2019高中化學(xué)第二章第二節(jié)化學(xué)能與電能講義新人教版.docx

化學(xué)能與電能1了解化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化關(guān)系。2初步了解化學(xué)電池的工作原理及應(yīng)用。3了解化學(xué)電池的反應(yīng)基礎(chǔ)(氧化還原反應(yīng))及研制新型電池的重要性。1一次能源與二次能源能源類別概念舉例一次能源直接從自然界中取得的能源流水，風(fēng)力，煤，石油，天然氣等二次能源一次能源經(jīng)加工、轉(zhuǎn)換得到的能源電力，蒸汽等2.燃煤發(fā)電的能源轉(zhuǎn)化(1)過程：化學(xué)能熱能機(jī)械能電能。(2)燃燒(氧化還原反應(yīng))是使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵。3.原電池(1)定義：把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。(2)構(gòu)成條件：具有活潑性不同的兩個(gè)電極；具有電解質(zhì)溶液；電極間構(gòu)成閉合回路。(3)反應(yīng)本質(zhì)：化學(xué)電池的反應(yīng)本質(zhì)是自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。(4)電極負(fù)極：失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)的電極；正極：得電子，發(fā)生還原反應(yīng)的電極。(5)電極方程式：表示正、負(fù)極發(fā)生反應(yīng)的方程式。4鋅錳干電池(一次電池)(1)普通鋅錳電池。負(fù)極材料是：鋅；正極材料是：碳；電解質(zhì)是NH4Cl。(2)堿性鋅錳干電池。負(fù)極材料是：Zn；正極材料是：MnO2；電解質(zhì)是：KOH。改進(jìn)后堿性鋅錳電池的優(yōu)點(diǎn)：電量大，電流穩(wěn)定。5充電電池(二次電池)充電電池又稱二次電池，在放電時(shí)的氧化還原反應(yīng)，在充電時(shí)可逆向進(jìn)行，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能(放電)，再由電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(充電)的循環(huán)。6燃料電池將燃料和氧化劑(如O2)反應(yīng)放出的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。(1)原理：利用原電池的工作原理將燃料和氧氣反應(yīng)所放出的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。(2)與其他電池的區(qū)別：反應(yīng)物不儲(chǔ)存在電池內(nèi)部而是由外設(shè)裝備提供燃料和氧化劑。新知探究實(shí)驗(yàn)探究：原電池原理實(shí)驗(yàn)順序?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象結(jié)論或解釋1.Zn、Cu分別插入稀H2SO4溶液鋅片表面有氣泡產(chǎn)生，鋅片逐漸溶解，銅片表面無現(xiàn)象鋅與稀H2SO4反應(yīng)，銅片不反應(yīng)2.Zn、Cu導(dǎo)線連接后再接電流表，插入稀H2SO4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)鋅失去的電子經(jīng)導(dǎo)線流向銅片，溶液中的H在銅片表面獲得電子生成H2，線路中有電流產(chǎn)生問題討論1在原電池中氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個(gè)不同的區(qū)域進(jìn)行，使其間電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，在閉合回路下形成電流。2.(1)Zn片：電極反應(yīng)式為Zn2e=Zn2，發(fā)生氧化反應(yīng)，失電子，負(fù)極；Cu片：電極反應(yīng)式為2H2e=H2，發(fā)生還原反應(yīng)，得電子，正極?？偟碾x子方程式：Zn2H=Zn2H2。(2)溶液中的離子移動(dòng)方向：陰離子移向負(fù)極； 陽離子移向正極。(3)電流的方向：外電路CuZn； 內(nèi)電路ZnCu。3在銅、鋅和稀硫酸構(gòu)成的原電池中，溶液的pH如何變化？濃度呢？提示：pH升高，因?yàn)镠參與反應(yīng)；的濃度不變，因?yàn)椴粎⑴c反應(yīng)。4是不是所有的反應(yīng)都能設(shè)計(jì)成原電池？提示：不是，只有自發(fā)的氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計(jì)成原電池名師點(diǎn)撥原電池的工作原理(1)反應(yīng)類型：負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。(2)電子的移動(dòng)方向：負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線流向正極。(3)離子的移動(dòng)方向：陽離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。對(duì)點(diǎn)演練1判斷正誤。(1)原電池是一種電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。()(2)負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)。()(3)正極是電子流出極。()(4)用導(dǎo)線連接的銅片和鋅片插入稀H2SO4中，鋅片上有大量氣泡產(chǎn)生。()(5)在銅鋅稀硫酸原電池中，電子由鋅通過導(dǎo)線流向銅，再由銅通過電解質(zhì)溶液到達(dá)鋅。()(6)原電池中陽離子向正極移動(dòng)。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)新知探究完成以下探究活動(dòng)，探討形成原電池需要哪些條件：(1)兩個(gè)鋅片用導(dǎo)線連接好，然后插入稀硫酸中，觀察電流表沒有(填“有”或“沒有”，下同)電流通過。(2)把銅片和鋅片用導(dǎo)線連接好，然后插入酒精中，觀察電流表沒有電流通過。(3)把銅片和鋅片用導(dǎo)線連接好，然后分別插入兩個(gè)小燒杯的硫酸溶液中，觀察電流表沒有電流通過。(4)把銅片和碳棒用導(dǎo)線連接好，然后插入硫酸溶液中，觀察電流表沒有電流通過。(5)綜合以上實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，形成原電池需要的條件有：有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。兩種活潑性不同的金屬(或一種為能導(dǎo)電的非金屬單質(zhì)，如石墨)做電極。有電解質(zhì)溶液。形成閉合回路。名師點(diǎn)撥(1)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，理論上可組成原電池。(2)形成閉合回路的方式有多種，可以是導(dǎo)線連接兩個(gè)電極，也可以是兩電極接觸。如圖：對(duì)點(diǎn)演練2如圖所示的裝置，能夠組成原電池產(chǎn)生電流的是_。解析：A項(xiàng)中兩個(gè)電極相同；B項(xiàng)中蔗糖是非電解質(zhì)；C、D項(xiàng)沒有形成閉合回路；故A、B、C、D都不符合原電池的構(gòu)成條件，不能產(chǎn)生電流。答案：E、F新知探究以鋅銅原電池為例，分析原電池正、負(fù)極的判斷方法。名師點(diǎn)撥(1)原電池的負(fù)極失去電子的總數(shù)等于正極得到電子的總數(shù)，遵循電子守恒。(2)原電池正負(fù)極的判斷不僅要看兩極活動(dòng)性的相對(duì)強(qiáng)弱，還要看電解質(zhì)溶液的種類。例如：Mg、Al為電極，若以H2SO4溶液為電解質(zhì)溶液，則Mg為負(fù)極；若以NaOH溶液為電解質(zhì)溶液，則Al為負(fù)極。對(duì)點(diǎn)演練3已知空氣鋅電池的電極反應(yīng)式為鋅片：Zn2OH2e=ZnOH2O，碳棒：O2H2O2e=2OH。據(jù)此判斷，鋅片為()A正極，被還原B正極，被氧化C負(fù)極，被還原 D負(fù)極，被氧化解析：選D由電極反應(yīng)式可知：Zn失去電子，化合價(jià)升高，被氧化，為原電池的負(fù)極。新知探究把反應(yīng)：2FeCl3Cu=2FeCl2CuCl2設(shè)計(jì)成原電池，畫出裝置圖，并寫出電極反應(yīng)式。提示：裝置圖如圖所示正極：2Fe32e=2Fe2負(fù)極：Cu2e=Cu2。名師點(diǎn)撥原電池原理的應(yīng)用1比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱(1)原理：一般原電池中活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬作負(fù)極，活動(dòng)性較弱的金屬作正極。(2)應(yīng)用：A、B兩種金屬用導(dǎo)線連接后插入稀H2SO4中，若A極溶解，B極上冒氣泡，則活動(dòng)性AB。2加快化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行(1)原理：在原電池中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進(jìn)行，溶液中的粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)相互間的干擾小，使化學(xué)反應(yīng)加快。(2)應(yīng)用：實(shí)驗(yàn)室中用Zn和稀H2SO4制取H2時(shí)，通常滴入幾滴CuSO4溶液，原因是Zn與置換出的Cu構(gòu)成原電池，加快了反應(yīng)的進(jìn)行。3原電池的設(shè)計(jì)以ZnH2SO4=ZnSO4H2為例說明。 對(duì)點(diǎn)演練4有a、b、c、d四個(gè)金屬電極，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：實(shí)驗(yàn)裝置部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象a極質(zhì)量減小，b極質(zhì)量增大b極有氣體產(chǎn)生，c極無變化d極溶解，c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活動(dòng)性順序是()AabcdBbcdaCdabc Dabdc解析：選C裝置一是原電池，a極質(zhì)量減小，說明a極金屬失電子形成離子，故a極金屬比b極金屬活潑；裝置二沒有形成原電池，可知b比c活潑，且c位于金屬活動(dòng)性順序表中氫的后面；裝置三形成原電池，易知d比c活潑；裝置四中，電流從a極流向d極，則電子是從d極流向a極，知 d 比a活潑。因此四種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)閐abc。5某原電池的總反應(yīng)的離子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，則該反應(yīng)的原電池組成正確的是()選項(xiàng)ABCD正極ZnCuAgCu負(fù)極CuZnCuFe電解質(zhì)溶液CuCl2CuSO4H2SO4ZnCl2解析：選B根據(jù)原電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，負(fù)極反應(yīng)為：Zn2e=Zn2，正極反應(yīng)為：Cu22e=Cu。故選項(xiàng)B符合題意。新知探究1干電池(一次電池)放電之后不能再充電繼續(xù)使用。電池類型負(fù)極材料正極材料電解質(zhì)鋅錳電池鋅筒碳棒NH4Cl堿性鋅錳電池鋅筒碳棒KOH鋅錳電池的負(fù)極反應(yīng)式為Zn2e=Zn2。2充電電池(二次電池)電池類型負(fù)極材料正極材料電解質(zhì)鉛蓄電池PbPbO2H2SO4鎳鎘電池CdNiO(OH)KOH鋰離子電池Li鉛蓄電池的負(fù)極反應(yīng)式為Pb2e=PbSO4。3燃料電池電池類型負(fù)極反應(yīng)式正極反應(yīng)式電池總反應(yīng)式氫氧燃料電池(H2SO4為電解質(zhì))2H24e=4HO24H4e=2H2O2H2O2=2H2O氫氧燃料電池(KOH為電解質(zhì))2H24OH4e=4H2OO22H2O4e=4OH名師點(diǎn)撥化學(xué)電池的基本類型(1)活潑金屬作負(fù)極，被腐蝕或消耗，發(fā)生氧化反應(yīng)，如鋅錳干電池。(2)兩電極都參加反應(yīng)，如鉛蓄電池。(3)兩電極均為惰性電極，電極本身不發(fā)生反應(yīng)，而是由引入到兩極上的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，如燃料電池。對(duì)點(diǎn)演練6電池是人類生產(chǎn)和生活中的重要能量來源。各式各樣電池的發(fā)明是化學(xué)對(duì)人類的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)。下列有關(guān)電池的敘述正確的是()A鋅錳干電池工作一段時(shí)間后碳棒變細(xì)B氫氧燃料電池是將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹸氫氧燃料電池工作時(shí)氫氣在負(fù)極被氧化D太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅解析：選C鋅錳干電池中，碳棒作正極，電極本身不參加任何反應(yīng)，故不會(huì)變細(xì)，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；燃料電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；氫氧燃料電池中的總反應(yīng)為2H2O2=2H2O，H2在負(fù)極被氧化；C選項(xiàng)正確；太陽能電池的主要材料是半導(dǎo)體硅而不是SiO2，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。1雙選關(guān)于用水制取二次能源氫氣，以下研究方向不正確的是()A構(gòu)成水的氫和氧都是可以燃燒的物質(zhì)，因此可以研究在水不分解的情況下，使氫氣成為二次能源B設(shè)法將太陽光聚焦，產(chǎn)生高溫，使水分解產(chǎn)生氫氣C尋找高效催化劑，使水分解產(chǎn)生氫氣，同時(shí)釋放出能量D尋找特殊化學(xué)物質(zhì)，用以開發(fā)廉價(jià)能源，以分解水制取氫氣解析：選A、CA中的錯(cuò)誤有兩個(gè)：一是構(gòu)成水分子中的氫不可燃(因?yàn)闅錇?價(jià)，不能再被氧化)，氧也不可燃；二是水不分解時(shí)，水若為能源應(yīng)是一次能源；C中水分解是吸熱反應(yīng)，因此不能釋放能量。2如圖是某同學(xué)做完ZnCu原電池實(shí)驗(yàn)后所做的讀書卡片記錄，其中描述合理的組合是()ABC D解析：選C在該原電池中，Zn比Cu活潑，故Zn作負(fù)極，銅作正極，電子由Zn流出經(jīng)導(dǎo)線流向Cu片。負(fù)極反應(yīng)為Zn2e=Zn2，正極反應(yīng)為2H2e=H2，故每轉(zhuǎn)移1 mol電子時(shí)，產(chǎn)生0.5 mol H2。在溶液中，H向正極移動(dòng)，SO向負(fù)極移動(dòng)，故正確。3下列圖示的裝置不能構(gòu)成原電池的是()解析：選CC選項(xiàng)中兩種金屬都不能和稀H2SO4發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，故C選項(xiàng)中裝置不能構(gòu)成原電池。4(2016山東萊蕪高一檢測(cè))X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硝酸鹽溶液中，X的表面有Z析出，X與Y組成原電池時(shí)，Y為原電池的負(fù)極。X、Y、Z三種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)?)AXYZBXZYCYXZ DYZX解析：選CX浸入Z的硝酸鹽溶液中，X的表面有Z析出，說明活潑性XZ；X與Y組成原電池時(shí)，Y為電池的負(fù)極，說明活潑性YX。故三種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)閅XZ。5下列有關(guān)電池的說法不正確的是()A手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池B銅鋅原電池工作時(shí)，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極C甲醇燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極解析：選B電池中電子由負(fù)極流向正極，B項(xiàng)應(yīng)從Zn電極流向Cu電極。6(2016蘭州高一檢測(cè))(1)把一塊純凈的鋅片插入裝有稀硫酸的燒杯里，可觀察到鋅片上有氣泡，再平行插入一塊銅片，可觀察到銅片上_(填“有”或“沒有”)氣泡產(chǎn)生，再用導(dǎo)線把鋅片和銅片連接起來，組成一個(gè)原電池，負(fù)極為_，正極的電極反應(yīng)式為_。(2)如果燒杯中最初裝入的是500 mL 2 mol/L的稀硫酸，構(gòu)成銅鋅原電池(假設(shè)產(chǎn)生的氣體沒有損失)，當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)狀況下收集到11.2 L的氫氣時(shí)，則此時(shí)燒杯內(nèi)溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度應(yīng)為(溶液體積變化忽略不計(jì))_。解析：(1)銅片插入稀硫酸中，二者不反應(yīng)，沒有氣泡