第二单元化学能与电能的转化教学案.docx
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第二单元化学能与电能的转化教学案
第二单元化学能与电能的转化
第1课时原电池的工作原理
【学习目标】
尝试通过进行化学能转化为电能的探究活动,了解原电池的构造特点及工作原理,能正确书写原电池的正、负极的电极反应式及电池反应方程式。
【学习提示】用“双线桥”和“单线桥”分析氧化还原反应
双线桥
单线桥
步骤:
一标变价,
二画线桥,
三注电子得和失
方法:
根据“双线桥”
线桥从失电子原子画出,箭头指向得电子原子,线桥上标出电子转移总数
氧化还原反应中概念关系:
失电子,化合价升高,被氧化(发生氧化反应),作还原剂(具有还原性);
得电子,化合价降低,被还原(发生还原反应),作氧化剂(具有氧化性性)。
【阅读教材】P13~14
1.写出Zn与CuSO4反应的化学方程式:
,
该反应从反应形式(四种基本类型)分,属于反应;
从反应本质(得失电子)角度分,属于反应;
从反应能量角度(放热吸热)分,属于反应。
2.用“双线桥”和“单线桥”分析Zn与CuSO4的反应:
双线桥
单线桥
3.金属锌与硫酸铜溶液反应的热化学方程式:
该反应过程中,能装化为能。
4.铜锌原电池
锌为极,Zn电子,被成Zn2+进入ZnSO4溶液,锌片逐渐,
电极反应式为;
铜为极,片上释放出的电子经过流向片,CuSO4溶液中的从片上电子,被成金属铜并,
电极反应式为。
在反应中,盐桥中的Cl-移向溶液,K+移向溶液,使两电解质溶液均保持,氧化还原反应得以继续进行。
铜锌原电池中发生的电池总反应为:
【认识提升】
一、原电池的工作原理
1.概念:
原电池是把能转化为能的装置。
2.一般构成条件:
①自发进行的反应。
②两个电极(一极反应或两极都不反应)。
③电解质溶液(构成回路或参与反应)。
④形成(导线连接或两极接触)。
例1.在下图的8个装置中,属于原电池的是哪几个?
3.“铜锌原电池”:
材料
电极反应
电极现象
正极
负极
总离子反应式
用“双线桥”分析总离子反应式:
能量转化形式
能转化为能
闭合回路中
外电路中:
电子从到,电流从到;
盐桥中:
Cl-进入溶液,K+进入溶液,
即电解质溶液中:
阴离子移向极,阳离子移向极。
4.电极名称及电极反应。
负极:
金属较,电子,电子流,发生反应。
正极:
金属较,电子,电子流,发生反应。
【认识升华】
5.设计原电池
【阅读教材】P14“活动与探究”
步骤1:
找到“自发进行的氧化还原反应”,用双线桥分析:
步骤2:
根据得失电子,写出“正、负极的电极反应”:
负极:
Fe-2e-=Fe2+正极:
Cu2++2e-=Cu
步骤3:
画出原电池构造示意图,根据电解质溶解性、电极活泼性标出电解质溶液和电极材料:
单池模式
双池模式
例2.铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式。
(2)若将
(1)中的反应设计成原电池,请画出装置图,
标出正、负极,并写出电极反应式。
负极反应:
正极反应:
例3.依据氧化还原反应:
2Ag+(aq)+Cu(s)=Cu2+(aq)+2Ag(s),设计的原电池如图所示。
请回答下列问题:
(1)电极X的材料是;电解质溶液Y是。
(2)银电极为电池的极,
发生的电极反应为;
X电极上发生的电极反应为。
(3)外电路中的电子是从电极流向电极。
例4.如图所示装置中,观察到电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细,由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是()
例5.铜锌原电池(如图)工作时,下列叙述正确的是()
A.正极反应为Zn-2e-=Zn2+
B.电池反应为Zn+Cu2+=Zn2++Cu
C.在外电路中,电子从负极流向正极
D.盐桥中的K+移向ZnSO4溶液
例6.据图,可判断出下列离子方程式中错误的是()
A.2Ag(s)+Cd2+(aq)=2Ag+(aq)+Cd(s)
B.Co2+(aq)+Cd(s)=Co(s)+Cd2+(aq)
C.2Ag+(aq)+Cd(s)=2Ag(s)+Cd2+(aq)
D.2Ag+(aq)+Co(s)=2Ag(s)+Co2+(aq)
【过关训练】
1.下列装置中,明显有电流产生的是()
2.右图为番茄电池,下列说法正确的是()
A.一段时间后,锌片质量会变小
B.铜电极附近会出现蓝色
C.电子由铜通过导线流向锌
D.锌电极是该电池的正极
3.下列说法正确的是()
A.构成原电池正极和负极的材料必须是金属
B.在原电池中,电子流出的一极是负极,该电极被还原
C.实验室欲快速制取氢气,可利用粗锌与稀H2SO4反应
D.原电池可以把物质内部的能量全部转化为电能
4.如右图,在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y,外电路中电子流向如图所示。
下列关于该装置的判断正确的是()
A.外电路的电流方向为X→外电路→Y
B.若两电极分别为Fe和碳棒,则X为Fe,Y为碳棒
C.X极上发生的是还原反应,Y极上发生的是氧化反应
D.溶液中阳离子向X极移动,阴离子向Y极移动
5.关于如图所示的原电池,下列说法正确的是()
A.电子从锌电极通过电流计流向铜电极
B.盐桥中的阴离子向硫酸铜溶液中迁移
C.锌电极发生还原反应,铜电极发生氧化反应
D.铜电极上发生的电极反应是2H++2e-=H2↑
6.由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。
装置
现象
二价金属A不断溶解
C的质量增加
A上有气体产生
根据实验现象回答下列问题:
(1)装置甲中负极的电极反应式是。
(2)装置乙中正极的电极反应式是。
(3)装置丙中溶液的pH将(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是。
第2课时化学电源
【学习目标】
1.能通过查阅资料、调查访问等多种方式了解生产生活中常见化学电源的种类及工作原理,认识化学能转化为电能的实际意义。
2.学习“代数法”书写原电池的电极反应式和原电池总反应式。
【阅读教材】P13~14
1.根据的反应原理,人们设计和生产了多种化学电源,包括电池、电池和电池等。
2.银锌钮扣电池的电极分别为和,电解质溶液为溶液,发生氧化还原反应后生成和,可初步判断反应式书写为,填入物质后用“双线桥”分析:
+-+
3.普通锌锰干电池的电池反应式如下,用“双线桥”分析:
2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
4.燃料电池是利用和之间发生的反应,将能直接转化为能的化学电池。
燃料电池的氧化剂和还原剂是在工作时不断从输入,同时将电极反应产物不断排出电池,因此,燃料电池能地提供电能。
5.氢氧燃料电池是以为燃料,为氧化剂的燃料电池,其电池反应为:
(用“双线桥”分析)。
6.铅蓄电池是最常见的次电池。
铅蓄电池的性能、价格、;铅蓄电池的缺点是,废弃电池等。
铅蓄电池是由两组平行排列的栅状铅合金极板作为主架,正极板上覆盖,负极板上覆盖,电解质是,根据的大小来判断铅蓄电池是否需要充电。
铅蓄电池的电池反应是为(用“双线桥”分析):
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
【读有所获】
氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上,其反应原理示意图如右图。
下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是()
A.该电池工作时电能转化为化学能
B.该电池中电极a是正极
C.外电路中电子由电极b通过导线流向电极a
D.该电池的总反应:
2H2+O2=2H2O.
【课堂升华】
二、化学电源
1.化学电源的分类:
电池、电池、电池
2.原电池的电极反应式和原电池总反应式的书写
(1)碱性锌锰电池
已知电池反应为:
2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2(电解质为碱性)
步骤1:
用双线桥分析
,
步骤2:
抓住“负极失电子”的特征,可知正、负极反应分别为:
负极:
Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2(电解质为碱性,OH-参与反应)
正极:
2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-
还可利用:
【正极反应+负极反应=电池反应】
2MnO2+Zn+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2
-)Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
2MnO2+2e-+2H2O=2MnOOH+2OH-
【注意】O2-在溶液中不能存在:
O2-+H2O=2OH-
所以有:
O2+4e-=2O2-(固体导电或熔融盐导电时)
O2+4e-+2H2O=4OH-(中性或碱性电解质溶液时)
O2+4e-+4H+=2H2O(酸性电解质溶液时)
(2)银锌钮扣:
电极分别为Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH溶液,发生氧化还原反应后生成Ag和Zn(OH)2。
请写出该电池的电极反应式和电池反应方程式。
步骤1:
写出反应物和产物,用双线桥分析并配平
步骤2:
抓住“负极失电子”的特征,可知正、负极反应分别为:
负极:
Zn-2e-=Zn2+
+)Zn2++2OH-=Zn(OH)2[电解质为KOH,Zn(OH)2难溶],
Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2——负极总反应式
正极:
Ag2O+2e-=2Ag+O2-
+)O2-+H2O=2OH-[O2-在溶液中不能存在]
Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-——正极总反应式
负极反应:
Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
正极反应:
+)Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
电池反应:
Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag
【解题收获】要注意电解质的酸碱性,考虑电解质是否参与反应。
【小试身手】
(3)酸性氢氧燃料电池:
以H2为燃料,O2为氧化剂,H2SO4为电解质
负极反应:
正极反应:
电池反应:
【再接再厉】
(4)碱性氢氧燃料电池:
以H2为燃料,O2为氧化剂,KOH为电解质
负极反应:
正极反应:
电池反应:
(5)铅蓄电池:
正极板上覆盖PbO2,负极板上覆盖Pb,电解质是硫酸。
放电时,总反应:
Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
负极反应:
正极反应:
【问题解决】
例1.有人设计出利用CH4和O2的反应,用铂电极在KOH溶液中构成原电池。
电池的总反应类似于CH4在O2中燃烧,则下列说法正确的是()
①每消耗1molCH4可以向外电路提供8mole-
②负极上CH4失去电子,电极反应式为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O
③负极上是O2获得电子,电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-
④电池放电后,溶液pH不断升高
A.①②B.①③C.①④D.③④
【关注高考】
例2.判断正误:
(2010·江苏·8)A.铅蓄电池在放电过程中,负极质量减小,正极质量增加()
例3.(2013·江苏·9)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。
该电池以海水为电解质溶液,示意图如下。
该电池工作时,下列说法正确的是()
A.Mg电极是该电池的正极
B.H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C.石墨电极附近溶液的pH增大.
D.溶液中Cl-向正极移动
【模拟演练】
例4.某固体酸燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递H+,其基本结构如下图,电池总反应可表示为
2H2+O2=2H2O,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0.1mol电子,消耗1.12L的H2
D.H+由a极通过固体酸电解质传递到b极
【过关训练】
1.为探究原电池的形成条件和反应原理,某同学设计了如下实验,并记录了实验现象:
①向一定浓度的稀硫酸中插人锌片,看到有气泡生成;
②向上述浓度的稀硫酸中插入铜片,没有气泡生成;
③将锌片与铜片上端接触并捏住,一起插入上述浓度的稀硫酸中,看到铜片上有气泡生成,且生成气泡的速率比实验①中的快;
④在锌片和铜片中间接上电流计,再将锌片和铜片插入上述浓度的稀硫酸中,发现电流计指针偏转。
下列关于以上实验设计及现象的分析,不正确的是()
A.实验①②说明锌能与稀硫酸反应而铜不能
B.实验③说明发生原电池反应时会加快化学反应速率
C.实验③说明在该条件下铜可以与稀硫酸反应生成氢气
D.实验③④说明该原电池中铜为正极、锌为负极
2.在碱性锌锰干电池中,已知氢氧化钾为电解质,发生的电池总反应为:
Zn+2MnO2+2H2O=2MnOOH+Zn(OH)2,下列关于该电池的电极反应正确的是()
A.负极反应为Zn-2e-=Zn2+
B.负极反应为Zn+2H2O-2e-=Zn(OH)2+2H+
C.正极反应为2MnO2+2H++2e-=2MnOOH
D.正极反应为2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-
3.工业上利用氢气在氯气中燃烧,所得产物再溶于水的方法制盐酸,流程复杂且造成能量浪费。
有人设想利用原电池原理直接制备盐酸的同时获取电能,假设这种想法可行,下列说法肯定错误的是()
A.两极材料都用石墨,用稀盐酸做电解质溶液
B.通入氢气的电极为原电池的正极
C.电解质溶液中的阳离子向通氯气的电极移动
D.通氯气的电极反应为Cl2+2e-=2Cl-
4.生产铅蓄电池时:
在两极板上的铅锑合金棚架上发生的反应是:
;下列对铅蓄电池的说法错误的是()
A.需要定期补充硫酸.
B.工作时Pb是负极,质量减小
C.工作时负极上发生的反应是:
Pb+SO42--2e-=PbSO4
D.工作时电解质溶液的密度减小
5.科学家预言,燃料电池是21世纪获得电子的重要途径。
一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作电极催化剂,在硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇,同时向一个电极通入空气。
回答下列问题:
(1)配平电池放电时发生的化学反应方程式:
CH3OH+O2-CO2+H2O。
(2)在硫酸电解液中,CH3OH失去电子,此电池的正极发生的反应是;
负极发生的反应是。
(3)电解液中的H+向极移动;向外电路释放电子的电极是。
(4)每转移1mol电子,消耗CH3OHg。
第3课时电解池的工作原理
【学习目标】
了解电解池的构造特点及工作原理,能正确书写电解池的阴、阳极的电极反应式及电池反应方程式。
了解电解原理在生产生活中的应用。
【阅读教材】P18“你知道吗?
”
则:
2NaCl(s)=2Na(s)+Cl2(g)△H=。
2Al2O3(s)=4Al(s)+3O2(g)△H=。
工业上如何实现这两个过程?
。
【阅读教材】P18“交流与讨论”——电解熔融的NaCl
(1)熔融NaCl中存在、离子(电离方程式)。
(2)电源负极流出,阴极电势低,吸引()离子,;
电源正极流回,阳极电势高,吸引()离子,;
(3)电子从电源极流出,通过导线到达阴极,被离子获得,发生反应,
离子移向阴极,离子移向阳极,
离子在阳极失去电子,发生反应,电子通过导线流回极。
(4)电子在导线中移动未发生化学反应,电解质在导电过程中发生反应。
(5)2NaCl(s)电解2Na(s)+Cl2(g),能量,能转化为能。
【规律获得】
三、电解池的工作原理及应用
1.电解在电的作用下,在两电极上分别发生反应和反应的过程叫电解。
2.电解池将能转化为能的装置称为电解池。
(1)直流电源:
“长短”
(2)能导电状态的电解质:
熔融或。
(3)电极:
阳极和电源极相连,发生反应;
阴极和电源极相连,发生反应;
【原理应用】认识“电解铝工业”
(1)为什么电解熔融Al2O3,而不是熔融AlCl3?
答:
AlCl3是分子晶体,熔融时不导电,Al2O3是离子晶体,熔融时导电(能发生电离)。
(2)Al2O3熔点高(2050℃),可做材料,
加入冰晶石(Na3AlF6)可降低熔点,节约能耗。
(3)Al2O3电离方程式,存在离子、。
(4)电极反应:
(与电源负极相连)极反应:
(与电源正极相连)极反应:
电解总反应:
【阅读教材】P19“活动与探究”——电解CuCl2溶液
(1)CuCl2的电离方程式,H2O的电离方程式H2O
H++OH-
所以CuCl2溶液中存在存在阳离子、,阴离子、。
(2)电极反应:
可能反应
实验事实
阴极
Cu2++2e-=Cu
2H++2e-=H2↑
阳极
2Cl--2e-=Cl2↑
4OH-–4e-=O2↑+2H2O
(3)结论
①离子得失电子有先后顺序:
Cu2+H+(性顺序)
Cl-OH-(性顺序)
②阴极反应:
(反应)
阳极反应:
(反应)
电解反应:
(反应
【原理应用】认识“氯碱工业”——P20“交流与讨论”
(1)粗食盐中常含有Na2SO4、MgCl2、CaCl2和泥沙等杂质,电解前需要对粗食盐进行提纯。
可先将粗食盐加水溶解制成溶液,然后向水溶液中逐一加入稍过量的溶液、溶液和溶液,过滤,向滤液中滴加溶液,调节溶液至中性,然后蒸发、结晶、洗涤、干燥,得到可用于电解的精盐。
(2)NaCl的电离方程式,H2O的电离方程式H2O
H++OH-,
所以NaCl溶液中存在存在阳离子、,阴离子、。
(3)电极反应:
可能反应
实验事实
阴极
2Na++2e-=2Na
2H++2e-=H2↑
阳极
2Cl--2e-=Cl2↑
4OH-–4e-=O2↑+2H2O
(4)结论
①离子得失电子有先后顺序:
Na+H+(性顺序)
Cl-OH-(性顺序)
②阴极反应:
(反应)
阳极反应:
(反应)
电解反应:
(反应
(5)为什么用阳离子交换膜阻止OH-进入阳极?
。
【信息提示】Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O离子方程式为。
“拆”:
将强酸、强碱、易溶的盐按电离方程式“拆”成离子。
不拆:
单质、氧化物、H2O,沉淀、气体,弱酸、弱碱和难溶物。
强酸(HCl、H2SO4、HNO3);强碱[KOH、NaOH、Ca(OH)2、Ba(OH)2];
盐(钾钠铵硝都可溶,氯化物不溶氯化银、硫酸盐不溶硫酸钡,除钾钠铵盐外,弱酸正盐一般都不溶。
)
【原理应用】认识“电镀”——P21“观察与思考”
(1)装置图:
(2)AgNO3的电离方程式,
H2O的电离方程式H2O
H++OH-,
AgNO3溶液中存在存在阳离子、,
阴离子、。
(3)电极反应:
可能反应
实验事实
阴极
Ag++e-=Ag
2H++2e-=H2↑
阳极
4OH-–4e-=O2↑+2H2O
NO3-等含氧酸根在水溶液中不失电子
(4)结论
①离子得失电子有先后顺序:
Ag+H+(性顺序)
AgOH-NO3-(性顺序)
②阴极反应:
(反应)
阳极反应:
(反应)
【规律获得】
3.电极反应顺序
阴极:
Na+<…… 阳极: ……>Cu>Ag>Cl->OH->含氧酸根(按还原性强弱顺序反应) 【原理应用】认识“电解精炼铜” ——《化学2》专题2第三单元化学能与电能的转化P43“拓展视野” (1)装置纯铜连接电源负极做极, 粗铜连接电源正极做极, 电解质为CuSO4溶液。 (2)电极反应 阳极: Zn-2e-=Zn2+ Fe-2e-=Fe2+ Cu-2e-=Cu2+ 金属活动性顺序Cu之前的金属发生反应, 金属活动性顺序Cu之后的金属进入阳极泥, 回收阳极泥可得到贵重金属Ag、Au等。 阴极: Cu2++2e-=Cu 氧化性在Cu2+之前的金属离子不发生反应,但浓度会不断升高,电解液不能一直使用。 例1.金属镍有广泛的用途。 粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍。 已知氧化性Fe2+ A.阳极发生还原反应,其电极反应式为Ni2++2e-=Ni B.电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+ D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt 【
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- 第二 单元 化学能 电能 转化 教学