高中化學(xué)同步講義（必修二）第09講 6.2化學(xué)反應(yīng)與電能（學(xué)生版）

第2課時(shí)化學(xué)反應(yīng)與電能1．理解原電池的概念及工作原理，能正確判斷原電池的正、負(fù)極。2．會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的原電池。3．知道干電池、充電電池、燃料電池等化學(xué)電源的特點(diǎn)。一、原電池的工作原理1．實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論或解釋鋅片：________________，有________產(chǎn)生銅片：________________鋅與稀硫酸________________，銅與稀硫酸________鋅片：________________銅片：________________電流表：_______________鋅________電子，變?yōu)開(kāi)_______，電子經(jīng)過(guò)導(dǎo)線(xiàn)流向________，產(chǎn)生電流，________在銅片上________電子生成________，反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生了________2．原電池的概念原電池是把________能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_______能的裝置；原電池的反應(yīng)一般是__________反應(yīng)。3．原電池的工作原理(1)分析下圖并填空原電池總反應(yīng)式：________________________________。(2)電子的移動(dòng)方向：從_____極流出，經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)流向_____極。(3)離子的移動(dòng)方向：陽(yáng)離子向______極移動(dòng)，陰離子向______極移動(dòng)。4．原電池的構(gòu)成條件(1)兩極為兩種________不同的金屬（或一種為能導(dǎo)電的非金屬）。(2)________溶液。(3)形成___________。(4)能自發(fā)進(jìn)行的_____________反應(yīng)。5．原電池工作原理的簡(jiǎn)單應(yīng)用(1)加快氧化還原反應(yīng)的速率在原電池中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進(jìn)行，使溶液中粒子運(yùn)動(dòng)相互間的干擾減小，使反應(yīng)速率________。(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)的金屬為_(kāi)_______，活動(dòng)性弱的金屬為_(kāi)_______。二、化學(xué)電源1．一次電池(1)特點(diǎn)：電池放電后________充電(內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)________逆向進(jìn)行)，如鋅錳干電池屬于一次電池。(2)鋅錳干電池的構(gòu)造如圖所示。①鋅筒為_(kāi)_______，電極反應(yīng)是________________________。②石墨棒為_(kāi)_______，最終被還原的物質(zhì)是__________。③NH4Cl糊的作用是________________________。2．二次電池(充電電池)(1)特點(diǎn)：二次電池在放電時(shí)所進(jìn)行的________________________，在充電時(shí)可以___________，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。(2)能量轉(zhuǎn)化：化學(xué)能電能(3)常見(jiàn)的充電電池：鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池。3．燃料電池(1)特點(diǎn)：①反應(yīng)物儲(chǔ)存在電池外部；②能量轉(zhuǎn)換效率高、清潔、安全；③供電量易于調(diào)節(jié)。(2)燃料電池常用的燃料有：________、________、乙醇等；常用氧化劑：氧氣。?問(wèn)題一原電池的工作原理【典例1】根據(jù)原電池原理，結(jié)合裝置圖，按要求解答問(wèn)題：(1)若X為Zn，Y為硫酸銅溶液，則X為_(kāi)_______(填電極名稱(chēng))，判斷依據(jù)：_________________；銅電極的名稱(chēng)是________，溶液中的Cu2＋移向________(填“Cu”或“X”)電極。(2)若X為銀，Y為硝酸銀溶液，則X為_(kāi)_______(填電極名稱(chēng))，判斷依據(jù)：_________________；銅電極的名稱(chēng)是________，溶液中的Ag＋移向________(填“Cu”或“X”)電極?！練w納小結(jié)】原電池的工作原理(1)原電池構(gòu)成條件①反應(yīng)：看是否有能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)發(fā)生(一般是活潑性強(qiáng)的金屬與電解質(zhì)溶液的反應(yīng))。②電極：一般是活潑性不同的兩電極。③形成閉合回路，形成閉合回路需三個(gè)條件：電解質(zhì)溶液；兩電極直接接觸或有導(dǎo)線(xiàn)連接；兩電極插入電解質(zhì)溶液中。(2)工作原理①反應(yīng)類(lèi)型：負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。②電子的移動(dòng)方向：從負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)流向正極。③離子的移動(dòng)方向：陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。④電流方向：正極→導(dǎo)線(xiàn)→負(fù)極【變式練1-1】如圖所示電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)A極的質(zhì)量減小，B極上有氣泡產(chǎn)生，C為電解質(zhì)溶液，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．B極為原電池的正極B．A、B、C分別為Zn、Cu和稀鹽酸C．C中陽(yáng)離子向A極移動(dòng)D．A極發(fā)生氧化反應(yīng)【變式練1-2】下列裝置中能夠組成原電池的是________(填序號(hào))，其他不能構(gòu)成原電池的試分別說(shuō)明理由：_________________________________________________________________________________。?問(wèn)題二原電池原理的應(yīng)用【典例2】理論上講，任何自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池。請(qǐng)選擇適宜的材料和試劑，請(qǐng)利用反應(yīng)“Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋”設(shè)計(jì)一個(gè)原電池?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)選用________為負(fù)極，選擇依據(jù)是______________________________________________。(2)正極材料可選用________，選擇依據(jù)是____________________________。(3)________溶液作電解質(zhì)溶液。(4)寫(xiě)出電極反應(yīng)式正極：________________，負(fù)極：________________。(5)該原電池中電子從________極流出，電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子(Fe3＋)移向________極?！練w納小結(jié)】原電池的設(shè)計(jì)思路(1)依據(jù)：已知一個(gè)氧化還原反應(yīng)，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負(fù)極材料(或在負(fù)極上被氧化)，氧化劑(電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子)在正極上被還原。(2)設(shè)計(jì)思路：①定：確定一個(gè)能夠自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。②拆：將氧化還原反應(yīng)拆分為氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，分別作為負(fù)極和正極的電極反應(yīng)。還原劑－ne－=氧化產(chǎn)物(負(fù)極電極反應(yīng))；氧化劑＋ne－=還原產(chǎn)物(正極電極反應(yīng))。③找：根據(jù)氧化還原反應(yīng)中的還原劑和氧化劑確定原電池的負(fù)極和電解質(zhì)溶液，正極一般選擇比負(fù)極穩(wěn)定的金屬或能導(dǎo)電的非金屬。④畫(huà)：連接電路形成閉合回路，畫(huà)出原電池示意圖?！咀兪骄?-1】下列各組材料中，不能組成原電池的是()選項(xiàng)ABCD兩極材料Zn片，石墨Cu片，Ag片Zn片，Cu片F(xiàn)e片，Cu片插入溶液稀硫酸AgNO3溶液蔗糖溶液稀鹽酸【變式練2-2】利用原電池原理可比較金屬的活潑性，原電池中，作負(fù)極的金屬活動(dòng)性一般比作正極的金屬活動(dòng)性強(qiáng)。結(jié)合相關(guān)知識(shí)解答下列問(wèn)題。A、B、C三種金屬片按表中裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：裝置甲乙現(xiàn)象A不斷溶解，B上產(chǎn)生氣泡C的質(zhì)量增加，B的質(zhì)量減輕(1)在甲中，金屬片________(填“A”或“B”)發(fā)生氧化反應(yīng)。(2)在乙中，金屬片________(填“B”或“C”)作負(fù)極。(3)如果把B、C用導(dǎo)線(xiàn)連接后同時(shí)浸入稀硫酸中，有一電極產(chǎn)生氣泡。則金屬片________(填“B”或“C”)上有氣泡產(chǎn)生。(4)上述三種金屬的活動(dòng)性順序是____________。?問(wèn)題三化學(xué)電源【典例3】同學(xué)們?cè)凇昂?jiǎn)易電池的設(shè)計(jì)與制作”的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)影響自制電池效果的因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。[提出問(wèn)題]影響自制電池效果的因素有哪些？[查閱資源]電極材料，電極間距，水果種類(lèi)對(duì)自制水果電池的效果可能有影響。[實(shí)驗(yàn)探究]Ⅰ.按如圖連接水果電池。Ⅱ.實(shí)驗(yàn)記錄如下：序號(hào)電極電極間距水果種類(lèi)電流表示數(shù)(μA)①Cu—Al2.0cm西紅柿78.5②Cu—Fe2.0cm西紅柿70.3③Al—Al2.0cm西紅柿0④Cu—Al2.0cm檸檬45.7⑤Cu—Al1.0cm檸檬98.4⑥石墨棒—Al1.0cm檸檬104.5[解釋與結(jié)論](1)實(shí)驗(yàn)①②③的目的是______________________________________________。對(duì)比實(shí)驗(yàn)①②③得出的結(jié)論是_______________________________________________________。(2)欲得出“水果種類(lèi)對(duì)電池效果有影響”的結(jié)論，需要對(duì)比實(shí)驗(yàn)________________(填序號(hào))。對(duì)比④⑤得出的結(jié)論是___________________________________________________________。[反思與探討](3)水果電池中，水果的作用是_________________________。(4)對(duì)比實(shí)驗(yàn)①②③可知構(gòu)成水果電池的電極必須具備的條件為_(kāi)_______________________，構(gòu)成水果電池的其他要素還有________________、________________、________________?！咀兪骄?-1】鉛酸蓄電池常用作汽車(chē)電瓶，其構(gòu)造如圖所示，工作時(shí)該電池總的方程式為：Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O按要求回答下列問(wèn)題：(1)負(fù)極材料是________，正極材料是________，電解質(zhì)溶液是________。(2)工作時(shí)，電解質(zhì)溶液中的H＋移向________極。(3)工作時(shí)，電解質(zhì)溶液中硫酸的濃度________(填“增大”“減小”或“不變”)。(4)當(dāng)鉛酸蓄電池向外電路提供2mole－時(shí)，理論上負(fù)極板的質(zhì)量增加_______g?！咀兪骄?-2】氯鋁電池是一種新型的燃料電池。電解質(zhì)溶液是KOH溶液。試回答下列問(wèn)題：(1)通入Cl2(g)的電極是________(填“正”或“負(fù)”)極。(2)投入Al(s)的電極是________(填“正”或“負(fù)”)極。(3)外電路電子從________(填“Al”或“Cl2”)極流向________(填“正”或“負(fù)”)極。(4)每消耗8.1gAl(s)，電路中通過(guò)的電子數(shù)目為_(kāi)_______NA(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)。【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．電能是國(guó)民生產(chǎn)、生活中的重要能源，下圖是2015年我國(guó)電力生產(chǎn)量的構(gòu)成圖。下列有關(guān)火力發(fā)電的描述，正確的是()A．火力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換形式為化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能B．火力發(fā)電的主要燃料為煤，煤炭是可再生能源C．火力發(fā)電不但排放出大量溫室氣體，還可能導(dǎo)致酸雨D．火力發(fā)電過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化，熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能是關(guān)鍵2．下面是四個(gè)化學(xué)反應(yīng)，你認(rèn)為理論上不可用于設(shè)計(jì)原電池的化學(xué)反應(yīng)是()A．Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2AgB．Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2OC．Zn＋CuSO4=Cu＋ZnSO4D．C＋CO2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO3．如圖所示，a的金屬活動(dòng)性在氫之前，b為碳棒。下列關(guān)于該裝置的說(shuō)法中，正確的是()A．a(chǎn)極上發(fā)生還原反應(yīng)，b極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．碳棒上有氣體逸出，溶液中c(H＋)增大C．導(dǎo)線(xiàn)上有電流，電流方向a→bD．反應(yīng)后a極質(zhì)量減小4．下列各裝置能在外電路獲得電流的是()5．下列關(guān)于如圖裝置說(shuō)法正確的是()A．碳棒是負(fù)極B．該裝置能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C．電子由鐵片流出經(jīng)過(guò)電流表流向碳棒D．鐵片上發(fā)生的反應(yīng)為Fe＋2e－=Fe2＋6．如圖所示裝置中，觀(guān)察到電流表指針偏轉(zhuǎn)，M棒變粗，N棒變細(xì)，由此判斷下表中所列M、N、P物質(zhì)，其中可以成立的是()選項(xiàng)MNPA鋅銅稀硫酸B銅鐵稀鹽酸C銀鋅硝酸銀溶液D鋅鐵硝酸鐵溶液7．如圖所示的原電池裝置，X、Y為兩電極，電解質(zhì)溶液為稀硫酸，外電路中的電子流向如圖所示，對(duì)此裝置的下列說(shuō)法正確的是()A．外電路的電流方向：X→外電路→YB．若兩電極分別為Zn和石墨棒，則X為石墨棒，Y為ZnC．SOeq\o\al(2－,4)移向X電極，Y電極上有氫氣產(chǎn)生D．X極上發(fā)生的是還原反應(yīng)，Y極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)8．X、Y、Z、W四種金屬片浸在稀鹽酸中，用導(dǎo)線(xiàn)連接，可以組成原電池，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示：則四種金屬的活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)?)A．Z＞Y＞X＞W(wǎng) B．Z＞X＞Y＞W(wǎng)C．Z＞Y＞W(wǎng)＞X D．Y＞Z＞X＞W(wǎng)9．A、B、C三個(gè)燒杯中分別盛有相同物質(zhì)的量濃度的稀硫酸。(1)A中反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)______________________________。(2)B中錫極為_(kāi)_______極，電極反應(yīng)式為_(kāi)_________________________，錫極附近溶液的酸性______(填“增強(qiáng)”“減弱”或“不變”)。B中Fe極為_(kāi)_____極，電極反應(yīng)式為_(kāi)______________________________。(3)C中被氧化的金屬是________，總反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)____________________________。(4)A、B、C中鐵被氧化由快到慢的順序是___________________________________________。10．選擇適宜的材料和試劑，請(qǐng)利用反應(yīng)“Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋”設(shè)計(jì)一個(gè)化學(xué)電池?；卮鹣铝袉?wèn)題：(1)負(fù)極材料：________；正極材料：________；電解質(zhì)溶液：____________。(2)寫(xiě)出電極反應(yīng)式：正極：_____________________________；負(fù)極：_______________________。(3)原電池中電子從________(填“正”或“負(fù)”，下同)極流出，電解質(zhì)溶液中陰離子流向________極。【能力提升】1．以鋅片和銅片為兩極，以稀硫酸為電解質(zhì)溶液組成原電池，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)中通過(guò)2mol電子時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A．鋅片溶解了1mol，銅片上有1molH2生成B．兩極上溶解和析出的物質(zhì)的質(zhì)量相等C．鋅片溶解了31g，銅片上有1gH2生成D．鋅片溶解了1mol，消耗了1molH＋2．如圖所示，杠桿A、B兩端分別掛有體積相同、質(zhì)量相同的空心銅球和空心鐵球，調(diào)節(jié)杠桿使其在水中保持平衡，然后小心地向燒杯中央滴入CuSO4溶液，一段時(shí)間后，下列有關(guān)杠桿的偏向判斷正確的是(實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不考慮鐵絲反應(yīng)及兩邊浮力的變化)()A．杠桿為導(dǎo)體和絕緣體時(shí)，均為A端高B端低B．杠桿為導(dǎo)體和絕緣體時(shí)，均為A端低B端高C．當(dāng)杠桿為絕緣體時(shí)，A端低B端高；當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí)，A端高B端低D．當(dāng)杠桿為絕緣體時(shí)，A端高B端低；當(dāng)杠桿為導(dǎo)體時(shí)，A端低B端高3．按圖1所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，若圖2中x軸表示流入正極的電子的物質(zhì)的量，則y軸可以表示()①c(Ag＋)②c(NOeq\o\al(－,3))③a棒的質(zhì)量④b棒的質(zhì)量⑤溶液的質(zhì)量A．①③B．②④C．①③⑤D．②④⑤4．現(xiàn)有如下兩個(gè)反應(yīng)：A：H2SO4＋2KOH=K2SO4＋2H2OB：Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl2(1)根據(jù)上述兩反應(yīng)的本質(zhì)，________(填字母)反應(yīng)能設(shè)計(jì)成原電池，其原因是_________________________。(2)將上述反應(yīng)中能設(shè)計(jì)成原電池的