2022-2023學(xué)年新教材高中化學(xué)第2章化學(xué)鍵化學(xué)反應(yīng)規(guī)律第2節(jié)化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第2課時(shí)化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化的重要應(yīng)用-化學(xué)電池課件魯科版必修第二冊(cè)

第2課時(shí)化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)化的重要應(yīng)用

——化學(xué)電池第2章內(nèi)容索引0102基礎(chǔ)落實(shí)?必備知識(shí)全過(guò)關(guān)重難探究?能力素養(yǎng)全提升03學(xué)以致用?隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)1.通過(guò)“初識(shí)氫氧燃料電池”“設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的原電池”等活動(dòng),認(rèn)識(shí)到原電池能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,并建立關(guān)于原電池構(gòu)成的認(rèn)知模型,發(fā)展證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)。2.了解化學(xué)電池的工作原理及構(gòu)成條件,學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)原電池,形成宏觀辨識(shí)與微觀探析的學(xué)科核心素養(yǎng)。3.能舉例說(shuō)明化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的實(shí)例及其應(yīng)用。了解研制新型電池的重要性及常用的化學(xué)電池,形成科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)。基礎(chǔ)落實(shí)?必備知識(shí)全過(guò)關(guān)[知識(shí)鋪墊]1.鋅與硫酸反應(yīng)的離子方程式為Zn+2H+══Zn2++H2↑,反應(yīng)中鋅失電子,發(fā)生

反應(yīng),H+作氧化劑,發(fā)生

反應(yīng)。2.H2的燃燒反應(yīng)中,H2作

,O2作

,反應(yīng)中一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為

和

。氧化還原還原劑氧化劑熱能光能[必備知識(shí)]一、原電池原電池是一種利用

反應(yīng)將

直接轉(zhuǎn)化成

的裝置。二、氫氧燃料電池1.氫氧燃料電池兩電極的反應(yīng)類(lèi)型氫氣是

反應(yīng)物,氫氣分子中氫原子在負(fù)極上失電子,氫氣發(fā)生

反應(yīng);氧氣是

反應(yīng)物,氧氣分子在正極上得電子,氧氣發(fā)生

反應(yīng)。氧化還原化學(xué)能電能負(fù)極氧化正極還原2.氫氧燃料電池原理氫氧燃料電池產(chǎn)生電流的原因是在兩個(gè)石墨電極上有

能力不同的物質(zhì)——?dú)錃夂脱鯕?當(dāng)形成

時(shí),便會(huì)產(chǎn)生電流。3.氫氧燃料電池的構(gòu)成要素圖得失電子閉合回路負(fù)極反應(yīng)物負(fù)極材料電子導(dǎo)體正極反應(yīng)物正極材料三、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單原電池

設(shè)計(jì)思路及依據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象氧化還原反應(yīng):Zn+2H+══Zn2++H2↑

銅片上有大量的無(wú)色

產(chǎn)生并逸出,鋅片不斷

,電流計(jì)指針發(fā)生________

確定負(fù)極選擇負(fù)極反應(yīng)物選擇負(fù)極材料確定正極選擇正極反應(yīng)物選擇正極材料形成閉合回路選擇離子導(dǎo)體選擇電子導(dǎo)體氣泡溶解偏轉(zhuǎn)四、常見(jiàn)化學(xué)電源市場(chǎng)上的化學(xué)電源有

(屬于一次電池)、

(又稱(chēng)二次電池)和

。【微思考1】原電池原理中“閉合回路”的含義是什么?

干電池充電電池燃料電池提示

原電池在工作時(shí),帶電粒子是按照一定的規(guī)律,沿一定方向運(yùn)動(dòng)的。應(yīng)當(dāng)從兩方面掌握,一是溶液中的陰離子向負(fù)極方向運(yùn)動(dòng),而帶正電的陽(yáng)離子向正極方向運(yùn)動(dòng)。二是導(dǎo)線上電子從負(fù)極流向正極,電流從正極流向負(fù)極。整個(gè)回路中帶同種電荷的粒子沿一個(gè)方向在不停地運(yùn)動(dòng),示意圖如下:【微思考2】在鋅與稀硫酸反應(yīng)時(shí),若滴幾滴硫酸銅溶液,產(chǎn)生氣泡的速度會(huì)加快,試分析其原因。

提示

滴加硫酸銅溶液后,會(huì)有少量鋅與硫酸銅反應(yīng)置換出銅。然后銅、鋅分別作為原電池的兩個(gè)電極而形成原電池,從而加快鋅與稀硫酸的反應(yīng)。[自我檢測(cè)]判斷下列說(shuō)法是否正確,正確的畫(huà)“√”,錯(cuò)誤的畫(huà)“×”。1.在原電池構(gòu)成的閉合回路中,電子從原電池的正極通過(guò)導(dǎo)線流向負(fù)極。(

)2.HCl+NaOH══NaCl+H2O是放熱反應(yīng),可以設(shè)計(jì)成原電池。(

)3.將銅片和鋅片用導(dǎo)線連接插入酒精中,電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。(

)4.在銅、鋅及稀硫酸構(gòu)成的原電池中,電子由鋅通過(guò)導(dǎo)線流向銅,再由銅通過(guò)電解質(zhì)溶液到達(dá)鋅。(

)5.原電池中的負(fù)極反應(yīng)一定是電極材料失電子。(

)6.所有的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池。(

)7.原電池裝置中,電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子移向正極。(

)××××××√重難探究?能力素養(yǎng)全提升探究一原電池工作原理及正負(fù)極的判斷[問(wèn)題探究]下圖是某同學(xué)設(shè)計(jì)的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。甲、乙兩個(gè)裝置能不能構(gòu)成原電池?若能,銅片分別是原電池的正極還是負(fù)極?若不能,請(qǐng)說(shuō)明原因。提示

甲、乙兩個(gè)裝置都有正、負(fù)極材料,也有正、負(fù)極反應(yīng)物,有離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體,能發(fā)生氧化還原反應(yīng),故可以構(gòu)成原電池。甲中銅片作正極,乙中銅片作負(fù)極。[深化拓展]1.原電池工作原理示意圖(以銅鋅原電池為例)(1)電極反應(yīng)式。負(fù)極(Zn):Zn-2e-══Zn2+(氧化反應(yīng))正極(Cu):2H++2e-══H2↑(還原反應(yīng))(2)原電池總反應(yīng)式:Zn+2H+══Zn2++H2↑。(3)粒子流向。①電子流向(外電路):負(fù)極→導(dǎo)線→正極。電流方向與電子流向相反。②離子流向(內(nèi)電路):離子導(dǎo)體中陰離子向負(fù)極移動(dòng),陽(yáng)離子向正極移動(dòng)。2.原電池正、負(fù)極的判斷(1)由構(gòu)成原電池的兩電極材料判斷,一般是活潑的金屬為負(fù)極,活潑性弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為正極。(2)根據(jù)電流或電子流動(dòng)方向判斷,外電路中電流是由正極流向負(fù)極,電子是由負(fù)極流向正極。(3)根據(jù)原電池的離子導(dǎo)體中離子的定向移動(dòng)來(lái)判斷,陽(yáng)離子移向的電極是正極,陰離子移向的電極是負(fù)極。(4)根據(jù)原電池的兩極發(fā)生的反應(yīng)來(lái)判斷,原電池的負(fù)極總是失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),原電池的正極總是得到電子發(fā)生還原反應(yīng)。(5)根據(jù)特定的現(xiàn)象來(lái)判斷,溶解、質(zhì)量減少的電極是負(fù)極,質(zhì)量增加或產(chǎn)生氣泡的電極是正極等。(6)有些還要根據(jù)具體的電解質(zhì)溶液來(lái)進(jìn)行判斷,如Mg、Al與NaOH溶液組成的原電池,由于Mg與NaOH溶液不反應(yīng),而Al可以反應(yīng),所以不是活潑性強(qiáng)的Mg作負(fù)極,而是Al作負(fù)極。[應(yīng)用體驗(yàn)]【例1】下圖是鋅、銅和稀硫酸形成的原電池,某實(shí)驗(yàn)興趣小組同學(xué)做完實(shí)驗(yàn)后,在讀書(shū)卡片上記錄如下:卡片:No.28時(shí)間:2022.06.20實(shí)驗(yàn)后的記錄:①Zn為正極,Cu為負(fù)極②H+向負(fù)極移動(dòng)③金屬導(dǎo)線中電子流動(dòng)方向?yàn)閆n→Cu④Cu極有H2產(chǎn)生⑤若有1mol電子流過(guò)導(dǎo)線,則產(chǎn)生的H2為0.5mol⑥正極反應(yīng)為Zn-2e-══Zn2+卡片上的描述合理的是(

)A.①②③ B.③④⑤

C.①⑤⑥ D.②③④答案

B解析

①鋅比銅活潑,鋅為負(fù)極,銅為正極,故錯(cuò)誤;②根據(jù)原電池的工作原理,電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子向正極移動(dòng),即向銅電極移動(dòng),故錯(cuò)誤;③電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極,即從鋅電極經(jīng)外電路流向銅極,故正確;④正極上發(fā)生反應(yīng)2H++2e-══H2↑,故正確;⑤根據(jù)④的分析可知,導(dǎo)線中有1

mol電子通過(guò)時(shí),產(chǎn)生0.5

mol氫氣,故正確;⑥鋅為負(fù)極,電極反應(yīng)為Zn-2e-══Zn2+,故錯(cuò)誤。規(guī)律方法

原電池的判斷方法——“四看”變式訓(xùn)練1如圖裝置中,“→”表示電子的移動(dòng)方向。則電極材料A、B分別可能是(

)A.石墨、石墨

B.Cu、AlC.Mg、石墨

D.Ag、Zn答案

C解析

石墨與稀硫酸不反應(yīng),不能形成原電池,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;Al比Cu活潑,所以Al作負(fù)極,電子的移動(dòng)方向與題意不符,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;Mg能與稀硫酸發(fā)生反應(yīng),鎂作負(fù)極,失去的電子沿導(dǎo)線流向石墨,故C項(xiàng)正確;Zn比Ag活潑,Zn作負(fù)極,電子的移動(dòng)方向與題意不符,故D項(xiàng)錯(cuò)誤。探究二原電池原理的應(yīng)用[問(wèn)題探究]某科研小組設(shè)計(jì)如圖裝置研究鐵的腐蝕,當(dāng)關(guān)閉K時(shí),鐵片上產(chǎn)生氣泡,一段時(shí)間后,取出干燥,稱(chēng)量其質(zhì)量沒(méi)有明顯變化。當(dāng)斷開(kāi)K時(shí),鐵片上也產(chǎn)生氣泡,一段時(shí)間后,取出干燥,其質(zhì)量減小。從中你得到什么啟示?提示

為了防止金屬被腐蝕,可以將該金屬作為原電池的正極從而得到保護(hù)。[深化拓展]原電池原理的應(yīng)用(1)加快氧化還原反應(yīng)速率。如實(shí)驗(yàn)室用Zn和稀硫酸(或稀鹽酸)反應(yīng)制備H2時(shí)常用粗鋅,原因是粗鋅中的雜質(zhì)、鋅和稀硫酸形成原電池,加快了鋅的腐蝕,使產(chǎn)生H2的速率加快。(2)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱。原電池中,一般活動(dòng)性強(qiáng)的金屬作負(fù)極,活動(dòng)性弱的金屬作正極。如有兩種金屬A和B,用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中,若觀察到A極溶解,B極上有氣泡產(chǎn)生,由原電池原理可知,金屬活動(dòng)性為A>B。(3)金屬腐蝕的防護(hù)。在輪船外殼上鑲嵌鋅塊,在海水中形成原電池,鋅作負(fù)極失去電子,鐵受到保護(hù)而不被腐蝕。(4)設(shè)計(jì)原電池。以反應(yīng)Cu+2FeCl3══2FeCl2+CuCl2為例設(shè)計(jì)原電池。設(shè)計(jì)思路實(shí)例以自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)Cu+2FeCl3══2FeCl2+CuCl2把氧化還原反應(yīng)分解為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng),從而確定電極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)(氧化反應(yīng)):Cu-2e-══Cu2+;正極反應(yīng)(還原反應(yīng)):2Fe3++2e-══2Fe2+以電極反應(yīng)為原理,根據(jù)原電池的工作原理確定電極材料和離子導(dǎo)體負(fù)極:Cu;正極:石墨;離子導(dǎo)體:FeCl3溶液設(shè)計(jì)思路實(shí)例畫(huà)出原電池的裝置簡(jiǎn)圖

[應(yīng)用體驗(yàn)]【例2】對(duì)于a、b、c、d四種金屬片,若a、b用導(dǎo)線相連浸泡在稀鹽酸中,H+移向b;c、d用導(dǎo)線相連浸泡在稀硫酸中,c的質(zhì)量減小;a、c用導(dǎo)線相連浸泡在稀AgNO3溶液中時(shí),c上附著一層黑色物質(zhì);d浸泡在b的硝酸鹽溶液中,置換出b的單質(zhì)。這四種金屬的活動(dòng)性順序由強(qiáng)到弱為(

)A.a>b>c>dB.c>a>b>dC.a>c>d>bD.b>d>c>a答案

C解析

a、b、c、d四種金屬片,若a、b用導(dǎo)線相連浸泡在稀鹽酸中,H+移向b,則b為正極,a為負(fù)極,所以活動(dòng)性是a>b;c、d用導(dǎo)線相連浸泡在稀硫酸中,c的質(zhì)量減小,則c為負(fù)極,d為正極,所以活動(dòng)性是c>d;a、c用導(dǎo)線相連浸泡在稀AgNO3溶液中時(shí),c上附著一層黑色物質(zhì),則a易失去電子,活動(dòng)性是a>c;d浸泡在b的硝酸鹽溶液中,置換出b的單質(zhì),說(shuō)明活動(dòng)性是d>b;綜上可知四種金屬的活動(dòng)性順序是a>c>d>b。規(guī)律方法

設(shè)計(jì)原電池的基本思路

變式訓(xùn)練2(2022全國(guó)高一同步練習(xí))某原電池總反應(yīng)的離子方程式為2Fe3++Fe══3Fe2+,不能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池組成是(

)A.正極為銅,負(fù)極為鐵,電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液B.正極為碳,負(fù)極為鐵,電解質(zhì)溶液為Fe(NO3)3溶液C.正極為鉑,負(fù)極為鐵,電解質(zhì)溶液為Fe2(SO4)3溶液D.正極為銀,負(fù)極為鐵,電解質(zhì)溶液為CuSO4溶液答案

D

學(xué)以致用?隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)1.下列各個(gè)裝置中能組成原電池的是(

)答案

B解析

A項(xiàng)兩電極的活潑性相同,所以不能構(gòu)成原電池,錯(cuò)誤;B項(xiàng)符合原電池的構(gòu)成條件,所以能構(gòu)成原電池,正確;C項(xiàng)中酒精是非電解質(zhì),不能作為離子導(dǎo)體,該裝置不能自發(fā)地進(jìn)行氧化還原反應(yīng),所以不能構(gòu)成原電池,錯(cuò)誤;D項(xiàng)裝置不能形成閉合回路,所以不能構(gòu)成原電池,錯(cuò)誤。2.有關(guān)電化學(xué)知識(shí)的描述正確的是(

)A.反應(yīng)CaO+H2O══Ca(OH)2可以放出大量的熱,故可把該反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池,把其中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.原電池的兩極一定是由活潑性不同的兩種金屬組成C.充電電池又稱(chēng)二次電池,它在放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),在充電時(shí)可以逆向進(jìn)行,使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)D.原電池工作時(shí),正極表面一定有氣泡產(chǎn)生答案

C解析

CaO與H2O反應(yīng)為放熱反應(yīng),但屬于非氧化還原反應(yīng),不能設(shè)計(jì)為原電池,A項(xiàng)錯(cuò)誤;原電池的負(fù)極應(yīng)為較活潑的金屬,正極材料為較不活潑的金屬或石墨等,B項(xiàng)錯(cuò)誤;充電電池是能夠?qū)崿F(xiàn)“化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)化”的電池,C項(xiàng)正確;原電池工作時(shí),當(dāng)Zn、CuSO4溶液及Cu形成原電池時(shí),正極析出的是銅,D項(xiàng)錯(cuò)誤。3.某氫氧燃料電池已用于航天飛機(jī),它是以鉑作電極,KOH溶液為電解質(zhì)溶液,下列敘述不正確的是(

)A.H2在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)B.燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%C.是一種高效、環(huán)保的發(fā)電裝置D.供電的總反應(yīng)為2H2+O2══2H2O答案

B解析

H2在負(fù)極失電子,發(fā)生氧化反應(yīng),A正確;燃料電池雖然能量的轉(zhuǎn)化率比直接燃燒時(shí)高,但仍有一部分能量轉(zhuǎn)化為熱量而損耗,能量轉(zhuǎn)化率小于100%,B不正確;因?yàn)闅溲跞剂想姵氐淖罱K產(chǎn)物為水,所以它是一種高效、環(huán)保的發(fā)電裝置,C正確;氫氧燃料電池總反應(yīng)為2H2+O2══2H2O,D正確。4.(2021山東泰安高一期末)用如圖所示裝置研究原電池原理。下列敘述錯(cuò)誤的是(

)A.無(wú)論Cu片和Zn片是否用導(dǎo)線連接,裝置都是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B.無(wú)論Cu片和Zn片是否用導(dǎo)線連接,裝置中所涉及的總反應(yīng)都相同C.Cu片和Zn片用導(dǎo)線連接時(shí),銅片上有大量氣泡逸出D.Cu片和Zn片不連接時(shí),鋅片上有大量氣泡逸出答案

A解析

如果Cu片和Zn片不用導(dǎo)線連接,則裝置不能構(gòu)成原電池,也就不能把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,A錯(cuò)誤。5.(1)我國(guó)是世界上最早使用濕法煉銅的國(guó)家。濕法煉銅的原理是Fe+CuSO4══FeSO4+Cu,其中鐵被

(填“氧化”或“還原