精编学案高中化学人教版必修2 第2章 第2节 化学能与电能.docx
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精编学案高中化学人教版必修2第2章第2节化学能与电能
第2节 化学能与电能
第1课时 化学能转化为电能
【学习目标】
1.熟悉能源的分类和化学能与电能的转化关系。
2.知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置,通过实验会说明原电池的原理,会判断原电池的正极、负极,会正确书写电极反应式,熟知原电池的应用。
【基础导学】
一、化学能与电能的转化
1.化学能是能量的一种形式,你知道的化学能转化形式有哪些?
2.电能
使用电器时都需要电能。
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。
3.火力发电
火力发电(火电)是通过_____________________________________________________燃烧,使化学能转变为________,加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机,然后带动发电机发电。
燃煤发电是从煤中的化学能开始的一系列能量转换过程,该过程可表示为
化学能
________
________
________
其中,____________________是使化学能转换为电能的关键。
4.化学能与电能的直接转化
化学能可通过____________反应直接转化成电能。
【归纳总结】
能源常见的分类形式
能源类别
定义
按利用历史
按性质
举例
一次能源
常规能源
可再生能源
水能
不可再生能源
煤、石油、天然气等化石能源
新能源
可再生能源
太阳能、风能、地热能、潮汐能、沼气
不可再生能源
核能
二次能源
电能(水电、火电、核电)、氢能、蒸汽、工业余热等
【当堂训练】
1.下列叙述不正确的是( )
A.根据一次能源和二次能源的划分,氢气为二次能源
B.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
C.火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程
D.在火力发电过程中,化学能转化为热能实际上是氧化还原反应发生的过程,伴随着能量的变化
2.下列各项中,属于一次能源的是( )
①煤 ②石油 ③天然气 ④煤气 ⑤电力
A.①②③B.①②④
C.②③⑤D.③④⑤
二、原电池的工作原理
1.按要求完成下列实验,并填表:
实验步骤
现象
解释或说明
2.原电池
(1)原电池的概念是将_______能转化为_______能的装置;原电池的反应本质是_______反应。
(2)原电池的构成条件
理论上,自发的____________反应均可构成原电池。
具体条件是:
①具有______________的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属);
②溶液:
两电极均插入__________溶液中;
③导线:
两极用导线相连,形成闭合回路。
(3)原电池的工作原理
①分析下图并填空
原电池总反应式:
________________________________________________________;
②能量转化过程:
原电池在工作时,________极失去电子,电子通过导线流向________极,溶液中氧化性物质________电子,发生________反应,这样氧化反应和还原反应不断发生,闭合回路中不断有________产生,也就形成了电流,即________能转变为________能。
(4)原电池工作原理的应用
①比较金属活动性
作负极的金属活动性______,作正极的金属活动性_________________________________;
②改变化学反应速率
如:
在Zn和稀硫酸反应时,滴加少量CuSO4溶液,则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极,从而加快Zn与稀硫酸反应的速率;
③设计原电池
如:
把Fe+2Fe3+===3Fe2+设计成原电池,可用______作负极,__________作正极,__________作电解质溶液;
④保护金属设备
如:
船体是钢铁材料,在海水中易被腐蚀,在船体外壳焊接上比铁活泼的金属(如Zn),则构成以Zn、Fe为电极的原电池,________被消耗掉而________得到保护。
【归纳总结】
【当堂训练】
3.在如图所示的8个装置中,属于原电池的是___________________________________。
4.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变化是________。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是______________________________________________。
【学习小结】
原电池是把化学能转化为电能的装置。
其工作原理是
【课后检测】
1.化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。
下列说法正确的是( )
A.天然气、石油、流水、风力、氢气为一次能源
B.无论是风力发电还是火力发电,都是将化学能转化为电能
C.PM2.5含有的铅、镉、铬、钒、砷等对人体有害的元素均是金属元素
D.发展低碳经济、循环经济,推广可利用太阳能、风能的城市照明系统
2.下列叙述正确的是( )
①原电池是把化学能转化成电能的一种装置
②原电池的正极发生氧化反应,负极发生还原反应
③不能自发进行的氧化还原反应,通过原电池的装置均可实现
④碳棒不能用来作原电池的正极
⑤反应Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+,能以原电池的形式来实现
A.①⑤B.①④⑤C.②③④D.②⑤
3.将纯锌片和纯铜片按下图所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.两个装置都构成了原电池
B.甲装置构成了原电池,乙装置没有构成原电池
C.两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生
D.产生气泡的速率甲比乙慢
4.X、Y、Z都是金属,把X浸入Z的硝酸盐溶液中,X的表面有Z析出,X和Y组成原电池时,Y为电池的负极。
X、Y、Z三种金属的活动性顺序为( )
A.X>Y>ZB.X>Z>Y
C.Y>X>ZD.Y>Z>X
5.在铜锌原电池中(如下图),以硫酸铜为电解质溶液,锌为________极,电极上发生的是________(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式为_________________________。
锌片上观察到的现象为______________________________________________________;
铜为________极,电极上发生的是________(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式是________________________________________________________________________;
铜片上观察到的现象是________________________________________________________,
原电池总反应的离子方程式为______________________________________。
答案精析
基础导学
一、
1.化学能可转化成热能、光能、电能等。
3.化石燃料(如煤、石油、天然气) 热能 热能 机械能 电能 燃烧(氧化还原反应)
4.氧化还原
归纳总结
直接从自然界中取得的能源 由一次能源经过加工、转化得到的能源
当堂训练
1.C [氢气不能从自然界中直接取得,是二次能源,A正确;电能也是二次能源,且使用方便、污染最小,B正确;以煤为燃料,火力发电的能量转化过程:
(煤)化学能
热能
机械能
电能,故C错误,D正确。
]
2.A [煤、石油、天然气等没有经过加工或转换而直接从自然界中取得,称为一次能源;煤气、电力、汽油、煤油、焦炭等,是在一次能源基础上经过加工转换而来的,称为二次能源。
]
二、
1.(从左到右,从上到下)锌片逐渐溶解,表面有气泡;铜片表面无气泡 锌片逐渐溶解,铜片表面有气泡,电流表指针发生偏转 两锌片逐渐溶解且表面都有气泡,电流表指针不偏转 无现象 锌与稀硫酸发生置换反应产生H2,而铜则不能 锌与稀硫酸反应,但氢气在铜片上产生,导线中有电流 锌与稀硫酸反应产生氢气,但导线中无电流 乙醇是非电解质,与Zn、Cu都不反应
2.
(1)化学 电 氧化还原
(2)氧化还原 ①活动性不同 ②电解质 (3)①(从上到下,从左到右)负极 氧化反应 Zn-2e-===Zn2+ 正极 还原反应 2H++2e-+===H2↑Zn+2H+===Zn2++H2↑ ②负 正 得到 还原 电子流 化学 电 (4)①强 弱 ③Fe 铜(或石墨) FeCl3溶液 ④Zn Fe
归纳总结
(从左到右,从上到下)还原性较弱的金属或能导电的非金属 还原反应 电子流入 电流流出 还原性较强的金属 氧化反应
电子流出 电流流入
当堂训练
3.DFG
解析 图中A、B都只有一个电极,C中是两个活泼性相同的电极,E中酒精不是电解质溶液,H不能形成闭合回路,它们不属于原电池,属于原电池的只有D、F、G。
4.
(1)A-2e-===A2+
(2)Cu2++2e-===Cu
(3)增大 (4)D>A>B>C
解析 据装置甲知活动性:
A>B,A作负极,电极反应式为A-2e-===A2+;据装置乙知活动性:
B>C,正极反应式为Cu2++2e-===Cu;据装置丙知活动性:
D>A,正极反应式为2H++2e-===H2↑,故c(H+)减小,pH增大。
据甲、乙、丙知活动性强弱顺序:
D>A>B>C。
课后检测
1.D [A项,H2不是一次能源;B项,风力发电不是将化学能转化为电能;C项,砷不是金属元素。
]
2.A 3.B
4.C [根据原电池原理,负极的金属比正极活泼,可知活泼性Y>X,根据金属活动性顺序和置换反应原理,可知活泼性X>Z,故有三种金属的活泼性顺序为Y>X>Z。
]
5.负 氧化 Zn-2e-===Zn2+ 锌片溶解 正 还原 Cu2++2e-===Cu 铜极变粗 Zn+Cu2+===Zn2++Cu
解析 CuSO4为电解质溶液时,铜锌原电池的负极为锌,电极反应式为Zn-2e-===Zn2+,所以锌片不断溶解,正极为铜,电极反应式为Cu2++2e-===Cu,所以铜极不断变粗,电池总反应式为Zn+Cu2+===Zn2++Cu。
第2课时 发展中的化学电源
【学习目标】
1.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。
2.认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。
3.能正确书写简单化学电源的电极反应式。
【基础导学】
一、常见的化学电源
1.锌锰干电池
(1)结构:
锌锰干电池是以锌筒为____极,石墨棒为____极,在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作_____________________________________________________________。
(2)原理:
锌锰电池是________电池,放电之后________充电,内部的氧化还原反应是______的。
负极发生的电极反应为_________,正极发生的电极反应为2MnO2+2NH
+2e-===Mn2O3+2NH3↑+H2O。
(3)缺陷:
锌锰干电池电量小,而且在放电过程中容易发生气涨或漏液,会导致电器设备的________。
改进措施:
①在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成________电池;②将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH,并在构造上进行改进,制成________性锌锰电池。
2.充电电池
(1)充电电池又称________电池。
充电电池在放电时所进行的__________反应,在充电时又可以________进行,________物重新转化为________物,使充电、放电可在一定时期内循环进行。
充电电池中能量的转化关系是________________。
(2)常见的充电电池
①铅蓄电池
常作汽车电瓶,电压稳定,使用方便安全。
负极材料是________,正极材料是________,电解质溶液是___________________________________________________________。
②镍镉电池
以________为负极,____________为正极,以________为电解质,寿命比铅蓄电池________,但镉是致癌物质,废弃镍镉电池如不回收,会严重污染环境。
③碱金属中的________是最轻的金属,活动性________,是制造电池的理想物质。
________电池是新一代可充电的绿色电池。
3.燃料电池
(1)燃料电池是通过____________与________分别在两个电极上发生____________反应,将________能直接转化为________能的装置。
(2)燃料电池与火力发电相比,其燃料的利用率________、能量转化率________。
与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池________部,而是由外设装备提供________和________等。
(3)以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下:
负极:
________________________________________________________________(氧化反应);
正极:
_______________________________________________________________(还原反应);
总反应:
________________________________________________________________________。
【归纳总结】
化学电池的基本类型
(1)活泼金属作负极,被腐蚀或消耗,发生氧化反应,如锌锰干电池。
(2)两电极都参加反应,如铅蓄电池。
(3)两电极均为惰性电极,电极本身不发生反应,而是由引入到两极上的物质发生反应,如燃料电池。
【当堂训练】
1.下列电池工作时,O2在正极得电子的是( )
A
B
C
D
锌锰电池
铅蓄电池
氢氧燃料电池
镍镉电池
2.汽车的启动电源常用铅蓄电池,其放电时的原电池反应如下:
PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O,根据此反应判断,下列叙述中正确的是( )
A.Pb是正极
B.PbO2得电子,被氧化
C.负极反应是Pb+SO
-2e-===PbSO4
D.电池放电时,溶液的酸性增强
二、原电池电极反应式的书写方法
1.负极反应式的书写
先判断负极材料,然后再分析其反应特点,并注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。
(1)锌锰干电池(Zn—C—NH4Cl)的负极是________,其负极反应特点是_________________
________________,负极反应式是______________________________________________。
(2)铅蓄电池(Pb—PbO2—H2SO4)的负极是________,其负极反应特点是________________
________________________________________________________________________,
负极反应式是_______________________________________________________。
(3)氢氧燃料电池(Pt—Pt—KOH)的负极是______,其负极反应特点是_________________
_______________________________________________________________________,
负极反应式是_________________________________________________________。
2.正极反应式的书写
(1)首先判断在正极发生反应的物质
①当负极材料与电解质溶液能自发地发生化学反应时,在正极上发生电极反应的物质是________________________________________________________________________;
②当负极材料与电解质溶液不能自发地发生化学反应时,在正极上发生电极反应的物质是________________________________________________________________________。
(2)然后再根据具体情况写出正极反应式,在书写时也要考虑正极反应产物是否与____________反应的问题,若参与反应要书写叠加式。
(3)甲烷燃料电池用铂作电极插入KOH溶液中,其正极反应式是______________________;铜锌原电池
(Zn-Cu-H2SO4)的正极反应式是______________________________________。
【归纳总结】
书写原电池电极反应式时注意的问题
(1)正确判断原电池的负极和正极,确定两极上分别发生的具体反应。
(2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应,若能反应,则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。
(3)在正极上,若是电解质溶液中的某种离子被还原,提供该离子的电解质无论电离难易如何,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)。
【当堂训练】
3.锂电池是一代新型高能电池,它以质量轻、能量高而受到了普遍重视,目前已研制成功多种锂电池。
某种锂电池的总反应式为Li+MnO2===LiMnO2,下列说法正确的是( )
A.Li是正极,电极反应为Li-e-===Li+
B.Li是负极,电极反应为Li-e-===Li+
C.MnO2是负极,电极反应为MnO2+e-===MnO
D.Li是负极,电极反应为Li-2e-===Li2+
4.燃料电池是目前电池研究的热点之一。
现有某课外小组自制的氢氧燃料电池,如图所示,a、b均为惰性电极。
下列叙述不正确的是( )
A.a极是负极,该电极上发生氧化反应
B.b极反应是O2+4OH--4e-===2H2O
C.总反应的化学方程式为2H2+O2===2H2O
D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
【学习小结】
【课后检测】
1.随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程,其首要原因是( )
A.利用电池外壳的金属材料
B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C.防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品
D.回收其中的石墨电极
2.下列有关电池的说法不正确的是( )
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时,电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中,锌电极是负极
3.已知空气-锌电池的电极反应为
锌片:
Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O;
碳棒:
O2+2H2O+4e-===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
4.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所示。
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
5.有人设计以铂和锌为电极材料,植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源,它依靠人体血液中一定浓度的O2和H2O进行工作。
(1)负极材料是______,电极反应为______________________________________________。
(2)正极材料是______,电极反应为_______________________________________________。
答案精析
基础导学
一、
1.
(1)负 正 电解质
(2)一次性 不能 不可逆 Zn-2e-===Zn2+ (3)腐蚀 防漏 碱
2.
(1)二次 氧化还原 逆向 生成 反应 化学能
电能
(2)①Pb PbO2 硫酸溶液 ②Cd NiO(OH) KOH 长③Li 极强 锂离子
3.
(1)燃料气体 氧气 氧化还原 化学 电
(2)高 高 内 燃料 氧化剂
(3)2H2+4OH--4e-===4H2O O2+2H2O+4e-===4OH- 2H2+O2===2H2O
当堂训练
1.C
2.C [从铅蓄电池的放电反应可以看出:
放电过程中Pb失去电子变为Pb2+,发生氧化反应,因而Pb是负极;PbO2得到电子发生还原反应,被还原;反应过程中消耗了H2SO4,使溶液的酸性减弱。
]
二、
1.
(1)Zn 锌本身失去电子生成Zn2+,Zn2+与电解质溶液成分不反应 Zn-2e-===Zn2+
(2)Pb Pb失去电子生成Pb2+,Pb2+与电解质溶液中的SO
反应生成PbSO4 Pb-2e-+SO
===PbSO4 (3)Pt Pt为惰性电极,燃料氢气失去电子生成H+,H+与电解质溶液中的OH-反应生成H2O H2-2e-+2OH-===2H2O
2.
(1)①电解质溶液中的某种微粒 ②溶解在电解质溶液中的O2
(2)电解质溶液 (3)O2+2H2O+4e-===4OH- 2H++2e-===H2↑
当堂训练
3.B 4.B
课后检测
1.B [回收电池的主要目的是防止对环境的污染。
]
2.B [电池中电子由负极流向正极,B项电子应从Zn电极流向Cu电极。
]
3.D 4.D
5.
(1)锌 2Zn-4e-===2Zn2+
(2)铂 O2+2H2O+4e-===4OH-
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