高中化學(xué)必修2 第2課時 化學(xué)反應(yīng)與電能

1、第2課時化學(xué)反應(yīng)與電能學(xué)業(yè)要求核心素養(yǎng)對接1.知道原電池是利用氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，通過實(shí)驗(yàn)會說明原電池的原理，以及判斷原電池的正、負(fù)極。2會正確書寫電極反應(yīng)式，熟知原電池的應(yīng)用。3記住干電池、充電電池、燃料電池等發(fā)展中的化學(xué)電源的特點(diǎn)。4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。1.通過對原電池的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理和模型認(rèn)知的能力。2通過對常見化學(xué)電源的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知的能力。3通過認(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，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。知識梳理知識點(diǎn)一化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能如圖是電能的來源，哪些是化學(xué)能轉(zhuǎn)化

2、為電能呢？請完成下列知識點(diǎn)：1燃煤發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化熱機(jī)械燃燒2原電池(1)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)63實(shí)驗(yàn)裝置注意圖中電子與離子流向?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象銅片：_鋅片：_電流表：_結(jié)論有_產(chǎn)生，裝置中_轉(zhuǎn)化為_有氣泡產(chǎn)生逐漸溶解指針偏轉(zhuǎn)電流化學(xué)能電能(2)原電池概念：將_能轉(zhuǎn)變?yōu)開能的裝置。(3)銅鋅原電池工作原理：電極材料電子轉(zhuǎn)移電極反應(yīng)式反應(yīng)類型ZnCu電池總反應(yīng)：_?；瘜W(xué)電失電子Zn2e=Zn2氧化反應(yīng)得電子2H2e=H2還原反應(yīng)Zn2H=Zn2H2(4)反應(yīng)本質(zhì)：原電池反應(yīng)的本質(zhì)是_。(5)構(gòu)成原電池的條件理論上，自發(fā)的_均可設(shè)計(jì)成原電池。必須自發(fā)兩個_(或一個為金屬，一個為能_ 的非金屬)電極。具有_溶液。形成_。

3、氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)活潑性不同的金屬導(dǎo)電電解質(zhì)閉合回路知識點(diǎn)二常見化學(xué)電源如圖是常用的化學(xué)電源，請完成下列知識點(diǎn)，以對它們有所了解：1干電池干電池是一種一次性電池，放電后_再充電。不能鋅筒石墨棒NH4ClNH4ClKOH2充電電池充電電池又稱為二次電池，它在放電時所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時可以_進(jìn)行，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。鉛酸蓄電池鎳氫電池鋰離子電池3燃料電池(1)原理：利用原電池工作原理將_和_反應(yīng)所放出的_直接轉(zhuǎn)化為_。(2)與其他電池的區(qū)別：反應(yīng)物由外設(shè)裝備提供_和_。逆向燃料氧化劑化學(xué)能電能燃料氧化劑微判斷(1)火力發(fā)電是化學(xué)能間接轉(zhuǎn)化為電能的過程()(2)HClNaOH=

4、NaClH2O是放熱反應(yīng)，可以設(shè)計(jì)成原電池()(3)將銅片和鋅片用導(dǎo)線連接插入酒精中，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)()(4)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()(5)原電池中陽離子向正極移動()(6)原電池中的負(fù)極反應(yīng)一定是電極材料失電子()(7)鋅錳干電池工作一段時間后碳棒變細(xì)()(8)氫氧燃料電池是將熱能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?)(9)氫氧燃料電池工作時氫氣在負(fù)極上被氧化()(10)太陽能電池的主要材料是高純度的二氧化硅()微訓(xùn)練1下列幾種化學(xué)電池中，不屬于可充電電池的是()答案AA堿性鋅錳電池B手機(jī)用鋰電池C汽車用鉛蓄電池D玩具用鎳氫電池2下列有關(guān)電池的說法不正確的

5、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，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)極答案B3下列裝置中能夠組成原電池的是_。解析構(gòu)成原電池的條件缺一不可：缺少一個電極；中電極相同；中酒精為非電解質(zhì)；中不能形成閉合回路。答案微思考原電池是由哪幾部分組成？各起什么作用？提示構(gòu)成原電池需有兩個活潑性不同的電極，將電極插入電解質(zhì)溶液中，兩電極間用導(dǎo)線連接使之構(gòu)成閉合回路。電極的作用是導(dǎo)電，有些電池中電極材料會參加反應(yīng)；導(dǎo)線的作用是傳導(dǎo)電子；電解質(zhì)溶液的作用是通過自由離子的移動傳導(dǎo)電荷。學(xué)習(xí)任務(wù)1原電池的構(gòu)成條件、工作原理及正、負(fù)極的判

6、斷如圖是原電池工作原理示意圖，結(jié)合本圖完成下列討論：1在銅鋅稀硫酸原電池中，電子是怎樣移動的？電子能否通過電解質(zhì)溶液？如果不能，電流是如何形成的？2(1)若將2中銅片換作石墨棒，能否產(chǎn)生電流？電極反應(yīng)有無變化？(2)若將2中稀硫酸換作硫酸銅溶液，能否產(chǎn)生電流？電極反應(yīng)有何不同？(3)若將稀硫酸換為酒精，還能否產(chǎn)生電流？提示(1)改為石墨棒后，仍然可以形成原電池，產(chǎn)生電流。鋅為負(fù)極，石墨棒為正極，電極反應(yīng)及原電池反應(yīng)均不變。(2)將稀硫酸換作硫酸銅溶液，也可以形成原電池，產(chǎn)生電流。鋅為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)：Zn2e=Zn2，銅為正極，發(fā)生還原反應(yīng)：Cu22e=Cu，總反應(yīng)為：ZnCu2=Zn2Cu

7、。(3)酒精是非電解質(zhì)，此時不能構(gòu)成原電池，因此不能產(chǎn)生電流。1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)電子的移動方向：負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線流向正極。(3)離子的移動方向：陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動。2原電池的判斷方法3原電池正、負(fù)極的判斷方法易錯提醒(1)構(gòu)成原電池的兩電極材料不一定都是金屬，正極材料可以為導(dǎo)電的非金屬，例如石墨。兩極材料可能參與反應(yīng)，也可能不參與反應(yīng)。(2)兩個活潑性不同的金屬電極用導(dǎo)線連接，共同插入電解質(zhì)溶液中不一定構(gòu)成原電池，必須有一個能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。(3)在判斷原電池正、負(fù)極時，既要考慮金屬活潑的強(qiáng)弱也要考慮電解質(zhì)溶液性

8、質(zhì)。如MgAlHCl溶液構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Mg；但是MgAlNaOH溶液構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Al，正極為Mg?！纠}1】在如圖所示裝置中，觀察到電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，M棒變粗，N棒變細(xì)，P為電解質(zhì)溶液。由此判斷下列M、N、P所代表的物質(zhì)可以成立的是()解析經(jīng)分析可知該裝置是原電池，其中M棒作正極，有金屬單質(zhì)析出，N棒作負(fù)極，失電子溶解。A項(xiàng)，鋅、銅、稀硫酸構(gòu)成原電池，則鋅是負(fù)極，M棒變細(xì)，A項(xiàng)錯誤；B項(xiàng)，鐵、銅、稀鹽酸構(gòu)成原電池，M棒上無金屬單質(zhì)析出，B項(xiàng)錯誤；C項(xiàng)，鋅、銀、硝酸銀溶液構(gòu)成原電池，則鋅是負(fù)極，M棒上有銀析出，C項(xiàng)正確；D項(xiàng)，鐵離子得到電子轉(zhuǎn)化為亞鐵離子，不能析出金屬，D項(xiàng)錯

9、誤。答案C變式訓(xùn)練1如圖是Zn和Cu形成的原電池，某實(shí)驗(yàn)興趣小組做完實(shí)驗(yàn)后，在讀書卡片上記錄如下，在卡片上描述合理的是()ABCD答案B學(xué)習(xí)任務(wù)2原電池原理的應(yīng)用如圖，蘋果插上兩個不同電極可以構(gòu)成原電池，那么怎樣設(shè)計(jì)原電池呢？請完成下列討論：1NaOHHCl=NaClH2O，這個反應(yīng)能設(shè)計(jì)成原電池嗎，為什么？提示不能，因?yàn)樗皇茄趸€原反應(yīng)。提示不能，雖然它是氧化還原反應(yīng)，但不是釋放能量的氧化還原反應(yīng)。3鋅與H2SO4反應(yīng)制H2時向溶液中加少量CuSO4后為什么反應(yīng)速率加快？提示鋅置換出銅構(gòu)成原電池。1加快氧化還原反應(yīng)的速率(1)原理：原電池中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進(jìn)行，使溶液中離子運(yùn)

10、動時相互的干擾減小，使反應(yīng)速率增大。(2)實(shí)例：實(shí)驗(yàn)室用Zn和稀硫酸反應(yīng)制取氫氣時，可滴入幾滴硫酸銅溶液，形成原電池，加快反應(yīng)速率。2比較金屬活潑性強(qiáng)弱(1)原理：一般原電池中，活潑金屬作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，不活潑金屬作正極，發(fā)生還原反應(yīng)。(2)實(shí)例：有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中，觀察到A極溶解，B極上有氣泡產(chǎn)生。由原電池原理可知，金屬活動性：AB。3設(shè)計(jì)原電池(1)依據(jù)：已知一個氧化還原反應(yīng)，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負(fù)極材料(或在負(fù)極上被氧化)，氧化劑(電解質(zhì)溶液中的陽離子)在正極上被還原。(2)選擇合適的材料。電極材料：電極材料必須導(dǎo)電。負(fù)極材料一般選擇較活潑

11、的金屬材料，或者在該氧化還原反應(yīng)中，本身失去電子的材料。電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液一般能與負(fù)極反應(yīng)。(3)實(shí)例：以FeCuSO4=FeSO4Cu為例【例題2】有a、b、c、d四個金屬電極，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性順序是()AabcdBbcdaCdabcDabdc解析裝置一是原電池，a極質(zhì)量減小，說明a極金屬易失去電子形成離子，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位于金屬活動性順序表中氫的后面；裝置三和四均形成原電池，

12、易知d比c活潑，d比a活潑。因此四種金屬的活動性順序?yàn)閐abc，故選C。答案C變式訓(xùn)練2鋅空氣電池(如圖所示)適宜用作城市電動車的動力電源，該電池放電時Zn轉(zhuǎn)化為ZnO。則該電池工作時，下列說法正確的是（雙選）()AZn電極是該電池的正極BZn電極的電極反應(yīng)式為ZnH2O2e=ZnO2HCOH向Zn電極移動D氧氣在石墨電極上發(fā)生還原反應(yīng)解析氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，石墨電極是正極，鋅電極是負(fù)極，A項(xiàng)錯誤，D項(xiàng)正確；鋅作負(fù)極，堿性條件下，負(fù)極的電極反應(yīng)式為Zn2OH2e=ZnOH2O，B項(xiàng)錯誤；原電池工作時，溶液中的陰離子向負(fù)極移動，即OH向Zn極移動，C項(xiàng)正確。答案CD學(xué)習(xí)任務(wù)3常見化學(xué)電源的特

13、點(diǎn)情境：如圖是干電池、鉛蓄電池、氫氧燃料電池的構(gòu)造圖，請回答下列問題：1一次電池和二次電池是否指分別只能使用一次和兩次的電池？提示一次電池是不可充電電池，電量一旦放完就無法再次使用；二次電池是可充電電池，電量放完后可進(jìn)行充電，可反復(fù)使用多次。2結(jié)合所學(xué)知識判斷：干電池與充電電池的本質(zhì)區(qū)別，燃料電池與干電池或蓄電池的主要差別。提示干電池是一次性電池，放電之后不能充電，即內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)是不可逆的；充電電池又稱二次電池，它在放電時所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時可以逆向進(jìn)行，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。燃料電池與干電池或蓄電池的主要差別在于反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)部，而是由外設(shè)裝備提供燃料和氧化劑等，

14、這時電池起著類似于試管、燒杯等反應(yīng)器的作用。幾種電池的特點(diǎn)名稱干電池(一次電池)充電電池(二次電池)燃料電池特點(diǎn)活性物質(zhì)(發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì))消耗到一定程度后，不能再使用電解質(zhì)溶液為膠狀，不流動放電后可再充電使活性物質(zhì)獲得再生可以多次充電，重復(fù)使用電極本身不包含活性物質(zhì)，只是一個催化轉(zhuǎn)換元件工作時，燃料和氧化劑連續(xù)地由外部供給，在電極上不斷地進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷地被排出舉例普通的鋅錳電池、堿性鋅錳電池、銀鋅電池等鉛蓄電池、鋰電池、鎳鎘電池等氫氧燃料電池、CH4燃料電池、CH3OH燃料電池等【例題3】下列有關(guān)電池的敘述不正確的是()A水果電池是方便實(shí)用的家用電池B鉛蓄電池是一種常用的二次電池

15、C氫氧燃料電池是一種高效、無污染的發(fā)電裝置D鋅錳干電池工作一段時間后，鋅外殼逐漸變薄解析水果電池產(chǎn)生的電流非常微弱且不能連續(xù)長時間放電，不能作為家用電池；鉛蓄電池是一種常用的二次電池，氫氧燃料電池產(chǎn)物為水，無污染；鋅錳干電池工作時，Zn放電被消耗，故工作一段時間后鋅外殼會逐漸變薄，B、C、D正確，A錯誤。答案A變式訓(xùn)練3下列說法正確的是()A鎳氫電池、鋰電池和堿性鋅錳干電池都是二次電池B燃料電池是一種高效但是會污染環(huán)境的新型電池C化學(xué)電池的反應(yīng)基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng)D鉛蓄電池放電的時候正極材料是Pb，負(fù)極材料是PbO2解析堿性鋅錳干電池是一次電池；燃料電池是一種高效且不會污染環(huán)境的新型電池；鉛蓄電

16、池放電的時候正極材料是PbO2，負(fù)極材料是Pb。答案C學(xué)習(xí)任務(wù)4(核心素養(yǎng))常見化學(xué)電源電極反應(yīng)式的書寫一、知識要點(diǎn)電極反應(yīng)方程式的書寫方法(1)負(fù)極反應(yīng)式的書寫活潑金屬作負(fù)極(電極材料本身反應(yīng))生成的陽離子與電解質(zhì)溶液不反應(yīng)時：Mne=Mn。若生成的陽離子與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，應(yīng)將“金屬失電子的反應(yīng)式”與“陽離子和電解質(zhì)溶液反應(yīng)的反應(yīng)式”疊加寫出。燃料電池(電極材料本身不反應(yīng))H2O2(H2SO4)燃料電池負(fù)極反應(yīng)式：H22e=2H。H2O2(KOH)燃料電池負(fù)極反應(yīng)式：H22e2OH=2H2O。(2)正極反應(yīng)式的書寫首先判斷在正極反應(yīng)的物質(zhì)當(dāng)負(fù)極材料與電解質(zhì)溶液能反應(yīng)時，在正極上發(fā)生電極反應(yīng)的

17、物質(zhì)是電解液中的某種粒子。當(dāng)負(fù)極材料與電解質(zhì)溶液不反應(yīng)時，在正極上發(fā)生電極反應(yīng)的是溶解在電解液中的O2。燃料電池中正極反應(yīng)的物質(zhì)是作氧化劑的物質(zhì)。根據(jù)具體情況書寫正極反應(yīng)式(也要考慮是否與電解液反應(yīng))H2O2(H2SO4)的正極反應(yīng)式：O24e4H=2H2O。H2O2(KOH)的正極反應(yīng)式：O24e2H2O=4OH。二、核心素養(yǎng)書寫方法培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知能力【素養(yǎng)解題】典例示范Li-SOCl2電池可用于心臟起搏器。該電池的電極材料分別為鋰和碳，電解液是LiAlCl4-SOCl2。電池的總反應(yīng)可表示為4Li2SOCl2=4LiClSSO2。請回答下列問題：(1)電池的負(fù)極材料為_，發(fā)生的

18、電極反應(yīng)為_；(2)電池正極發(fā)生的電極反應(yīng)為_；(3)SOCl2易揮發(fā)，實(shí)驗(yàn)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，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是_，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_；(4)組裝該電池必須在無水、無氧的條件下進(jìn)行，原因是_。解題模型正、負(fù)極材料鋰、碳電解液LiAlCl4SOCl2總反應(yīng)4Li2SOCl2=4LiClS注意點(diǎn)(1)正確判斷原電池的負(fù)極和正極，確定兩極上分別發(fā)生的具體反應(yīng)。(2)確認(rèn)電極得失電子后的產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)，若能反應(yīng)，則應(yīng)寫與電解質(zhì)溶液反應(yīng)后的電極反應(yīng)式。(3)在正極上，若是電解質(zhì)溶液中的某種離子被還原，提供該離子的電解質(zhì)

19、無論電離難易如何，一律寫離子符號(而在原電池反應(yīng)中，要遵循離子方程式的書寫規(guī)則，只有易溶的強(qiáng)電解質(zhì)用離子符號表示)。細(xì)分析分析反應(yīng)的化合價變化，可得Li為還原劑 ，SOCl2為氧化劑。(1)負(fù)極材料為Li(還原劑)，發(fā)生反應(yīng)：Lie=Li。(2)正極反應(yīng)式可由總反應(yīng)減去負(fù)極反應(yīng)式得到：2SOCl24e=4ClSSO2。(3)題中給出有堿液吸收時的產(chǎn)物，則沒有堿液而用水吸收時的產(chǎn)物應(yīng)為SO2和HCl，所以現(xiàn)象應(yīng)該為出現(xiàn)白霧和有刺激性氣味的氣體生成。(4)因?yàn)闃?gòu)成電池的兩個主要成分Li能和氧氣、水反應(yīng)，且SOCl2也與水反應(yīng)。得答案(1)LiLie=Li(2)2SOCl24e=4ClSSO2(3)

20、出現(xiàn)白霧，有刺激性氣味的氣體生成SOCl2H2O=SO2 2HCl(4)因?yàn)闃?gòu)成電池的主要成分Li能和氧氣、水反應(yīng)，且SOCl2也與水反應(yīng)三、對點(diǎn)訓(xùn)練1據(jù)媒體報(bào)道，以氫氧燃料電池為動力的公交車在北京試運(yùn)行。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)常作為電動汽車的動力源。該燃料電池以氫氣為燃料，空氣為氧化劑，鉑作催化劑，導(dǎo)電離子是H。下列對該燃料電池的描述中正確的是()答案C解析此題考查了原電池的基本原理，包括燃料電池的電極反應(yīng)、總反應(yīng)及電解液中離子的移動等相關(guān)理論。通過分析，反應(yīng)條件是點(diǎn)燃，顯然是錯誤的，其余各項(xiàng)均正確。2下列裝置中，能構(gòu)成原電池的是()A只有甲B只有乙C只有丙D除乙均可以答案C解析甲

21、裝置不能構(gòu)成閉合回路，乙裝置兩極材料相同，丁裝置酒精是非電解質(zhì)，只有丙裝置具備原電池的構(gòu)成條件。3某科學(xué)探究小組為探究電化學(xué)原理，設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。下列對實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象或相關(guān)結(jié)論的敘述錯誤的是（雙選）()解析a和b不連接時，沒有形成閉合回路，沒有構(gòu)成原電池，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，鐵把銅置換出來，A項(xiàng)正確；導(dǎo)線連接后，構(gòu)成原電池，鐵比銅活潑，鐵作負(fù)極，發(fā)生的反應(yīng)為Fe2e=Fe2，B項(xiàng)錯誤；根據(jù)選項(xiàng)A、B分析可知，無論a和b是否連接，鐵片均會被氧化，溶液中均有Fe2生成，C項(xiàng)正確；構(gòu)成原電池時，陽離子向正極移動，銅作正極，D項(xiàng)錯誤。答案BDAa和b不連接時，該裝置不能形成原電池，鐵片上有紅色的銅析出Ba和b用導(dǎo)線連接時，銅片為負(fù)極，發(fā)生的反應(yīng)為Cu22e=CuC無論a和b是否連接，鐵片均會被氧化，溶液中均有Fe2生成Da和b用導(dǎo)線連接時，溶液中的Cu2向鐵電極移動4有A、B、C、D四塊金屬片，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：A、B用導(dǎo)線相連后，同時浸入稀H2SO4溶液中，