2019-2020年高中化学 1.2《化学能与电能的转化》学案 苏教版选修4.doc

2019-2020年高中化学 1.2化学能与电能的转化学案 苏教版选修4 课标要求1. 体验化学能与电能转化的探究过程，了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应的方程式。2. 通过查阅资料了解常见化学电源的种类及其工作原理，认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用活动和探究建议1、实验探究：电能与化学能的相互转化2、调查市场常见化学电池的种类，讨论它们的工作原理、生产工艺和回收价值。第二单元 化学能与电能的转化 学案课前思考1构成原电池的条件是什么？如何判断一个装置是原电池还是电解池？2如何书写原电池的电极反应，举例说明原电池中的电极反应主要有哪些？3电解食盐水时，那个电极区能使酚酞变红？请解释原因。 4如何判断电解过程中的电极产物？（第一课时）教学内容增减建议1建议增加原电池原理的应用内容2建议资料卡中燃料电池也应作为本节重点内容 知识回顾请以反应Fe+H2SO4=FeSO4+H2设计一个原电池：讨论根据自己设计的原电池回答下列问题：1、 构成原电池的条件是什么？2、标出原电池的正负极，并说明判断的依据。3、在原电池中，电子的流动方向是怎样的？电流方向呢？4、在原电池溶液中，各离子如何移动？5原电池工作过程中，溶液的PH值怎样变化？并写出电极反应。6原电池是如何将化学能转化为电能的呢？反馈练习1下列说法正确的是（ ）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原电池的两极发生的反应均为氧化还原反应D形成原电池后，原电池中的阳离子向正极移动2. 微型钮扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH，电极反应为: Zn+2OH-2e=ZnO+H2O；Ag2O+H2O+2e=2Ag+2OH-根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是：（ ） A在使用过程中，电池负极区溶液的pH减小B使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极 CZn是负极，Ag2O是正极 DZn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应知识讲解一. 原电池的工作原理活动与探究 P12实验一和实验二讨论1 图1-8装置中盐桥的作用是什么？2 根据实验现象指出实验1和实验2中能量变化的主要形式？3 写出实验2中发生反应的化学方程式和离子方程式小结 在原电池中，负极发生 ， 电子；正极发生 ， 电子。电流由原电池的 极流向 极，即电子由 极流向 极。原电池由两个 组成，其包括 ，其可通过盐桥连接。二、化学电源以及电极反应的书写1一次电池（1）碱性锌锰干电池 碱性锌锰干电池的负极为锌，正极为金属棒，其电池反应方程式：Zn+2H2O+2MnO2 =2MnOOH+Zn(OH)2，则电极反应为：负极： 正极： （2）银锌纽扣电池银锌纽扣电池的电极分别是Zn和Ag2O，电解质溶液是KOH溶液，电池反应的产物是ZnO和Ag，则其电极反应和电池反应为：负极： 正极： 电池反应方程式： 2.二次电池（1）铅蓄电池 铅蓄电池其电极分别是Pb、PbO2，电解质是一定浓度的硫酸，工作时的电极反应为：负极： 正极： 放电时总反应方程式：Pb+Pb02+2H2S04=2PbS04+H2O （2）镍镉蓄电池正极(镍)上有Ni(OH)3，负极主要是镉(含有一些铁)，所用电解质为KOH溶液。放电时发生的电极反应式：负极：Cd+20H-2e-=Cd(OH)2正极：2Ni(OH) +3e-= 2Ni(OH)2+20H-电池总反应式： 3.燃料电池燃料电池中，电极的导电材料一般为多孔的金属板，负极是通入还原剂的一方，正极是通入氧化剂的一方。（1）氢氧燃料电池一般用30K0H溶液作这种电池的电解质溶液。电极可用含有催化剂的多孔石墨电极(负极中催化剂可用铂或钯，正极中催化剂可用AgO或CoO)。其放电时电极反应：负极： 正极： （2）甲烷燃料电池甲烷燃料电池；电解质溶液为氢氧化钾溶液，电极反应为：正极： 负极： CH4 + 10OH- -8e = CO32- + 7H2O总反应： 讨论根据上述原电池电极反应，总结如何书写原电池的电极反应。总结电极反应的书写：1原电池的正负极确定a.由两极的相对活泼性确定：相对活泼性较强的金属为负极（一般负极材料与电解质溶液发生反应），但不是绝对的。如Mg-Al-HCl溶液构成的原电池中，负极为 ，但Mg-Al-NaOH溶液构成的原电池中，负极为 .b.根据反应的类型判断：可根据总反应式来分析电极是发生氧化反应还是还原反应，若发生氧化反应，则为负极，若发生还原反应，则为正极。2书写电极反应注意的问题a.电极反应是一种离子反应，遵循书写离子方程式的一切规则（如“拆”、“平”）；两电极反应式中得失电子数目一般相等。b.负极失电子所得氧化产物、正极得电子所得还原产物，与溶液的酸碱性有关（如+4价的C在酸性溶液中以CO2形式存在、在碱性溶液中以CO32-形式存在）；c.溶液中不存在O2-在酸性溶液中它H与结合成H2O、在碱性或中性溶液中它与H2O结合成OH-。d.两极反应相加得到总反应，总反应减去负极反应得到正极反应、总反应减去正极反应得到负极反应。e.对于可逆电池反应，要弄清楚充电和放电的方向，放电过程体现原电池原理，充电过程体现电解池原理。反馈练习1将两个铂电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH4和O2，即构成甲烷燃料电池。已知通入CH4的一极，其电极反应式是：CH4+10OH8e=CO32+7H2O；通入O2的另一极，其电极反应式是：O2+2H2O+4e=4OH，下列叙述不正确的是（ ）A通入CH4的电极为负极 B正极发生氧化反应C此电池工作时溶液中阴离子向负极移动 D该电池使用一段时间后应补充2氢镍电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：根据此反应式判断，下列叙述中正确的是（ ） A. 电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大 B. 电池放电时，镍元素被氧化 C. 电池充电时，氢元素被还原 D.电池放电时，H2是负极3我国首先研制的以铝-空气-海水电池为能源的新型航标灯已研制成功。这种灯以取之不尽的海水为电解质溶液，靠空气中的氧使铝不断氧化而源源不断地产生电流，其能量比干电池高2050倍。试推测此种新型电池可能的基本结构：_是负极，_是正极。电极反应式为 。 4. 航天技术上使用的氢-氧燃料电池具有高能、轻便和不污染环境等优点。氢-氧燃料电池有酸式和碱式两种，它们放电时的电池总反应的化学方程式均可表示为2H2+O2=2H2O。酸式氢-氧燃料电池中的电解质是酸，其负极反应为2H2-4e-=4H+，则其正极反应为 ；碱式氢氧燃料电池中的电解质是碱，其正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，则其负极反应为 。 三原电池的应用：制各种电池；判断反应速率；判断金属的活泼性；金属防护。讨论1将铁加入硫酸反应后，为了减少其反应速率，可采取的方法？为加快其反应速率，可采取什么方法？2把a、b、c、d四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时， c为正极；b、d相连时，b为正极则这四种金属的活动性顺序由大到小为 。课后练习1已知空气锌电池的电极反应为：锌片：Zn2OH2eZnOH2O； 碳棒：O2H2O2e2OH据此判断，锌片是A正极，并被还原 B正极，并被氧化 C负极，并被还原 D负极，并被氧化2铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，工作时的反应为PbPbO2H2SO4PbSO4H2O，下列结论正确的是AP为正极被氧化 B溶液的pH不断减小C只向PbO2处移动 D电解质溶液pH不断增大3将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸溶液中，并经过一段时间后，下列各叙述正确的是( )A. 负极有Cl-逸出，正极有H+逸出 B. 负极附近Cl-的浓度减小C. 正极附近Cl-的浓度逐渐增大 D. 溶液中Cl-的浓度基本不变4普通锌锰干电池是普遍使用的化学电池，其中含有MnO2、NH4Cl、ZnCl2等糊状物。以锌筒为负极材料，石墨为正极材料。工作时反应方程式是：Zn2MnO2NHZn+MnONHHO（1）试写出干电池放电时的正、负电极反应式：正极：_负极：_干电池用久了就会变软，其原因_。（2）正极反应中，前后经历下列反应：2NH42e2NH3H2；2Mn2H2Mn2O3H2O，如果没有MnO2参与，干电池将难于持续稳定工作。试说明理由：_。第二、三课时教学内容增减建议1 建议P18活动与探究部分可简单处理2 建议电镀内容的学习可与p21习题7相结合知识回顾分析下图，回答下列问题： A B C D E F G(1) 上述装置中，_为原电池，_为电解池。(2) 在A中，Cu为_极，发生_反应，电极反应为_。Zn为_极，发生_反应，电极反应为_。A中的实验现象为_。(3) 在D中，Cu为_极，发生_反应，电极反应为_。碳棒为_极，发生_反应，电极反应为_。D中的实验现象为_。(4) 在G中，Cu为_极，发生_反应，电极反应为_。碳棒为_极，发生_反应，电极反应为_。E中的实验现象为_。(5) 在A中电子的移动方向为 在E中电子的移动方向为 总结 原电池、电解池判定（1）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定；（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池；（3）若为无明显外接电源的串联电路，则利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。知识讲解四、电解池的工作原理交流与讨论 P171电离是指电解质_或_状态下离解成_过程。电离需要通电吗？_。2NaCl熔融后电离成_离子，其在通电前作_运动。通电后，在外电源的作用下，离子作_移动而导电。(其中阳离子向电源的_极移动，阴离子向电源的_极移动。) 在导电的同时，在阳、阴两极发生氧化还原反应，即被电解。3 电后电极表面分别发生了什么化学反应？ 请写出电极上发生的电极反应式： 4 请分析电解过程中电子的流向： 活动与探究 P181 CuCl2溶液中含有哪些离子？2 通电前后，溶液中离子的运动状态有何不同？3 CuCl2溶液在通电过程中两极分别有什么现象发生？4 完成电极反应式和电解反应方程式 交流与讨论 P191在氯化钠溶液存在 离子，接通直流电源后，溶液中 离子向阳极移动，由于 离子比 离子容易失去电子，在阳极被氧化；溶液中 离子向阴极移动，由于 离子比 离子容易得到电子，在阴极被还原；在 极区得到NaOH。2请写出电解食盐水过程中的电极反应为： 总反应的电解方程式 3 分析氯碱工业在电解饱和食盐水时为什么要阻止阴极区的OH-进入阳极区： 总结1电极产物的判断依据离子放电顺序和电极材料阴离子失去电子而阳离子得到电子的过程叫放电放电顺序取决于离子本身性质，也与电极材料有关电解时所使用的电极分为两类：一类为惰性电极，只起导体的作用（如铂、石墨等）另一类为活性电极（除铂、金以外的金属），活性电极作阴极，只起导体的作用；若为阳极，电极本身发生氧化反应。（1）在电极的阴极上，阳离子的放电顺序为： （2）在惰性电极的阳极上，阴离子放电的顺序为： 注：若非惰性电极作阳极，失电子的是电极本身2电解规律及溶液PH分析：（1）电解规律：用惰性电极电解酸、碱、盐各种电解质溶液，依据放电顺序有四种类型：含氧强酸、强碱和活泼金属含氧酸盐溶液电解，实际上是电解 。无氧酸、不活泼金属无氧酸盐溶液电解，实际上是 电解。活泼金属无氧酸盐溶液电解， 同时发生电解。不活泼金属含氧酸盐溶液电解， 同时发生电解。 (2)电极附近溶液PH值变化：电解时，如果溶液中H+或OH-在电极上放电，使得电极附近溶液中的H+或OH-浓度发生改变，而引起电极附近PH值变化。电解时，如在阳极上生成O2，这时由_在阳极上放电，使得阳极附近OH-_H+，阳极区PH值_；如在阴极上生成H2，这时由于_在阴极上放电，使得阴极附近H+_OH-，阴极区PH值_。（3）电解质溶液PH值变化：若电解时，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，实际上就是电解_;此时若原溶液为酸性，其PH值_，若为碱性，其PH值_，若为中性，其PH值不变；若既不生成H2，也不生成O2，溶液的PH值变化不大。反馈练习1用惰性电极实现电解，下列说法正确的是A电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变B电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH，故溶液pH减小C电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:2D电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1:12用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，电解液的pH增大了的是（ ）。A、H2SO4 B、KOH C、AgNO3 D、NaCl3、用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，再加入一定质量的另一种物质（中括号内），溶液能与原来溶液完全一样的是（ ）。A、CuCl2CuSO4 B、NaOHNaOH C、KClHCl D、CuSO4Cu(OH)24 新型高能钠硫电池以熔融的钠、硫为电极，以钠离子导电的陶瓷为固体电解质。该电池放电时为原电池，充电时为蓄电池，反应原理为：2Na + xS Na2SX(1)放电时，S发生 反应，Na作 极。（2）充电时Na所在的电极与直流电源 极相连。（3）充电时阳极反应为 ；放电时负极反应为 .五、电解池的应用电镀观察与思考 P191. 电镀的原理和目的是什么？2. .指出电镀过程中发生的能量转化形式，并分析电镀过程中电子的流向？3. 写出电镀银的过程中两电极的电极反应式总结1电镀是电解的应用。电镀是以 为阳极，待 为阴极，含 的溶液为电镀液。2电镀过程的特点：牺牲阳极；电镀液的浓度（严格说是镀层金属离子的浓度）保持不变；在电镀的条件下，水电离产生的H+、OH一般不放电。例题1用惰性电极电解M（NO3）x的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bLO2（标准状况），从而可知M的原子量为（ ）。A、22.4ax/b B、11.2ax/b C、5.6ax/b D、2.5ax/b2、用铂电极电解CuSO4和KNO3的混合溶液500mL，经一段时间电解后，两极均得到11.2L气体（标准状况），此混合液中CuSO4的物质的量浓度为（ ）。A、0.5mol/L B、0.8mol/L C、1mol/L D、1.5mol/L3右图中电极a、b分别为Ag电极和Pt电极，电极c、d都是石墨电极。通电一段时间后，在c、d两极上共收集到336mL（标准状态）气体。回答：（1）直流电源中，M为极。（2）Pt电极上生成的物质是 ，其质量为g。（3）电源输出的电子，其物质的量与电极b、c、d分别生成的物质的物质的量之比为：2。（4）AgNO3溶液的浓度（填增大、减小或不变。下同），AgNO3溶液的PH，H2SO4溶液的浓度，H2SO4溶液的pH。（5）若H2SO4溶液的质量分数由5.00%变为5.02%，则原有5.00%的H2SO4溶液g。总结用惰性电极电解盐AmBn溶液的有关计算时常用的关系式1、认识“荷”平使者H2O维护溶液中的“荷”平 当只有An+放电时，水向溶液中补充同量的H+： An+ nH+ 当只有Bm-放电时，水向溶液中补充同量的OH-： Bm- mOH- 当An+、Bm-都放电时，水分子不管事 当An+、Bm-都不放电时，水分子电离出的H+、OH-分别在阴阳极放电2、常用于计算的两个关系式（1）当只有An+放电时，关系式：An+ nH+ nH2O n/4 O2 （2）当只有Bm-放电时，关系式：Bm- mOH- mH2O m/2H2课后练习1如下图所示，铜片和锌片用导线连接后插入番茄里，锌片是（ ）。A阳极 B正极 C阴极 D负极2下列叙述中不正确的是（ ）。A电解池的阳极上发生氧化反应，阴极上发生还原反应B原电池跟电解池连接后，电子从电池负极流向电解池阳极C电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化作用D电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气3电解硫酸铜溶液时，若要求达到以下几点：阳极质量减少，阴极质量增加，电解液中Cu2不变，则可选用的电极是（ ）。A纯铜作阳极，含锌、银的铜合金作阴极B含锌、银的铜合金作阳极，纯铜作阴极C用纯铁作阳极，用纯铜作阴极D用石墨作阳极，用惰性电极作阴极4用石墨作电极，电解1mol/L下列物质的溶液，溶液的PH值保持不变的是（ ）。AHCl BNaOH CNa2SO4 DNaCl5下列关于铜电极的叙述，不正确的是（ ）。A铜锌原电池中铜是正极 B用电解法精炼粗铜时，铜作阳极C在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极 D电解稀硫酸制H2、O2时，铜作阳极6将两个铂电极插入500ml Cu SO4溶液中，进行电解。通电一定时间后，某一电极增重0.064g（设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液的体积变化），此时溶液中氢离子浓度约为（ ）。A4103 mol/L B2103 mol/L C1103 mol/L D1107 mol/L7铁棒与石墨棒用导线连接后，浸入0.01mol/L的食盐溶液中，可能出现的现象是A铁棒附近产生OH- B铁棒被腐蚀 C石墨棒上放出Cl2 D石墨棒上放出O28用惰性电极电解饱和Na2CO3溶液，若保持温度不变，则一段时间后 A溶液的pH不变 Bc(Na+)与c (CO32-)的比值变大 C溶液浓度变大，有晶体析出 D溶液浓度不变，有晶体析出9从H+、Na+、Ba2+、Cu2+、Cl、中选出两种离子组成电解质，按下列要求进行电解，将电解质的化学式填空：(使用惰性电极)(1) 电解过程中溶液颜色变浅且水量不变_；(2) 电解过程中电解质含量不变，水量减少_；(3) 电解过程中溶液的pH值增大_；(4) 电解过程中，两极析出气体的体积比为11_。10(1)右图的装置会出现什么现象？并完成电极反应式和总反应式。(2) 左边烧杯为_装置，右边烧杯为_装置。当Zn减轻0.65g时，左边烧杯的碳棒增重_ g，右边烧杯的左边碳棒为_极，产生的气体为_ mol，右边烧杯的右边碳棒为_极，在标状下产生的气体为_ mL。