,1,2,3,4,题组一原电池工作原理的考查,知识梳理题型构建,D,题组二原电池正、负极的判断,题组一,题组二,1,2,3,4,知识梳理题型构建,题组二原电池正、负极的判断,题组一,题组二,1,2
7、,3,4,B,三、化学电池,1)概念:,将化学能变成电能的装置,2)分类:,一次电池又称不可充电电池如:干电池 二次电池又称充电电池蓄电池 燃料电池,1、干电池(普通锌锰电池),干电池用锌制外壳作负极,位于中央的石墨作正极,在石墨周围填充NH4Cl、ZnCl2和淀粉作电解质溶液,还填充MnO2的黑色粉末吸收正极放出的H2,防止产生极化现象。电极总的反应式为:,2NH4Cl+Zn+2MnO2=ZnCl22NH3+Mn2O3+H2O,请写出各电极的电极反应。,(一) 一次电池,练:写出锌锰干电池的电极反应和总化学反应方程式。 负极 正极 总反应 通常我们可以通过干电池的外观上的哪些变化判断它已经不
8、能正常供电了?_我们在使用干电池的过程中并没有发现有气体产生,请推测可能是干电池中的什么成分起了作用?,Zn-2e-=Zn2+,2NH4+2e-=2NH3+H2,Zn+2NH4+=Zn2+2NH3+H2,锌筒变软,电池表面变得不平整,2MnO2+H2=Mn2O3+H2O,负极(锌筒):Zn-2e- + 2OH - =Zn(OH)2 正极(石墨):2MnO2+ 2e - +2H2O=2Mn OOH +2 OH 总反应:Zn+ 2MnO2+2 H2O =2 Mn OOH+ Zn(OH)2,碱性锌锰干电池,金属棒,碱性锌锰电池的优点: 电流稳定,放电容量、时间增大几倍,不会气涨或漏液。,普通锌锰干电
9、池缺点:放电量小,放电过程中易气涨或漏液,电池铅蓄电池,1、电极材料及原料 2、电解质溶液 3、电极反应式:,正极:PbO2 负极:Pb,H2SO4溶液,负极(Pb): Pb- 2e-+ SO4 2 - =PbSO4,Pb+PbO2+2H2SO4 =2PbSO4 +2H2O,正极(PbO2): PbO2+4H+SO42 -+ 2e-= PbSO4 +2H2O,总反应:,(放电时),(二)二次电池(可充电),2PbSO4(s)+2H2O(l) Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),充电过程,PbSO4 (s) +2e- =Pb(s) + SO42- (aq),还原反应,阴极:,阳极:
10、,PbSO4 (s)+2H2O(l) -2e- = PbO2(s) + 4H+(aq) + SO42-(aq),氧化反应,接电源负极,接电源正极,充电过程总反应:,2PbSO4(s)+2H2O(l)=Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq),铅蓄电池的充放电过程:,知识梳理题型构建,PbO2,小,48,Pb,对换,氢氧燃料电池工作原理,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 4H2O,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,2H2 +4OH- 4e- = 4H2O,O2 + 2H2O + 4e-= 4OH-,(三)燃料电池,固
11、体氢氧燃料电池,2H2 - 4e- +2O2= 2H2O,O2 + 4e-= 2O2,2H2 - 4e- = 4H+,O2 + 4H+ + 4e-= 2H2O,知识梳理题型构建,增大,减小,减小,减小,知识梳理题型构建,燃料电池电极反应式的书写,根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质都是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应有所不同,其实,我们只要熟记以下四种情况:,第三步:根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式,电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系:电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式故根据第一、二步写出的反应,有:电池的总反应式电池正极反应式电池负极反应式,
12、注意在将两个反应式相减时,要约去正极的反应物O2。,知识梳理题型构建,题组二不同介质对燃料电池电极反应式书写的影响,CH48e2H2O=CO28H,题组一,题组二,1,2,3,知识梳理题型构建,题组二不同介质对燃料电池电极反应式书写的影响,CH44O28e=CO22H2O,题组一,题组二,1,2,3,知识梳理题型构建,化学电源中电极反应式书写的一般程序,“加减法”书写电极反应式,【递进题组】,题组一,题组二,知识梳理题型构建,1,2,3,知识梳理题型构建,题组一化学电源中电极反应式的书写,Lie=Li,锂,2SOCl24e=4ClSSO2,题组一,题组二,1,2,3,知识梳理题型构建,题组一化
13、学电源中电极反应式的书写,4Al12e=4Al3,3O26H2O12e=12OH,题组一,题组二,1,2,3,1.利用原电池原理设计新型化学电池;,2.改变化学反应速率,如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气;,3.进行金属活动性强弱比较;,4.电化学保护法,即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。,原电池的主要应用:,5.解释某些化学现象,知识梳理题型构建,【题组训练】,1,2,3,4,1电工经常说的一句口头禅:“铜接铝,瞎糊弄”,所以电工操作上规定不 能把铜导线与铝导线连接在一起使用,说明原因: _ _。,知识梳理题型构建,题组训练原电池原理的应用,铜、铝接触在潮湿的环境中形成原电
14、池,加快了铝的腐蚀,易造成电,1,2,3,4,路断路,知识梳理题型构建,2Fe32e=2Fe2,Cu2e=Cu2,1,2,3,4,题组训练原电池原理的应用,2Fe3 Cu = Cu2 2Fe2,知识梳理题型构建,B,1,2,3,4,题组训练原电池原理的应用,知识梳理题型构建,(1)加入Cu或CuSO4,形成原电池,加快反应速率,加入Cu不影响Zn的量,但加入CuSO4,Zn的量减少,是否影响产生H2的量,应根据Zn、H的相对量多少判断。,改变Zn与H反应速率的方法,(2)加入强碱弱酸盐,由于弱酸根与H反应,使c(H)减小,反应速率减小,但不影响产生H2的量。,知识梳理题型构建,C,A,B,1,
15、2,3,4,题组训练原电池原理的应用,(2)比较反应速率,例2 :,下列制氢气的反应速率最快的是,粗锌和 1mol/L 盐酸;,B.,A.,纯锌和1mol/L 硫酸;,纯锌和18 mol/L 硫酸;,C.,粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。,D.,( D ),原电池原理应用(1),(1)比较金属活动性强弱。,例1:,下列叙述中,可以说明金属甲比乙活泼性强的是,C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极;,A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中,乙溶解,甲 上有H2气放出;,B.在氧化还原反应中,甲比乙失去的电子多;,D.同价态的阳离子,甲比乙的氧化性强;,(C),原电池原理应用(
16、1),(3)比较金属腐蚀的快慢,例3:,下列各情况,在其中Fe片腐蚀由快到慢的顺序是,(5),(2),(1),(3),(4),原电池原理应用(1),例4:,下列装置中四块相同的Zn片,放置一段时间后腐蚀速 率由慢到快的顺序是,(4),(2),(1),(3),原电池原理应用(1),例5:在理论上不能用于设计原电池的化学反应是( ) AHCl(aq)+NaOH(aq)NaCl(aq)+H2O(l) H0 B4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g) 4Fe(OH)3(s) H0 C3Cu(s)+8HNO3(aq)=3Cu(NO3)2(aq)+2NO(g)+4H2O(l) H0 D2CH3O
17、H(l)+3O2(g) = 2CO2(g)+4H2O(l)H0,A,非氧化还原反应不能设计为原电池反应,原电池原理应用(1),1、比较下列原电池中哪一极腐蚀最快?,C中Zn极腐蚀最快,原电池原理应用(2),2、在不改变酸的浓度及用量和锌粒大小的情况 下,常温下要加快锌与盐酸反应的速率,可以采取 的措施_要减慢锌与盐酸反应 的速率,可以采取的措施_。,加入少量硫酸铜晶体,加入少量醋酸钠晶体,3.原电池的设计方法: 例题:依据:2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2 设计原电池。,电极: 电解质溶液: 电极反应:,正极:石墨;负极:铜 FeCl3溶液 负极: Cu 2e- = C
18、u2 正极:2Fe3 2e- = Fe2,原电池原理应用(2),探究高考明确考向,解析由题给原电池装置可知,电子经过导线,由Zn电极流向Fe电极,则O2在Fe电极发生还原反应:O22H2O4e=4OH,烧杯a中c(OH)增大,溶液的pH升高。烧杯b中,Zn发生氧化反应:Zn2e=Zn2。,A,1,2,3,4,5,6,7,8,9,探究高考明确考向,C,1,2,3,4,5,6,7,8,9,探究高考明确考向,充电时,阴极发生还原反应,电极反应式为Fe(OH)22e=Fe2OH,pH增大,C错误;,充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O,D正确。,C,1,
19、2,3,4,5,6,7,8,9,探究高考明确考向,1,2,3,4,5,6,7,8,9,探究高考明确考向,1,2,3,4,5,6,7,8,9,答案 A,探究高考明确考向,N2H44OH4e=4H2ON2,解析该燃料电池中N2H4在负极发生氧化反应,其电极反应式为N2H44OH4e=4H2ON2。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,探究高考明确考向,1,2,3,4,5,6,7,8,9,探究高考明确考向,CH3OHH2O6e=CO26H,3/2O26e6H=3H2O,96.6%,1,2,3,4,5,6,7,8,9,探究高考明确考向,离子导电(导电或电,4.5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,解
20、质)和隔离钠与硫,探究高考明确考向,2Al3AgO2NaOH=2NaAlO23Ag,解析由铝电池原理图可知,Al作负极,AgO/Ag作正极,电池反应式为2Al3AgO2NaOH=2NaAlO23AgH2O。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,H2O,电能转化为化学能,电解池,第二课时,复习回顾,+、a+、l、,得,还原,l、,失,氧化,阳离子向阴极移动,阴极发生还原反应 阴离子向阳极移动,阳极发生氧化反应,以电解饱和食盐水为例:溶液中存在 离子,两极都为碳棒,电解时离子向阴极移动,离子电子,发生反应。离子向阳极移动。离子电子,发生反应.,+、a+,电解时电极反应式、总反应式,阳极: 阴极:
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