高中化学第六章化学反应与能量第一节第2课时化学反应与电能课件新人教版必修第二册 40页

第 2 课时 　 化学反应与电能 知识铺垫 新知预习 自主测试 1 . 氧化还原反应中氧化剂 得到 电子 、元素 化合价降低 、 发生 还原 反应 ; 还原剂 失去 电子 、元素 化合价升高 、 发生 氧化 反应。 2 . 氧化还原反应的本质是 电子的转移 。写出锌 和 稀硫酸反应的化学方程式 , 并用双线桥法标出电子转移的方向和数目 : 3 . 生活中常见的化学电源有 锂电池 、 铅酸蓄电池 、 干电池 、 光伏电池 等。 4 . 随意丢弃废旧电池的主要危害是 重金属污染 。 知识铺垫 新知预习 自主测试 1 . 火力发电 —— 燃煤发电的能量转化过程 (1) 在电力中占较大比重的火电的能量转化过程 : (2) 上述转化过程的关键是 燃烧 , 燃烧一定是氧化还原反应 ( 本质是 电子的转移 ) 。 【微思考 1 】 火力发电有何缺点 ? 提示 污染环境、能量利用率低。 知识铺垫 新知预习 自主测试 2 . 原电池 (1) 定义 : 把 化学 能转变为 电能 的装置。 (2) 工作原理 ( 以铜 - 锌 - 稀硫酸原电池为例 ): 原电池原理示意图 知识铺垫 新知预习 自主测试 (3) 电子的流向 : 电子由 负 极经导线流向 正 极。 电解质溶液中离子移动方向 : 阳离子向 正 极定向移动 , 阴离子向 负 极定向移动。 可简记为 : 正正负负 [ 解释 : 正 ( 指阳离子 )→ 正 ( 指正极 ) 、负 ( 指阴离子 )→ 负 ( 指负极 )] 。 (4) 反应本质 : 原电池反应的本质是自发进行的 氧化还原 反应。 知识铺垫 新知预习 自主测试 3 . 化学电源 (1) 干电池 最早使用的化学电池是 锌锰干电池 , 它是一种 一次 电池 , 放完电后不能充电。 【微思考 2 】 原电池的电极材料都必须是金属吗 ? 提示 原电池的电极材料可以是两种活泼性不同的金属 , 也可以是一种金属与一种可导电的惰性材料 ( 如石墨 ); 在燃料电池中 , 电极本身均不发生反应 , 故两极均可用惰性材料。 知识铺垫 新知预习 自主测试 (2) 充电电池 ① 充电电池又称 二次 电池 , 它在放电时所进行的氧化还原反应 , 在充电时可以 逆向 进行 , 使电池恢复到放电前的状态。 ② 常见的二次电池 : 铅酸蓄 电池、 镍氢 电池、 锂离子 电池等。 ③ 应用 : 手机、笔记本式计算机、照相机和摄像机等所用电池大多为 锂离子 电池。 知识铺垫 新知预习 自主测试 1 . 判断正误 ( 正确的打“ √ ” , 错误的打“ ×”) (1) 水能、风能和化石能源均属于一次能源。 ( 　　 ) (2) 火力发电过程经过了化学能转化为热能 , 热能转化为动能 , 动能转化为电能的过程。 ( 　　 ) (3) 原电池工作时电子从正极流出。 ( 　　 ) (4) 原电池中的阴离子移向正极。 ( 　　 ) 答案 : (1) √ 　 (2) √ 　 (3)× 　 (4)× 知识铺垫 新知预习 自主测试 2 . 下列装置中 , 能构成原电池的是 ( 　　 ) A. 只有甲 B. 只有乙 C. 只有丙 D. 除乙均可以 答案 : C 解析 : 甲装置不能构成闭合回路 , 乙装置两极材料相同 , 丁装置酒精是非电解质 , 只有丙装置具备原电池的构成条件。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 原电池的工作原理 问题探究 上面是某实验小组设计的水果电池 , 生活中还有多种常见的电池 , 如干电池、铅酸蓄电池、锂离子电池等。你知道原电池是如何工作的 ? 请按如下装置进行探究吧 ! 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 (1) ②③ 装置中 , 哪个发生的反应更快 ? 提示 ③ 反应更快。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 知识拓展 1 . 原电池构成条件 即 : 两极 - 液 - 连环 , 负极氧化 , 正极还原 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 2 . 原电池的工作原理 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 3 . 原电池正、负极判断的五个依据 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 素能应用 典例 1 如图是 Zn 和 Cu 形成的原电池 , 某实验兴趣小组做完实验后 , 在读书卡片上记录如下。在卡片上描述合理的是 ( 　　 ) 实验后的记录 : ① Zn 为正极 ,Cu 为负极　 ② H + 向负极移动　 ③ 电子流动方向 , 由 Zn 经外电路流向 Cu 　 ④ Cu 极上有 H 2 产生 ⑤ 若有 1 mol 电子流过导线 , 则产生 H 2 的物质的量为 0.5 mol 　 ⑥ 正极的电极反应式为 Zn-2e - === Zn 2+ A. ①②③ B. ③④⑤ C. ④⑤⑥ D. ②③④ 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 答案 : B 解析 : 在该原电池中 ,Zn 比 Cu 活泼 , 故 Zn 作负极 ,Cu 作正极 , 电子由 Zn 流出经导线流向 Cu, 负极反应为 Zn-2e - === Zn 2+ , 正极反应为 2H + +2e - === H 2 ↑, 故每转移 1 mol 电子时 , 产生 H 2 0.5 mol, 在溶液中 H + 向正极移动 , 向负极移动 , 故 ①②⑥ 错误 , ③④⑤ 正确。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 变式训练 1 如图所示 , 电流计指针发生偏转 , 同时 A 极质量减小 ,B 极上有气泡产生 ,C 为电解质溶液 , 下列说法错误的是 ( 　　 ) A.B 极为原电池的正极 B.A 、 B 、 C 可能分别为 Zn 、 Cu 、稀盐酸 C.C 中阳离子向 A 极移动 D.A 极发生氧化反应 答案 : C 解析 : 原电池中 , 负极金属失去电子 , 溶解 , 质量减小 , 故 A 极是负极 ,B 极是正极 , 根据构成情况判断 A 、 B 、 C 可能分别为 Zn 、 Cu 、稀盐酸 ,A 、 B 两项正确 ; 原电池中 , 阳离子向正极移动 , 阴离子向负极移动 ,C 项错误 ; 负极发生氧化反应 , 正极发生还原反应 ,D 项正确。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 原电池原理的应用 问题探究 锌与稀硫酸反应所用原电池装置如下图所示 , 试根据该装置讨论如下问题 : (1) 根据该装置可得 Zn 和 Cu 的活泼性谁强 ? 提示 Zn 强。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 (2) 仿照上面的装置设计装置实现反应 Zn+CuSO 4 === ZnSO 4 +Cu 。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 知识拓展 1 . 比较金属的活动性强弱 (1) 依据 原电池中 , 一般活动性强的金属为负极 , 活动性弱的金属为正极。 (2) 应用 如有两种金属 A 和 B, 用导线连接后插入到稀硫酸中 , 观察到 A 极溶解 ,B 极上有气泡产生 , 由原电池原理可知 , 金属活动性 :A>B 。 2 . 加快氧化还原反应速率的方法 如实验室用 Zn 和稀硫酸反应制 H 2 , 常用粗锌 , 它产生 H 2 的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸形成原电池 , 加快了锌的腐蚀 , 使产生 H 2 的速率加快 ; 如加入 CuSO 4 溶液 ,Zn 置换出 Cu, 附着在锌片上形成原电池也可以加快反应速率。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 3 . 设计原电池 (1) 依据 已知一个氧化还原反应 , 首先通过分析找出氧化剂、还原剂 , 一般还原剂为负极材料 ( 或在负极上被氧化 ), 氧化剂 ( 电解质溶液中的阳离子 ) 在正极上被还原。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 (2) 实例 以 Zn+H 2 SO 4 === ZnSO 4 +H 2 ↑ 为例 : 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 素能应用 典例 2 某原电池总反应离子方程式为 2Fe 3+ +Fe === 3Fe 2+ , 不能实现该反应的原电池是 ( 　　 ) A. 正极为 Cu, 负极为 Fe, 电解质溶液为 FeCl 3 溶液 B. 正极为 C, 负极为 Fe, 电解质溶液为 Fe(NO 3 ) 3 溶液 C. 正极为 Ag, 负极为 Fe, 电解质溶液为 Fe 2 (SO 4 ) 3 溶液 D. 正极为 Ag, 负极为 Fe, 电解质溶液为 CuSO 4 溶液 答案 : D 解析 : 由 2Fe 3+ +Fe === 3Fe 2+ 得出负极反应式为 Fe-2e - === Fe 2+ , 正极反应式为 2Fe 3+ +2e - === 2Fe 2+ , 可知负极材料为铁 , 正极材料为比铁不活泼的导体 , 电解质溶液中必须有 Fe 3+ 。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 变式训练 2 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 : 由此可判断这四种金属的活动性顺序是 ( 　　 ) A.a>b>c>d B.b>c>d>a C.d>a>b>c D.a>b>d>c 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 答案 : C 解析 : 装置一是原电池 ,a 极质量减小 , 说明 a 极金属易失去电子形成离子 , 故 a 极金属比 b 极金属活泼 ; 装置二没有形成原电池 , 由现象可知 b 比 c 活泼 , 且 c 位于金属活动性顺序中氢的后面 ; 装置三和四均形成原电池 , 由现象易知 d 比 c 活泼 ,d 比 a 活泼。因此四种金属的活动性顺序为 d>a>b>c 。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 原电池电极反应式的书写方法 问题探究 1 . 根据铅酸蓄电池的正、负极材料和电解质 , 写出各电极反应式。 2 . 写出氢氧燃料电池在碱性介质中的电极反应式。 3 . 如何根据原电池的总反应判断原电池的正、负极 ? 正极反应式、负极反应式和总反应式之间有什么关系 ? 提示 发生氧化反应的一极是原电池的负极 , 发生还原反应的一极是原电池的正极。总反应式 = 负极反应式 + 正极反应式。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 知识拓展 1 . 电极反应式的书写 (1) 原电池负极反应式的书写 ① 较活泼金属作负极时 , 电极本身被氧化 若生成的阳离子不与电解质溶液反应 , 其产物可直接写为金属阳离子 , 如 Zn-2e - === Zn 2+ ,Cu-2e - === Cu 2+ 。 若生成的金属阳离子与电解质溶液反应 , 其电极反应为两反应合并后的反应。如铅酸蓄电池负极反应为 ② 负极本身不反应 氢氧 ( 酸性 ) 燃料电池 , 负极反应为 H 2 -2e - === 2H + ; 氢氧 ( 碱性 ) 燃料电池 , 负极反应为 H 2 +2OH - -2e - === 2H 2 O 。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 (2) 原电池正极反应式的书写 书写时总的原则是首先根据元素化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒 , 其次确定该微粒得电子后生成什么物质。 如氢氧 ( 酸性 ) 燃料电池 , 正极反应为 O 2 +4H + +4e - === 2H 2 O 氢氧 ( 碱性 ) 燃料电池 , 正极反应为 O 2 +2H 2 O+4e - === 4OH - 。 (3) 书写复杂电极反应式的方法 —— 加减法 ① 写出总反应 , 如 Li+LiMn 2 O 4 === Li 2 Mn 2 O 4 。 ② 写出其中较为简单的一个半反应 ( 正极或负极 ), 如 Li-e - === Li + ( 负极 ) 。 ③ 利用总反应与上述一极的反应相减 , 即得另一电极的反应式 , 如 LiMn 2 O 4 +Li + +e - === Li 2 Mn 2 O 4 ( 正极 ) 。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 2 . 一般电极反应式的书写思路 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 素能应用 典例 3 燃料电池是燃料 ( 如 CO 、 H 2 、 CH 4 等 ) 跟氧气 ( 或空气 ) 起反应将化学能转变为电能的装置 , 若电解质溶液是强碱溶液 , 下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是 ( 　　 ) A. 负极反应式 :O 2 +2H 2 O+4e - === 4OH - B. 负极反应式 :CH 4 +8OH - -8e - === CO 2 +6H 2 O C. 随着放电的进行 , 溶液的氢氧根浓度不变 D. 放电时溶液中的阴离子向负极移动 答案 : D 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 变式训练 3 锂电池是一代新型高能电池 , 它以能量密度大而受到普遍重视 , 目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应为 Li+MnO 2 === LiMnO 2 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A.Li 是正极 , 电极反应为 Li-e - === Li + B.Li 是负极 , 电极反应为 Li-e - === Li + C.MnO 2 是负极 , 电极反应为 MnO 2 +e - === D.Li 是负极 , 电极反应为 Li-2e - === Li 2+ 答案 : B 解析 : 根据原电池中 , 负极发生氧化反应 , 正极发生还原反应 , 再结合总反应可知 ,Li 失去电子生成 Li + 被氧化 , 为负极 ;MnO 2 得到电子被还原 , 为正极。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 1 . 下列叙述正确的是 ( 　　 ) A. 原电池的负极发生得电子的还原反应 B. 原电池中较活泼的金属作正极 C. 原电池中的电极一定要由两种不同的金属组成 D. 原电池中发生氧化反应的电极是负极 答案 : D 解析 : 原电池的两极可以是两种活动性不同的金属 , 也可以是金属与非金属 ( 例如石墨 ), 原电池的负极失去电子发生氧化反应 , 故 A 、 B 、 C 三项错误 , 只有 D 项正确。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 2 . 下列有关电池的叙述不正确的是 ( 　　 ) A. 水果电池是方便实用的家用电池 B. 铅酸蓄电池是一种常用的二次电池 C. 氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置 D. 锌锰干电池工作一段时间后 , 锌外壳逐渐变薄 答案 : A 解析 : 水果电池产生的电流非常微弱且不能连续长时间放电 , 不能作为家用电池 ; 铅酸蓄电池是一种常用的二次电池 , 氢氧燃料电池产物为水 , 无污染 ; 锌锰干电池工作时 ,Zn 放电被消耗 , 故工作一段时间后锌外壳会逐渐变薄 ,B 、 C 、 D 三项正确 ,A 项错误。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 3 .( 双选 ) 根据 Zn+Cu 2+ === Zn 2+ +Cu 的反应原理设计一个原电池 , 当 Zn 为负极时 , 正极可以选用的材料是 ( 　　 ) A. 镁 B. 石墨 C. 铝 D. 铅 答案 : BD 4 .A 、 B 、 C 都是金属 , 把 A 浸入 C 的硝酸盐溶液中 ,A 的表面有 C 析出 ,A 、 B 和酸溶液组成原电池时 ,B 为电池的负极。 A 、 B 、 C 三种金属的活动性顺序为 ( 　　 ) A.A>B>C B.A>C>B C.B>A>C D.B>C>A 答案 : C 解析 : A 能从 C 的盐溶液中置换出 C 金属 , 金属活动性 :A>C;A 、 B 和酸溶液组成原电池时 ,B 为负极 , 则金属活动性 :B>A 。 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 5 .(1) 把一块纯净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里 , 可观察到锌片上有气泡 , 再平行插入一块铜片 , 可观察到铜片上 　　　　　 ( 填 “ 有 ” 或 “ 没有 ”) 气泡产生。再用导线把锌片和铜片连接起来 ( 见图 A), 组成一个原电池 , 负极为 　　　　　 , 正极的电极反应式为 　   　 。   (2) 如果烧杯中最初装入的是 2 mol·L -1 500 mL 的稀硫酸 , 构成铜锌原电池 ( 见图 B, 假设产生的气体没有损失 ), 当在标准状况下收集到 11.2 L 的氢气时 , 则此时烧杯内溶液中硫酸的物质的量浓度为 ( 溶液体积变化忽略不计 ) 　　　　　 。   任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 (3) 生活中利用原电池原理生产出了各种各样的电池 , 废电池必须进行集中处理的问题已被提到议事日程 , 其主要原因是 　　　　　 。   A. 回收利用电池外壳的金属 B. 防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤、水源的污染 C. 防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品 D. 回收其中石墨电极 答案 : (1) 没有　锌 (Zn) 　 2H + +2e - === H 2 ↑ (2)1 mol·L -1 (3)B 任务一 任务二 任务三 素养脉络 随堂检测 解析 : (1) 由于在金属活动性顺序中 ,H 排在 Cu 之前 , 所以 Cu 与稀硫酸不发生反应。 (3) 重金属离子对土壤、水源的污染能力强 , 而且很难消除。