高中化学苏教版化学反应与能量转化第三单元化学能与电能的转化

专题二第三单元化学能与电能的转化【学习目标】1.通过原电池原理的探究活动，培养推理和分析问题的能力以及应用氧化还原反应原理解决问题的能力。2.掌握原电池的构成条件，能判断正负极。3.知道原电池内外电路的电流方向和离子运动方向。4.了解原电池的工作原理，能够写出原电池的电极反应式和总反应的化学方程式。【活动与探究】教材P40：1.化学能转化为电能实验实验1锌片逐渐溶解，且表面有气泡产生；铜片表面无明显现象锌与稀硫酸反应；铜与稀硫酸不反应实验2同上同上实验3锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡产生锌失电子；H+在铜片上得电子产生氢气实验4锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡产生，电流计指针发生偏转电路中有电子通过，形成了电流【知识梳理】原电池（重点）⑴概念：将化学能转化为电能的装置叫做原电池。原电池工作原理：（以Zn-Cu-H2SO4原电池为例）⑵电极名称和电极反应：原电池中，相对活泼的电极为负极，相对不活泼的金属（或石墨电极）为正极。上述电池发生的反应为：锌电极（负极）：Zn-2e-=Zn2+铜电极（正极）：2H++2e-=H2↑反应总方程式：Zn+2H+=Zn2++H2↑⑶电子流动方向：电子从原电池负极经导线流向正极；电流在外电路中从原电池的正极到负极。⑷电子的迁移：阳离子→正极阴离子→负极⑸原电池正、负极判断：判断依据负极正极电极材料一般是活泼性较强的金属活泼性较弱金属或导电非金属电子流向电子流出的一极电子流入的一极电解质溶液中离子定向移动方向阳离子移向的一极阴离子移向的一极发生的反应氧化反应还原反应反应现象电极溶解电极增重或有气泡放出特例：Al在碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；Fe、Al在浓硝酸中钝化后比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作负极。⑹原电池形成条件①具有能自发发生的氧化还原反应；②有两种活泼性不同的金属（或金属与石墨）作电极；③要有电解质溶液；④正负极相互连接，同时浸入电解质溶液，形成闭合回路。如下反例：2．原电池电极反应的书写方法：(1)写出总化学反应方程式（即氧化还原反应方程式）；(2)根据总反应方程式从电子得失（或元素化合价升降）的角度，将总反应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，注意介质可能参与反应；(4)验证：两电极反应式相加所得式子和原化学方程式相同，则书写正确。2．金属的电化学腐蚀：不纯的金属或合金与电解质溶液接触，发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子被氧化的过程成为金属的电化学腐蚀。⑴钢铁的电化学腐蚀（教材P41）⑵钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀比较分类析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强水膜酸性弱或呈中性负极反应Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+正极反应2H++2e-=H2↑2H2O+O2+4e-=4OH-总反应Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2【后续反应】4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3⑵金属防护：金属表面覆盖保护层，如油漆、搪瓷、塑料；电化学保护法，原电池原理，在钢铁表面镀上较活泼金属。化学电源（教材P43）一次电池：用过后不可复原，如常见干电池；二次电池：充电后能继续使用，如铅蓄电池。常见化学电源的组成与反应原理，见课本。3．燃料电池(1)氢氧燃料电池①用酸性电解质时：总反应：2H2+O2=2H2O负极：H2－2e－===2H＋；正极：eq\f(1,2)O2＋2H＋＋2e－===H2O②用NaOH等碱性溶液时：总反应：2H2+O2=2H2O负极:H2＋2OH－－2e－===2H2O；正极：eq\f(1,2)O2＋H2O＋2e－===2OH－；【典型例题】【1】用Zn片、Cu片和稀硫酸组成的原电池装置中，经过一段时间工作后，下列说法正确的是（）A．锌片是正极，铜片上有气泡产生B．电流方向是从锌片流向铜片C．溶液中硫酸的物质的量浓度减小D．电解质溶液的pH保持不变[解析]:活泼金属锌为负极，电流方向由正极到负极，与电子流动方向相反，随着H+消耗，pH逐渐增大。答案为C【2】将a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池，若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序为（）A．a>b>c>d>c>d>b>a>b>d>d>c>a[解析]：根据原电池原理：作为负极的金属活动性比正极的金属活动性强，电子流动方向是由负极流向正极，电流方向与电子流动方向相反，因此依次作出判断：活泼性a>b;c>d;a>c;d>b。答案为B【3】下列装置中有电流产生的是（）【解析】A项中的乙醇是非电解质，不导电；B项中的装置不是闭合回路；C项中Fe常温下与浓H2SO4会钝化，使反应不能持续发生。D正确【课后练习】1．如下图所示的装置能够组成原电池产生电流的是(B)2．有关原电池的下列说法中正确的是(C)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3．如右图所示，电流计G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的(D)A．A是Zn、B是Cu、C为稀硫酸溶液B．A是Cu、B是Zn、C为稀硫酸溶液C．A是Fe、B是Ag、C为AgNO3溶液D．A是Ag、B是Fe、C为AgNO3溶液4.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(C)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pH均增大 D．产生气泡的速度甲比乙慢5．下列事实不能说明Al的金属活动性比Cu强的是 (D) A．常温下将铝投入CuSO4溶液中B．常温下将铝和铜用导线连接一起放入到稀盐酸中C．常温下将铝和铜不用导线连接一起放入到稀盐酸中D．常温下将铝和铜用导线连接一起放入到氢氧化钠溶液中6．某原电池反应的离子方程式为Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑，则下列说法正确的是(D)A．HNO3为电解质溶液B．锌为原电池正极C．铁极质量不变D．铜为原电池正极7．由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验，根据实验现象填表：装置现象金属A不断溶解C的质量增加A上有气体产生正极反应式四种金属活动性由强到弱的顺序8．某高二化学兴趣小组为了探索铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果如下。试根据下表中的实验现象回答下列问题：编号电极材料电解质溶液电流计指针偏转方向1Mg、Al稀盐酸偏向Al2Al、Cu稀盐酸偏向Cu3Al、石墨稀盐酸偏向石墨4Mg、AlNaOH偏向Mg5Al、Zn浓硝酸偏向Al(1)实验1、2中Al所作的电极是否相同？(2)写出实验3中的电极反应式和电池总反应方程式。(3)实验4中Al作正极还是作负极，为什么？写出Al电极的电极反应式。(4)解释实验5中电流计指针偏向Al的原因。(5)根据实验结果总结：在原电池中金属铝作正极还是作负极受到哪些因素的影响？9（探究题）．(A、B、C三个烧杯分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。)(1)A中反应的离子方程式为______________________________________________.(2)B中Sn作________极，电极反应式为______________________，Sn极附近溶液的pH(填“增大”“减小”或“不变”)________；Fe作________极，电极反应式为______________(3)C中被腐蚀的金属是________，总反应式为__________________________________，该装置现象为_______________________________________________。(4)说明B、C中金属铁作正极还是负极受到哪种因素的影响？__________________________________。化学反应中的热量:1．B9（1）S（s）+O2(g)=SO2(g)△H＝－296kJ·mol－1(2)2Al(s)+3Cl2(g)=2AlCl3(s)△H＝－·mol－1(3)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H＝+·mol－1(4)C2H6(g)+O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)△H＝－·mol－110．氮气与氢气的反应是可逆反应，1molN2和3molH2不可能完全反应生成2molNH3，所以反应热小于。11．806g212【答案】1．解析：依据构成原电池的四个必要条件分析：A中两电极相同；C中没有构成闭合回路；D中酒精是非电解质。唯有B符合条件。答案：B2．解析：在原电池中，电子从负极流向正极，A错误；原电池中是活泼金属作负极，而不一定是锌，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：C3．解析：该装置为原电池，A极变粗，说明A上有金属析出，即在A极上发生还原反应，A为正极，电解质溶液中应含有易得电子的金属阳离子，B为负极，应是活泼性比A极材料强的金属，只有D项符合题意，D中负极(Fe)反应：Fe－2e－===Fe2＋，正极(Ag)反应：2Ag＋＋2e－===2Ag。4．解析：乙烧杯中锌与铜没有接触，不能构成原电池，但锌可以与稀H2SO4直接反应，放出H2。甲烧杯中铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中形成了原电池，由于金属活动性Zn>Cu，锌为负极，铜片上有H2放出，加快了锌的溶解，故只有C项正确。答案：C5．【解析】在氢氧化钠溶液中能反应生成气体的金属，其活动性不一定强，如Mg和Al。【答案】D6．【解析】由电池反应的离子方程式知，电池的负极为铁，则正极应是比铁不活泼的金属(B被否定)，在反应中负极不断被消耗(C被否定)，由于反应中放出了氢气并生成了Fe2＋，故知电解质溶液不能是HNO3。由上分析可知正确选项为D。【答案】D7．【答案】2H＋＋e－＝H2↑Cu2＋+2e－＝Cu2H＋＋2e－＝H2↑D＞A＞B＞C8．【解析】一般情况下，较活泼的金属作原电池的负极，根据实验1、2的结果，自然得出1中Al作正极，2中Al作负极，但在NaOH溶液中Al比Mg活泼，作负极，在浓硝酸中由于Al发生钝化，Zn作负极。【答案】(1)不同(2)Al为负极：Al－3e－＝Al3＋，石墨为正极：2H＋＋2e－＝H2↑，2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑(3)Al作负极，因为Al能与NaOH溶液反应而Mg不能，Al＋4OH－－3e－＝AlO