化学必修 第二册第2节 化学反应与能量转化示范课课件ppt

这是一份化学必修 第二册第2节 化学反应与能量转化示范课课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了氧化还原反应，化学能直接转化，成电能，闭合回路，失电子，得电子，原电池的构造，Cu2+，具体流程，氢离子等内容，欢迎下载使用。

一、原电池的构造及原理1.原电池原理(1)原电池:一种利用_____________将______________________的装置。
(2)原电池原理①氢氧燃料电池
②原电池原理(以氢氧燃料电池为例)
【做一做】如图为由锌、石墨棒和硫酸铜溶液组成的原电池
(1)负极反应物是___,___电子发生_____反应;(2)正极反应物是____,___电子发生_____反应;(3)工作时以上原电池中_____能转化为___能。
二、原电池的设计1.基本思路
3.实例(1)原电池设计
②电极反应负极反应:______________,_____反应;正极反应:2H++2e-====H2↑,还原反应。
Zn-2e-====Zn2+
【巧判断】(1)原电池中电子由负极通过导线到正极,然后由正极经溶液再到负极,形成闭合回路。(　　)提示:×。导电时溶液中没有电子的移动,只有阴阳离子的定向移动。
(2)原电池中两电极如果都是金属,一般活泼的金属作负极。 (　　)提示:√。活泼的金属容易失电子,原电池中失电子的一极为负极。
(3)铜、锌、稀硫酸组成的原电池中,如果把稀硫酸换成乙醇溶液,也能形成原电池。(　　)提示:×。原电池中的溶液需要为电解质溶液,乙醇是非电解质。
【微思考】燃料电池中燃料是负极反应物还是正极反应物?提示:负极。在燃料电池中燃料燃烧失电子作负极反应物。氧气得电子作正极反应物。
【情境·思考】现在的电动车上绝大多数装的是铅酸蓄电池,因为铅酸蓄电池成本低,性价比高。1860年,法国的普朗泰发明出用铅作电极的电池。这种电池的独特之处是,当电池使用一段时间后电压下降时,可以给它通以反向电流,使电池电压回升。因为这种电池能充电,可以反复使用,所以称它为“铅酸蓄电池”。
蓄电池是一种可充电的电池,广泛应用于电动车、汽车等行业。蓄电池放电时和充电时能量转化是否一样?提示:不一样。放电时是化学能转化为电能,充电时是电能转化为化学能。
知识点一　原电池的原理及电极判断【重点释疑】1.原理(以铜锌原电池为例)
　【易错提醒】判断正负极时应注意的几个问题(1)活泼性强的不一定是负极,如镁和铝放入氢氧化钠溶液中形成原电池,铝是负极;铜和铝放入浓硝酸中形成原电池,由于铝的钝化,铜是负极。(2)燃料电池中电极不参与反应,通入燃料的一极为负极,通入助燃剂(一般为氧气)的一极为正极。
(3)如果给了电池反应,正负极还可以根据化合价的改变来判断,化合价升高的物质失电子,为负极;化合价降低的物质得电子,为正极。
　【思考·讨论】　(1)原电池原理中的“闭合回路”,其含义是什么?
提示:原电池在工作时,带电粒子是按照一定的规律,沿一定方向运动的,应当从两方面掌握:一是溶液中的阴离子向负极方向运动,而阳离子向正极方向运动;二是导线上电子从负极流向正极(电流从正极流向负极)。整个回路上带同种电荷的粒子沿一个方向不停地运动。
(2)电池的负极只能是金属材料吗?提示:不是。燃料电池的负极就不是金属如氢氧燃料电池负极材料为石墨。
【案例示范】 【典例】(2019·临沂高一检测)如图所示是Zn和Cu形成的原电池,某实验兴趣小组做完实验后,在读书卡上的记录如下,则卡片上的描述合理的是(　　)
A.①②③B.②④C.②③④D.③④⑤
【思维建模】解答原电池原理型试题的思维流程如下:
【解析】选B。铜锌形成原电池的时候,锌是负极,铜为正极;由于锌失去电子变成锌离子进入溶液中,电子通过外电路流向正极,溶液中的氢离子在正极上得到电子,变成氢气,发生还原反应;阳离子向正极移动,阴离子硫酸根离子向负极移动;若有0.5 ml电子流经导线,由于正极的电极反应式为2H++2e-====H2↑,所以会产生
0.25 ml的氢气;电子的流向是由负极流向正极,所以应该是由Zn→Cu;正极反应式是2H++2e-====H2↑,发生还原反应。
　【母题追问】(1)若将上题图示中的电解质溶液变成硫酸铜溶液,能否形成原电池?若能,请写出电极反应式;若不能,请说明理由。
提示:可以形成,只不过是溶液里的氢离子参加反应变成铜离子参加反应。其电极反应如下:负极(Zn):Zn-2e-====Zn2+;正极(Cu):Cu2++2e-====Cu。
(2)若此原电池有0.5 ml电子流经导线,此时锌电极的质量将如何变化?提示:由原电池原理可知,锌电极的质量将减少,由Zn-2e-====Zn2+可知,有0.5 ml电子流经导线时减少的质量为16.25 g。
　【迁移·应用】1.(2019·聊城高一检测) 一种新型的电池,总反应:3Zn+2 +8H2O====2Fe(OH)3↓+3Zn(OH)2↓+4OH-,其工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A.Zn极是负极,发生氧化反应B.随着反应的进行,溶液的pH增大C.电子由Zn极流出到石墨电极,再经过溶液回到Zn极,形成回路D.石墨电极上发生的反应为 +3e-+4H2O====Fe(OH)3↓+5OH-
【解析】选C。根据电池总反应,Zn的化合价升高,根据原电池的工作原理,即锌作负极,发生氧化反应,故A说法正确;根据电池总反应方程式,生成OH-,溶液的pH增大,故B说法正确;根据原电池的工作原理,电子从Zn电极流出经外电路流向石墨,电解质溶液应是阴阳离子定向移动,没有电子通过,故C说法错误;负极电极反应式
为Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2↓,正极反应式为 +4H2O+3e-====Fe(OH)3 ↓+5OH-,故D说法正确。
2.番茄是人们爱吃的水果,也是餐桌上的美食,你能想到利用番茄来制作番茄电池吗?如图为某兴趣小组制作的番茄电池,但电路接通后,检流计的指针发生了偏转。下列说法正确的是(　　)
A.电子由铜通过导线流向锌B.该装置是将电能转化为化学能的装置C.锌电极发生氧化反应D.电流由锌通过导线流向铜
【解析】选C。A项,铜作正极,锌作负极,因此电子由锌通过导线流向铜,故错误;B项,该装置将化学能转化为电能,故错误;C项,锌作负极失去电子,发生氧化反应,故正确;D项,电子与电流的方向相反,因此电流由铜极通过导线流向锌极,故错误。
【补偿训练】(2019·廊坊高一检测)下列说法中正确的是(　　) A.原电池是把电能转化为化学能的装置B.原电池中电子流出的一极是正极,发生氧化反应C.原电池中电流从负极流出,从正极流入D.原电池中的阳离子向正极移动
【解析】选D。原电池是把化学能转化为电能的装置;原电池中电子流出的一极是负极,发生氧化反应;电流从正极流出,从负极流入;原电池中的阳离子向正极移动,发生还原反应。
【素养提升】 1.如图是铅蓄电池的结构示意图,电池反应的总方程式:Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4↓ + 2H2O,则原电池放电时负极反应物和正极反应物分别是什么?
提示:根据化合价变化判断,Pb的化合价升高,发生氧化反应,作负极材料和反应物; PbO2中铅元素化合价降低,作正极材料和反应物。
2.如图是酸性和碱性锌锰干电池示意图。
酸性和碱性电池的负极材料、负极反应是否一样?提示:负极材料都是锌,发生的反应不一样。酸性条件下为Zn-2e-====Zn2+,碱性条件下为Zn-2e-+2OH-====Zn(OH)2。
3.以下是酸性、碱性氢氧燃料电池的示意图。
电池工作时,负极反应物氢气和正极反应物氧气在两种电池中分别生成什么物质?
提示:氢气在酸性氢氧燃料电池中变为氢离子,在碱性氢氧燃料电池中变为水;氧气在酸性氢氧燃料电池中变为水,在碱性氢氧燃料电池中变为氢氧根离子。
知识点二　原电池原理的应用【重点释疑】
　【思考·讨论】　(1)所有化学反应,都能设计成原电池吗?提示:不是。原电池的工作原理是使氧化还原反应中转移的电子作定向移动,故只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池。
(2)原电池中一定是较活泼金属作负极,较不活泼金属作正极吗?提示:不一定,如镁条、铝条连接,插入氢氧化钠溶液中,形成的原电池铝作负极,镁作正极。
【案例示范】 【典例1】利用生活或实验室中常用物品,根据氧化还原反应知识和电学知识,自己动手设计一个原电池。实验原理:Fe+2H+====Fe2++H2↑。(1)如何选择电池的正负极材料?(宏观辨识与微观探析)
(2)如何选择离子导体?除了以上物质还缺少什么实验用品(已有耳机)?(证据推理与模型认知)(3)实验装置如图:(科学探究与创新意识)
①按如图所示连接好实验仪器,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个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,由化学能转化为什么能?
②如果将装置中的耳机改为电流计,则铁钉应该接电流计的什么极?电极反应是什么?另一极应该接电流计的什么极,发生氧化反应还是还原反应?
【解析】(1)原电池的构成条件是电极、导线、电解质溶液。负极应用铁钉或铁条,正极可选铜棒、铜钉或石墨(如铅笔芯)等;(2)离子导体可以选择稀硫酸溶液,应盛放在烧杯中,电子导体应用导线。
(3)原电池是将化学能转化为电能的装置,电流计的负极应与电源负极相连,负极发生氧化反应,正极发生还原反应。
答案:(1)负极:铁钉或铁条　正极:铜钉(其他的惰性电极如铅笔芯、铂等都正确)　(2)稀硫酸 　烧杯、导线　(3)①电能　②负极 　Fe-2e-====Fe2+　正极　还原反应
　【规律方法】原电池的设计一般思路:设计原电池时,首先要根据所提供的氧化还原反应的特点进行设计。原电池的设计要紧扣原电池的构成条件。具体方法是(1)以自发进行的氧化还原反应为基础。
(2)分析氧化还原反应,从中找出氧化剂和还原剂,并把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应,从而确定电极反应。(3)以电极反应为基础,根据原电池的工作原理确定电极材料和电解质溶液。通常还原剂即为负极材料,氧化剂为电解质溶液中的某种阳离子,正极材料必须比负极材料的活泼性弱或选石墨作电极。
【典例2】(2019·巢湖高一检测)①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少。据此判断这四种金属活泼性由大到小的顺序是(　　) A.①③②④　　　　　　B.①③④②C.③④②①　　　　　　D.③①②④
【思维建模】利用原电池判断金属性强弱的一般思路为
【解析】选B。由题意知:①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时,外电路电流从②流向①,则金属活泼性①大于②;①③相连时,③为正极,则金属活泼性①大于③;②④相连时,②上有气泡逸出,则金属活泼性④大于②;③④相连时,③的质量减少,则金属活泼性③大于④,故正确顺序为①③④②。
　【迁移·应用】1.(2019·滨州高一检测)下面是四个化学反应,你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是(　　)A.2Al+2NaOH+6H2O====2Na[Al(OH)4]+3H2↑B.2H2+O2 2H2OC.Zn+CuSO4====Cu+ZnSO4D.Na2CO3+2HCl====2NaCl+H2O+CO2↑
【解析】选D。D项中的反应不属于氧化还原反应,不能设计成原电池。
2.(2019·杭州高一检测)一个原电池总反应为Zn+Cu2+====Zn2++Cu,该电池材料及电解质溶液可能是(　　)
【解析】选C。原电池总反应为Zn+Cu2+====Zn2++Cu,可得出其负极反应:Zn-2e-====Zn2+(氧化反应),正极反应:Cu2++2e-====Cu(还原反应),因此负极材料只能是Zn。正极为Cu2+得电子还原成铜,电解质应为可溶性铜盐,正极材料为活泼性比Zn弱的Cu、Fe(或C、Pt)等。