1、第二節(jié) 化學(xué)能與電能,目標(biāo)導(dǎo)學(xué)(學(xué)生用書P37),1.理解化學(xué)能與電能之間轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì) 2.掌握原電池概念原理組成及應(yīng)用 3.了解生活中常用的化學(xué)電源和新型化學(xué)電池 4.能夠正確書寫電極反應(yīng)式 5.使學(xué)生形成高效利用燃料不浪費(fèi)能源積極開發(fā)高能清潔燃料的意識,第1課時 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,課前自主學(xué)習(xí) (學(xué)生用書P37),一一次能源和二次能源 1.一次能源:直接從自然界中取得的能源如流水風(fēng)力原煤石油天然氣天然鈾礦等 2.二次能源:一次能源經(jīng)加工轉(zhuǎn)換得到的能源,如電力蒸氣等 3.電能:是現(xiàn)代社會中應(yīng)用最廣泛使用最方便污染最小的一種二次能源,又稱電力,二化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化 1.燃煤發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化 (

2、1)過程: (2)燃燒是使化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的關(guān)鍵,2.原電池 (1)定義:將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置 (2)工作原理(以CuZn原電池為例):由于鋅和銅的活潑性不同,鋅失去電子,被氧化,作負(fù)極,電子通過導(dǎo)線流向銅片,銅片作正極,溶液中的H+從銅片上獲得電子被還原成氫原子,氫原子再結(jié)合成氫分子從銅片上逸出 (3)電極反應(yīng)式:鋅片:Zn-2e-=Zn2+(氧化反應(yīng)) 銅片:2H+2e-=H2(還原反應(yīng)),(4)化學(xué)電池的本質(zhì)是氧化還原反應(yīng),化學(xué)能 電能,思考與交流:根據(jù)課本原電池實(shí)驗(yàn),推測原電池構(gòu)成的條件有什么? 提示:1.電解質(zhì)溶液 2.兩個電極,其中一個相對較活潑,另一個相對較不活潑兩個電極直接

3、或間接地連接在一起,并插入電解質(zhì)溶液中 3.能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng) 4.形成閉合電路,課堂深化探究(學(xué)生用書P37),一原電池,二原電池原理的應(yīng)用 1.加快氧化還原反應(yīng)的速率如實(shí)驗(yàn)室用Zn和稀H2SO4(或稀HCl)反應(yīng)制H2,用粗Zn產(chǎn)生H2的速率快原因是粗鋅中的雜質(zhì)和粗鋅稀H2SO4溶液形成原電池,加快了鋅的腐蝕,產(chǎn)生H2的速率加快 如果用純Zn,可以在稀H2SO4溶液中加入少量CuSO4溶液,也同樣會加快產(chǎn)生H2的速率,原因是Cu2+Zn=Cu+Zn2+,Zn和生成的Cu在稀H2SO4的溶液中形成原電池,加快了鋅的腐蝕,產(chǎn)生H2速率加快,2.判斷金屬的活動性強(qiáng)弱 例如:有兩種金屬a和b

4、,用導(dǎo)線連接后插入到稀H2SO4中,觀察到a極溶解,b極上有氣泡產(chǎn)生,根據(jù)電極現(xiàn)象判斷出a是負(fù)極,b是正極,由原電池原理可知,金屬活動性ab,即原電池中,活動性強(qiáng)的金屬為負(fù)極,活動性弱的金屬為正極,3.設(shè)計原電池 例如:利用Cu+2FeCl3=2FeCl2+CuCl2的氧化還原反應(yīng)設(shè)計原電池,由反應(yīng)式可知:Cu失去電子作負(fù)極,FeCl3(Fe3+)在正TP中67.TIF,Y極上得到電子,且作電解質(zhì)溶液,正極為活潑性比Cu弱的金屬或?qū)щ姷姆墙饘俚热缬覉D該原電池的電極反應(yīng)式: 負(fù)極(Cu):Cu-2e-=Cu2+(氧化反應(yīng)) 正極(C):2Fe3+2e-=2Fe2+(還原反應(yīng)),典例剖析(學(xué)生用書

5、P38),知識點(diǎn)一 原電池的形成條件 例1 下列8個裝置中,屬于原電池的是_(填序號),解析 AB項(xiàng)中均只有1個電極,C項(xiàng)中兩電極的活潑性相同,E項(xiàng)中酒精為非電解質(zhì),H項(xiàng)中沒有形成閉合回路;所以ABCEH 5項(xiàng)都不能形成原電池;DFG 3項(xiàng)符合原電池的構(gòu)成條件,可以形成原電池,答案 DFG,知識點(diǎn)二 原電池原理 例2 關(guān)于鋅銅和稀硫酸構(gòu)成的原電池的下列說法中正確的是( ) A.鋅是負(fù)極銅是正極 B.電子從銅片經(jīng)導(dǎo)線流向鋅片 C.負(fù)極的反應(yīng)式為2H+2e-=H2 D.反應(yīng)一段時間后,溶液的pH升高,答案 AD,解析 由于Zn比Cu活潑,在形成的原電池中,Zn是負(fù)極,Cu是正極;電子從Zn片經(jīng)導(dǎo)線

6、流向Cu片;負(fù)極的反應(yīng)式為Zn-2e-=Zn2+,正極的反應(yīng)式為2H+2e-=H2;反應(yīng)一段時間后,因c(H+)減小,故溶液的pH升高,點(diǎn)評 正確理解并熟記原電池原理是解題的基礎(chǔ);(1)電極名稱規(guī)定:活潑金屬是負(fù)極,相對不活潑的金屬或非金屬是正極;(2)在外電路,電子由負(fù)極流向正極,電流由正極流入負(fù)極;(3)電極反應(yīng)式:負(fù)極:還原劑-ne-=氧化產(chǎn)物,正極:氧化劑+ne-=還原產(chǎn)物;正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)可能是溶液中的陽離子,也可能是電解質(zhì)溶液中溶解的O2,而正極本身不損耗負(fù)極上失電子的物質(zhì)可能是電極本身,也可能是其他物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng),知識點(diǎn)三 原電池原理的應(yīng)用 例3 有ABCD四塊金

7、屬片,進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn): AB用導(dǎo)線相連后,同時浸入稀H2SO4溶液中,A極為負(fù)極; CD用導(dǎo)線相連后,同時浸入稀H2SO4溶液中,電流由D導(dǎo)線C; AC相連后,同時浸入稀H2SO4溶液中,C極產(chǎn)生大量氣泡; BD相連后,同時浸入稀H2SO4中,D極發(fā)生氧化反應(yīng) 據(jù)此,判斷四種金屬的活動性順序是( ) A.ABCD B.ACDB C.CABD D.BDCA,解析 金屬與稀H2SO4溶液組成原電池,活潑金屬為負(fù)極,失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),較不活潑的金屬為正極,H+在正極表面得到電子生成H2,電子運(yùn)動方向由負(fù)極正極,電流方向則由正極負(fù)極在題述原電池中,AB原電池,A為負(fù)極;CD原電池,C為負(fù)極;AC原電

8、池,A為負(fù)極;BD原電池,D為負(fù)極綜上可知,金屬活動性:ACDB,答案 B,知識點(diǎn)四 能源與化學(xué)反應(yīng) 例4 根據(jù)下列敘述回答第(1)(2)題 能源可劃分為一次能源和二次能源自然界中以現(xiàn)成形式提供的能源稱為一次能源;需要依靠其他能源的能量間接制取的能源稱為二次能源氫氣是一種高效而沒有污染的二次能源,它可以由自然界中大量存在的水來制取 2H2O(l)2H2(g)+O2(g)(放熱反應(yīng)),(1)下列敘述正確的是( ) A.電能是二次能源 B.水力是二次能源 C.天然氣是一次能源 D.焦?fàn)t氣是一次能源,答案 AC,(2)關(guān)于用水制取二次能源氫氣,以下研究方向正確的是( ) A.組成水的氫元素和氧元素都

9、是可以燃燒的物質(zhì),因此可研究在水不分解的情況下使氫成為二次能源 B.設(shè)法將太陽光聚集產(chǎn)生高溫,使水分解產(chǎn)生氫氣 C.尋找高效催化劑,使水分解產(chǎn)生氫氣,同時釋放能量 D.尋找特殊化學(xué)物質(zhì),用于開發(fā)廉價能源,以分解水制取氫氣,答案BD,解析 (1)根據(jù)能源的劃分原則,電能和焦?fàn)t氣很明顯是由其他能源,如火力水力原子能或煉焦等能源轉(zhuǎn)變而來的,因而它們屬于二次能源水力是一次能源,天然氣是一次能源 (2)由題給信息可知H2是可以燃燒的,但水中的氫元素是不可燃燒的,而氧元素?zé)o論是游離態(tài)還是化合態(tài)都不是可燃物質(zhì),氧氣只可以助燃,因此必須使水分解產(chǎn)生H2又因H2和O2化合生成水是放熱反應(yīng),故由H2O來制取氫氣必

10、須由外界提供能量無論選用何種高效催化劑都不會使水分解產(chǎn)生H2的同時釋放能量,課內(nèi)針對性訓(xùn)練 (學(xué)生用書P39),1.將鐵片和銀片用導(dǎo)線連接置于同一稀鹽酸溶液中,經(jīng)過一段時間后,下列各項(xiàng)敘述正確的是( ) A.負(fù)極有Cl2逸出,正極有H2逸出 B.負(fù)極附近Cl-的濃度減小 C.正極附近Cl-的濃度逐漸增大 D.溶液中Cl-的濃度基本不變,答案:D,解析:鐵銀鹽酸形成的原電池,負(fù)極為Fe,電極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2+,正極為Ag,電極反應(yīng)式為2H+2e-=H2,正極有H2逸出,負(fù)極Fe溶解,A不正確,電解質(zhì)溶液中Cl-移向負(fù)極,Cl-濃度增大,BC不正確,溶液中因Cl-不參加反應(yīng),Cl-濃度

11、基本不變,D正確,2.按下述方法連接的裝置屬于原電池,且產(chǎn)生的電流宏觀可測的是( ) A.相連的兩個銅片插入稀硫酸中 B.相連的鋅銀插入稀硫酸中 C.相連的鋅銅插入硫酸鋅溶液中 D.相連的鋅銅插入水中,答案:B,解析:構(gòu)成原電池并產(chǎn)生宏觀可測的電流的裝置應(yīng)符合原電池的構(gòu)成條件A中兩個電極相同,CD中不能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng),均不符合條件,只有B符合,3.下列有關(guān)原電池的敘述正確的是( ) A.構(gòu)成原電池的正極和負(fù)極必須是兩種不同的金屬 B.原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置 C.在原電池中,電子流出的一極是負(fù)極,該電極被還原 D.原電池放電時,電路中電流方向是從負(fù)極到正極,答案:B,解析:構(gòu)成原

12、電池的負(fù)極是活潑性強(qiáng)的金屬,正極是活潑性弱的金屬或非金屬,如石墨,A錯;電子流出的一極是負(fù)極,該電極被氧化,C錯;原電池放電時,電子從負(fù)極流向正極,而電流則相反,D錯,4.如圖所示的裝置中,a的金屬性比氫要強(qiáng),b為碳棒,關(guān)于此裝置的各種敘述不正確的是( ) A.碳棒上有紅色固體析出 B.導(dǎo)線中有電子流動,電子從a極流入到b極 C.a是正極,b是負(fù)極 D.a極上發(fā)生了氧化反應(yīng),答案:C,解析:由a的金屬性比氫強(qiáng),b為碳棒,在形成的原電池中a為負(fù)極,b為正極,C不正確,5.在由銅片鋅片和200 mL稀H2SO4組成的原電池中,若H2只在銅片上產(chǎn)生,當(dāng)在銅片上放出3.36 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)的H2時,H

13、2SO4恰好用完,則產(chǎn)生這些氣體消耗的Zn為_g,在導(dǎo)線上有_mol電子通過,原稀H2SO4的物質(zhì)的量濃度是_,9.75,0.3,0.75 mol/L,解析:正極:2H+ + 2e-=H2 2 mol 2 mol 22.4 L 0.3 mol 0.3 mol 3.36 L 負(fù)極:Zn - 2e-=Zn2+ 0.15 mol 0.3 mol 則消耗Zn的質(zhì)量為0.15 mol65 g/mol=9.75 g,課后優(yōu)化訓(xùn)練(學(xué)生用書P39),基礎(chǔ)強(qiáng)化 1.下列敘述中正確的是( ) A.任何化學(xué)反應(yīng)都能設(shè)計成原電池 B.任何氧化還原反應(yīng)都能設(shè)計成原電池 C.原電池反應(yīng)一定是氧化還原反應(yīng) D.兩種不同的

14、金屬電極插入到電解質(zhì)溶液中一定能形成原電池,答案:C,解析:形成原電池的反應(yīng)一定是氧化還原反應(yīng),所以A錯誤;原電池的氧化還原反應(yīng)一般是自發(fā)的放熱的氧化還原反應(yīng),而一些需外界提供能量進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),如通電情況下才能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)則一般不能設(shè)計成原電池;形成原電池時必須是閉合回路,D錯誤,2.由鐵鋅銅和稀H2SO4及一些導(dǎo)線,可以組成的原電池種類有( ) A.1種 B.2種 C.3種 D.4種,答案:C,解析:能形成原電池的有,Fe-Zn原電池Fe-Cu原電池,Zn-Cu原電池三種,3.如下圖所示裝置(均盛有0.1 molL-1的硫酸溶液)中,四個相同的純鋅片腐蝕最快的是( ),答案:D,解析

15、:BCD形成原電池,BC中,Zn作正極,被保護(hù),負(fù)極材料MgAl加快腐蝕;在D中Zn作負(fù)極加快腐蝕,4.有abc三種金屬,兩兩分別接觸并同處于稀硫酸中,如圖所示則三種金屬活動性順序?yàn)? ) A.abc B.bac C.cab D.cba,答案:D,解析:不同金屬構(gòu)成原電池時,做負(fù)極的為活潑金屬,活潑性分別為bacacb,故cba,5.以鋅片和銅片為電極,以稀硫酸為電解質(zhì)溶液的原電池中,當(dāng)導(dǎo)線中通過2 mol電子時,下列說法正確的是( ) A.鋅片溶解了1 mol,銅片上析出1 mol氫氣 B.兩極溶解和析出的物質(zhì)的質(zhì)量相等 C.鋅片溶解了1 g,銅片上析出1 g氫氣 D.鋅片溶解了1 mol,

16、硫酸消耗了1 mol,答案:AD,解析:本題涉及原電池的有關(guān)計算,利用電子守恒結(jié)合電極反應(yīng)可求得各電極上物質(zhì)的溶解和析出情況負(fù)極反應(yīng)為Zn-2e-=Zn2+,正極反應(yīng)為2H+2e-=H2由此可得電路中通過的電子及各物質(zhì)的關(guān)系式為Zn 1 mol2e- 2 molH2 1 molH2SO41 mol,通過計算可知AD正確,6.某原電池的離子方程式是Zn+Cu2+=Zn2+Cu,該原電池正確的組成是( ),答案:C,解析:根據(jù)給定反應(yīng),Zn作負(fù)極,含Cu2+的溶液作電解質(zhì)溶液,比Zn活動性弱的金屬作正極,則C符合題意,7.下列敘述不正確的是( ) A.把鋅片和鐵片緊靠在一起浸入稀鹽酸中,鐵片表面出

17、現(xiàn)氣泡 B.用導(dǎo)線連接鐵片銅片,一起浸在硫酸銅溶液中,銅片表面析出單質(zhì)銅 C.把銅片插入三氯化鐵溶液中,在銅片表面出現(xiàn)一層鐵 D.把鋅粒放入盛有硫酸的試管中,加入幾滴氯化銅溶液,氣泡放出速率加快,答案:C,解析:Cu與FeCl3反應(yīng)方程式為Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2,Cu不能置換出鐵,故C不正確,8.在銅鋅原電池中,以硫酸銅為電解質(zhì)溶液,鋅為_極,電極上發(fā)生的是_反應(yīng)(填“氧化”或“還原”),電極反應(yīng)式是_,鋅片上觀察到的現(xiàn)象為_,銅為_極, 電極上發(fā)生的是_反應(yīng) (填“氧化”或“還原”),電 極反應(yīng)式是_;銅 片上觀察到的現(xiàn)象是_,原電池反應(yīng)的離子方程式為_,負(fù),氧化,Zn

18、-2e-=Zn2+,鋅片溶解,正,還原,Cu2+2e-=Cu,銅片變粗,Zn+Cu2+=Zn2+Cu,能力提升,1.如圖所示,杠桿AB兩端分別掛有體積相同質(zhì)量相等的空心銅球和空心鐵球,調(diào)節(jié)杠桿并使其在水中保持平衡,然后小心地向燒杯中央滴入濃CuSO4溶液,一段時間后,下列有關(guān)杠桿的偏向判斷正確的是(實(shí)驗(yàn)過程中,不考慮鐵絲反應(yīng)及兩球的浮力變化)( ),A.杠桿為導(dǎo)體和絕緣體時,均為A端高B端低 B.杠桿為導(dǎo)體和絕緣體時,均為A端低B端高 C.當(dāng)杠桿為絕緣體時,A端低,B端高;為導(dǎo)體時,A端高,B端低 D.當(dāng)杠桿為絕緣體時,A端高,B端低;為導(dǎo)體時,A端低,B端高,答案:D,解析:當(dāng)杠桿為絕緣體時

19、不形成原電池,發(fā)生反應(yīng)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu,鐵球上由于有銅附著質(zhì)量增加,B端下沉,A端上升,結(jié)果A端高,B端低;當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時形成原電池,鐵球作負(fù)極,Fe-2e-=Fe2+,鐵球質(zhì)量減輕,銅球作正極:Cu2+2e-=Cu,銅球上附著銅,質(zhì)量增加,結(jié)果A端低,B端高,2.將鋁片和銅片用導(dǎo)線相連,一組插入濃HNO3溶液中,一組插入稀NaOH溶液中,分別形成原電池,則在這兩個原電池中,正極分別為( ) A.鋁片銅片 B.銅片鋁片 C.鋁片鋁片 D.銅片銅片,答案:A,解析:鋁片銅片和濃HNO3構(gòu)成原電池時,雖Al比Cu活潑,但Al遇濃HNO3鈍化,故銅反應(yīng)失電子,正極為鋁;鋁片銅片和N

20、aOH溶液構(gòu)成原電池時,鋁與NaOH溶液反應(yīng),鋁作負(fù)極,銅作正極,3.將鋅片和銀片接觸放入相同物質(zhì)的量濃度的下列溶液中,一段時間后,溶液質(zhì)量減輕的是( ) A.氯化鋁 B.硫酸銅 C.硝酸銀 D.稀硫酸,答案:C,解析:鋅片和銀片構(gòu)成原電池,鋅片是負(fù)極,失去電子變成Zn2+進(jìn)入溶液中,銀片是正極,A項(xiàng)不能形成原電池;B項(xiàng)析出Cu;C項(xiàng)析出Ag;D項(xiàng)析出H2;溶液質(zhì)量減輕的只有C,4.氫氣是未來的綠色能源,科學(xué)家們最新研制出利用太陽能產(chǎn)生激光,再用激光使水分解得到氫氣的新技術(shù),其中水的分解可以用化學(xué)方程式表示為:,下列有關(guān)說法不正確的是( ) A. TiO2在反應(yīng)中做氧化劑 B.水分解不產(chǎn)生污染物 C.TiO2在反應(yīng)中做催化劑 D.該技術(shù)將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,答案:A,解析:反應(yīng),從質(zhì)量守恒和反應(yīng)發(fā)生的條件來看,TiO2是反應(yīng)的催化劑;反應(yīng)過程中能量的變化是化學(xué)能的變化;太陽能激光(光能)化學(xué)能,故該技術(shù)將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的推論是正確的,5.某化學(xué)興趣小組為了探究鋁電極在電池中的作用,設(shè)計并進(jìn)行了以下一系列實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如下:,試根據(jù)表中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問題: (1)實(shí)驗(yàn)12中Al所作的電極(正極或負(fù)極)_(填“相同”或“不相同”) (2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)3完成下列填空: 鋁為_極,電極反應(yīng)式:_; 電池總反應(yīng)式:_ ,不相同,負(fù),Al-