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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第二二单元单元 化学化学能与电能的转化能与电能的转化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？并设计实验方并设计实验方案加以证明。案加以证明。活动与探究一活动与探究一 向盛有向盛有30ml 1.0mol/LCuSO4溶液的小烧杯中溶液的小烧杯中,加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度，观加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度，观察温度计的变化。察温度计的变化。Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu创设情景 除了可以将该反应放出的能量转除了可以将该反应放出的能量转化为化为热能热能之外，还能通过该反应之外，还能通过该反应将化学能转化为什么能量？将化学能转化为什么能量？一、原电池一、原电池1、原电池：、原电池：2、原电池工作原理：、原电池工作原理：氧化氧化还原反应还原反应把把化学能化学能转化为转化为电能电能的装置。的装置。知识回顾知识回顾判断下列装置能否构成原电池，思考原电池的构成条件。判断下列装置能否构成原电池，思考原电池的构成条件。练习练习CuC形成原电池的形成原电池的一般一般条件条件（0 0）前提）前提条件：有条件：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作电极作电极 ( (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）（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）二、二、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、重视介质是否参加反应，注意两极得失电子、重视介质是否参加反应，注意两极得失电子总数相等总数相等3 3、将两极电极反应式相加即得原电池的总反应、将两极电极反应式相加即得原电池的总反应式式活动与探究二活动与探究二 如教材如教材P13图图1-8所示，向盛有所示，向盛有30ml1.0mol/LCuSO4溶液和溶液和 30ml1.0mol/L的的ZnSO4溶液分别插入铜片和溶液分别插入铜片和锌片，连接导线和电流计，观察现象。将盐桥插入锌片，连接导线和电流计，观察现象。将盐桥插入两只烧杯内的电解质溶液，观察现象。两只烧杯内的电解质溶液，观察现象。总：总：Zn+ Cu2+ Zn2+ + Cu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 （即负极（即负极正极）正极）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 盐桥：盐桥：在在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、盐桥的作用是什么？、盐桥的作用是什么？（1）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。）使整个装置构成通路，代替两溶液直接接触。 （2）平衡电荷）平衡电荷 （保证其连接的两个半电池中的电解质溶液呈电中性）保证其连接的两个半电池中的电解质溶液呈电中性）2、 此电池的优点？此电池的优点？能产生持续能产生持续、稳定的电流稳定的电流，提高原电池电流效率。，提高原电池电流效率。(-)：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 H2SO4四、原电池的设计四、原电池的设计例：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：画出装置示意图画出装置示意图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）和氧化产物和氧化产物（电解质溶液电解质溶液）为负极的半电池为负极的半电池氧化剂氧化剂（电解质溶液电解质溶液）和还原产物和还原产物（电极材料电极材料）为正极的半电池为正极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，并通过盐桥沟通内电路是将电极浸入电解质溶液中，并通过盐桥沟通内电路（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：是前提：是氧化还原反应氧化还原反应 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 FeCl3小小 结结 原电池工作原理原电池工作原理 根据氧化还原反应设计原电池根据氧化还原反应设计原电池 电解质溶液电解质溶液阳离子氧化反应氧化反应负极负极 正极正极还原反应还原反应电子沿导线传递，产生电流阴离子-1.1.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问题解决问题解决负极：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 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： 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： 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 CuB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。原电池原电池的主要应用：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；（C）原电池原理应用：原电池原理应用：(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，从装置中共收若工作一段时间后，从装置中共收集到集到 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”、“变变小小”、“不变不变”)？（溶液体积变化忽略不计）？（溶液体积变化忽略不计）变变大大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：制作各种化学电池制作各种化学电池:(1)干电池干电池.演示演示:ZnC,NH4Cl溶液组成的原电池溶液组成的原电池.判断正负极以及电极反应式判断正负极以及电极反应式.干电池原理正极正极:2NH4+2e-=2NH3+H2,还原反应还原反应.负极负极:Zn-2e-=Zn2+,氧化反应氧化反应.其中产生的其中产生的NH3,H2都被吸收都被吸收:4NH3+ZnCl2=Zn(NH3)4Cl2,H2+2MnO2=Mn2O3+H2O现在更常用的是体积小现在更常用的是体积小,性能更好的碱性锌锰电性能更好的碱性锌锰电池池,其容量和放电时间都要比普通锌锰电池增加其容量和放电时间都要比普通锌锰电池增加几倍呢几倍呢.(2)铅蓄电池铅蓄电池:-汽车上常用汽车上常用.12 正极：PbO2 2 (2) 铅畜电池 负极：Pb 电解质溶液：稀H2 2SO4 4 练习 铅蓄电池在放电时的电极反应式和总的反应式。负极负极( Pb ): Pb-2e-+SO42-=PbSO4正极正极(PbO2): PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O总反应式总反应式:Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O (3) 锂电池：质量轻，电压高，工作效率高，贮存寿命长。锂电池：锂电池以锂作负极，非水有机溶剂如锂电池：锂电池以锂作负极，非水有机溶剂如环脂、直链脂及酰胺等和无机溶剂作溶剂，以环脂、直链脂及酰胺等和无机溶剂作溶剂，以锂盐锂盐 LiClO4、LiAlCl4、LiAsF4等为电解质。等为电解质。由于锂密度低，电极电位负值高、延展性好，由于锂密度低，电极电位负值高、延展性好，使得锂电池有比使得锂电池有比容量大、电压高、电阻低容量大、电压高、电阻低的优的优点，同时电池材料中无一种可能对环境造成污点，同时电池材料中无一种可能对环境造成污染。被广泛地应用于心脏起搏器、电子表、计染。被广泛地应用于心脏起搏器、电子表、计算器。算器。如如:Li+MnO2=LiMnO2(4) 新型燃烧电池（阅读P.105并思考：在新型燃烧电池工作时，有没有发生燃烧现象？） 练习已知氢氧燃烧电池工作时，分别向两个惰性电极上通入氢气和氧气，并以NaOH溶液为电解液，试写出电极反应式和总的反应式。12 大有发展前景的燃料电池大有发展前景的燃料电池可用两个多孔石墨电极（分别含有不同的催化剂）插入作为电解质的30%的KOH水溶液中，氧气和 氢气分别不断通入正极和负极并不断被消耗。两极发生的电化学反应负极负极:H2+2OH- -2e=2H2O,正极正极:(1/2)O2+H2O+2e=2OH-总反应为:H2+(1/2)O2=H2O 经采用适当措施以适应在失重情况下运转的这种类型的燃料电池曾在1967年首次被用作阿波罗宇宙飞船的电源。 练习 甲烷燃烧电池的电极反应式和总的反应式负极负极:CH4 +10OH- -8e-=CO32-+7H2O正极正极:O2+2H2O+4e-=4OH-总反应总反应:CH4+2O2+2OH- =CO32-+3H2O 思考 为什么废旧电池必须回收，不能乱扔？ 防止重金属离子污染环境如Hg2+,Cd2+ 回收利用有色金属，节约资源 练习1 铝-海水电池利用空气作氧化剂，海水为电解液，常作于航海标志灯。试写出该电池的电极反应式和总的反应方程式。
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