2022高一化学教案第4讲 原电池.doc
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1、第4讲 原电池满分晋级 化学反应与能量变化7级原电池原理及其应用化学反应与能量变化3级化学反应与能量化学反应与能量变化1级原电池新课标剖析 高考要求内容要求层次具体要求化学反应与能量变化了解原电池的工作原理,会判断原电池中电子、离子的流动方向。会书写电极反应式和电池反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理,会判断电极反应式书写的正误。课前导入电 池电池在我们今天的生活中,可以说已经成为不可离开的东西了:大到汽车用的蓄电池,小到电子表上的纽扣电池。你可知道,200多年前的电池发明过程中有一段曲折的故事,它至今仍能给我们以有益的启迪。1800年,英国皇家学会会长收到了意大利帕费亚大学物理学教
2、授伏打 (AVolta,1745-1827)的一封信,信中说他制成了一种能够提供“不会衰竭的电荷及无穷的电力”的仪器,这里所说的那种仪器,就是后来所说的伏打电池。那么,伏打是如何发明出这种电池的呢?事情还须回到一年前:伏打收到他的同胞、生理学家伽法尼的一篇论文。文中谈到他的一次偶然发现:当他把悬有去了皮的青蛙腿的铜钩挂在铁架台上,发现蛙腿会发生奇异的痉挛现象。伽法尼从职业本能出发,把注意力集中到了肌肉收缩上,认为这是一种由生物电引起的现象。起初伏打也曾这样想,不久便对此产生了怀疑。物理学家的敏感把他的注意引到了两种金属的接触上,他的结论是“接触电”或“金属电”,而非“生物电”。接下来,伏打做的
3、实验就是把不同的两种金属(锌和铜)放进食盐水中进行实验。他成功了!世界上第一个原电池伏打电池就此诞生! 1801年,拿破仑把伏打召到巴黎,亲自授予奖章和奖金,并给予许多优厚待遇。在绿色新能源给我们生活带来许多变化的今天,让低碳环保理念得以充分体现的莫过于世博会上英国馆的“蒲公英”。它是由约6万只纤细的透明亚克力“触须”组成,向外伸展。亚克力是纯聚甲基丙烯酸甲酯材料,是一种人工透明材料。透明亚克力的作用是在白天将室外的光均匀地传递到室内,形成一种梦幻效果,夜晚又将室内的光导出,既使夜景变得丰富,也不需要泛光照明,非常节电。你能尝试利用水果设计一套环保低碳的水果电池吗?试试看!4.1 能 源知识点
4、睛1. 一次能源和二次能源(1)直接从自然界取得的能源称为一次能源,如原煤石油天然气天然铀等。(2)一次能源经过加工、转化得到的能源称为二次能源,如电力蒸汽等。而其中的电力是目前使用最方便、污染最小的一种二次能源。2. 化学能与电能的转化传统的化学能转化为电能是通过化石燃料的燃烧,使化学能转变为电能,即火力发电。例如,烧煤发电是从煤中的化学能开始的一系列能量转化过程:在上述能量的一系列转化过程中能量的损耗非常大,化学能转化为电能的利用率非常低,传统的燃煤发电,能量利用率不足30%。想要提高能量利用率,最好能跳过中间过程,将化学能直接转化为电能。那么,如何将化学能直接转化为电能?在上面的能量转化
5、过程中,燃烧发生氧化还原反应是实施化学能转换为电能的关键。氧化还原反应的本质是得失电子的过程,如果设计一个装置使电子能够做定向移动,那便会产生电流,就实现了将化学能直接转化为电能。4.2 原电池原理知识点睛1 原电池原理【思考】(1)实验1锌片和稀H2SO4能直接发生反应,实质是什么?实验2铜片为什么不能与稀硫酸发生反应?(2)实验3、4中,铜片和锌片连接后插入稀硫酸中,锌片仍然会溶解,可是气泡却在铜片上冒出,产生的是什么气体?这说明什么? 铜片上的电子由何而来?同时电流计发生偏转,又能说明什么问题呢?【答案】锌与稀硫酸发生氧化还原反应,。实验1:反应过程中H+直接得到锌原子失去的电子而被还原
6、生成H2。实验2:在金属活动性顺序表中,铜排在氢的后面,所以不能置换出H2。实验3、4:在金属活动顺序表中,锌比铜活泼,锌更容易失电子被氧化成Zn2+,铜片上的电子是锌失去的电子通过导线流向铜片,H+在铜片上得到电子而被还原生成氢气。【小结】锌片与稀硫酸直接反应时,电子是在锌和氢离子之间直接转移;锌片与铜片连接时,电子是沿着导线由锌片间接的向铜片附近的氢离子转移,即锌失去的电子发生了定向移动形成电流。我们知道在外电路中,电流是由正极流向负极的,而且电流的方向和电子的流向相反,在上面的装置中,电子由锌经外电路流向铜,所以在该装置中锌片为负极(有电子流出,失电子发生氧化反应的一极),铜片为正极(有
7、电子流入,得电子发生还原反应的一极)。在溶液内部电解质电离出的离子做定向移动,H+(阳离子)流向铜片(正极),SO42-(阴离子)流向锌片(负极),电极、导线和电解质溶液共同形成了一个闭合回路。这一过程的电极反应式可以表示为:负极(锌片):氧化反应正极(铜片):还原反应电池总反应:这种将化学能直接转化为电能的装置叫做原电池。最早的化学电池就是根据原电池原理制成的,化学电池的反应本质是氧化还原反应:2 原电池的形成条件Zn、Cu和稀硫酸之所以能形成原电池装置,首先是Zn与稀硫酸能够发生自发的氧化还原反应,若有氧化还原反应的发生,说明有电子做了定向的转移,要想实现电子移动形成电流,就必须有两个电极
8、(一般电极是两个活泼性不同的金属或导电的非金属),电子转移如图所示:在这个原电池装置中,小灯泡持续发光说明电路中有持续稳定的电流,因此该电路为闭合回路;同时也说明稀硫酸不仅仅做反应物同时还起到了导电作用,因此原电池中的溶液必须是电解质溶液。 【小结】形成原电池的条件能发生氧化还原反应。两个活泼性不同的金属(或导电的非金属)做电极。C(石墨)经常用作惰性电极材料。形成闭合回路。电解质溶液。【练习】某活动小组设计原电池装置,你认为设计合理的是( )【解析】看设计是否满足构成原电池的条件。由原电池的构成条件可知,中两个电极的活动性相同,不能形成原电池;中没有形成闭合回路,不符合构成条件;酒精为非电解
9、质,也不能形成原电池。能与反应选。【答案】3 原电池电极反应式的书写及正负极的判断研究一个原电池,首先要学会判断原电池的正负极,学会判断电子、离子的流向,学会分析发生的反应的实质,进而会书写电极反应式。如果将Cu和Ag用导线连接插入AgNO3溶液中(如右图),能否形成原电池?电极反应式如何书写?负极(铜片) (氧化反应)正极(银片)(还原反应)原电池反应: 【总结】(1)正负极判断方法 失电子发生氧化反应的一极为负极;得电子发生还原反应的一极为正极;在外电路中,电子流出的一极为负极,电子流入的一极为正极;通过电流方向判断:在外电路中电流从正极流向负极;在电解质溶液中,阳离子移向正极,阴离子移向
10、负极。备注:当两极是活泼性不同的材料时,通常较活泼金属为负极,不活泼金属或非金属为正极;有时原电池反应会伴随电极质量变化,通常质量增加的为正极,质量减少的为负极;通常情况下,若有一极有气体放出,则该电极往往是正极。 (2)原电池的电极反应式和总反应式的书写方法首先根据电极材料以及电解质溶液确定发生的氧化还原反应。根据氧化还原反应判断出氧化剂(氧化剂得电子在正极发生反应)和还原剂(还原剂失电子在负极发生反应)。预先写出正负极的电极反应式:正极反应式:氧化剂 + ne- = 还原产物;负极反应式:还原剂 -ne- = 氧化产物。最后根据反应的环境(尤其是电解质溶液的酸碱性),确定最终的正负极的电极
11、反应式。备注:电极反应式常用“=”,不用“”;电极反应式中若有气体生成需要加“”,若有析出物一般不加“”。正负极上发生的电极反应相加消去电子可得总的原电池反应式。若电解质溶液的溶质为弱电解质,应写成分子形式。【练习】将锌棒和铜棒用导线连接,并插入到装有硝酸银的溶液中,问是否能形成原电池?若能形成原电池装置,试写出电极反应式,若不能说明原因?根据铜镁与乙酸形成原电池的总反应式:Mg + 2CH3COOH = Mg 2+ +2CH3COO-+H2试写出正负极的电极反应式。【答案】能。负极: ;正极:负极: ;正极:【教师版随材】有一位追赶时髦的富翁决定建造一艘海上游艇,为了使游船奢侈豪华,他不惜重
12、金让造船师用昂贵、漂亮、对海水又有很强抗腐蚀能力的镍铜合金将般底包起来,由于这种镍铜合金的机械强度不够大,于是造船师不得不用特种的钢来制造游艇的许多零件。在一片赞美声中,游艇徐徐下水,畅游于碧海波涛之中。可是未过数日,这艘游艇底部由于千疮百孔,过早地结束了生命。4原电池原理的应用加快氧化还原反应的速率(如实验室制氢气用粗锌);比较金属活动性的强弱;设计化学电池;研究金属的腐蚀原理及防护措施。【教师版随材】疯子村之谜20世纪30年代,在日本一个偏僻的农村小镇里,发生了一件奇怪的事。村上先后有10多人发了疯病,这些人精神紊乱,行动反常,时而大哭,时而大笑,四肢变得僵硬他们的罹病,给各自的家庭带来了
13、灾难,也引起了人们的骚动,还惊动了当地政府和有关医疗部门。当地的警察局和医院派出了调查组,进行了大量的访问调查,检查了这些疯子的身体和血液成分,发现他们身体中所含有的金属锰离子的含量比一般人要高得多。正是这些锰离子使这些人中毒并发了疯。过多的锰离子进入人体,开始时使人头疼、脑昏、四肢沉重无力、行动不便、记忆力衰退,进一步发展使人四肢僵死、精神反常,时而痛哭流涕,时而捧腹大笑,疯疯癫癫,呈现令人作呕的丑态。那么过多的锰离子又是从何而来的呢?原来,这个小镇的人们常常把使用过的废旧干电池随手扔在水井边的垃圾坑里,久而久之,电池中的二氧化锰,在二氧化碳和水的作用下,逐渐变为可溶性的碳酸氢锰,这些可溶性
14、的碳酸氢锰渗透到井边,污染了井水,人们饮用了含有大量锰离子的水,便引起了锰中毒,造成了在短时间内有10多人发疯的怪事。废电池中含有汞、镉、铅等大量毒性很强的重金属离子。随处丢弃会给土壤、水源等造成严重污染,并通过人类的食物链给人体健康造成威胁和危害。其中汞具有强烈的毒性;铅能造成神经紊乱、肾炎等;镉主要造成肾损伤以及骨疾骨质疏松、软骨症及骨折。而废旧电池中的锌、锰、银、镍、汞、镉和铁等金属物质可以提取回收再利用,废渣还可以用来制作建筑材料,对不能利用的物质进行无害化处理,从而实现废旧电池处理的无害化、资源化、安全化的综合利用。因此,我们要把废旧电池回收到指定的地点进行再处理。例题精讲考点1:
15、原电池原理专题【例1】 下列说法错误的是 A燃煤发电是将化学能通过热能间接转化为电能B化学能可通过氧化还原反应直接转变为电能C化学电池是将化学能转化为电能的装置D在化学反应中,化学能转化为电能必须先将化学能转化为热能,热能再转化为机械能,机械能再转化为电能【答案】D【例2】 下列各组材料中,不能组成原电池的是( )ABCD两极材料片、石墨片、片片、片片、片插入溶液溶液蔗糖溶液溶液稀盐酸【答案】B【例3】 原电池的正极一定是 化学性质较活泼的金属; 发生还原反应的一极;电流流入的一极; 电子流入的一极A B C D 【答案】B【例4】 在原电池构成的闭合回路中,关于电子和阴阳离子运动方向的描述正
16、确的是( )A电子从原电池的负极通过溶液移动向正极 B电子从原电池的正极通过导线移动向负极C阴离子在电解质溶液中向正极移动 D阳离子在电解质溶液中向正极移动【答案】D【例5】 下列有关原电池的叙述正确的是( )A把电能转变为化学能,使溶液发生氧化还原反应B电子从活泼金属流向不活泼金属,不活泼金属为负极C外电路中电子从负极流向正极D正极发生氧化反应【答案】C【例6】 将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是( )A两烧杯中铜片表面均无气泡产生B甲中铜片是正极,乙中铜片是负极C两烧杯中溶液的酸性均减弱D产生气泡的速度甲比乙慢【答案】C【例7】 如图所示装置中,可观察
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- 2022高一化学教案第4讲 原电池 2022 高一化学 教案
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