2019版高中化学 第二章 化学反应与能量 第2节 化学能与电能 第2课时学案 新人教版必修2
必修2 第2章 第2节 第2课时 化学能与电能
OH‾
化学学习的神器
H L D
自主学习
对照课本，对几种典型的电池进行了解 完成学案
化学学习的神器
H L D
原电池电极反应的书写
e‾
负极：Al 正极：C 负极：Al 正极：C
氧化 Al
电解液：KOH 电解液：KOH
C 还原
I I
消耗阴离子
OH‾
生成阴离子
Al 4OH -3e AlO2 2 + 2H2 2O 2Al + 8OH‾ -6e‾ = 2AlO‾ ‾ + 4HO 6H2O +6e‾ = 3H2 + 6OH‾ 2H +2e H2 + 2OH‾
化学学习的神器
H L D
锂电池
Li + MnO2 = LiMnO2
化学学习的神器
H L D
燃料电池
常用燃料 氢气 甲醇 甲烷
化学学习的神器
H L D
电池的另一面
一节5号电池造成的污染能使1 一节5号电池造成的污染能使1平方米的土壤绝收 一粒纽扣电池可污染60万升水，等于一个人一生的饮水量 一粒纽扣电池可污染60万升水，等于一个人一生的饮水量 据不完全统计，中国电池年产量为180亿只，出口约100亿 据不完全统计，中国电池年产量为180亿只，出口约100亿 只，国内年消费量约80亿只，回收率不超过２％。 只，国内年消费量约80亿只，回收率不超过２％。 铅：神经系统（神经衰弱、手足麻木）、消化系统（消化不 良、腹部绞痛）、血液中毒和其他的病变。 汞：精神状态改变是汞中毒的一大症状。脉搏加快，肌肉颤 动，口腔和消化系统病变。 镉、锰：主要危害神经系统。
1800年 1800年 1859年 1859年 1887年 1887年 1890年 1890年 1914年 1914年 1954年 1954年 1970’s 21世纪 21世纪
高中化学二课时作业：第二章化学反应与能量第二节第课时化学能转化为电能含答案
第二节化学能与电能第1课时化学能转化为电能[目标导航］1。
熟悉能源的分类和化学能与电能的转化关系。
2.知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，通过实验会说明原电池的原理，以及判断原电池的正、负极。
3.会正确书写电极反应式,熟知原电池的应用。
一、一次能源和二次能源1．能源按其来源可分为一次能源和二次能源。
能源类别定义实例一次能源直接从自然界中取得的能源太阳能、风能、地热能、潮汐能、煤、石油、天然气等二次能源由一次能源经过加工、转换得到的能源电能(水电、火电、核电）、蒸汽能、机械能等2.二次能源-—火力发电(1）火力发电原理:首先通过化石燃料燃烧,使化学能转变为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电. (2)能量转换过程：化学能错误!热能错误!机械能错误!电能.其中能量转换的关键环节是燃烧。
（3）火力发电弊端：①煤属于不可再生资源，用一点少一点，用煤发电会造成资源的浪费。
②能量经过多次转化,利用率低，能量损失大.③煤燃烧会产生有害物质（如SO2、CO、NO2、粉尘等）,污染环境。
【议一议】1．判断正误（1)根据一次能源和二次能源的划分,氢气为二次能源。
()（2)电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源.()（3)火力发电是化学能间接转化为电能的过程.（)(4）水力发电是将化学能转化为电能的过程。
（)答案(1)√(2)√（3)√(4)×二、化学能直接转化为电能1．按要求完成下列实验，并填表2.原电池（1)概念：是将化学能转化为电能的装置;原电池的反应本质是氧化还原反应。
（2）构成条件①原电池反应必须是自发的氧化还原反应，②具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)，③两电极均插入电解质溶液中,④电解质溶液、电极、导线形成闭合回路。
（3)原电池的工作原理原电池总反应式:Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。
(4）能量转化过程：原电池在工作时，负极失电子，电子通过导线流向正极，被氧化性物质得到,闭合回路中形成电流,化学能转变为电能.【议一议】2．判断正误：(1）HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池.(）(2)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.（)（3)在铜－锌－稀硫酸原电池中,电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌。
高中化学必修二化学反应与能量知识点总结
高中化学必修二化学反应与能量知识点总结The document was prepared on January 2, 2021第二章化学反应与能量第一节化学能与热能1、在任何的化学反应中总伴有能量的变化.原因：当物质发生化学反应时,断开反应物中的化学键要吸收能量,而形成生成物中的化学键要放出能量.化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因.一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量,决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小.E反应物总能量＞E生成物总能量,为放热反应.E反应物总能量＜E生成物总能量,为吸热反应.2、常见的放热反应和吸热反应常见的放热反应：①所有的燃烧与缓慢氧化.②酸碱中和反应.③金属与酸反应制取氢气.④大多数化合反应特殊：C＋CO2△2CO是吸热反应.常见的吸热反应：①以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应如：Cs＋H2Og △COg＋H2g.②铵盐和碱的反应如BaOH2·8H2O＋NH4Cl＝BaCl2＋2NH3↑＋10H2O③大多数分解反应如KClO3、KMnO4、CaCO3的分解等.3、能源的分类：思考一般说来,大多数化合反应是放热反应,大多数分解反应是吸热反应,放热反应都不需要加热,吸热反应都需要加热,这种说法对吗试举例说明.点拔：这种说法不对.如C＋O2＝CO2的反应是放热反应,但需要加热,只是反应开始后不再需要加热,反应放出的热量可以使反应继续下去.BaOH2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应,但反应并不需要加热.第二节化学能与电能1、化学能转化为电能的方式：2、原电池原理1概念：把化学能直接转化为电能的装置叫做原电池.2原电池的工作原理：通过氧化还原反应有电子的转移把化学能转变为电能.3构成原电池的条件：1电极为导体且活泼性不同；2两个电极接触导线连接或直接接触；3两个相互连接的电极插入电解质溶液构成闭合回路.4电极名称及发生的反应：负极：较活泼的金属作负极,负极发生氧化反应,电极反应式：较活泼金属－ne－＝金属阳离子负极现象：负极溶解,负极质量减少.正极：较不活泼的金属或石墨作正极,正极发生还原反应,电极反应式：溶液中阳离子＋ne－＝单质正极的现象：一般有气体放出或正极质量增加.5原电池正负极的判断方法：①依据原电池两极的材料：较活泼的金属作负极K、Ca、Na太活泼,不能作电极；较不活泼金属或可导电非金属石墨、氧化物MnO2等作正极.②根据电流方向或电子流向：外电路的电流由正极流向负极；电子则由负极经外电路流向原电池的正极.③根据内电路离子的迁移方向：阳离子流向原电池正极,阴离子流向原电池负极.④根据原电池中的反应类型：负极：失电子,发生氧化反应,现象通常是电极本身消耗,质量减小.正极：得电子,发生还原反应,现象是常伴随金属的析出或H2的放出.6原电池电极反应的书写方法：i原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应,负极反应是氧化反应,正极反应是还原反应.因此书写电极反应的方法归纳如下：①写出总反应方程式. ②把总反应根据电子得失情况,分成氧化反应、还原反应.③氧化反应在负极发生,还原反应在正极发生,反应物和生成物对号入座,注意酸碱介质和水等参与反应.ii原电池的总反应式一般把正极和负极反应式相加而得.7原电池的应用：①加快化学反应速率,如粗锌制氢气速率比纯锌制氢气快.②比较金属活动性强弱.③设计原电池.④金属的腐蚀.2、化学电源基本类型：①干电池：活泼金属作负极,被腐蚀或消耗.如：Cu－Zn原电池、锌锰电池.②充电电池：两极都参加反应的原电池,可充电循环使用.如铅蓄电池、锂电池和银锌电池等.③燃料电池：两电极材料均为惰性电极,电极本身不发生反应,而是由引入到两极上的物质发生反应,如H2、CH4燃料电池,其电解质溶液常为碱性试剂KOH等.第三节化学反应的速率和限度1、化学反应的速率1概念：化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量均取正值来表示. 计算公式：vB＝()c Bt∆∆＝()n BV t∆•∆①单位：mol/L·s或mol/L·min②B为溶液或气体,若B为固体或纯液体不计算速率.③以上所表示的是平均速率,而不是瞬时速率.④重要规律：i速率比＝方程式系数比ii变化量比＝方程式系数比2影响化学反应速率的因素：内因：由参加反应的物质的结构和性质决定的主要因素.外因：①温度：升高温度,增大速率②催化剂：一般加快反应速率正催化剂③浓度：增加C反应物的浓度,增大速率溶液或气体才有浓度可言④压强：增大压强,增大速率适用于有气体参加的反应⑤其它因素：如光射线、固体的表面积颗粒大小、反应物的状态溶剂、原电池等也会改变化学反应速率.2、化学反应的限度——化学平衡1在一定条件下,当一个可逆反应进行到正向反应速率与逆向反应速率相等时,反应物和生成物的浓度不再改变,达到表面上静止的一种“平衡状态”,这就是这个反应所能达到的限度,即化学平衡状态.化学平衡的移动受到温度、反应物浓度、压强等因素的影响.催化剂只改变化学反应速率,对化学平衡无影响.在相同的条件下同时向正、逆两个反应方向进行的反应叫做可逆反应.通常把由反应物向生成物进行的反应叫做正反应.而由生成物向反应物进行的反应叫做逆反应.在任何可逆反应中,正方应进行的同时,逆反应也在进行.可逆反应不能进行到底,即是说可逆反应无论进行到何种程度,任何物质反应物和生成物的物质的量都不可能为0.2化学平衡状态的特征：逆、动、等、定、变.①逆：化学平衡研究的对象是可逆反应.②动：动态平衡,达到平衡状态时,正逆反应仍在不断进行.③等：达到平衡状态时,正方应速率和逆反应速率相等,但不等于0.即v正＝v逆≠0.④定：达到平衡状态时,各组分的浓度保持不变,各组成成分的含量保持一定.⑤变：当条件变化时,原平衡被破坏,在新的条件下会重新建立新的平衡.3判断化学平衡状态的标志：① V A正方向＝V A逆方向或n A消耗＝n A生成不同方向同一物质比较②各组分浓度保持不变或百分含量不变③借助颜色不变判断有一种物质是有颜色的④总物质的量或总体积或总压强或平均相对分子质量不变前提：反应前后气体的总物质的量不相等的反应适用,即如对于反应xA＋yB zC,x＋y≠z。
化学人教版(2019)必修第二册6.1.2化学反应与电能 课件(共19张ppt)
2.二次电池(充电电池) (1)特点：二次电池在放电时所进行的 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)能量转化：化学能
电能
(3)常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池。 3.燃料电池 (1)特点：①反应物储存在电池外部；②能量转换效率高、清洁、安全； ③供电量易于调节。 (2)燃料电池常用的燃料有： 氢气 、 甲烷 、乙醇等；常用氧化剂：氧气。
总： 2Al＋2OH－＋
2H2O===2AlO2—＋3H2↑（3）负极： Cu Cu－2e－===Cu2＋
正极： Fe NO3—＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O
总： Cu＋2NO3—＋4H＋
===Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O（4）负极：Fe Fe－2e－===Fe2＋
正极：Cu O2＋2H2O＋4e－===4OH－
精讲领学：一、火力发电——化学能间接转化为电能
1.我国目前电能主要来自 火力 发电，其次来自 水力 发电。 2.火力发电能量转换过程 化学能 —燃—料—燃—烧→热能—蒸—汽—轮—机→机械能—发—电—机→电能 其中能量转换的关键环节是 燃烧（。氧化还原反应）
二、原电池——化学能直接转化为电能
1.实验探究
实验装置
实验现象
实验结论或解释
锌片： 逐渐溶解 ，有气__泡__ 锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与
产生 稀硫酸_不__反__应_
铜片：_没__有__变__化__
பைடு நூலகம்
锌片：_逐__渐__溶__解_ 铜片：_有__气__泡_产___生_ 电流表：_指__针__发__生__偏__转__
锌失去电子，变为 锌离子，电子 经过导线流向 铜片 ，产生电流， 氢离子 在铜片上得到 电子生成 氢气 ，反应过程中产生了_电__能_
高中化学第2章化学反应与能量第2节化学能与电能作业2
第2节化学能与电能1铁片和碳棒用导线连接平行放入稀硫酸中，铁片（）A. 是正极B. 是负极C. 得到电子D. 发生还原反应【答案】B2. 下列关于原电池的叙述中，正确的是（）A. 电流从正极流出B. 正极不断产生电子经导线流向负极C.负极发生还原反应D. 电极只能由两种不同的金属构成【答案】A【解析】A原电池工作时，原电池中电流由正极经导线流向负极，故A正确；B.电子流出的为负极, 故B错误；C.电子流出的为负极，负极发生氧化反应，故C错误；D •构成原电池的正极和负极可以有一极是非金属导体，故D错误；故选A。
3. 对于下图所示的铜-锌原电池，下列说法不正确的是稀IfeSO^A. 铜为正极B•锌片被还原C. 铜片上有气泡产生D. 外电路电子从锌片移向铜片【答案】B【解析】该原电池中，较活泼的金属锌作负极，铜作正极。
负极上发生氧化反应，锌失去电而溶解,电子经外电路流向正极；正极上发生还原反应，电解质中的氢离子在正极上得到电子被还原为氢气而产生气泡。
综上所述，B不正确，选B。
4•下列设备工作时，将化学能转化为电能的是【解析】A.电池在工作时化学能转化为电能， A 正确；B.太阳能集热器工作时光能转化为热能； C.燃A. AB. BC. CD. D 【答案】A气灶工作时化学能主要转化为热能； D.太阳能电池工作时光能转化为电能。
所以选可作为鱼雷和潜艇的储备电源。
该电池以金属锂和钢板为电极材料,下列说法错误的是（）【答案】C6 .下列说法中不正确的是（A. 化学电池的反应本质是氧化还原反应B. 燃料电池是一种高效、对环境污染小的新型电池C. 锂离子电池和碱性锌锰干电池都是二次电池D. 铅蓄电池放电时负极是 Pb 正极是PbO 【答案】C【解析】A.化学电池是将化学能转变为电能的装置，有电子的转移，实质为氧化还原反应，故 A 正确；B.燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、乙醇燃料电池等，产物多为 CO 、H 20等，不污染环境，故B 正确；C.锂离子电池属于二次电池，碱性锌锰干电池属于一次电池，故C 错误；D.铅蓄电池放电的时候，Pb 被氧化，为原电池的负极， PbO 被还原，为原电池的正极，故 D 正确；故选C o 7. LED 产品的使用为城市增添色彩。
人教版高中化学必修2第二章 化学反应与能量第二节 化学能与电能教案
第二章化学反应与能量第二节化学能与电能教材分析：化学能与电能，是化学学科的理论性知识之一，以氧化还原反应原理为依托是对其本质的拓展和应用。
因为学生在初中化学初步学习了“化学与能源”，在选修模块4将系统深入地学习化学反应与能量，本节为选修模块的学习奠定了基础。
本节涉及到以下知识：氧化还原反应；能量的转换；原电池原理的应用；电解质溶液、金属的活泼性；物理学科的电学知识。
通过本节课的学习，学生从实践到理论，以及从理论到实践的认知规律将会有很大的提高。
而且原电池在实际生活、工农业生产、科学研究中应用十分广泛，因此学好本节知识，具有重要的理论意义和现实意义。
学情分析：学生在初中的学习过程中已了解金属活动性，在必修一的学习中了解了氧化还原反应，通过对物理学科电学的学习也有一定的电学知识。
因此，已经具备学习本课的的理论基础。
新课程背景下要求学生自主探索，主动求知，学会收集、分析和利用各种信息及信息资源，并以此发展学生的实践能力、创新精神，合作与分享意识、社会交往能力和社会责任感。
因此，在设计《化学能与电能》这节课时，我采用学案导学、分组实验和小组讨论的形式让学生自主探索问题，分析问题，解决问题，强化学生的探究意识；以实验现象激发学生的探究兴趣，引发学生通过对实验现象的观察，实验原理的分析，真正理解了原电池的本质（氧化还原反应），分析归纳构成原电池的条件。
这样，学生不仅掌握了化学知识和规律，而且获得了探求知识的途径与方法。
教学目标：知识与技能：1、了解原电池原理，能写出电极反应和电池反应方程式。
2、初步了解原电池的装置。
过程与方法：通过对化学能转化为电能的学习，体验科学探究的过程，理解科学探究的意义、基本过程和方法。
情感态度与价值观：关注化学科学对个人生活和社会发展的贡献，关注能源问题，逐步形成正确的能源观。
教学重点：认识原电池的工作原理；形成原电池的概念教学难点：用已经学过的有关知识探究化学能转化为电能的条件和装置教学方法：实验探究法、小组讨论仪器用品：仪器：电流表、导线、小烧杯。
第二章 化学反应与能量变化(知识点总结)
第二章 化学反应与能量变化 班级 姓名 第一节 化学能与热能1、化学反应的本质：旧化学键的断裂，新化学键的生成过程。
化学键的断裂需要吸收能量，化学键的形成会释放能量。
任何化学反应都会伴随着能量的变化。
①放出能量的反应：反应物的总能量 ＞ 生成物的总能量②吸收能量的反应：反应物的总能量 ＜ 生成物的总能量2、能量守恒定律：一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，转化的途径和能量形式可以不同，但是体系包含的总能量不变。
化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化，即吸热或者放热。
3、常见的放热反应：①所有的燃烧反应；②酸碱中和反应；③活泼金属与酸（或水）的反应；④绝大多数的化合反应；⑤自然氧化（如食物腐败）。
常见的的吸热反应：①铵盐和碱的反应；②绝大多数的分解反应。
第二节 化学能与电能1、一次能源：直接从自然界取得的能源。
如流水、风力、原煤、石油、天然气、天然铀矿。
二次能源：一次能源经过加工，转换得到的能源。
如电力、蒸汽等。
2、原电池：将化学能转化为电能的装置。
右图是铜锌原电池的装置图。
①锌片（负极反应）：22Zn e Zn -+-=，发生氧化反应；铜片（正极反应）：222H e H +-+=↑，发生还原反应。
总反应：Zn+2H +＝Zn 2++H 2↑②该装置中，电子由锌片出发，通过导线到铜片，电流由铜片出发，经过导线到锌片。
③该装置中的能量变化：化学能转化为电能。
④由活泼性不同的两种金属组成的原电池中，一般比较活泼的金属作原电池的负极（发生氧化反应），相对较不活泼的金属作原电池的正极（发生还原反应，正极电极本身不反应！）。
⑤构成原电池的四个条件：1、自发的氧化还原反应；2、活泼性不同的两个电极（导体）；3、有电解质溶液；4、形成闭合回路。
第三节 化学反应速率和限度1、化学反应速率：通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量（均取正值）来表示。
浓度常以mol/L 为单位，时间常以min 或s 为单位。
高一化学人教版必修二第二章第2节《化学能与电能》知识点总结
第2节 化学能与电能一、能源的分类1.化学能间接转化为电能(在能量的转化过程中存在能量的损失)—比如火力发电 ①转化过程火力发电是通过化石燃料的燃烧,使化学能转化为热能,加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机,然后带动发电机发电.燃煤发电是从煤中的化学能开始的一系列能量转化过程.化学能−−→−燃烧热能−−→−蒸汽机械能−−→−发电机电能 ①转化原理燃烧(氧化还原反应)是使化学能转化为电能的关键.因此燃烧一定发生氧化还原反应,氧化还原反应必定有电子的转移,电子的转移引起化学键的重新组合,同时伴随着体系能量的变化. 拓展点1:火力发电的优缺点优点:①我国煤炭资源丰富①投资少,技术成熟,安全性能高缺点:①排出大量的能导致温室效应的气体CO 2以及导致酸雨的含硫氧化物,比如SO 2①消耗大量的不可再生的化石燃料资源①能量转化率低①产生大量的废渣、废水.2.化学能直接转化为电能(在能量的转化过程中不存在能量的损失)—原电池(将氧化还原反应所释放的化学能直接转化为电能)(1)原电池的工作原理实验现象产生的原因分析2+会逐渐溶解,而由Zn失去的电子则由Zn片通过导线流向Cu片,因此Zn片上会带有大量的正电荷,Cu片上会带有大量的负电荷,而电解质溶液中含有阳离子(H+、Zn2+)以及阴离子(OH-、SO42-),由于正负电荷相互吸引,所以电解质溶液中的阳离子会移向Cu片去中和Cu片上带负电荷的电子,阴离子则移向Zn片去中和Zn片上的正电荷,但是由于溶液中的H+得电子能力比Zn2+强,所以H+就移向Cu片去获得Cu片上由Zn片失去的电子而被还原为H原子,H 原子再结合成H分子即H2从Cu片上逸出,因此Cu片上有无色气泡产生.通过电流表指针发生偏转并且指针偏向于Cu片这一边,可以得出该装置产生了电流(而电流的形成是因为电子发生了定向移动),并且电流移动的方向与电子移动的方向相反,所以电流是从Cu片流出,Zn片流进,即Cu片作为正极;Zn片作为负极.原电池工作原理的总结归纳:①原电池中电流的流向:正极→负极①原电池中电子的流向:负极→导线→正极(注意:在该过程中,电子是永远都不会进入到电解质溶液中,因为电子只在金属内部运动并且电解质溶液中的自由移动的阴阳离子也不能在导线中通过)①原电池中电解质溶液中阴、阳离子的移动方向:阳离子→正极阴离子→负极①原电池工作原理的本质:发生自发的氧化还原反应即将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动,将化学能转化为电能的形式释放.(所谓自发就是指该氧化还原反应不需要借助外在的力量即本身就能够自己发生)①原电池中的负极发生氧化反应,通常是电极材料或还原性气体失去电子被氧化,电子从负极流出;原电池的正极发生还原反应,通常是溶液中的阳离子或O2等氧化剂得到电子被还原,电子流入正极.(2)原电池的构成条件(两极一液一回路,反应要自发)①两极:正极和负极是两种活泼性不同的电极材料,包括由两种活泼性不同的金属材料构成的电极或者是由一种金属与一种非金属导体(如石墨)构成的电极,一般活泼性较强的金属作为负极.①一液(电解质溶液):包括酸、碱、盐溶液.①一回路(构成闭合的电路):即两电极由导线相连或直接接触以及两电极必须插入到同一种电解质溶液中或者分别插入到一般与电极材料相同的阳离子的两种盐溶液中,两盐溶液之间用盐桥相连形成闭合回路.比如以下装置:①氧化还原反应要自发:指电解质溶液至少要与作为负极的金属电极材料发生自发的氧化反应.(3)电极反应式①定义:原电池中的正极和负极所发生的反应①电极反应式的书写方法:补充:复杂电极反应式的书写如CH4碱性燃料电池负极反应式的书写:CH4＋2O2＋2OH－===CO2－3＋3H2O……总反应式2O2＋4H2O＋8e－===8OH－……正极反应式CH4＋10OH－－8e－===7H2O＋CO2－3……负极反应式注意:①电极反应式的书写必须遵守离子方程式的书写要求,比如难溶物、弱电解质、气体等均应写成化学式形式.①注意电解质溶液对正、负极反应产物的影响.如果负极反应生成的阳离子能与电解质溶液中的阴离子反应,则电解质溶液中的阴离子应写入电极反应式中,例如Fe与Cu在NaOH溶液中形成原电池,负极反应式为:Fe+2e-+2OH－=Fe(OH)2.三、原电池的应用(1)比较金属的活动性强弱①原理:一般原电池中活动性较强的金属作负极,活动性较弱的金属作正极.①应用:比如A、B两种金属用导线连接或直接接触后插入到稀H2SO4电解质溶液中,若A极溶解,B极有气泡产生,由此可判断A是负极,B是正极,活动性:A>B.(2)加快氧化还原反应的速率①原理:在原电池中,氧化反应与还原反应分别在两极进行,溶液中的粒子运动时相互间的干扰小,从而使化学反应速率加快.①应用:比如实验室中用Zn和稀H2SO4制取H2时,通常滴入几滴CuSO4溶液,能够加快产生H2的速率.原因在于Zn 与置换出的Cu构成了原电池,加快了反应的进行.(3)防止金属被腐蚀(比如要保护一个铁闸,可用导线将其与一Zn块相连,使Zn作原电池的负极,铁闸作正极)补充:金属腐蚀①定义:指金属或合金与周围接触到的气体或液体发生化学反应,使金属失去电子变为阳离子而消耗的过程.②金属腐蚀的分类:化学腐蚀和电化学腐蚀在金属腐蚀中,我们把直接发生氧化还原反应且不构成原电池的腐蚀称为化学腐蚀;而由不纯的金属与电解质溶液接触时形成的原电池反应而引起的腐蚀称为电化学腐蚀,电化学腐蚀又分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀:在潮湿的空气中,钢铁表面吸附一层薄薄的水膜,里面溶解了少量的O2、CO2等气体,含有少量的H＋和OH－从而形成电解质溶液.A.当电解质溶液呈中性、弱碱性或弱酸性时,它跟钢铁里的Fe和少量的C形成了无数个微小的原电池,Fe作负极,C 作正极,因此钢铁发生吸氧腐蚀.电极反应式为:负极(Fe):2Fe-4e-=2Fe2+ 正极(C):O2+2H2O+4e-=4OH－总反应式为:2Fe+O2+2H2O=Fe(OH)2B.当电解质溶液的酸性较强时,钢铁则发生析氢腐蚀.电极反应式为:负极(Fe):Fe-2e-=Fe2+ 正极(C):2H＋+2e-=H2↑总反应式为:Fe+2H+=Fe2+ +H2↑(4)制作各种化学电源(比如制作干电池、铅蓄电池、新型高能电池等)(5)设计制作原电池①设计电路原电池的设计要满足构成原电池的四个条件:(a)由两种活动性不同的金属或由一种金属与其他导电的材料(非金属或某些氧化物)作为电极材料;(b)两个电极必须浸在电解质溶液中;(c)两个电极之间要用导线连接形成闭合回路;(d)有自发进行的氧化还原反应.②电极材料的选择电池的电极必须导电.电池中的负极必须能够与电解质溶液反应,容易失去电子,因此负极一般是活泼的金属材料.正极和负极之间只有产生电势差,电子才能定向移动,所以正极和负极一般不用同一种材料.③电解质溶液的选择电解质是使负极材料放电的物质.因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应,或电解质溶液中溶解的其他物质与负极发生反应(如空气中的O2).但是如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥),则左、右两个容器中的电解质溶液一般选择与电极材料相同的阳离子的盐溶液.比如Cu-Zn-硫酸盐原电池中,负极金属Zn浸泡在含有Zn2+的电解质溶液中.④设计示例拓展点2:原电池的正、负极的判断方法(1)根据组成原电池两电极的材料判断:一般是活泼性较强的金属作为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属作为正极.(2)根据电流方向或电子流动的方向判断:电流方向(在外电路)是由正极流向负极,电子的流动方向是由负极流向正极.(3)根据原电池中电解质溶液内阴、阳离子的定向移动方向判断:在原电池的电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向负极.(4)根据原电池两电极发生的反应类型判断:原电池的负极总是失电子发生氧化反应,其正极总是得电子发生还原反应.(5)根据电极质量的变化判断:原电池工作后,X极质量增加,说明溶液中的阳离子在X极(正极)放电,X极活动性弱;反之,X极质量减少,说明X极金属溶解,X极为负极,活动性强.(6)根据电池中的现象判断:若某电极上有气泡冒出,则是因为析出了H2,说明该电极为正极,活动性弱.上述判断方法可简记为:特别提醒:①在判断原电池正、负极时,不能只根据金属活泼性的相对强弱判断,有时还要考虑电解质溶液,比如Mg、Al和NaOH溶液构成的原电池中,由于Mg不与NaOH溶液反应,虽然金属性Mg>Al,但是在该条件下却是Al作负极.因此要根据具体情况来判断正、负极.又比如说Fe、Cu在稀H2SO4溶液中,Fe作负极,Cu作正极;而Fe、Cu在浓HNO3溶液中,Fe作正极,Cu作负极.①原电池的负极材料可以参加反应,表现为电极溶解,但有的原电池(比如燃料电池)负极材料不参加反应;原电池的正极材料通常不参加反应.四、发展中的化学电源1.化学电源的分类2PbSOSO4放电充电锌银蓄电池的负极是锌,正极是Ag电极反应:O+H O+2e- =2Ag+2OH2Ag+Zn(OH)2Zn+Ag2O+H2O放电充电五、燃料电池燃料电池是一种能连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池.燃料电池的最大优点在于能量转化率高,可以持续使用,无噪音,不污染环境.燃料电池的电极本身不参与氧化还原反应,只是一个催化转化元件.它工作时,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出,于是电池就连续不断地提供电能.(1)氢氧燃料电池2H+O=2H O1)燃料电池正极反应式的书写因为燃料电池正极反应物一般是O2,即正极都是氧化剂—O2得到电子的还原反应,故正极反应的基础都是O2+4e-=2O2-,O2-的存在形式与燃料电池的电解质的状态以及电解质溶液的酸碱性有着密切的联系.①电解质为酸性电解质溶液(如稀硫酸)在酸性环境中,O2-离子不能单独存在,可供O2-离子结合的微粒有H+离子和H2O,O2-离子优先结合H+离子生成H2O.这样在酸性电解质溶液中,正极反应式为O2＋4H++4e-=2H2O.①电解质为中性或碱性电解质溶液(如氯化钠溶液或氢氧化钠溶液)在中性或碱性环境中,O 2-离子也不能单独存在,O 2-离子只能结合H 2O 生成OH -离子,故在中性或碱性电解质溶液中,正极反应式为O 2＋2H 2O +4e -=4OH -.①电解质为熔融的碳酸盐(如Li 2CO 3和Na 2CO 3熔融盐混和物)在熔融的碳酸盐环境中,O 2-离子也不能单独存在,O 2-离子可结合CO 2生成CO 32-离子,则其正极反应式为O 2＋2CO 2 +4e -=2CO 32-.①电解质为固体电解质(如固体氧化锆—氧化钇)该固体电解质在高温下可允许O 2-在其间通过,故其正极反应为O 2+4e -=2O 2-.2)燃料电池负极反应式的书写燃料电池负极反应物种类比较繁多,可为氢气、水煤气、甲烷、丁烷、甲醇、乙醇等可燃性物质.不同的可燃物有不同的书写方式,要想先写出负极反应式相当困难.一般燃料电池的负极反应式都是采用间接方法书写,即按上述要求先正确写出燃料电池的总反应式和正极反应式,然后在电子守恒的基础上用总反应式减去正极反应式即得负极反应式.比如以H 2、C 3H 8为燃料的碱性电池为例说明如下: H 2-2e - =2H +或H 2-2e -+2OH -=2H 2O;C 3H 8−−→−--e 203CO 2−−→−-OH 63CO 32-(3个C 整体从-8价升高到+12价,失去20e -),则有:C 3H 8-20e -+aOH -=3CO 32-+bH 2O,由电荷守恒知a=26;由H 原子守恒知b=17,所以电极反应式为C 3H 8-20e -+26OH -=3CO 32-+17H 2O(3)燃料电池与一次电池、二次电池的主要区别①氧化剂与燃料在工作时不断地由外部供给.①生成物不断地被排出.(4)废弃电池的处理废弃电池中含有重金属和酸碱等有害物质,随意丢弃,对生态环境和人体健康有很大的危害.若把它当作一种资源,加以回收利用,既可以减少对环境的污染,又可以节约资源.因此,应当重视废弃电池的回收.。
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第2课时发展中的化学电源课后篇巩固提升基础巩固1.日常所用干电池的电极分别为石墨棒(上面有铜帽)和锌皮,用糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2),电极反应式可简化为Zn-2e-Zn2+,2N+2e-2NH3↑+H2↑(NH3与Zn2+能生成一种稳定的物质)。
根据上述判断,下列结论正确的是( )①锌为正极,石墨为负极②锌为负极,石墨为正极③电池工作时,电子由石墨极经过外电路流向锌极④长时间连续使用时,内装糊状物可能流出,从而腐蚀用电器A.①③B.②③C.③④D.②④解析由负极失电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应,可判断出①不正确,②正确;在外电路中,电子从负极流向正极,③不正确;长时间连续使用该电池,由于锌皮慢慢溶解而破损,且MnO2不断吸收H2发生反应生成MnO(OH),使糊状物越来越稀,故其容易流出而腐蚀用电器,④正确。
答案D2.镍氢电池的总反应式是H2+2NiO(OH)2Ni(OH)2,根据此反应式判断,此电池放电时,负极发生反应的物质是( )A.NiO(OH)B.Ni(OH)2C.H2D.H2和NiO(OH)解析电池放电时,负极发生氧化反应,即失去电子,化合价升高的物质作负极或在负极上反应。
答案C3.实验室用铅蓄电池作电源电解饱和食盐水制取Cl2,已知铅蓄电池放电时发生如下反应: 负极:Pb+S-2e-PbSO4正极:PbO2+4H++S+2e-PbSO4+2H2O今欲制得Cl2 0.050 mol,这时电池内消耗的H2SO4的物质的量至少是( )A.0.025 molB.0.050 molC.0.10 molD.0.20 mol解析要求得硫酸的量,需首先找出铅蓄电池的总反应。
将上述两个电极反应合并可得:Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。
而在制取Cl2时,每生成1molCl2,电子转移2mol,现需要转移电子0.050mol×2=0.100mol。
由铅蓄电池总反应可知,每转移0.100mol电子,将消耗0.100mol硫酸。
答案C4.汽车的启动电源常用铅蓄电池。
其结构如下图所示,放电时的电池反应如下:PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O。
根据此反应判断下列叙述中正确的是( )A.PbO2是电池的负极B.Pb是负极C.PbO2得电子,被氧化D.电池放电时,溶液酸性增强解析根据电池反应知放电过程中铅失去电子,因此它是原电池的负极,其电极反应式为Pb+S-2e-PbSO4,故B项正确;PbO2在放电过程中得到电子被还原,所以它是原电池的正极,因此A、C两项错误;由于原电池放电的过程中消耗硫酸,所以溶液的酸性减弱,故D项错误。
答案B5.目前,科学家提出了一种经济而且理想的获得氢能源的循环体系(如图)。
关于此循环体系,下列说法中错误的是( )A.燃料电池能够使化学反应产生的能量转化为电能B.燃料电池中通入H2的一极作负极,发生氧化反应C.在此循环中发生了反应:2H2O2H2↑+O2↑D.目前化学家急需解决的问题是寻找合适的光照条件下分解水的催化剂解析氢氧燃料电池的负极通入H2,发生氧化反应;正极通入O2,发生还原反应,故B项正确;原电池都是将化学能转化为电能的装置,故A项正确;推广氢能的关键是寻找合适的催化剂,利用太阳能分解水,D项正确;水的分解不是可逆反应,C项错误。
答案C6.如下图所示,可形成氢氧燃料电池。
通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。
试回答下列问题:氢氧燃料电池示意图(1)酸式电池的电极反应:负极,正极;电池总反应:。
(2)碱式电池的电极反应:负极,正极;电池总反应:。
解析(1)正极上,O2得电子变为O2-,溶液中O2-不能单独存在;酸性条件下与H+结合生成H2O。
负极上,H2失电子变为H+,H+进入电解质溶液。
电池总反应为H2和O2生成水的反应。
(2)正极上,O2得电子变为O2-,溶液中O2-不能单独存在,碱性条件下与H2O分子结合生成OH-;负极上,H2失去电子变为H+,碱性条件下H+不能大量存在,与OH-结合生成水。
电池总反应也是H2和O2生成水的反应。
答案(1)2H2-4e-4H+O2+4e-+4H+2H2O 2H2+O22H2O(2)2H2-4e-+4OH-4H2O O2+4e-+2H2O4OH-2H2+O22H2O7.镍镉可充电电池在现代生活中有着广泛的应用,它的充、放电反应为Cd+2NiOOH+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2。
请回答下列问题:(1)放电时,还原反应在(填“a”或“b”)极进行,负极的电极反应式为,在放电过程中,正极附近的电解质溶液碱性会(填“增强”或“减弱”)。
(2)镍镉废旧电池必须进行回收并集中处理,最主要的原因是。
解析(1)由题给示意图知,镍镉电池中,电流方向是由b极流向a极,故a极为负极,b极为正极;放电时,正极发生反应NiOOH+H2O+e-Ni(OH)2+OH-,是还原反应;镉在负极发生氧化反应,分两步:Cd-2e-Cd2+,Cd2++2OH-Cd(OH)2,负极反应式为Cd-2e-+2OH-Cd(OH)2;正极附近电解质溶液的碱性增强,负极附近电解质溶液的碱性减弱。
(2)镍镉废旧电池中残留的Cd2+、Ni2+等重金属离子易对土壤和水源造成污染。
答案(1)b Cd-2e-+2OH-Cd(OH)2增强(2)镍镉废旧电池中残留的Cd2+、Ni2+等重金属离子易对土壤和水源造成污染能力提升1.固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。
它以固体氧化锆-氧化钇为电解质,这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。
该电池的工作原理如下图所示,其中多孔电极a、b均不参与电极反应。
下列判断正确的是( )A.有O2放电的a极为电池的负极B.O2-移向电池的正极C.b极对应的电极反应为2H2-4e-+2O2-2H2OD.a极对应的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-解析在燃料电池中,有O2放电的a极为原电池的正极,A错误;在燃料电池中,O2-移向电池的负极,B错误;在燃料电池中,有H2放电的b极为电池的负极,电极反应为2H2-4e-+2O2-2H2O,C 正确;a极是正极,氧气在正极得电子,则对应的电极反应为O2+4e-2O2-,D错误。
答案C2.近年来,科学家研制了一种新型的乙醇燃料电池,它用酸性电解质(H+)作溶剂。
电池总反应为C2H5OH+3O22CO2+3H2O,下列说法错误的是( )A.乙醇在电池的负极上参加反应B.1 mol CH3CH2OH被氧化转移6 mol e-C.随着反应的进行,正极附近的酸性减弱D.电池放电过程中化学能转化成电能解析乙醇燃料电池中,乙醇在负极失电子参加反应,A项正确;根据电池总反应C2H5OH+3O22CO2+3H2O可知1molCH3CH2OH被氧化转移12mole-,B项错误;该乙醇燃料电池用酸性电解质(H+)作溶剂,所以正极反应为O2+4e-+4H+2H2O,随着反应的进行,H+不断被消耗,溶液酸性减弱,C项正确;电池放电是原电池原理,化学能转化成电能,D项正确。
答案B3.普通水泥在固化过程中自由水分子减少并形成碱性溶液。
根据这个特点,科学家发明了测水泥初凝时间的某种方法。
此法的原理如图所示,反应的总方程式为2Cu+Ag2O Cu2O+2Ag,下列有关说法正确的是( )A.工业上以黏土、石灰石和石英为主要原料制造普通水泥B.测定原理示意图中,Ag2O为负极C.负极的电极反应式为2Cu+2OH--2e-Cu2O+H2OD.电池工作时,OH-向正极移动解析一般以黏土和石灰石为主要原料来制造普通水泥,A项错误;正极反应式为Ag2O+2e-+H2O2OH-+2Ag,Ag2O为正极,B项错误;电池工作时OH-向负极移动,D项错误。
答案C4.导学号66474056某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构见下图,电池总反应可表示为2H2+O22H2O,下列有关说法正确的是( )A.电子通过外电路从b极流向a极B.b极上的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-C.每转移0.1 mol电子,消耗1.12 L的H2D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极解析由电极反应式可知,通入氢气的一极为负极,通入氧气的一极为正极,故a为负极、b为正极,电子应该是通过外电路由a极流向b极,A项错误;b极上的电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,B项错误;没有注明此时是否处于标准状况下,故无法计算气体的体积,C项错误。
答案D5.导学号66474058LED产品具有耗电量低、寿命长的特点。
如图是氢氧燃料电池驱动LED屏发光的装置,下列有关叙述不正确的是( )A.a处通入的气体是氢气,电极反应式为H2-2e-+2OH-2H2OB.装置中电子的流向为a极→N型半导体→P型半导体→b极C.装置中的能量转化至少涉及三种形式的能量D.图中表示来自氢氧燃料电池中的K+的移动方向解析由N型半导体中电子的流向可知,a极是电子流出的一极(负极),a处应通入氢气,碱性条件下氢气失电子结合OH-生成水,A项正确;b极是电子流入的一极(正极),电子只能从a极经半导体流入,B项正确;该装置的能量转化中至少涉及化学能、电能、光能,C项正确;氢氧燃料电池中K+移向b极,但其不能在导线上移动,不能表示K+的移动方向,D项错误。
答案D。