2019-2020年高中化學 1.2《化學能與電能的轉化》學案 蘇教版選修4.doc

2019-2020年高中化學 1.2化學能與電能的轉化學案 蘇教版選修4 課標要求1. 體驗化學能與電能轉化的探究過程，了解原電池和電解池的工作原理，能寫出電極反應和電池反應的方程式。2. 通過查閱資料了解常見化學電源的種類及其工作原理，認識化學能與電能相互轉化的實際意義及其重要應用活動和探究建議1、實驗探究：電能與化學能的相互轉化2、調(diào)查市場常見化學電池的種類，討論它們的工作原理、生產(chǎn)工藝和回收價值。第二單元 化學能與電能的轉化 學案課前思考1構成原電池的條件是什么？如何判斷一個裝置是原電池還是電解池？2如何書寫原電池的電極反應，舉例說明原電池中的電極反應主要有哪些？3電解食鹽水時，那個電極區(qū)能使酚酞變紅？請解釋原因。 4如何判斷電解過程中的電極產(chǎn)物？（第一課時）教學內(nèi)容增減建議1建議增加原電池原理的應用內(nèi)容2建議資料卡中燃料電池也應作為本節(jié)重點內(nèi)容 知識回顧請以反應Fe+H2SO4=FeSO4+H2設計一個原電池：討論根據(jù)自己設計的原電池回答下列問題：1、 構成原電池的條件是什么？2、標出原電池的正負極，并說明判斷的依據(jù)。3、在原電池中，電子的流動方向是怎樣的？電流方向呢？4、在原電池溶液中，各離子如何移動？5原電池工作過程中，溶液的PH值怎樣變化？并寫出電極反應。6原電池是如何將化學能轉化為電能的呢？反饋練習1下列說法正確的是（ ）A原電池是把電能轉化為化學能的裝置B原電池中電子流出的一極是正極，發(fā)生氧化反應C原電池的兩極發(fā)生的反應均為氧化還原反應D形成原電池后，原電池中的陽離子向正極移動2. 微型鈕扣電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應用。有一種銀鋅電池，其電極分別是Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH，電極反應為: Zn+2OH-2e=ZnO+H2O；Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH-根據(jù)上述反應式，判斷下列敘述中正確的是：（ ） A在使用過程中，電池負極區(qū)溶液的pH減小B使用過程中，電子由Ag2O極經(jīng)外電路流向Zn極 CZn是負極，Ag2O是正極 DZn電極發(fā)生還原反應，Ag2O電極發(fā)生氧化反應知識講解一. 原電池的工作原理活動與探究 P12實驗一和實驗二討論1 圖1-8裝置中鹽橋的作用是什么？2 根據(jù)實驗現(xiàn)象指出實驗1和實驗2中能量變化的主要形式？3 寫出實驗2中發(fā)生反應的化學方程式和離子方程式小結 在原電池中，負極發(fā)生 ， 電子；正極發(fā)生 ， 電子。電流由原電池的 極流向 極，即電子由 極流向 極。原電池由兩個 組成，其包括 ，其可通過鹽橋連接。二、化學電源以及電極反應的書寫1一次電池（1）堿性鋅錳干電池 堿性鋅錳干電池的負極為鋅，正極為金屬棒，其電池反應方程式：Zn+2H2O+2MnO2 =2MnOOH+Zn(OH)2，則電極反應為：負極： 正極： （2）銀鋅紐扣電池銀鋅紐扣電池的電極分別是Zn和Ag2O，電解質(zhì)溶液是KOH溶液，電池反應的產(chǎn)物是ZnO和Ag，則其電極反應和電池反應為：負極： 正極： 電池反應方程式： 2.二次電池（1）鉛蓄電池 鉛蓄電池其電極分別是Pb、PbO2，電解質(zhì)是一定濃度的硫酸，工作時的電極反應為：負極： 正極： 放電時總反應方程式：Pb+Pb02+2H2S04=2PbS04+H2O （2）鎳鎘蓄電池正極(鎳)上有Ni(OH)3，負極主要是鎘(含有一些鐵)，所用電解質(zhì)為KOH溶液。放電時發(fā)生的電極反應式：負極：Cd+20H-2e-=Cd(OH)2正極：2Ni(OH) +3e-= 2Ni(OH)2+20H-電池總反應式： 3.燃料電池燃料電池中，電極的導電材料一般為多孔的金屬板，負極是通入還原劑的一方，正極是通入氧化劑的一方。（1）氫氧燃料電池一般用30K0H溶液作這種電池的電解質(zhì)溶液。電極可用含有催化劑的多孔石墨電極(負極中催化劑可用鉑或鈀，正極中催化劑可用AgO或CoO)。其放電時電極反應：負極： 正極： （2）甲烷燃料電池甲烷燃料電池；電解質(zhì)溶液為氫氧化鉀溶液，電極反應為：正極： 負極： CH4 + 10OH- -8e = CO32- + 7H2O總反應： 討論根據(jù)上述原電池電極反應，總結如何書寫原電池的電極反應?？偨Y電極反應的書寫：1原電池的正負極確定a.由兩極的相對活潑性確定：相對活潑性較強的金屬為負極（一般負極材料與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應），但不是絕對的。如Mg-Al-HCl溶液構成的原電池中，負極為 ，但Mg-Al-NaOH溶液構成的原電池中，負極為 .b.根據(jù)反應的類型判斷：可根據(jù)總反應式來分析電極是發(fā)生氧化反應還是還原反應，若發(fā)生氧化反應，則為負極，若發(fā)生還原反應，則為正極。2書寫電極反應注意的問題a.電極反應是一種離子反應，遵循書寫離子方程式的一切規(guī)則（如“拆”、“平”）；兩電極反應式中得失電子數(shù)目一般相等。b.負極失電子所得氧化產(chǎn)物、正極得電子所得還原產(chǎn)物，與溶液的酸堿性有關（如+4價的C在酸性溶液中以CO2形式存在、在堿性溶液中以CO32-形式存在）；c.溶液中不存在O2-在酸性溶液中它H與結合成H2O、在堿性或中性溶液中它與H2O結合成OH-。d.兩極反應相加得到總反應，總反應減去負極反應得到正極反應、總反應減去正極反應得到負極反應。e.對于可逆電池反應，要弄清楚充電和放電的方向，放電過程體現(xiàn)原電池原理，充電過程體現(xiàn)電解池原理。反饋練習1將兩個鉑電極插入KOH溶液中，向兩極分別通入CH4和O2，即構成甲烷燃料電池。已知通入CH4的一極，其電極反應式是：CH4+10OH8e=CO32+7H2O；通入O2的另一極，其電極反應式是：O2+2H2O+4e=4OH，下列敘述不正確的是（ ）A通入CH4的電極為負極 B正極發(fā)生氧化反應C此電池工作時溶液中陰離子向負極移動 D該電池使用一段時間后應補充2氫鎳電池是近年來開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應式是：根據(jù)此反應式判斷，下列敘述中正確的是（ ） A. 電池放電時，電池負極周圍溶液的pH不斷增大 B. 電池放電時，鎳元素被氧化 C. 電池充電時，氫元素被還原 D.電池放電時，H2是負極3我國首先研制的以鋁-空氣-海水電池為能源的新型航標燈已研制成功。這種燈以取之不盡的海水為電解質(zhì)溶液，靠空氣中的氧使鋁不斷氧化而源源不斷地產(chǎn)生電流，其能量比干電池高2050倍。試推測此種新型電池可能的基本結構：_是負極，_是正極。電極反應式為 。 4. 航天技術上使用的氫-氧燃料電池具有高能、輕便和不污染環(huán)境等優(yōu)點。氫-氧燃料電池有酸式和堿式兩種，它們放電時的電池總反應的化學方程式均可表示為2H2+O2=2H2O。酸式氫-氧燃料電池中的電解質(zhì)是酸，其負極反應為2H2-4e-=4H+，則其正極反應為 ；堿式氫氧燃料電池中的電解質(zhì)是堿，其正極反應為O2+2H2O+4e-=4OH-，則其負極反應為 。 三原電池的應用：制各種電池；判斷反應速率；判斷金屬的活潑性；金屬防護。討論1將鐵加入硫酸反應后，為了減少其反應速率，可采取的方法？為加快其反應速率，可采取什么方法？2把a、b、c、d四塊金屬浸泡在稀硫酸中，用導線兩兩相連可以組成各種原電池若a、b相連時，a為負極；c、d相連時，c為負極；a、c相連時， c為正極；b、d相連時，b為正極則這四種金屬的活動性順序由大到小為 。課后練習1已知空氣鋅電池的電極反應為：鋅片：Zn2OH2eZnOH2O； 碳棒：O2H2O2e2OH據(jù)此判斷，鋅片是A正極，并被還原 B正極，并被氧化 C負極，并被還原 D負極，并被氧化2鉛蓄電池的兩極分別為Pb、PbO2，電解質(zhì)溶液為H2SO4，工作時的反應為PbPbO2H2SO4PbSO4H2O，下列結論正確的是AP為正極被氧化 B溶液的pH不斷減小C只向PbO2處移動 D電解質(zhì)溶液pH不斷增大3將鐵片和銀片用導線連接置于同一稀鹽酸溶液中，并經(jīng)過一段時間后，下列各敘述正確的是( )A. 負極有Cl-逸出，正極有H+逸出 B. 負極附近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4普通鋅錳干電池是普遍使用的化學電池，其中含有MnO2、NH4Cl、ZnCl2等糊狀物。以鋅筒為負極材料，石墨為正極材料。工作時反應方程式是：Zn2MnO2NHZn+MnONHHO（1）試寫出干電池放電時的正、負電極反應式：正極：_負極：_干電池用久了就會變軟，其原因_。（2）正極反應中，前后經(jīng)歷下列反應：2NH42e2NH3H2；2Mn2H2Mn2O3H2O，如果沒有MnO2參與，干電池將難于持續(xù)穩(wěn)定工作。試說明理由：_。第二、三課時教學內(nèi)容增減建議1 建議P18活動與探究部分可簡單處理2 建議電鍍內(nèi)容的學習可與p21習題7相結合知識回顧分析下圖，回答下列問題： A B C D E F G(1) 上述裝置中，_為原電池，_為電解池。(2) 在A中，Cu為_極，發(fā)生_反應，電極反應為_。Zn為_極，發(fā)生_反應，電極反應為_。A中的實驗現(xiàn)象為_。(3) 在D中，Cu為_極，發(fā)生_反應，電極反應為_。碳棒為_極，發(fā)生_反應，電極反應為_。D中的實驗現(xiàn)象為_。(4) 在G中，Cu為_極，發(fā)生_反應，電極反應為_。碳棒為_極，發(fā)生_反應，電極反應為_。E中的實驗現(xiàn)象為_。(5) 在A中電子的移動方向為 在E中電子的移動方向為 總結 原電池、電解池判定（1）若無外接電源，可能是原電池，然后根據(jù)原電池的形成條件判定；（2）若有外接電源，兩極插入電解質(zhì)溶液中，則可能是電解池；（3）若為無明顯外接電源的串聯(lián)電路，則利用題中信息找出能發(fā)生自發(fā)氧化還原反應的裝置為原電池。知識講解四、電解池的工作原理交流與討論 P171電離是指電解質(zhì)_或_狀態(tài)下離解成_過程。電離需要通電嗎？_。2NaCl熔融后電離成_離子，其在通電前作_運動。通電后，在外電源的作用下，離子作_移動而導電。(其中陽離子向電源的_極移動，陰離子向電源的_極移動。) 在導電的同時，在陽、陰兩極發(fā)生氧化還原反應，即被電解。3 電后電極表面分別發(fā)生了什么化學反應？ 請寫出電極上發(fā)生的電極反應式： 4 請分析電解過程中電子的流向： 活動與探究 P181 CuCl2溶液中含有哪些離子？2 通電前后，溶液中離子的運動狀態(tài)有何不同？3 CuCl2溶液在通電過程中兩極分別有什么現(xiàn)象發(fā)生？4 完成電極反應式和電解反應方程式 交流與討論 P191在氯化鈉溶液存在 離子，接通直流電源后，溶液中 離子向陽極移動，由于 離子比 離子容易失去電子，在陽極被氧化；溶液中 離子向陰極移動，由于 離子比 離子容易得到電子，在陰極被還原；在 極區(qū)得到NaOH。2請寫出電解食鹽水過程中的電極反應為： 總反應的電解方程式 3 分析氯堿工業(yè)在電解飽和食鹽水時為什么要阻止陰極區(qū)的OH-進入陽極區(qū)： 總結1電極產(chǎn)物的判斷依據(jù)離子放電順序和電極材料陰離子失去電子而陽離子得到電子的過程叫放電放電順序取決于離子本身性質(zhì)，也與電極材料有關電解時所使用的電極分為兩類：一類為惰性電極，只起導體的作用（如鉑、石墨等）另一類為活性電極（除鉑、金以外的金屬），活性電極作陰極，只起導體的作用；若為陽極，電極本身發(fā)生氧化反應。（1）在電極的陰極上，陽離子的放電順序為： （2）在惰性電極的陽極上，陰離子放電的順序為： 注：若非惰性電極作陽極，失電子的是電極本身2電解規(guī)律及溶液PH分析：（1）電解規(guī)律：用惰性電極電解酸、堿、鹽各種電解質(zhì)溶液，依據(jù)放電順序有四種類型：含氧強酸、強堿和活潑金屬含氧酸鹽溶液電解，實際上是電解 。無氧酸、不活潑金屬無氧酸鹽溶液電解，實際上是 電解?；顫娊饘贌o氧酸鹽溶液電解， 同時發(fā)生電解。不活潑金屬含氧酸鹽溶液電解， 同時發(fā)生電解。 (2)電極附近溶液PH值變化：電解時，如果溶液中H+或OH-在電極上放電，使得電極附近溶液中的H+或OH-濃度發(fā)生改變，而引起電極附近PH值變化。電解時，如在陽極上生成O2，這時由_在陽極上放電，使得陽極附近OH-_H+，陽極區(qū)PH值_；如在陰極上生成H2，這時由于_在陰極上放電，使得陰極附近H+_OH-，陰極區(qū)PH值_。（3）電解質(zhì)溶液PH值變化：若電解時，只生成H2，而不生成O2，溶液的PH值_；若只生成O2，而不生成H2，溶液的PH值_；若既生成H2，又生成O2，實際上就是電解_;此時若原溶液為酸性，其PH值_，若為堿性，其PH值_，若為中性，其PH值不變；若既不生成H2，也不生成O2，溶液的PH值變化不大。反饋練習1用惰性電極實現(xiàn)電解，下列說法正確的是A電解稀硫酸溶液，實質(zhì)上是電解水，故溶液pH不變B電解稀氫氧化鈉溶液，要消耗OH，故溶液pH減小C電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1:2D電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1:12用惰性電極電解下列溶液，電解一段時間后，電解液的pH增大了的是（ ）。A、H2SO4 B、KOH C、AgNO3 D、NaCl3、用惰性電極電解下列溶液，一段時間后，再加入一定質(zhì)量的另一種物質(zhì)（中括號內(nèi)），溶液能與原來溶液完全一樣的是（ ）。A、CuCl2CuSO4 B、NaOHNaOH C、KClHCl D、CuSO4Cu(OH)24 新型高能鈉硫電池以熔融的鈉、硫為電極，以鈉離子導電的陶瓷為固體電解質(zhì)。該電池放電時為原電池，充電時為蓄電池，反應原理為：2Na + xS Na2SX(1)放電時，S發(fā)生 反應，Na作 極。（2）充電時Na所在的電極與直流電源 極相連。（3）充電時陽極反應為 ；放電時負極反應為 .五、電解池的應用電鍍觀察與思考 P191. 電鍍的原理和目的是什么？2. .指出電鍍過程中發(fā)生的能量轉化形式，并分析電鍍過程中電子的流向？3. 寫出電鍍銀的過程中兩電極的電極反應式總結1電鍍是電解的應用。電鍍是以 為陽極，待 為陰極，含 的溶液為電鍍液。2電鍍過程的特點：犧牲陽極；電鍍液的濃度（嚴格說是鍍層金屬離子的濃度）保持不變；在電鍍的條件下，水電離產(chǎn)生的H+、OH一般不放電。例題1用惰性電極電解M（NO3）x的水溶液，當陰極上增重ag時，在陽極上同時產(chǎn)生bLO2（標準狀況），從而可知M的原子量為（ ）。A、22.4ax/b B、11.2ax/b C、5.6ax/b D、2.5ax/b2、用鉑電極電解CuSO4和KNO3的混合溶液500mL，經(jīng)一段時間電解后，兩極均得到11.2L氣體（標準狀況），此混合液中CuSO4的物質(zhì)的量濃度為（ ）。A、0.5mol/L B、0.8mol/L C、1mol/L D、1.5mol/L3右圖中電極a、b分別為Ag電極和Pt電極，電極c、d都是石墨電極。通電一段時間后，在c、d兩極上共收集到336mL（標準狀態(tài)）氣體?；卮穑海?）直流電源中，M為極。（2）Pt電極上生成的物質(zhì)是 ，其質(zhì)量為g。（3）電源輸出的電子，其物質(zhì)的量與電極b、c、d分別生成的物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為：2。（4）AgNO3溶液的濃度（填增大、減小或不變。下同），AgNO3溶液的PH，H2SO4溶液的濃度，H2SO4溶液的pH。（5）若H2SO4溶液的質(zhì)量分數(shù)由5.00%變?yōu)?.02%，則原有5.00%的H2SO4溶液g?？偨Y用惰性電極電解鹽AmBn溶液的有關計算時常用的關系式1、認識“荷”平使者H2O維護溶液中的“荷”平 當只有An+放電時，水向溶液中補充同量的H+： An+ nH+ 當只有Bm-放電時，水向溶液中補充同量的OH-： Bm- mOH- 當An+、Bm-都放電時，水分子不管事 當An+、Bm-都不放電時，水分子電離出的H+、OH-分別在陰陽極放電2、常用于計算的兩個關系式（1）當只有An+放電時，關系式：An+ nH+ nH2O n/4 O2 （2）當只有Bm-放電時，關系式：Bm- mOH- mH2O m/2H2課后練習1如下圖所示，銅片和鋅片用導線連接后插入番茄里，鋅片是（ ）。A陽極 B正極 C陰極 D負極2下列敘述中不正確的是（ ）。A電解池的陽極上發(fā)生氧化反應，陰極上發(fā)生還原反應B原電池跟電解池連接后，電子從電池負極流向電解池陽極C電鍍時，電鍍池里的陽極材料發(fā)生氧化作用D電解飽和食鹽水時，陰極得到氫氧化鈉溶液和氫氣3電解硫酸銅溶液時，若要求達到以下幾點：陽極質(zhì)量減少，陰極質(zhì)量增加，電解液中Cu2不變，則可選用的電極是（ ）。A純銅作陽極，含鋅、銀的銅合金作陰極B含鋅、銀的銅合金作陽極，純銅作陰極C用純鐵作陽極，用純銅作陰極D用石墨作陽極，用惰性電極作陰極4用石墨作電極，電解1mol/L下列物質(zhì)的溶液，溶液的PH值保持不變的是（ ）。AHCl BNaOH CNa2SO4 DNaCl5下列關于銅電極的敘述，不正確的是（ ）。A銅鋅原電池中銅是正極 B用電解法精煉粗銅時，銅作陽極C在鍍件上電鍍銅時可用金屬銅作陽極 D電解稀硫酸制H2、O2時，銅作陽極6將兩個鉑電極插入500ml Cu SO4溶液中，進行電解。通電一定時間后，某一電極增重0.064g（設電解時該電極無氫氣析出，且不考慮水解和溶液的體積變化），此時溶液中氫離子濃度約為（ ）。A4103 mol/L B2103 mol/L C1103 mol/L D1107 mol/L7鐵棒與石墨棒用導線連接后，浸入0.01mol/L的食鹽溶液中，可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是A鐵棒附近產(chǎn)生OH- B鐵棒被腐蝕 C石墨棒上放出Cl2 D石墨棒上放出O28用惰性電極電解飽和Na2CO3溶液，若保持溫度不變，則一段時間后 A溶液的pH不變 Bc(Na+)與c (CO32-)的比值變大 C溶液濃度變大，有晶體析出 D溶液濃度不變，有晶體析出9從H+、Na+、Ba2+、Cu2+、Cl、中選出兩種離子組成電解質(zhì)，按下列要求進行電解，將電解質(zhì)的化學式填空：(使用惰性電極)(1) 電解過程中溶液顏色變淺且水量不變_；(2) 電解過程中電解質(zhì)含量不變，水量減少_；(3) 電解過程中溶液的pH值增大_；(4) 電解過程中，兩極析出氣體的體積比為11_。10(1)右圖的裝置會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？并完成電極反應式和總反應式。(2) 左邊燒杯為_裝置，右邊燒杯為_裝置。當Zn減輕0.65g時，左邊燒杯的碳棒增重_ g，右邊燒杯的左邊碳棒為_極，產(chǎn)生的氣體為_ mol，右邊燒杯的右邊碳棒為_極，在標狀下產(chǎn)生的氣體為_ mL。