2020版新教材高中化学第2章化学键化学反应规律第2节第2课时化学反应能量转化的重要应用--化学电池课件鲁科版必修第二册

2020版新教材高中化学第2章化学键化学反应规律第2节第2课时化学反应能量转化的重要应用--化学电池课件鲁科版必修第二册

第 2 课时　化学反应能量转化的重要应用 —— 化学电池 知识铺垫 新知预习 自主测试 1 . 锌与硫酸反应的离子方程式为 Zn+2H + =Zn 2+ +H 2 ↑, 反应中锌失电子 , 发生 氧化 反应 ,H + 做氧化剂 , 发生 还原 反应。 2 .H 2 的燃烧反应中 ,H 2 做 还原剂 ,O 2 做 氧化剂 , 反应中化学能转化为 热能 和 光能 。 知识铺垫 新知预习 自主测试 一、原电池 原电池是一种利用 氧化还原 反应将 化学能 直接转化成 电能 的装置。 二、氢氧燃料电池 1 . 氢氧燃料电池两电极的反应类型 氢气是 负极 反应物 , 氢气分子中氢原子在负极上失电子 , 氢气发生 氧化 反应 ; 氧气是 正极 反应物 , 氧气分子在正极上得电子 , 氧气发生 还原 反应。 2 . 氢氧燃料电池原理 氢氧燃料电池产生电流的原因是在两个石墨电极上有 得失电子 能力不同的物质 —— 氢气和氧气 , 当形成 闭合回路 时 , 便会产生电流。 知识铺垫 新知预习 自主测试 3 . 组装电池需要满足的基本条件 负极反应物与负极材料 , 正极反应物与正极材料 ; 传导电荷的电解质作为 离子 导体 ; 导线作为 电子 导体 , 起到传导电子形成闭合回路的作用。 知识铺垫 新知预习 自主测试 三、设计简单原电池 四、常见化学电源 市场上的化学电源有 干电池 ( 属于一次电池 ) 、 充电电池 ( 又称二次电池 ) 和 燃料电池 。 知识铺垫 新知预习 自主测试 【微思考 1 】 原电池原理中的 “ 闭合回路 ” 其含义是什么 ? 提示 : 原电池在工作时 , 带电粒子是按照一定的规律、沿一定方向运动的。应当从两方面掌握 , 一是溶液中的阴离子向负极方向运动 , 而带正电的阳离子向正极方向运动。二是导线上电子从负极流向正极 , 电流从正极流向负极。整个回路上带同种电荷的粒子沿一个方向在不停地运动 , 示意图如下 : 知识铺垫 新知预习 自主测试 【微思考 2 】 在锌与稀硫酸反应时 , 若滴几滴硫酸铜溶液 , 产生气泡的速度会加快 , 试分析其原因。 提示 : 滴加硫酸铜溶液后 , 会有少量锌与硫酸铜反应置换出铜。然后铜、锌分别作为原电池的两个电极而形成原电池 , 从而加快锌与稀硫酸的反应。 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) 在原电池构成的闭合回路中 , 电子从原电池的正极通过导线流向负极。 ( 　　 ) (2)HCl+NaOH=NaCl+H 2 O 是放热反应 , 可以设计成原电池。 ( 　　 ) (3) 将铜片和锌片用导线连接插入酒精中 , 电流表指针发生偏转。 ( 　　 ) (4) 在铜、锌及稀硫酸构成的原电池中 , 电子由锌通过导线流向铜 , 再由铜通过电解质溶液到达锌。 ( 　　 ) (5) 原电池中的负极反应一定是电极材料失电子。 ( 　　 ) 答案 : (1)× 　 (2)× 　 (3)× 　 (4)× 　 (5)× 知识铺垫 新知预习 自主测试 2 . 下图为水果电池的示意图 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 锌片作负极 , 质量逐渐减少 B. 电子由铜片沿导线流向锌片 C. 铜电极逐渐溶解 D. 该装置能将电能转化为化学能 答案 : A 解析 : 锌比铜活泼 , 所以 Zn 做负极 ,Zn 失去电子发生氧化反应 ,Zn 2+ 进入溶液 , 所以锌片质量减少 ,A 正确 ;Zn 为负极 ,Cu 为正极 , 所以电子从锌片沿导线流向铜片 ,B 错误 ; 铜电极发生还原反应 , 水果中的氢离子发生还原反应生成氢气 , 所以 Cu 不溶解 ,C 错误 ; 该装置是原电池 , 原电池把化学能转化为电能 ,D 错误。 知识铺垫 新知预习 自主测试 3 . 下图为氢氧燃料电池原理示意图 , 按照此图的提示 , 下列叙述不正确的是 ( 　　 ) A.a 电极是负极 B.b 电极的电极反应为 :4OH - -4e - =2H 2 O+O 2 ↑ C. 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D. 氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 知识铺垫 新知预习 自主测试 答案 : B 解析 : 依据原电池原理分析判断 ,a 电极上发生反应 H 2 -2e - =2H + , 是负极 ;b 电极上发生反应 O 2 +2H 2 O+4e - =4OH - , 是正极。氢氧燃料电池的能量转化率较高 , 而且产物 H 2 O 是一种无污染的物质 , 是一种具有应用前景的绿色电源。氢氧燃料电池中通入 H 2 和 O 2 就能工作 , 无需将 H 2 、 O 2 储藏在电池内部。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 原电池工作原理及正负极的判断 问题探究 下图是某同学设计的两个实验装置 甲、乙两个装置能不能构成原电池 ? 若能 , 铜片分别是原电池的正极还是负极 ? 若不能 , 请说明原因。 提示 : 甲、乙两个装置都有正、负极材料 , 也有正、负极反应物 , 有离子导体和电子导体 , 能发生氧化还原反应 , 故可以构成原电池。甲中铜片做正极 , 乙中铜片做负极。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 知识归纳 1 . 原电池工作原理示意图 ( 以铜锌原电池为例 ) 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 (1) 电极反应式。 负极 (Zn):Zn-2e - =Zn 2+ ( 氧化反应 ) 正极 (Cu):2H + +2e - =H 2 ↑( 还原反应 ) (2) 原电池总反应式 :Zn+2H + =Zn 2+ +H 2 ↑ 。 (3) 粒子流向。 ① 电子流向 ( 外电路 ): 负极 → 导线 → 正极。电流方向与电子流向相反。 ② 离子流向 ( 内电路 ): 离子导体中阴离子向负极移动 , 阳离子向正极移动。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 2 . 原电池正、负极的判断 (1) 由构成原电池的两电极材料判断 , 一般是活泼的金属为负极 , 活泼性弱的金属或能导电的非金属为正极。 (2) 根据电流或电子流动方向判断 , 外电路中电流是由正极流向负极 , 电子是由负极流向正极。 (3) 根据原电池的离子导体中离子的定向移动来判断 , 阳离子移向的电极是正极 , 阴离子移向的电极是负极。 (4) 根据原电池的两极发生的反应来判断 , 原电池的负极总是失去电子发生氧化反应 , 原电池的正极总是得到电子发生还原反应。 (5) 根据特定的现象来判断 , 溶解、质量减少的电极是负极 , 质量增加或产生气泡的电极是正极等。 (6) 有些还要根据具体的电解质与电极的情况 , 如 Mg 、 Al 与 NaOH 溶液组成的原电池 , 由于 Mg 与 NaOH 溶液不反应 , 而 Al 可以反应 , 所以不是活泼性强的 Mg 做负极 , 而是 Al 做负极。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 典例剖析 例 1 由锌片和石墨棒作为电极的原电池 , 电极反应分别是 :( 石墨 )2H 2 O+O 2 +4e - =4OH - ,( 锌片 )2Zn+4OH - -4e - =2ZnO+2H 2 O, 下列说法不正确的是 ( 　　 ) A. 电子从石墨经外电路流向锌片　　 B. 锌片是负极 , 发生氧化反应 C. 石墨是正极 , 该电极上发生还原反应 D. 原电池是将化学能转化为电能的装置 答案 : A 解析 : 根据原电池原理 , 电子由锌片通过外电路流向石墨 ,A 项错误 ; 根据电极反应式可知 , 锌片失电子发生氧化反应而做负极 , 氧气在正极石墨电极上发生还原反应 ,B 项、 C 项正确 ; 原电池是将化学能转化为电能的装置 ,D 项正确。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 原电池的判断方法 ——“ 四看 ” 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 变式训练 1 - 1 如图装置中 ,“→” 表示电子的移动方向。则电极材料 A 、 B 分别可能是 ( 　　 ) A. 石墨、石墨 B.Cu 、 Al C.Mg 、石墨 D.Ag 、 Zn 答案 : C 解析 : 石墨与稀硫酸不反应 , 不能形成原电池 , 故 A 项错误 ;Al 比 Cu 活泼 , 所以 Al 做负极 , 电子的移动方向与题意不符 , 故 B 项错误 ;Mg 能与稀硫酸发生反应 , 镁做负极 , 失去的电子沿导线流向石墨 , 故 C 项正确 ;Zn 比 Ag 活泼 ,Zn 做负极 , 电子的移动方向与题意不符 , 故 D 项错误。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 变式训练 1 - 2 如图是 Zn 和 Cu 组成的原电池示意图 , 某小组做完该实验后 , 在读书卡片上作了如下记录 , 其中合理的是 ( 　　 ) 实验记录 : ① 导线中电流方向 : 锌 → 铜 ② 铜电极上有气泡产生 ③ 锌片变薄 实验结论 : ④ Zn 为正极 ,Cu 为负极 ⑤ 铜比锌活泼 ⑥ H + 向铜片移动 A. ①②③ B. ④⑤⑥ C. ③④⑤ D. ②③⑥ 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案 : D 解析 : ① 导线中电流方向是铜 → 锌 , 故错误 ; ② 铜电极上氢离子得电子生成氢气 , 有气泡生成 , 故正确 ; ③ 锌片失电子生成锌离子进入溶液 , 导致锌片变薄 , 故正确 ; ④ 反应中锌失电子做负极 , 铜得电子做正极 , 故错误 ; ⑤ 锌比铜活泼 , 故错误 ; ⑥ 原电池放电时 , 氢离子向正极铜片移动 , 硫酸根离子向负极锌片移动 , 故正确。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 原电池原理的应用 问题探究 某科研小组设计上述装置研究铁的腐蚀 , 当关闭 K 时 , 铁片上产生气泡 , 一段时间后 , 取出干燥 , 称量其质量没有明显变化。当断开 K 时 , 铁片上也产生气泡 , 一段时间后 , 取出干燥 , 其质量减小。从中你得到什么启示 ? 提示 : 为了防止金属被腐蚀 , 可以将该金属作为原电池的正极从而得到保护。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 知识归纳 原电池原理的应用 (1) 加快氧化还原反应速率。 如实验室用 Zn 和稀硫酸 ( 或稀盐酸 ) 反应制备 H 2 时常用粗锌 , 原因是粗锌中的杂质、锌和稀硫酸形成原电池 , 加快了锌的腐蚀 , 使产生 H 2 的速率加快。 (2) 比较金属的活动性强弱。 原电池中 , 一般活动性强的金属做负极 , 活动性弱的金属做正极。如有两种金属 A 和 B, 用导线连接后插入稀硫酸中 , 若观察到 A 极溶解 ,B 极上有气泡产生 , 由原电池原理可知 , 金属活动性为 A>B 。 (3) 金属腐蚀的防护。 在轮船外壳上镶嵌锌块 , 在海水中形成原电池 , 锌做负极失去电子 , 铁受到保护而不被腐蚀。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 (4) 设计原电池。 以反应 Cu+2FeCl 3 =2FeCl 2 +CuCl 2 为例设计原电池。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 典例剖析 例 2 对于 a 、 b 、 c 、 d 四种金属片 , 若 a 、 b 用导线相连浸泡在稀盐酸中 ,H + 移向 b;c 、 d 用导线相连浸泡在稀硫酸中 ,c 的质量减小 ;a 、 c 用导线相连浸泡在稀 AgNO 3 溶液中时 ,c 上附着上一层黑色物质 ;d 浸泡在 b 的硝酸盐溶液中 , 置换出 b 的单质。这四种金属的活动顺序由强到弱为 ( 　　 ) A.a>b>c>d B.c>a>b>d C.a>c>d>b D.b>d>c>a 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案 : C 解析 : a 、 b 、 c 、 d 四种金属片 , 若 a 、 b 用导线相连浸泡在稀盐酸中 ,H + 移向 b, 则 b 为正极 ,a 为负极 , 所以活泼性是 a>b;c 、 d 用导线相连浸泡在稀硫酸中 ,c 的质量减轻 , 则 c 为负极 ,d 为正极 , 所以活泼性是 c>d;a 、 c 用导线相连浸泡在稀 AgNO 3 溶液中时 ,c 上附着上一层黑色物质 , 则 a 易失去电子 , 活泼性是 a>c;d 浸泡在 b 的硝酸盐溶液中 , 置换出 b 的单质 , 说明活泼性是 d>b; 综上可知四种金属的活动性顺序是 a>c>d>b 。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 变式训练 2 - 1 如下图所示的装置中 , 观察到电流计指针偏转 ,M 棒变粗 ,N 棒变细 , 并测得电解质溶液的质量减小 , 由此判断下表中所列 M 、 N 、 P 物质 , 其中可以成立的是 ( 　　 ) 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案 : C 解析 : 根据题意分析可知 N 为负极 ,M 为正极。 M 极材料 (Zn) 比 N 极 (Cu) 活泼 ,A 项错误 ;M 极上质量不增加 , 溶液中的氢离子得电子生成氢气 ,B 项错误 ;N 极材料比 M 极活泼 , 且 M 极上有银析出 , 所以质量增加 ,C 项正确 ;M 极材料 (Zn) 比 N 极 (Fe) 活泼 ,D 项错误。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 变式训练 2 - 2 等质量的两份锌粉 a 、 b, 分别加入过量的稀硫酸 , 同时向 a 中加入少量的 CuSO 4 溶液 , 如图表示产生 H 2 的体积 ( V ) 与时间 ( t ) 的关系 , 其中正确的是 ( 　　 ) 答案 : D 解析 : 由于 a 中 Zn 还与 CuSO 4 发生置换反应生成 Cu, 所以最后生成 H 2 的量小于 b, 但 a 中加入 CuSO 4 能形成 Zn - Cu 原电池 , 可加快反应速率 ,D 项正确。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 1 . 下列各个装置中能组成原电池的是 ( 　　 ) 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案 : B 解析 : 两电极的活泼性相同 , 所以不能构成原电池 ,A 错误 ; 符合原电池的构成条件 , 所以能构成原电池 ,B 正确 ; 酒精是非电解质 , 不能作为离子导体 , 该装置不能自发地进行氧化还原反应 , 所以不能构成原电池 ,C 错误 ; 装置不能形成闭合回路 , 所以不能构成原电池 ,D 错误。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 2 . 有关电化学知识的描述正确的是 ( 　　 ) A. 反应 CaO+H 2 O=Ca(OH) 2 可以放出大量的热 , 故可把该反应设计成原电池 , 把其中的化学能转化为电能 B. 原电池的两极一定是由活泼性不同的两种金属组成 C. 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 D. 原电池工作时 , 正极表面一定有气泡产生 答案 : C 解析 : CaO 与 H 2 O 反应为放热反应 , 但属于非氧化还原反应 , 不能设计为原电池 ,A 项错误 ; 原电池的负极应为活泼性较强的金属 , 正极材料为较不活泼的金属或石墨等 ,B 项错误 ; 充电电池是能够实现 “ 化学能和电能相互转化 ” 的电池 ,C 项正确 ; 原电池工作时 , 当 Zn 、 CuSO 4 溶液及 Cu 形成原电池时 , 正极析出的是铜 ,D 项错误。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 3 . 发生原电池的反应通常是放热反应 , 在理论上可设计成原电池的化学反应是 ( 　　 ) 答案 : D 解析 : 原电池反应是放热的氧化还原反应。 C 和 H 2 O 反应生成 CO 和 H 2 的反应为吸热反应 , 故 A 错 ;Ba(OH)·8H 2 O 和 NH 4 Cl 的反应不是氧化还原反应 , 且为吸热反应 , 故 B 错 ;CaC 2 和 H 2 O 的反应不是氧化还原反应 , 故 C 错 ;CH 4 和 O 2 的反应是氧化还原反应 , 且为放热反应 , 所以该反应可设计成原电池。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 4 . 某化学兴趣小组为研究原电池原理 , 设计如图装置。下列叙述正确的是 ( 　　 ) A. 若 X 为 Fe,Y 为 Cu, 则铁为正极 B. 若 X 为 Fe,Y 为 Cu, 则电子由铜片流向铁片 C. 若 X 为 Fe,Y 为 C, 则碳棒上有红色固体析出 D. 若 X 为 Cu,Y 为 Zn, 则铜离子在锌片上发生还原反应 答案 : C 解析 : 当 Fe 与 Cu( 或碳 ) 构成原电池时 , 铁为负极 , 失电子发生氧化反应 , 电子由铁电极流向铜电极 ( 或碳电极 ),Cu 2+ 在铜 ( 或碳棒 ) 上析出 ,A 、 B 项错误 ,C 项正确 ;Cu 、 Zn 构成原电池时 , 正极是铜棒 ,Cu 2+ 在铜棒发生还原反应而析出 ,D 项错误。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 5 .(1) 我国是世界上最早使用湿法炼铜的国家。湿法炼铜的原理是 Fe+CuSO 4 =FeSO 4 +Cu, 其中铁被 　　　　　　　　 ( 填 “ 氧化 ” 或 “ 还原 ”),CuSO 4 做 　　　　　 ( 填 “ 氧化 ” 或 “ 还原 ”) 剂。在该反应中 , 若生成了 1 mol Cu, 消耗 Fe 的物质的量是 　　　　　　　 。   (2) 某学习小组设计下图所示装置观察氧化还原反应中电子的转移。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 ① 实验 Ⅰ 中 ,Fe 与 CuSO 4 溶液反应的离子方程式是 　　　　　　　　　　 。   ② 根据实验 Ⅰ 的原理 , 推测实验 Ⅱ 中锌片上发生 　　　　　　　 ( 填 “ 氧化 ” 或 “ 还原 ”) 反应 ; 铜片上的实验现象是 　　　　　　　　 。   任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案 : (1) 氧化　氧化　 1 mol (2) ① Fe+Cu 2+ =Cu+Fe 2+ 　 ② 氧化 (6) 产生无色气泡 解析 : (1) 湿法炼铜的原理是 Fe+CuSO 4 =FeSO 4 +Cu, 其中铁失去电子被氧化 ,Cu 得到电子 ,CuSO 4 做氧化剂。由反应可知 , 若生成了 1 mol Cu, 消耗 Fe 的物质的量是 1 mol 。 (2) ① 铁的金属性强于铜 , 实验 Ⅰ 中 ,Fe 与 CuSO 4 溶液发生原电池反应 ,Fe 失去电子 , 铜离子得到电子 , 则 Fe 与 CuSO 4 溶液反应的离子方程式是 Fe+Cu 2+ =Cu+Fe 2+ 。 ② 锌的金属性强于铜 , 根据实验 Ⅰ 的原理 , 推测实验 Ⅱ 中 Zn 失去电子 , 氢离子得到电子 , 则锌片上发生氧化反应 , 铜片上氢离子得到电子生成氢气 , 即实验现象是产生无色气泡。