鲁科版高中化学高中化学必修二《化学反应与能量转化》化学键化学反应规律(第2课时)

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【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。
(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?
0.25 mol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。
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。
为Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2↓,正极反应式为 +3e-====Fe(OH)3 ↓+5OH-,故D说法正确。
FeO
2 4
+4H2O
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 ( )
(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。
三、原电池的分类
【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。
【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。
(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 )
【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”。
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?
(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
蓄电池是一种可充电wk.baidu.com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)
2.正负极的判断
【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。
《化学反应与能量转化》化学键化 学反应规律(第2课时)
鲁科版高中化学高中化学必修二
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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。 氧化还原反应 化学能直接转化
其工作F原eO理24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-
FeO24
【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

(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.①②③ B.②④ C.②③④ D.③④⑤
(2)若此原电池有0.5 mol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Zn2e-====Zn2+可知,有0.5 mol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-,
【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。
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
【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 mol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
【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.①③④②
C.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
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。
二、原电池的设计 1.基本思路
2.具体流程
3.实例 (1)原电池设计
依据
确定 负极 确定 正极
构成闭 合回路
Zn+2H+====Zn2++H2↑
选择负极反应物:__锌__片_ 选择负极材料:__锌__片_ 选择正极反应物:__氢__离__子_ 选择正极材料:_石__墨___或__铜__片_
选择离子导体:
稀__硫___酸__或__稀__盐___酸_ 选择电子导体:__导__线_
实验现象
锌片__逐__渐_ _溶__解__;正 极材料__表_ _面__有___气_ _泡__生___成_。
(2)装置 ①装置
②电极反应 负正极极反反应应::_2Z_Hn_+-+_22_ee_--_==_==_==_==_ZH_n2_↑2+_,,还_氧_原_化_反_反应应。;
成电能
(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)
实验装置
原电池 原理
还原剂和氧化剂分别在两个不同的区域
发生__氧__化_反应和___还__原反应,并通过能导 电的物质形成___闭__合__回__路产生____电_ 流
两极 负极
氢气_失__电__子__,发生__氧__化_反应
反应 正极
氧气_得__电__子__,发生__还__原_反应
电子转移
电子由_负__极通过导 线流向_正__极,形成电流
2.原电池的构造
【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_Z_n_,_失__电子发生_氧__化__反应; (2)正极反应物是_C_u_2+_,_得__电子发生_还__原__反应; (3)工作时以上原电池中_化__学__能转化为_电__能。
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