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专题专题1 1 化学反应与能量变化化学反应与能量变化第二单元第二单元 化学能与电能的转化化学能与电能的转化第一课时第一课时一位年轻的一位年轻的化学家化学家来看望格林太太，并为格林来看望格林太太，并为格林太太揭开了病因：太太揭开了病因： 由于由于金金和和铁铁（钢的主要成分）是活动性不（钢的主要成分）是活动性不同的两种金属，唾液中含有同的两种金属，唾液中含有电解质电解质，故构成，故构成原电池，产生微小的原电池，产生微小的电流电流，使得格林太太头，使得格林太太头痛。痛。必须必须换掉换掉其中一颗假牙。其中一颗假牙。处方：处方：病因：病因：实验实验1. 稀硫酸稀硫酸铜铜锌锌观察到什么现象观察到什么现象?稀硫酸稀硫酸铜铜锌锌实验实验2观察到什么现象？观察到什么现象？与实验与实验1有什么区别？有什么区别？1.电流计的指针发生如何变化电流计的指针发生如何变化?稀硫酸稀硫酸铜铜锌锌G实验实验3.2.铜片上为什么有气泡产生铜片上为什么有气泡产生?3.锌片的质量有无变化锌片的质量有无变化?溶液中的溶液中的c(H+)如何变化如何变化?4.写出锌片上和铜片上变化的离子方程式。写出锌片上和铜片上变化的离子方程式。稀硫酸ZnCu现象现象(1)电流表指针有偏转(2)铜片上有气泡产生(3)锌片不断溶解，c(H+)不断减小稀硫酸ZnCuZn2+e-e-H+H+-+Zn2e-=Zn2+总反应：总反应：2H+2e-=H2Zn+2H+=Zn2+H2（氧化反应）（氧化反应）（还原反应）（还原反应）锌片：锌片：铜片：铜片： 设疑设疑请根据你的经验猜想请根据你的经验猜想ZN与与CUSO4溶液的溶液的反应是吸热反应还是放热反应反应是吸热反应还是放热反应？并设计实验方案加并设计实验方案加以证明以证明Zn+ Cu2+ Zn2+ + CuZnCu CuSO4 设疑设疑除了可以将该反应放出的能量转化除了可以将该反应放出的能量转化为为热能热能之外，还能通过该反应将化学能转化之外，还能通过该反应将化学能转化为什么能量？为什么能量？ZnCu CuSO4电池反应：电池反应：Zn+ Cu2+ = Cu+ Zn2+（总反应）（总反应）Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu1.电路：电路：外电路外电路内电路内电路电子电子流向：由流向：由失失电子的一极向电子的一极向得得电子的一极电子的一极电流电流方向：与方向：与电子电子流向流向相反相反阴离子阴离子流向与流向与电子电子流向流向一致一致阳离子阳离子流向与流向与电流电流一致一致2.电极：电极：负极负极：电子电子流出流出的一极的一极正极正极：电子电子流入流入的一极的一极3.电极反应式：电极反应式：负极（负极（氧化氧化反应）反应）： Zn2e-Zn2+正极（正极（还原还原反应）反应）： 4.总反应式（总反应式（氧化还原氧化还原反应）反应）：Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu二、二、形成原电池的一般条件形成原电池的一般条件前提条件：有前提条件：有自发的氧化还原反应自发的氧化还原反应 （1 1）有两种）有两种活泼性不同活泼性不同的导电材料的导电材料 ( (不同的金属或金属与非金属导体）不同的金属或金属与非金属导体）作电极作电极（2 2）两个电极必须插入）两个电极必须插入电解质溶液电解质溶液中中（3 3）两极相连形成）两极相连形成闭合回路闭合回路 （用导线连接或电（用导线连接或电极直接接触）极直接接触）原电池的正负极的判断方法原电池的正负极的判断方法 微观判断微观判断（根据电子流动（根据电子流动方向方向）电子流电子流出出的极的极电子流电子流入入的极的极负极负极正极正极 较较活泼活泼的电极材料的电极材料较较不活泼不活泼的电极材料的电极材料 质量增加质量增加的电极的电极工作后工作后 质量减少质量减少的电极的电极负极负极正极正极正极正极负极负极工作后，有工作后，有气泡冒出气泡冒出的电极为正极的电极为正极发生发生氧化氧化反应的极反应的极发生发生还原还原反应的极反应的极宏观判断宏观判断：根据电极材料根据电极材料根据原电池电极根据原电池电极 发生的反应发生的反应根据电极增重还是减重根据电极增重还是减重根据电极有气泡冒出：根据电极有气泡冒出：负极负极正极正极三、三、原电池电极反应式的书写原电池电极反应式的书写1 1、确定原电池正负极，以及两极上发生反应的、确定原电池正负极，以及两极上发生反应的物质，物质，负极发生氧化反应，正极发生还原反应负极发生氧化反应，正极发生还原反应2 2、重视重视介质是否参加反应，介质是否参加反应，注意注意两极得失电子两极得失电子总数相等总数相等3 3、将两极电极反应式、将两极电极反应式相加相加即得原电池的即得原电池的总反应总反应式式 盐桥：在盐桥：在U型管型管中装满用中装满用饱和饱和KCl溶液溶液的的琼脂。琼脂。思考：思考：1、盐桥的作用、盐桥的作用是什么？是什么？（1）使整个装置构成）使整个装置构成通路通路， 代替两溶液直接接触代替两溶液直接接触。 （2）平衡电荷平衡电荷思考：思考：2、 此电池的优点？此电池的优点？此电池的优点此电池的优点:能产生持续、稳定的电流。能产生持续、稳定的电流。知识回顾知识回顾CuCCuZn盐桥1. 将锌片和铜片用导线连接置于稀硫酸溶将锌片和铜片用导线连接置于稀硫酸溶液中液中,下列各叙述正确性的是下列各叙述正确性的是 ( )A. 锌片做负极，锌发生还原反应锌片做负极，锌发生还原反应B. 铜片做正极，铜得电子铜片做正极，铜得电子C. 溶液中的溶液中的PH值增大值增大D. 锌片、铜片同时有气泡冒出，说明锌片锌片、铜片同时有气泡冒出，说明锌片不纯不纯C D练习练习练练习习2.判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，判断下列哪些装置构成了原电池？若不是，请说明理由；若是，请指出正负极名称，并请说明理由；若是，请指出正负极名称，并写出电极反应式写出电极反应式.()()()2H+2e-H2负极：负极：总反应：总反应：正极正极：Zn2e-Zn2+Zn+2H+Zn2+H2()()负极负极：正极正极：总反应总反应：正极：正极：负极负极：总反应：总反应：Zn2e- Zn2+2H+2e- H2Zn+2H+Zn2+H2Fe2e - Fe2+Cu2+2e- CuFe+Cu2+Fe2+CuFe+CuSO4Cu+FeSO4 ()()负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：Zn2e-Zn2+Cu2+2e-CuZn+Cu2+Zn2+Cu或或 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu()()负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：Fe2e- Fe2+2H+2e-H2Fe+2H+ Fe2+H2或或 Fe+H2SO4FeSO4+H2 例：例： 利用利用Fe + Cu2+=Fe2+ +Cu设计一个设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。原电池，画出示意图，写出电极反应。负极：负极：Fe 2e- =Fe2+ 正极：正极：Cu2+ +2e- =Cu CuFeCuSO4FeSO4FeCuCuSO4设计原电池的思路设计原电池的思路：半电池：半电池：电极材料电极材料电解质溶液电解质溶液根据根据电极反应电极反应确定确定还原剂（还原剂（电极材料）电极材料）和和氧化产物（氧化产物（电解质溶液）电解质溶液）为为负极负极的的半电池半电池氧化剂（氧化剂（电解质溶液）电解质溶液）和和还原产物（还原产物（电极材料）电极材料）为为正极正极的半电池的半电池外电路外电路用导线连通，可以接用电器用导线连通，可以接用电器内电路内电路 是将电极浸入电解质溶液中，并通过是将电极浸入电解质溶液中，并通过盐桥盐桥沟通内电路沟通内电路（或其它不活泼材料）（或其它不活泼材料）根据根据负极负极氧化、氧化、正极正极还原还原写出写出电极反应式电极反应式前提：是氧化还原反应前提：是氧化还原反应 练习：练习： 利用利用2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+设计一设计一个原电池，画出示意图，写出电极反应。个原电池，画出示意图，写出电极反应。正极：正极：2Fe32e- =2Fe2+ 负极：负极：Cu-2e- =Cu2+CuCCuSO4FeCl3CCu FeCl31.1.如图装置，电流表如图装置，电流表G G发生偏转，同时发生偏转，同时A A极逐渐极逐渐变粗，变粗，B B极逐渐变细，极逐渐变细，C C为电解质溶液，则为电解质溶液，则A A、B B、C C应是下列各组中的哪一组（应是下列各组中的哪一组（ ） A A、A A是锌，是锌，B B是铜，是铜，C C为稀为稀H H2 2SOSO4 4 B B、A A是铜，是铜，B B是锌，是锌，C C为稀硫酸为稀硫酸 C C、A A是铁，是铁，B B是银，是银，C C为为AgNOAgNO3 3溶液溶液 D D、A A是是AgAg，B B是铁，是铁，C C为为AgNOAgNO3 3溶液溶液 G CABD D随堂练习随堂练习练习练习2：根据下式所表示的氧化还原反应设计：根据下式所表示的氧化还原反应设计一个原电池：一个原电池： CU(S) + 2AG+(AQ) = CU2+(AQ)+ 2AG(S)装置可采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置简图；装置可采用烧杯和盐桥，画出此原电池的装置简图；注明原电池的正极和负极；注明原电池的正极和负极；注明外电路中电子的流向；注明外电路中电子的流向；写出两个电极上的电极反应。写出两个电极上的电极反应。负极负极： 2e- 2+正极正极C：2Ag+2e- 2AgCCu AgNO3CuSO4+e-装置可采用烧杯和盐桥，装置可采用烧杯和盐桥， 画出此原电池的装置简图；画出此原电池的装置简图；注明原电池的正极和负极；注明原电池的正极和负极；注明外电路中电子的流向；注明外电路中电子的流向；写出两个电极上的电极反应。写出两个电极上的电极反应。 Cu(s) + 2Ag+(aq) = Cu2+(aq)+ 2Ag(s)练习练习2：根据下式所表示的氧化还原反应设计一个：根据下式所表示的氧化还原反应设计一个原电池：原电池： CU(S) + 2AG+(AQ) = CU2+(AQ)+ 2AG(S)(-)：Zn 2e- = Zn2+ (+)：2H+ +2e- = H2 电池反应：电池反应：Zn + 2H+ = Zn2+ + H2ZnCuH2SO4ZnSO4盐桥盐桥+3、把右图设计成有盐桥的原电池装置，并写出、把右图设计成有盐桥的原电池装置，并写出电极反应式及电池反应方程式电极反应式及电池反应方程式ZnCu H2SO4负极：负极： Fe 2e- = Fe2+正极：正极： 2H+ + 2e- = H2总：总：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 稀稀 硫硫 酸酸FeCu稀 硫 酸FeCuNaCl溶液溶液负极：负极： 2Fe 4e- = 2Fe2+正极：正极： 2H2O + O2 + 4e- = 4OH-总：总：2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2 不同的介质不同的介质 不同的电极反应不同的电极反应负极：负极：2 Al+ 8OH6e- =2Al O2 +4H2O 正极：正极：6H+ + 6 e- =3 H2总：总：2Al+ 2OH +2H2O =2Al O2 + 3H2 稀 硫 酸负极：负极： Mg 2e- = Mg2+ 正极：正极： 2H+ + 2e- = H2总：总：Mg +2H+ = Mg 2+ + H2 负极：负极： Cu 2e- = Cu 2+ 正极：正极： 4H+ +2NO3 + 2 e- = 2NO2 + 2H2O总：总：Cu + 4H+ +2NO3= 2NO2 + Cu 2+ + 2H2O稀H2SO4负极：负极：2 Al 6e- =2Al 3+ 正极：正极： 6H+ + 6e- =3 H2总：总：2Al + 6H+ = 2Al 3+ + 3H2 练习：练习：1、下列关于下图所示原电池的说法正确的是、下列关于下图所示原电池的说法正确的是（ ）A 铝片为正极铝片为正极B 正极上有正极上有H2产生产生C Al是电池的负极，开始工作时溶液中会立即有白色是电池的负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀析出沉淀析出D 当转移当转移0.04 mol e- 时，产生时，产生 0.01 mol O2 CuBC 练习练习2. X、Y、Z、W四种金属片进入稀盐酸中四种金属片进入稀盐酸中,用用导线连接导线连接,可以组成原电池可以组成原电池,实验结果如下图所示实验结果如下图所示:则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为_ZYXW5.利用原电池原理设计新型化学电池；利用原电池原理设计新型化学电池；2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；反应制取氢气；1.进行金属活动性强弱比较；进行金属活动性强弱比较；3.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。而受到保护。如在铁器表面镀锌。三、原电池的主要应用：三、原电池的主要应用：4.解释某些化学现象解释某些化学现象(1)比较金属活动性强弱。比较金属活动性强弱。例例1：下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是（下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是（ ）C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲 上有上有H2气放出气放出；B.在氧化在氧化还原反应中，甲比乙失去的电子多还原反应中，甲比乙失去的电子多；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；原电池原理应用：原电池原理应用：C(2)比较反应速率比较反应速率例例2 ： 下列制氢气的反应速率最快的是下列制氢气的反应速率最快的是粗锌和粗锌和 1mol/L 盐酸；盐酸；B.A. 纯锌和纯锌和1mol/L 硫酸；硫酸；纯锌和纯锌和18 mol/L 硫酸；硫酸；C.粗锌和粗锌和1mol/L 硫酸的反应中加入几滴硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。溶液。D.（ D ）原电池原理应用：原电池原理应用：(3)比较金属腐蚀的快慢比较金属腐蚀的快慢例例3： 下列各情况，在其中下列各情况，在其中Fe片腐蚀由片腐蚀由快快到到慢慢的顺序是的顺序是(5)(2)(1)(3)(4)原电池原理应用：原电池原理应用：例例4：下列装置中四块相同的下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速片，放置一段时间后腐蚀速率由率由慢慢到到快快的顺序是的顺序是(4)(2)(1)(3)(4)判断溶液判断溶液pH值变化值变化例例5：在在Cu-Zn原电池中，原电池中，200mLH2SO4 溶液的浓度为溶液的浓度为0.125mol/L , 若工作一段时间后，从装置中共收集若工作一段时间后，从装置中共收集到到 0.168L升气体，则流过导线的电子为升气体，则流过导线的电子为_ mol,溶液的溶液的pH值变值变_(填填“变大变大”、“变小变小”、“不变不变”)？若？若pH为多少？为多少？（溶液体积变化忽略不计）（溶液体积变化忽略不计）变大变大0.015原电池原理应用：原电池原理应用：(5)原电池原理的综合应用原电池原理的综合应用例例6：市场上出售的：市场上出售的“热敷袋热敷袋”的主要成分为铁屑、的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。 “热敷袋热敷袋”启启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。现有大量铁锈存在。1)“热敷袋热敷袋”是利用是利用 放出热量。放出热量。2)炭粉的主要作用是炭粉的主要作用是 。3)加入氯化钠的主要作用是加入氯化钠的主要作用是 。4)木屑的作用是木屑的作用是 。铁被氧化铁被氧化 与铁屑、氯化钠溶液构成与铁屑、氯化钠溶液构成原电池，加速铁屑的氧化原电池，加速铁屑的氧化 氯化钠溶于水、形成氯化钠溶于水、形成电解质溶液电解质溶液使用使用“热敷袋热敷袋”时受热均匀时受热均匀原电池原理应用：原电池原理应用：
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