_高考化学第二轮主干知识复习课件36.ppt

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1、化学反应与能量,第二章,第二节化学能与电能,第二章,从前在伦敦上流社会，有一位贵族夫人格林太太，幼年时因蛀牙补过一颗不锈钢的假牙。不料后来，她又因为车祸掉了一颗牙，为了显示她的富有，她装了一颗黄金假牙。自此以后，她就经常出现头痛、失眠、心情烦躁等症状。更奇怪的是，众多的医学专家为她检查后，都找不到病因，这位夫人整日感到精神萎靡，找遍各大医院会诊也不见效果。格林太太的病因到底是什么呢？ 原来这种病态与车祸有关：“车祸假牙病症”。两颗假牙为活泼性不同的金属，与唾液中的电解质接触，会产生电流从而刺激神经使格林太太头痛。那么，为何会产生电流呢？,学习目标 1了解化学能与电能的转化关系。 2初步了解化学

2、电池的工作原理及应用。 3了解研制新型电池的重要性。 4会书写简单的电极反应式。,新知预习 1电能：电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染_的一种_能源，又称电力。 2一次能源：直接从_取得的能源称为一次能源。 二次能源：一次能源经过_、_得到的能源称为二次能源。 3原电池是指_能转变为_的装置。,最小,二次,自然界,加工,转换,化学,电能,4构成原电池的条件： (1)必须有一个自发的_。 (2)有两个电极，电极材料由_或由金属和其他导电的材料组成。 (3)两电极必须_适当的电解质溶液中，两电极之间用_连接或直接接触而形成闭合回路。 5在原电池中，还原性较强的物质作为_，向外电路提供电子

3、，发生_反应；氧化性较强的物质作为_，从外电路_电子，发生_反应。,氧化还原反应,两种活泼性不同的金属,浸在,导线,负极,氧化,正极,得到,还原,6普通锌锰干电池 电池组成为：_做负极；位于中央的顶盖有铜帽的_做正极；石墨周围填充ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质，同时填有MnO2黑色粉末作电极剂，负极电极反应_。 7铅酸可充电电池 (1)电池组成为：_作负极；_作正极；浓硫酸作电解质溶液。 (2)电极反应(放电) 负极：_； 正极：_； 电池总反应为_。,锌片,碳棒,Zn=Zn22e,Pb,PbO2,8氢氧燃料电池 (1)氢氧燃料电池是以_为燃料，_为氧化剂，铂作电极。 (2)电极反应

4、碱式氢氧燃料电池：以KOH溶液为电解质； 负极：_； 正极：_；,氢气,氧气,酸式氢氧燃料电池：以H2SO4溶液为电解质； 负极：_； 正极：_。 (3)以上两种氢氧燃料电池总反应都是：_。,自主探究 1怎样判断一个装置是否是原电池？ 提示：有电解质溶液。 两个电极，一个相对较活泼，一个不活泼。可同为金属，也可一种是金属另一种是非金属。 能自发地发生氧化还原反应。 形成闭合回路。,2怎样判断一个原电池的正负极？怎样书写电极式？ 提示：两极更易失电子一极为负极，另一极便为正极。 书写方法 原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应，书写电极反应的方法归纳如下： (1)写出总化学反应方程式； (

5、2)根据总化学反应方程式，按照电子得失情况，分成氧化反应和还原反应；,(3)氧化反应在负极发生，还原反应在正极发生，注意介质参与的反应；总的化学反应式是正负电极反应相加的结果，反过来也可以相减，得电极反应，电极反应也遵守质量守恒，电荷守恒及正、负极得失电子数相等的规律。,化学能与电能的转化,思维导图,1电能 使用电器都需要电能。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，又称电力。 温馨提示：一次能源和二次能源。 直接从自然界取得的能源称为一次能源，如流水、风力、原煤、石油、天然气等。一次能源经过加工，转换得到的能源称为二次能源，如电力、蒸汽等。,教材点拨,其中，燃烧(氧化

6、还原反应)是使化学能转换为电能的关键。氧化还原反应的本质是氧化剂与还原剂之间发生电子转移的过程，电子转移引起化学键的重新组合，同时伴随着体系能量的变化。 温馨提示：火力发电存在的弊端：煤是不可再生资源；能量经多次转化，利用率降低；煤燃烧产生的有害物质污染环境。,3化学电池原电池 (1)定义：将化学能转化为电能的装置。 (2)实验装置,(3)实验步骤：将锌片和铜片用导线连接(导线中间接入一个电流表)，平行插入盛有稀硫酸的烧杯中(如上图所示)，观察现象。 (4)实验现象：,(5)实验结论：由于锌和铜的活动性不同，锌容易失去电子，被氧化成Zn2进入溶液，电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中的H从铜片获

7、得电子被还原成氢原子，氢原子再结合成氢分子从铜片上逸出。这一变化过程可以表示如下： 锌片：Zn2e=Zn2(氧化反应) 铜片：2H2e=H2(还原反应) 总的反应：Zn2H=Zn2H2,(6)原电池工作原理： 原电池在工作时负极失去电子，电子通过导线流向正极，溶液中氧化性物质得到电子，发生还原反应，这样，氧化反应和还原反应不断发生，负极不断地失去电子，失去的电子不断地通过导线流向正极，被氧化性物质得到，这样闭合回路中不断有电子产生，也就形成了电流，于是，化学能就转变为电能。,反应类型。 负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 电子的移动方向。 从负极流出，经导线流向正极。 离子的移动方向。 阳离

8、子向正极移动，阴离子向负极移动。,温馨提示：(1)铜锌原电池的工作原理： 负极：Zn2e=Zn2(氧化反应)； 正极：2H2e=H2(还原反应)； 锌失去的电子通过外电路流向铜片，H在铜片上得到电子，从而形成电流。,(5)原电池是指产生的电流大，可以对外做功的装置，若产生的电流极其微弱，不能对外做功，这样的原电池无法被利用。 (6)水果电池实验探究,实验用品：镁条、铜片、铁片、导线、金属夹，手电筒用发光二极管、果汁(橙汁、苹果汁、柠檬汁等)、500 mL烧杯。 实验方案：a.CuMg原电池，电解质溶液为橙汁；b.CuFe原电池，电解质溶液为苹果汁；c.FeMg原电池，电解质溶液为柠檬汁。,实验

9、操作：用导线分别将三种方案中的金属片连接到金属夹上，分别将各组金属片插入到盛有果汁的三个500 mL的烧杯中，用发光二极管两端分别接触三种方案中金属活泼性不同的金属夹。 实验现象：三种方案中二极管均发光。 实验结论：原电池把化学能转变为电能。,(2014经典习题选萃)(1)“储存”在物质内部的化学能可通过原电池转化为电能，如图所示是某同学设计的几种装置，其中能构成原电池的是(),典例透析,(2)对于所构成的装置，某同学与其所在的学习小组交流后提出了以下几种预测，其中正确的是() A两烧杯中铜片表面均无气泡产生 B中铜片是负极，中铜片是正极 C两烧杯中溶液的pH均增大 D产生气泡的速率比慢,【解

10、析】本题考查原电池的构成条件及工作原理。 具体情况分析如下： (1),(2) 【答案】(1)A(2)C,1(2014临沂一中高一期中)下图是锌片和铜片在稀硫酸中所组成的原电池装置，c、d为两个电极。下列有关的判断不正确的是(),变式训练,原电池以及原电池正、负极的判断,思维导图,1原电池的判定 (1)先分析有无外接电源，无外接电源的可能为原电池。 (2)依据原电池的形成条件，主要“四看”： 看电极两极为导体，且存在活动性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极)； 看溶液两极插入电解质溶液中； 看回路形成闭合回路； 看本质有无氧化还原反应发生。,教材点拨,2原电池正负极的判断方法,(1)根据组成原电

11、池的两极材料判断 一般是活动性较强的金属为负极；活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 (2)根据原电池两极发生的变化来判断 原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。 (3)根据电流方向或电子流动方向判断 电流是由正极流向负极；电子流动方向是由负极流向正极。,(4)根据原电池中电解质溶液内离子的定向移动方向判断 在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。 (5)根据现象判断 溶解的一极为负极，增重或有气泡放出的一极为正极。,温馨提示：利用金属的活泼性判断原电池的正负极的注意事项 一般是较活泼金属作负极，较不活泼金属作正极，但也要注意电解质溶液的性质。 镁

12、铝用导线连接插入稀硫酸中，镁作负极，铝作正极；若电解质是氢氧化钠，则镁作正极，铝作负极。 铜铝用导线连接插入稀硫酸中，铝作负极，铜作正极；若插入浓硝酸中，铝作正极，铜作负极。,负极材料本身不反应时，常见书写方法为： H2O2(H2SO4)燃料电池，负极反应式为： H22e=2H H2O2(KOH)燃料电池，负极反应式为： H22e2OH=2H2O,(2)正极反应式的书写 首先根据化合价变化或氧化性强弱判断哪种微粒得电子。 其次确定该微粒得电子后变成哪种形式。 如H2O2(H2SO4)原电池，正极反应式为： O24e4H=2H2O H2O2(KOH)原电池，正极反应式为： O24e2H2O=4O

13、H 4原电池反应式的书写 两电极反应式，得失电子数相等时，将两电极反应式相加即得原电池反应式。,温馨提示：在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，无论该离子是强电解质提供的，还是弱电解质提供的，一律写离子符号；而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示。,5原电池原理的应用 (1)加快氧化还原反应速率 原理：由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生，因而反应速率加快。 实例：锌与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成原电池，加快反应进行。,(2)比较金属活动性强弱 原理：一般，在原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应；不活泼

14、金属作正极，正极上发生还原反应。 实例：如有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，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AB。 (3)用于金属的防护 原理：使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。 实例：要保护一个铁质的输水管道，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。,(4)设计原电池 首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。 氧化反应：还原剂ne=氧化产物； 还原反应：氧化剂ne=还原产物； 正极反应式负极反应式=电池的总反应式。 根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正负极材料及电解质溶液。 A电解质溶液的选择。 电解质溶液一般要能够与负极

15、发生反应或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。,B电极材料的选择。 在原电池中，一般选择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惰性材料作正极。负极材料或还原性物质在负极上失去电子被氧化，氧化性物质在正极上得到电子被还原。,温馨提示：画原电池装置图的三点提醒 指明原电池的正负极材料及电解质溶液。 烧杯中用虚线代表电解质溶液，液面用实线。 用导线将两个电极连接以构成闭合电路。,6发展中的化学电源,特别提示：一次电池是只能放电不能充电，电量用完便不能再用的电池。在化学电源中一次电池最常见，其中使用最广泛的是干电池，如普通锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌纽扣电

16、池等。 二次电池是可反复充电和放电的电池。目前最常见的二次电池是铅蓄电池。随着科学技术的发展，特别是信息技术的发展，为了适应移动通讯、便携式电脑和各种电子产品等的广泛使用，科研工作者不断研制出小型化、高比能量、工作寿命长、不需要特殊维护的二次电池。目前已经开发出镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等新型二次电池。,燃料电池是通过燃料气体和氧气分别在两个电极上发生电极反应(形成与燃烧时相同的总反应)，将化学能转化为电能的电源。燃料电池具有能量利用效率高、可连续使用和污染小等优点，已成为一种发展前景十分广阔的化学电源。 随着科技的不断进步，形形色色的性能优异的燃料电池不断被研制出来，那

17、么如何判断或书写一个“新”燃料电池反应的电极反应式呢？,(2014高考北京卷)下列电池工作时，O2在正极放出的是(),典例透析,【解析】本题考查电池的工作原理，意在考查考生的理解能力和处理实际问题的能力。 锌锰电池中，锌在负极放电，MnO2在正极放电，A项错误；氢燃料电池中，氢气在负极放电，氧气在正极放电，B项正确；铅蓄电池中，Pb在负极放电，PbO2在正极放电，C项错误；镍镉电池中，镉(Cd)在负极放电，NiOOH在正极放电，D项错误。 【答案】B,(2014高考福建卷)某原电池装置如图所示，电池总反应为2AgCl2=2AgCl。下列说法正确的是() A正极反应为AgCle=AgCl B放电

18、时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成,C若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变 D当电路中转移0.01 mol e时，交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子 【解析】本题考查原电池原理，意在考查考生对电化学知识的理解和掌握情况。在原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故由总反应式可知，负极反应为：2Ag2e2Cl=2AgCl，正极反应为：Cl22e=2Cl，A项错误；由于电解质溶液中含有大量Cl，故放电时，Ag在交换膜左侧即与Cl反应生成AgCl沉淀，B项错误；,用NaCl溶液代替盐酸，电池总反应不变，C项错误；电路中转移0.01 mol e时，交换膜左侧溶液有0.01 m

19、ol Cl参与反应生成AgCl沉淀，还有0.01 mol H通过阳离子交换膜进入右侧溶液，故D项正确。 【答案】D,(2014经典习题选萃)请利用氧化还原反应Cu2FeCl3=2FeCl2CuCl2，设计一个原电池。 【解析】该氧化还原反应可拆分为如下两个半反应： 氧化反应(负极反应)：Cu2e=Cu2。 还原反应(正极反应)：2Fe32e=2Fe2。 综合原电池的构成条件可确定，负极材料为铜，正极材料可用石墨，电解质溶液为FeCl3溶液。,【答案】该原电池可设计成如右图所示装置。 【点拨】设计原电池的理论基础是自发进行的氧化还原反应，非氧化还原反应如HOH=H2O不能设计成原电池，即不是任何

20、一个反应都可以设计成原电池的。,2(2014石家庄市第二实验中学高一期中)已知空气锌电池的电极反应为 锌片：Zn2OH2e=ZnOH2O； 碳棒：O22H2O4e=4OH，据此判断，锌片是() A正极，被还原B正极，被氧化 C负极，被还原D负极，被氧化 答案：D 点拨：原电池中Zn化合价升高被氧化，Zn为负极，D正确。,变式训练,3(2014安阳一中高一下学期二次考试)某原电池的总反应的离子方程式是：ZnCu2=Zn2Cu，此反应的原电池的正确组成是(),答案：C 点拨：根据总反应的离子方程式得，Zn化合价升高被氧化，Zn为负极，Cu为正极，含Cu2的溶液为电解质溶液，C项正确。,4(2014

21、石家庄市第二实验中学高一期中)氢氧燃料电池，是一种高效无污染的清洁电池，它分碱性(用KOH做电解质)和酸性(用硫酸做电解质)氢氧燃料电池，下图是氢氧燃料电池。,(1)该电池的负极是：_、正极是_。(填通入的气体) (2)如果是碱性燃料电池则负极反应方程式是：_。 (3)如果是酸性燃料电池则负极反应方程式是：_。 (4)无论是酸性燃料电池还是碱性燃料电池正极上电极反应均相同，则正极上的反应方程式是_。,1(2014石家庄市第二实验中学高一期末)下列关于右图所示原电池装置的叙述中，正确的是() A铜片是负极 B铜片质量逐渐减少 C电流从锌片经导线流向铜片 D氢离子在铜片表面被还原 答案：D,3(2

22、014襄、宜四市高一期中)如图，在盛有稀硫酸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，下列关于该装置的说法正确的是() A外电路电流方向为：X外电路Y B若两极分别为铁棒和碳棒，则X为碳棒，Y为铁棒 CX极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应 D若两极都是金属，则它们的活动顺序为XY,答案：D 点拨：电流方向与电子流向相反，所以电流方向为Y外电路X，A项不正确；流出电子的X极为负极，应为铁棒，B项不正确；负极上铁棒失电子被氧化，正极上H得电子被还原，C项不正确；若两极都是金属，较活泼的金属做负极，D项正确。,4(2014嘉祥一中5月质检)氢氧燃料电池是一种高效、环境友

23、好的发电装置，它是以铂作电极，KOH溶液作电解液，总反应为：2H2O2=2H2O，正极反应为：O22H2O4e=4OH下列叙述不正确的是() AH2通入负极区 BO2通入正极区 C负极发生氧化反应 D正极发生氧化反应 答案：D 点拨：H2失电子化合价升高被氧化做负极，O2得电子化合价降低被还原做正极，所以D项不正确。,5(2014余姚中学高一质检) (1)如图所示的原电池装置。 Cu电极反应式为_。当导线上通过3.011022个电子时，锌片质量减少_g(保留小数点后三位)。 (2)氢氧燃料电池的总反应方程式为2H2O2=2H2O。其中氢气在_(填“正”或“负”)极发生_反应(填“氧化”或“还原

24、”)。电路中每转移0.2 mol电子，标准状况下消耗H2的体积是_L。,答案：(1)2H2e=H21.625 (2)负氧化2.24,一、青蛙与原电池 1780年，意大利的医学家伽伐尼在偶然的情况下，以铜制的解剖刀碰触到置于铁盘内的青蛙腿，死蛙腿突然颤抖了几下，因而认为有微电流流过，他主张这是生物本身内在的自发电流。伽伐尼的研究成果立即受到了欧洲学术界的普遍赞扬，大家推崇说这是科技史上一件有意义的大发现。,意大利物理学家伏打开始时相信伽伐尼的见解是正确的，但经过反复试验、研究后，终于证明“起电”与动物无关，蛙腿只是一种非常灵敏的“验电器”，而两种不同的金属才是“起电”的关键。他把几十块银片和锌片

25、交替重叠，每对金属之间插入浸渍过盐水的纸片或布条，组成了“电推”即世界上第一个原电池。1800年，伏打将自己发明的“电推”公诸于世。几个月后，伏打带着他的仪器来到了巴黎，正当他准备演讲时，突然一位全副武装的法国军官走上台来，在伏打耳边轻声说：“请等一下开讲，有人要接见你。”伏打一看这架势，忐忑不安地跟着军官来到了后台休息室，推门进去，只见一个小个子的将军向他立正敬礼。,伏打定神一看，原来是威名赫赫的拿破仑皇帝。只听拿破仑大声宣布：“你为科学事业做出了伟大的业绩，我宣布授予你侯爵封号，任命你为意大利王国的上议员。”拿破仑是识人才的，伏打的发明具有重大而深远的意义。戴维就用这种电源发现了许多种元素

26、，法拉第用它发现了电解定律，早期的电弧灯、电动机、电报等新技术都是用它作为能源的，它对近代科学技术的发展有着巨大的促进作用。,二、生病的自由女神 耸立于美国纽约港外的一个海岛上有15层楼高的自由女神，历来被认为是美利坚合众国的象征。然而，经过近百年的风风雨雨，它和人一样，已经生病了。她究竟患了何种疾病呢？最近，美、法两国组织了一个调查小组，对她进行全面体验。结果，大吃一惊，因为他们发现自由女神近百年来一直受着一种疾病的折磨，那就是：电化学腐蚀。自由女神的外壳材料是铜，而支撑整个雕像的内支架却是铁的，在它们之间仅有一层浸透油的毛毡隔开。,年岁久了，设计者预先没想到的事发生了：首先是那一层毛毡失去了隔离作用，而大西洋潮湿的夹带着盐分的空气有意向自由女神不断地进行攻击，无数的原电池便在自由女神的身上形成，这种原电池以铁为负极，铜为正极，夹带盐分的湿空气正好在两极之间起着电解质溶液的作用，结果加速了铁的腐蚀。自由女神的铁骨表面一层又一层地被锈蚀，蓬松的氧化铁使铁架的体积膨胀，铆固的支脚被折断，尽管神有万般灵验，现在也自身难保了。必须为她脱胎换骨，这还要求助于化学来挽救她的厄运。,