高二化学《化学能与电能的转化》教案分析.docx
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1、高二化学化学能与电能的转化教案分析化学能与电能的转化学案 其次单元化学能与电能的转化 第1课时原电池的工作原理 目标要求1.理解原电池的工作原理,能够写出电极反应式和电池反应方程式。2.了解半反应、盐桥、内电路、外电路等概念。3.会推断原电池的正、负极,能够利用氧化还原反应设计简洁的原电池。 一、原电池1原电池定义:将化学能转变为电能的装置。2实质:将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。即将化学能转化成电能。3简洁原电池的构成条件:活泼性不同的两个电极,电解质溶液,形成闭合回路,能自发进行的氧化还原反应。二、原电池的工作原理工作原理:利用氧化还原反应在不同区域内进行,以适当方式连接起来,
2、获得电流。以铜锌原电池为例:1在ZnSO4溶液中,锌片渐渐溶解,即Zn被氧化,锌原子失电子,形成Zn2进入溶液,从锌片上释放的电子,经过导线流向铜片;CuSO4溶液中,Cu2从铜片上得电子,还原成为金属铜并沉积在铜片上。锌为负极,发生氧化反应,电极反应式为Zn2e=Zn2;铜为正极,发生还原反应,电极反应式为Cu22e=Cu。总反应式为ZnCu2=Zn2Cu,反应是自发进行的。2闭合回路的构成:外电路:电子从负极到正极,电流从正极到负极,内电路:溶液中的阴离子移向ZnSO4溶液,阳离子移向CuSO4溶液。3盐桥盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液。当其存在时,随着反应的进行,Zn棒中的Zn原子
3、失去电子成为Zn2进入溶液中,使ZnSO4溶液中Zn2过多,带正电荷。Cu2获得电子沉积为Cu,溶液中Cu2过少,SO24过多,溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性时,将阻挡放电作用的接着进行。盐桥的存在就避开了这种状况的发生,其中Cl向ZnSO4溶液迁移,K向CuSO4溶液迁移,分别中和过剩的电荷,使溶液保持电中性,反应可以接着进行。学问点一原电池1下列装置中能构成原电池产生电流的是()答案B解析A、D项中电极与电解质溶液之间不发生反应,不能构成原电池;B项符合原电池的构成条件,两电极发生的反应分别是Zn2e=Zn2,2H2e=H2;C项中酒精不是电解质,故不能构成原电池。2在图中的8个装置中
4、,属于原电池的是() ABCD答案D学问点二原电池的原理3用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3的U型管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()在外电路中,电流由铜电极流向银电极正极反应为Age=Ag试验过程中取出盐桥,原电池仍能接着工作将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同ABCD答案C解析该原电池中Cu作负极,Ag作正极,负极反应式为Cu2e=Cu2,正极反应式为Age=Ag,因此对;在外电路中,电子由Cu电极流向Ag电极,而电流方向与电子流向相反,所以错;没有盐桥,原电池不能接着工作,所以错;无论是否为原电池,反应
5、实质相同,均为氧化还原反应,所以对。4下图是Zn和Cu形成的原电池,某试验爱好小组做完试验后,在读书卡片上记录如下:在卡片上,描述合理的是()NO.28Date:2022.11.8试验后的记录:Zn为正极,Cu为负极。H向负极移动。电子流淌方向ZnCu。Cu极上有H2产生。若有1mol电子流过导线,则产生H2为0.5mol。正极的电子反应式为:ZnZn2e。ABCD答案B解析本题考查了锌、铜和稀H2SO4构成的原电池的基本工作原理。Zn比Cu活泼,Zn为负极,电极反应为:Zn2e=Zn2,Cu为正极,电极反应为2H2e=H2,每转移1mol电子,产生H20.5mol,电子由Zn流出,经导线流向
6、铜片,溶液中H向正极移动,SO24向负极移动,故选B。5把A、B、C、D四块金属泡在稀H2SO4中,用导线两两相连可以组成各种原电池。A、B相连时,A为负极;C、D相连时,D上有气泡逸出;A、C相连时,A极减轻;B、D相连时,B为正极。则四种金属的活动性依次由大到小排列为()AABCDBACBDCACDBDBDCA答案C解析金属组成原电池,相对活泼的金属失去电子作负极,相对不活泼的金属作正极。负极被氧化,质量减轻,正极发生还原反应,有物质析出,由题意得活动性AB、AC、CD、DB,故正确答案为C。学问点三原电池的应用6已知电极材料:铁、铜、银、石墨、锌、铝;电解质溶液:CuCl2溶液、Fe2(
7、SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列问题:(1)电工操作上规定:不能把铜导线和铝导线连接在一起运用。请说明缘由_。(2)若电极材料选铜和石墨,电解质溶液选硫酸铁溶液,外加导线,能否构成原电池?_。若能,请写出电极反应式,负极:_,正极:_。(若不能,后两空不填)(3)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池,要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。答案(1)二者连接在一起时,接头处在潮湿的空气中形成原电池而被腐蚀(2)能Cu2e=Cu22Fe32e=2Fe2(3)解析(1)当Cu、Al导线连接时,接触到潮湿的空气就易形成原电池而被腐蚀。(2)因为FeCl3能与Cu发生反应:2FeCl3
8、Cu=2FeCl2CuCl2,因此依据给出的条件可以设计成原电池,其负极为Cu,反应为Cu2e=Cu2,正极为石墨,电极反应式为2Fe32e=2Fe2。(3)因为总反应式为FeH2SO4=FeSO4H2,所以负极为Fe,正极可为Cu、Ag或石墨,电解质为稀硫酸,即可画出装置图。7利用反应Fe3Zn=Fe2Zn2设计一个带盐桥的原电池,并在下面方框内画出试验装置图,并指出正极为_,电极反应式为_。负极为_,电极反应式为_。此装置中盐桥的作用为_。 答案Pt2Fe32e=2Fe2ZnZn2e=Zn2使两个半电池连成一个通路;使两溶液保持电中性解析依据反应Zn2Fe3=Zn22Fe2知该反应中的氧化
9、反应为Zn2e=Zn2,故应采纳Zn片作负极,还原反应为2Fe32e=2Fe2,故应选择比Zn不活泼的金属或非金属石墨等作正极,依据应选择与电极材料相同的阳离子的电解质溶液作电解液,故负极区应选含Zn2的盐溶液如ZnSO4溶液,正极区选含Fe3的溶液作电解液如FeCl3、Fe2(SO4)3溶液等。练基础落实1在理论上不能用于设计原电池的化学反应是()AH2SO4(aq)BaCl2(aq)=2HCl(aq)BaSO4(s)H0B2CH3OH(l)3O2(g)2CO2(g)4H2O(l)H0C4Fe(OH)2(s)2H2O(l)O2(g)=4Fe(OH)3(s)H0D3Cu(s)8HNO3(aq)
10、=3Cu(NO3)2(aq)2NO(g)4H2O(l)H0答案A2有关原电池的下列说法中正确的是()A在外电路中电子由正极流向负极B在原电池中,只有金属锌作为负极C原电池工作时,阳离子向正极方向移动D原电池工作时,阳离子向负极方向移动答案C解析在原电池中,电子从负极流向正极;原电池中活泼的金属作负极,而不肯定是Zn;随着反应的进行,阳离子在正极被还原,所以电解质溶液中的阳离子向正极移动,而阴离子向负极移动。答案为C。3锌银电池广泛用作各种电子仪器的电源,它的电池反应是ZnAg2OH2O=2AgZn(OH)2,则负极上发生反应的物质是()AAgBZn(OH)2CAg2ODZn答案D解析推断原电池
11、的正、负极,要依据总反应式确定失电子物质和得电子物质,然后依据在原电池中失去电子的物质作负极作出推断。由题给总方程式得Zn2OH2e=Zn(OH)2,故Zn为负极。4.依据反应:2AgCu=Cu22Ag,设计如图所示原电池,下列说法错误的是()AX可以是银或石墨BY是硫酸铜溶液C电子从铜电极经外电路流向X电极DX极上的电极反应式为Age=Ag答案B解析依据题意,铜应为负极,X为正极,则X应为活泼性比铜弱的金属或导电的非金属,A项正确;电解质溶液应含Ag,B项错;在原电池中,电子从负极经外电路流向正极,Ag在正极X上得电子,Age=Ag,故C、D项正确。5限制适合的条件,将反应2Fe32I2Fe
12、2I2设计成如下图所示的原电池。下列推断不正确的是()A反应起先时,乙中石墨电极上发生氧化反应B反应起先时,甲中石墨电极上的Fe3被还原C电流计读数为零时,反应达到化学平衡状态D电流计读数为零后,在甲中溶入FeCl2固体,乙中的石墨电极为负极答案D解析由反应2Fe32I2Fe2I2可知,反应起先时,甲中Fe3发生还原反应,乙中I发生氧化反应;当电流计读数为零时,则反应达到了平衡状态,此时在甲中溶入FeCl2固体,平衡向逆反应方向移动,乙中I2发生还原反应,则乙中石墨电极为正极;故选D。6.科学家正在探讨高铁可充电电池,据探讨人员推想,这种电池具有容量大、放电电流大、稳定性好等优点,将有广泛的应
13、用前景。高铁电池放电时,锌、K2FeO4分别在两极上发生反应,以KOH溶液为电解液,电池总反应为3Zn2K2FeO48H2O=3Zn(OH)22Fe(OH)34KOH,下列说法中错误的是()A电池工作时,锌失去电子B电池正极的电极反应式为2FeO248H2O6e=2Fe(OH)310OHC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1.2041023个电子,锌的质量理论上削减6.5g答案C练方法技巧7以锌片和铜片为两极,以稀硫酸为电解质溶液组成原电池,当导线中通过2mol电子时,下列说法正确的是()A锌片溶解了1mol,铜片上析出1molH2B两极上溶解和析出的物质质量相等C锌片溶
14、解31g,铜片上析出1gH2D锌片溶解了1mol,硫酸消耗0.5mol答案A解析在涉及原电池的有关计算中,关键是要把握住一点,即两极得、失电子数相等。利用这一特点,我们从电极反应看:负极:Zn2e=Zn2;正极:2H2e=H2。当溶解1mol锌时失去2mol电子,铜片上析出1mol氢气也得到2mol电子,得失电子守恒,这样即可推出A正确。8下列关于试验现象的描述不正确的是()A把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中,铜片表面出现气泡B用锌片作负极,铜片作正极,在CuSO4溶液中,铜片质量增加C把铜片插入三氯化铁溶液中,在铜片表面出现一层铁D把锌粒放入盛有盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,气泡放出速
15、率加快答案C解析铜片和铁片紧靠并浸入稀H2SO4中,铜片上的H获得由铁片传递过来的电子2H2e=H2,所以可视察到铜片表面出现气泡;锌片作负极,铜片作正极,发生反应:ZnCu2=Zn2Cu,生成的Cu在铜片上析出访其质量增加;铜片插入FeCl3溶液,发生的反应是Cu2Fe3=Cu22Fe2,并没有单质铁的析出;向盛有锌粒和盐酸的试管中,滴入几滴CuCl2溶液,发生反应:ZnCu2=Zn2Cu,置换出的Cu与剩余的Zn接触,置于盐酸中,构成了原电池,加速2H2e=H2的反应,可视察到气泡放出速率加快。9银器皿日久表面会渐渐变成黑色,这是由于生成硫化银,有人设计用原电池进行“抛光”,其处理方法是:
16、将肯定浓度的食盐溶液放入一铝制容器中,再将变黑的银器浸入溶液中,放置一段时间后,黑色会褪去而银复原光泽,且不会损失,试回答:(1)食盐的作用是_。(2)在此原电池反应中,负极发生的电极反应为_,正极发生的电极反应为_。(3)反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体,溶液中发生的反应为_,原电池总反应方程式为_。(4)实际操作中,配制食盐水时,通常还加入肯定量的小苏打,其主要作用是_,这一反应的化学方程式是_。答案(1)作电解质起导电作用(2)2Al6e=2Al33Ag2S6e=6Ag3S2(3)2Al33S26H2O=2Al(OH)33H2S2Al3Ag2S6H2O=2Al(OH)33H2S6Ag(4)
17、除去生成的H2S,防止污染空气H2SNaHCO3=NaHSH2OCO2解析(1)形成原电池须要电解质导电,因此NaCl是作电解质起导电作用。(2)依据题给信息“黑色褪去而银不会损失”,必定发生Ag2SAg改变。铝比银活泼,为负极,失电子变成Al3,反应为:Al3e=Al3。Ag2S变为Ag和S2,得电子,是原电池的正极,反应为:Ag2S2e=2AgS2。(3)溶液中2Al33S26H2O=2Al(OH)33H2S因此,总反应为:2Al3Ag2S6H2O=6Ag2Al(OH)33H2S(4)硫化氢有毒,需除去,因此,NaHCO3的作用是除去生成的H2S,防止污染空气,反应为:H2SNaHCO3=
18、NaHSH2OCO2。 练综合拓展10依据氧化还原反应:2Ag(aq)Cu(s)=Cu2(aq)2Ag(s)设计的原电池如下图所示。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。答案(1)铜AgNO3溶液(2)正Age=AgCu2e=Cu2(3)CuAg解析依据所给氧化还原反应的化学方程式,结合原电池反应原理以及所给原电池装置,Cu应作负极,AgNO3溶液为电解质溶液,从而推知:(1)X的材料为铜,Y是AgNO3溶液。(2)银为原电池的正极,发生的电极反应式为Age=
19、Ag。X电极上发生的电极反应式为Cu2e=Cu2。(3)外电路中的电子从铜(负)电极流向银(正)电极。11某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性依次,有甲、乙两位同学均运用镁片与铝片作电极,但甲同学将电极放入6molL1的稀H2SO4中,乙同学将电极放入6molL1的NaOH溶液中,如图所示。(1)写出甲池中发生的有关电极反应的反应式:负极_, 正极_。(2)写出乙池中发生的有关电极反应的反应式:负极_, 正极_。 总反应离子方程式为_。(3)假如甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若是金属,则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”,则甲会推断出_活动性更强,而乙会推断出
20、_活动性更强(填写元素符号)。(4)由此试验,可得到如下哪些结论?_。A利用原电池反应推断金属活动性依次应留意选择合适的介质B镁的金属性不肯定比铝的金属性强C该试验说明金属活动性依次表已过时,已没有好用价值D该试验说明化学探讨对象困难、反应条件多变,应详细问题详细分析(5)上述试验也反过来证明白“利用金属活动性依次表干脆推断原电池中正、负极”的做法_(填“牢靠”或“不行靠”)。如不行靠,则请你提出另一个推断原电池正、负极可行的试验方案_。答案(1)Mg2e=Mg22H2e=H2(2)2Al8OH6e=2AlO24H2O6H2O6e=6OH3H22Al2OH2H2O=2AlO23H2(3)MgA
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