苏教版高中化学必修第二册专题6化学反应与能量变化第3单元第1课时化学能转化为电能课件

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第三单元　化学能与电能的转化第1课时　化学能转化为电能自主预习·新知导学合作探究·释疑解惑课 堂 小 结 自主预习·新知导学一、原电池及其工作原理1.实验探究。2.原电池的定义。原电池是将化学能转变为电能的装置;原电池的反应本质是氧化还原反应。3.原电池的构成条件。 理论上,自发的氧化还原反应均可构成原电池。具体条件是:①具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)。②两电极均插入电解质溶液中。③两电极用导线相连,形成闭合回路。【自主思考1】 是否所有的化学反应理论上都可以设计成原电池?提示:不是。能自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。原电池是利用氧化还原反应原理,使还原反应与氧化反应分别在两极发生,电子在导线中定向移动,形成电流。4.原电池的工作原理。(1)分析下图并填空。原电池总反应式:Zn+2H+══Zn2++H2↑。 (2)能量转化:化学能转变为电能。【自主思考2】 若将铜锌原电池中的Cu电极换成石墨,可以形成原电池吗?为什么?提示:可以,因为Cu在该原电池中起到的是传递电子的作用,其本身并未参与电极反应。石墨也可以导电,把Cu电极换成石墨也能形成原电池。二、钢铁的电化学腐蚀1.不纯的金属与电解质溶液接触,发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化,这种腐蚀叫作电化学腐蚀。2.钢铁的电化学腐蚀。【自主思考3】 钢铁在干燥的空气中长时间不易生锈,但在潮湿的空气里很快就会生锈,这是什么原因呢?提示:钢铁腐蚀实质上是发生了原电池反应,钢铁在潮湿的空气中表面能形成一层水膜,具备了形成原电池的条件,而干燥的空气中不具备与电解质溶液接触的条件。【效果自测】 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)原电池是一种电能转化为化学能的装置。(　　)(2)在原电池中,负极失去电子发生氧化反应。(　　)(3)在原电池中,正极是电子流出极。(　　)(4)用导线连接的铜片和锌片插入稀硫酸中,铜片上有大量气泡产生。(　　)(5)在铜、锌与稀硫酸形成的原电池中,电子由锌通过导线流向铜,再由铜通过电解质溶液到达锌。(　　)×√×√×(6)原电池中阳离子向正极移动。(　　)(7)反应Cu+2Ag+══2Ag+Cu2+,能以原电池的形式来实现。(　　)(8)HCl+NaOH══NaCl+H2O是放热反应,可以设计成原电池。(　　)(9)将铜片和锌片用导线连接插入CCl4中,电流计指针发生偏转。(　　)√√××2.下列烧杯中盛放的都是稀硫酸,在铜电极上能产生气泡的是(　　)。答案:A3.根据原电池原理,结合装置示意图,按要求解答问题:(1)若X为Zn,Y为硫酸铜溶液,则X为　　　(填电极名称),判断依据　　　　　　　　;铜电极的名称是　　　　,溶液中的Cu2+移向　　　　(填“Cu”或“X”)电极。 (2)若X为银,Y为硝酸银溶液,则X为　　　　(填电极名称),判断依据　　　　　　　;铜电极的名称是　　　　,溶液中的Ag+移向　　　　(填“Cu”或“X”)电极。答案:(1)负极　锌的活动性比铜强(或Zn的还原性比Cu强)　正极　Cu(2)正极　铜的活动性比银强(或Cu的还原性比Ag强)　负极　X 合作探究·释疑解惑探究任务1探究任务2问题引领1.在铜锌原电池中,电子是怎样移动的?电子能否通过电解质溶液?原电池工作时电解质溶液中的电流是怎样形成的?提示:锌失去电子,电子通过导线流向铜片。电子不能通过电解质溶液。在溶液中阳离子移向正极,阴离子移向负极,阴、阳离子定向移动形成电流。2.下列装置能否形成原电池,其理由是什么?提示:都不能。第一个装置中没有形成闭合回路;第二个装置中两个电极材料相同;第三个装置中没有电解质溶液(乙醇是非电解质)。归纳提升1.原电池的构成条件。2.原电池工作原理。 (1)两反应:正极发生还原反应,负极发生氧化反应。(2)三方向:电流方向(导线中)为正极→负极;电子流动方向(导线中)为负极→正极;阴阳离子的移动方向(电解质溶液中)为阴离子向负极移动,阳离子向正极移动,简称“阴负阳正”。 (1)原电池中“电子不下水,离子不上岸”,即电子只能在导线中传递,不能在电解质溶液中传递,而阴阳离子只能在电解质溶液中传递,不能在导线中传递。(2)阳离子移向正极,即“正向正”;阴离子移向负极,即“负向负”。3.原电池正、负极判断方法。 4.原电池电极反应式的书写方法。原电池反应所依托的化学反应原理是氧化还原反应,书写电极反应的方法归纳如下。(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,注意介质可能参与电极反应。(4)验证:两电极反应式相加所得的式子和原化学方程式相同,则书写正确。典型例题【例题1】 如图是锌、铜和稀硫酸组成的原电池,化学社团的一位同学做完实验后,在读书卡片上记录如下:卡片:No.28　时间:××××①Zn为正极,Cu为负极②H+向负极移动③电子流动方向为Zn→金属导线→Cu④Cu极有H2产生⑤若有1 mol电子流过导线,则产生H2的物质的量为0.5 mol⑥正极反应式:Zn-2e-══Zn2+请你根据所学知识,帮助这位同学找出卡片上记录有误的描述:　　　　　　　(填序号)。 答案:①②⑥解析:构成原电池的正极是Cu,负极是Zn,①错误;电子从负极Zn流出,流向正极Cu,H+向正极移动,在Cu极上得电子: 2H++2e-══H2↑,②错误,③④正确;此原电池负极上发生的反应是Zn-2e-══Zn2+,⑥错误;总反应方程式:Zn+2H+══ Zn2++H2↑,当有1 mol电子通过时,产生0.5 mol H2,⑤正确。【变式训练1】 如图所示,将锌片和铜片按不同方式插入稀硫酸中,下列说法正确的是(　　)。A.甲中电子经导线从铜片流向锌片B.两烧杯中锌片上均发生还原反应C.两烧杯中铜片表面均无气泡产生D.一段时间后,两烧杯中溶液的c(H+)均减小答案:D解析:A项,甲中形成铜锌原电池,Zn作负极,失电子,Cu作正极,电子由Zn极流出经导线流向Cu极,错误;B项,两烧杯中都是Zn失电子发生氧化反应,错误;C项,甲中Cu片上H+得电子生成H2,乙中Cu片不反应,Cu片上无气泡产生,错误;D项,甲中Cu片上H+得电子生成H2,乙中Zn与稀硫酸发生置换反应生成H2,所以两烧杯的溶液中H+浓度均减小,正确。问题引领1.结合原电池构成的条件,思考怎样依据反应Cu+2Ag+══ 2Ag+Cu2+设计一个原电池?画出原电池装置示意图并标出正、负极。提示:先确定两个电极,负极失电子,元素化合价升高,所以铜作负极,再找活动性比铜弱的石墨或银棒作正极;从反应中可以看出电解质溶液中必须含有银离子,所以用硝酸银作电解质。装置如图所示。2.原电池中较活泼的金属电极一定是负极吗?提示:不一定。要注意电解质溶液对电极类型的影响。例如,镁铝电极在稀硫酸中构成原电池,镁为负极,铝为正极;但若以氢氧化钠溶液为电解质溶液,则铝为负极,镁为正极。3.根据原电池原理如何比较Fe、Cu两种金属的活动性强弱?提示:将铁片和铜片用导线连接浸入稀硫酸中,发现铁片逐渐溶解,铜片表面有气泡产生;说明铁比铜活泼。归纳提升1.增大氧化还原反应的速率。自发进行的氧化还原反应,形成原电池时反应速率增大。例如,锌与稀硫酸反应时,滴加硫酸铜溶液后,会有少量锌与硫酸铜反应置换出铜。然后铜、锌分别作为原电池的两个电极形成原电池,从而增大锌与稀硫酸的反应速率。2.比较金属的活动性强弱。两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正极的金属活泼。例如,有两种金属a、b,用导线连接插入稀硫酸中,观察到a极溶解,b极上有气泡产生,则a为负极,b为正极,金属活动性a>b。3.用于金属腐蚀的防护,使金属制品作原电池的正极而得到保护。例如,将铁质输水管道与锌块相连,锌作原电池的负极失电子,保护铁不被腐蚀。4.设计原电池。理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。如:把Fe+2Fe3+══3Fe2+设计成原电池,可用Fe作负极,铜(或石墨)作正极,FeCl3溶液作电解质溶液。典型例题【例题2】 某原电池的离子方程式是Zn+Cu2+══ Zn2++Cu,该原电池正确的组成是(　　)。答案:C解析:将Zn+Cu2+══Zn2++Cu拆成两个半反应。氧化反应(负极反应):Zn-2e-══Zn2+。还原反应(正极反应):Cu2++2e-══Cu。则电池的负极是Zn,正极是比锌不活泼的金属或导电的非金属,电解质溶液中含Cu2+。【变式训练2】 有A、B、C、D四块金属片,进行如下实验。①A、B用导线相连后,同时浸入稀硫酸中,A极为负极;②C、D用导线相连后,同时浸入稀硫酸中,电流由D流向C;③A、C相连后,同时浸入稀硫酸中,C极产生大量气泡;④B、D相连后,同时浸入稀硫酸中,D极发生氧化反应。据此,判断四种金属的活动性顺序是(　　)。A.A>B>C>D B.A>C>D>BC.C>A>B>D D.B>D>C>A答案:B解析:金属与稀硫酸组成原电池,活泼金属为负极,失去电子发生氧化反应,较不活泼的金属为正极,H+在正极表面得到电子生成H2,电子运动方向由负极→正极,电流方向则由正极→负极。根据题意,①中A为负极,金属活动性: A>B;②中C为负极,金属活动性:C>D;③中A为负极,金属活动性:A>C;④中D为负极,金属活动性:D>B。综上可知,金属活动性:A>C>D>B。【变式训练3】 利用生活中或实验室中常用的物品,根据氧化还原反应知识和电化学知识,自己动手设计一个原电池。请回答下列问题。(1)实验原理:Mg+2H+══Mg2++H2↑。(2)实验用品:电极(镁条、　　　　)、稀硫酸、　 　(填写所缺的实验用品)、耳机(或者电流计)。 (3)实验装置:如图所示。(4)原电池设计及注意的问题。①按如图所示装置连接好实验仪器,注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出,如果没有,可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意:接触的同时耳机的另一极是连接在原电池的另一个电极上的),这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓”声音。其原因是:在原电池中,化学能转化为　　　　　　。 ②如果将装置中的耳机改为电流计,则镁条应该连接电流计的　　　　极,电极反应式为　　　　　　　　;另一极应该接电流计的　　　极,该电极发生了　　　　(填“氧化”或“还原”)反应。答案:(2)铜片(或铁钉、石墨等)　烧杯、导线(4)①电能　②负　Mg-2e-══Mg2+　正　还原解析:由实验原理Mg+2H+══Mg2++H2↑可知,组成该原电池的负极为Mg,正极可选用金属活动性比Mg弱的金属或能导电的非金属。课 堂 小 结