2020高考化学第一轮复习 专题 化学能转化为电能学案 鲁科版

2020高考化学第一轮复习 专题 化学能转化为电能学案 鲁科版

专题 化学能转化为电能 ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ ‎ 高考第一轮复习《化学选修4》‎ 第1章 化学反应与能量 第3节 化学能转化为电能——电池 ‎1. 原电池的工作原理。‎ ‎2. 化学电源。‎ ‎（1）锌锰干电池 ‎（2）铅蓄电池 ‎（3）氢氧燃料电池 ‎3. 金属的腐蚀与防护 ‎（1）金属腐蚀的电化学原理 ‎（2）金属的防护 二. 教学目的：‎ ‎1. 了解原电池工作原理。‎ ‎2. 掌握根据电极反应判断阴极和阳极、根据电流方向判断电池正极和负极的方法。‎ ‎3. 了解电极反应的概念。‎ ‎4. 了解原电池的实际应用、常见化学电源的种类及工作原理。‎ ‎5. 了解金属腐蚀的电化学原理以及防护的原则。‎ 三. 重点和难点 ‎1. 原电池的工作原理。‎ ‎2. 电池电极的判断，电极反应和电池反应式的书写。‎ ‎3. 金属腐蚀的电化学原理及金属的防护。‎ 四. 考点分析 本节内容在高考中的主要考查点是：‎ ‎1. 原电池原理的应用。‎ ‎2. 电池电极的判断。‎ ‎3. 电极反应和电池反应式的书写。‎ ‎4. 金属腐蚀的电化学原理及金属防护措施。‎ 五. 知识要点 ‎ 1. 原电池是___________的装置。盐桥既可以使___________，又可以使___________，其导电原理是_________________________________。‎ ‎ 2. 在铜锌原电池中，电极反应分别是：正极__________，负极___________。总反应式是_________________________________。‎ ‎ 3. 可充电电池放电时是___________，将___________能转化为___________能，充电时是一个___________，将___________能转化为___________能储存起来。‎ ‎ 4. 锌锰干电池分为___________和___________两种干电池，负极上发生的电极反应为______________________，正极上发生的电极反应为______________________。‎ 8‎ ‎ 5. 铅蓄电池的结构比较复杂，其电极反应式为：负极______________________，正极_________________________________。‎ ‎ 6. 氢氧燃料电池，在酸性条件下电极反应为：负极______________________，正极______________________。碱性条件下电极反应为：负极______________________，正极______________________。‎ ‎ 7. 吸氧腐蚀中，负极上发生的反应为______________________，正极上发生的反应为______________________，原电池反应为______________________。‎ ‎ 8. 金属防护的方法主要有___________、___________、___________等。‎ ‎ 注意：‎ ‎ 1. 原电池的工作原理 ‎ （1）原电池的定义：能把化学能转化为电能的装置叫原电池。原电池反应的本质是氧化还原反应。‎ ‎ （2）原电池的电极：负极：电子流出的一极，发生氧化反应的一极，电流流入的一极。‎ ‎ 正极：电子流入的一极，发生还原反应的一极，电流流出的一极。‎ ‎ （3）构成原电池的条件：‎ ‎ ①两个活泼性不同的电极 ②电解质溶液 ③形成闭合回路（或在溶液中接触）‎ 知识要点 实例 概念 将化学能转化为电能的装置 CuSO4溶液 自发反应：‎ ‎＝Cu＋ZnSO4‎ 实质 化学能转化为电能 构成前提 能自发地发生氧化还原反应 构成条件 ‎①两个电极 ‎②电解质溶液 ‎③“两极”“一液”联成回路 ‎④能自发地发生氧化还原反应 电极构成 负极：还原性相对较强的材料 正极：还原性相对较弱的材料 Zn板——负极 Cu板——正极 Zn板——负极 Cu板——正极 电极反应 负极：失去电子，氧化反应 正极：得到电子，还原反应 负极：＋‎ 正极：→Cu 负极：＋‎ 正极：→Cu 电子流向电流流向 外电路：电子由负极流向正极，电流方向相反 内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极，电流由负极流向正极 外电路：电子由Zn板经导线流向Cu板。内电路：、移向Zn板（负极）；、移向Cu板（正极）‎ 外电路：电子由Zn板经导线流向Cu板 内电路：盐桥中的移向Zn板，盐桥中的移向Cu板 8‎ 电极反应与反应总式的关系 两个电极反应式加合，即得反应总式 负极：＋‎ 正极：→Cu 总式：＝‎ 负极：‎ 正极：→Cu 总式：＝‎ 重要应用 ‎①制作电池 ‎②防止金属被腐蚀 ‎③提高化学反应速率 ‎①制作干电池、铅蓄电池、新型高能电池；②用粗锌代替纯锌制取，反应速率快；③Fe与Zn相连接，处于电解质溶液中，Fe受保护 可设计和生产种类繁多的化学电池，且提高电池效率 ‎ 2. 常见化学电源 名称 电极材料 电解质 电极反应 电池反应 酸式锌锰干电池 正极：石墨 负极：锌 NH4Cl和ZnCl2‎ 负极：＋‎ 正极：→‎ ‎＋‎ 碱性锌锰干电池 正极：MnO2‎ 负极：锌 KOH 负极：→‎ 正极：＋‎ ‎＝‎ 铅蓄 电池 正极：PbO2‎ 负极：Pb ‎30%‎ H2SO4‎ 溶液 负极： ‎ 正极：PbO2＋4H＋＋‎ ‎＋‎ 氢氧燃料电池 正极：石墨 负极：石墨 KOH 溶液 负极：4H2O＋4e－‎ 8‎ 正极：→‎ 铝—空气—海水电池 负极：‎ 正极： →‎ ‎=‎ 锌银 电池 正极：Ag2O 负极：Zn KOH 溶液 负极：＋‎ 正极：=‎ 锂电池 正极：石墨 负极：Li LiAlCl4‎ SOCl2‎ 负极：‎ 正极：‎ ‎＋‎ ‎ 3. 金属的腐蚀与防护 ‎ （1）金属的腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。‎ ‎ ①实质：金属原子（M）失去电子而被氧化的过程，即。‎ ‎②类型：有电化学腐蚀和化学腐蚀两种。‎ a. 电化学腐蚀：不纯的金属（或合金）接触到电解质溶液发生原电池反应，相对较活泼的金属失去电子而被氧化所引起的腐蚀。‎ 以铁为例 i 析氢腐蚀：正极反应为：‎ ii 吸氧腐蚀：正极反应为：‎ 负极均为：‎ b. 化学腐蚀：金属跟接触到的物质（一般为非电解质）直接发生氧化还原反应而引起的一种腐蚀。‎ ‎（2）金属的防护 金属防护的基本思路是防止金属与其他溶液化学物质直接接触，防止金属形成原电池。常用的防护方法有：①改变金属的结构；②加保护层；③电化学保护法。‎ 8‎ ‎【典型例题】‎ ‎ 例1. 从理论上说氧化还原反应都可以设计为原电池，试根据反应：＋，设计一个原电池并写出电极反应。‎ ‎ 分析：联想铜、锌、硫酸原电池的正、负极和电池总反应：，分析氧化还原反应：，Cu被氧化，因而作负极；被还原，作电解质；再选择一种比铜更不活泼的金属或石墨作正极，即可构成原电池。‎ ‎ 答案：正极（石墨）：‎ ‎ 负极（Cu）：‎ ‎ 例2. 碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：‎ ‎ ‎ ‎ 下列说法错误的是（ ）‎ ‎ A. 电池工作时，锌失去电子 B. 电池正极的电极反应式为：‎ C. 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D. 外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减少‎6.5g 分析：锌为电极，在反应中失去电子；电池工作时，电流由正极通过外电路流向负极，而电子定向移动的方向应为电流的反方向，故C错误。根据电子守恒可知D项正确。由该电池反应的总反应式和原电池的原理写出正极反应式，可知B正确。‎ 答案：C ‎ 例3. 如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（ ）‎ 8‎ ‎ A. ②①③④ B. ④③①② C. ④②①③ D. ③②④①‎ ‎ 分析：②、③、④实质均为原电池装置，③中Fe为正极，被保护；②、④中Fe为负极，均被腐蚀，但相对来说，Fe和Cu的金属活动性较Fe和Sn的差别大，故Cu—Fe原电池中Fe被腐蚀得最快。①中因铁不纯而发生微小原电池反应。‎ ‎ 答案：C ‎ 例4. 有X、Y、Z、W四种金属。已知的碱性大于，可使Z氧化，W可与热水反应产生，X不能与热水反应，把X的金属片插入稀硫酸，让金属丝Z与X接触，则X的溶解速率加快，这四种金属活动性强弱的关系一定是（ ）‎ ‎ A. X>Y B. Z>Y C. W>Z D. Z>X ‎ 分析：由金属的氢氧化物的碱性判断金属活动性的前提条件是：主族元素的最高价氧化物的水化物碱性越强，则金属的活动性越强。实际上是比较金属的还原性。‎ ‎ 的碱性大于的碱性，没有提到主族元素的最高价氧化物的水化物，所以不能确定X和Y的活动性大小，可使Z氧化不能确定X和Z的金属性的大小，如、，W可与热水反应产生，X不能与热水反应，可判断金属性W>X，另外，X>Z，因此，W>Z。‎ ‎ 答案：C ‎ 例5. 阿波罗号宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池，其电池反应为：，电解质溶液为KOH溶液，反应保持在较高温度，使蒸发，则下列叙述中正确的是（ ）‎ ‎ A. 此电池能发出蓝色火焰 B. 为正极，为负极 C. 工作时，电解质溶液的pH不断减小 D. 电极反应为负极：；正极：‎ 分析：原电池是将化学能转变为电能的装置。显然选项A不正确。由于电池反应为：，通的一极失电子为电池负极，发生反应：＋，通的一极得电子为电池正极，发生反应：‎ 8‎ ‎。整个过程中介质KOH并没有消耗，由于不断蒸发，pH基本保持不变。‎ 答案：D 例6. 家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是（ ）‎ A. ‎ B. ‎ C. ‎ D. ‎ ‎ 分析：洗过的铁锅在空气中放置，可发生吸氧腐蚀。负极发生的反应为＋，正极发生的反应为，总反应式为=‎ ‎，而又被氧化为红褐色的。‎ ‎ 答案：D ‎ 例7. 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：‎ 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 分析：依据原电池原理判断：a电极通入发生氧化反应，作负极，其电极反应为；b电极通入发生还原反应，作正极，其电极反应为 8‎ ‎；氢氧燃料电池的产物为，无污染，具有良好的应用前景，且氧化剂（来自空气）不必储存在电池内，由上知B项不正确。‎ 答案：B 8‎