高考化学一轮复习 专题6第2单元 化学能转化为电能课件 苏教版

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1、第二单元化学能转化为电能第二单元化学能转化为电能专题六化学反应与能量变化专题六化学反应与能量变化2013高考导航高考导航考纲要求考纲要求1.了解原电池的工作原理了解原电池的工作原理, 能写出电极能写出电极反应和电池反应方程式反应和电池反应方程式. 2了解常见化学电源的种类及其工作了解常见化学电源的种类及其工作原理原理. 命题热点命题热点1.判断电极、判断离子或电子的移动判断电极、判断离子或电子的移动方向、判断电极上发生的反应类型方向、判断电极上发生的反应类型. 2判断电极附近或整个溶液的酸碱性判断电极附近或整个溶液的酸碱性变化、判断电极反应式的正误等变化、判断电极反应式的正误等. 3电极反应式

2、和电池反应式的书写电极反应式和电池反应式的书写. 命题热点命题热点4某些反应速率加快的原因、画原电某些反应速率加快的原因、画原电池的装置图和进行简单的有关计算等池的装置图和进行简单的有关计算等. 原电池在新技术、新科技中的应用原电池在新技术、新科技中的应用, 原原电池与生物、物理知识相互渗透如生物电池与生物、物理知识相互渗透如生物电池、废旧电池的危害电池、废旧电池的危害, 化学能与电能化学能与电能的转化等都将是高考试题的热点的转化等都将是高考试题的热点. 教材回扣教材回扣 夯实双基夯实双基一、原电池一、原电池1概念概念把把_转化为转化为_的装置的装置. 2工作原理工作原理(以铜锌原电池为例以铜

3、锌原电池为例)化学能化学能电能电能电极名称电极名称负极负极正极正极电极材料电极材料ZnCu电极反应电极反应_反应类型反应类型 _反应反应_反反应应电子流向电子流向由由Zn沿导线流向沿导线流向CuZn2e=Zn2Cu22e=Cu氧化氧化还原还原3.原电池构成条件原电池构成条件(1)两个活泼性不同的电极两个活泼性不同的电极(常见为常见为金属或石墨金属或石墨). (2)将电极插入电解质溶液中将电极插入电解质溶液中. (3)两电极间构成闭合回路两电极间构成闭合回路. (4)能自发地进行氧化还原反应能自发地进行氧化还原反应. 思想感悟思想感悟用活泼性不同的两种金属作为电极用活泼性不同的两种金属作为电极形

4、成原电池时形成原电池时, 较活泼的金属一定是原电池的负极较活泼的金属一定是原电池的负极吗？吗？【提示提示】不一定不一定. 如将镁、铝插入氢氧化钠溶如将镁、铝插入氢氧化钠溶液中形成原电池液中形成原电池(如图如图), 镁较活泼镁较活泼, 但但因为铝与氢氧化钠溶液发生氧化还原因为铝与氢氧化钠溶液发生氧化还原反应反应, 铝被氧化是负极铝被氧化是负极, 则镁为正极则镁为正极. 二、常见的化学电源二、常见的化学电源1一次电池一次电池(锌锰干电池锌锰干电池)酸性酸性碱性碱性电极电极材料材料及电及电极反极反应式应式正正酸性酸性碱性碱性电极电极材料材料及电及电极反极反应式应式负负Zn: Zn2e=Zn2Zn:_

5、=Zn(OH)2Zn2OH2e酸性酸性碱性碱性填填充充物物ZnCl2、NH4Cl和和淀粉糊做成的电解淀粉糊做成的电解质溶液质溶液, 另有另有MnO2和炭黑和炭黑MnO2代替了代替了酸性锌锰干酸性锌锰干电池中的电池中的NH4Cl酸性酸性碱性碱性电池电池总反总反应式应式2MnO2Zn2H2O=2MnOOHZn(OH)2优劣优劣比较比较制作简单制作简单, 价格价格便宜便宜, 但放电时但放电时间短间短, 放电后电放电后电压下降快等压下降快等电压稳定电压稳定, 持久持久耐用耐用, 但生产工但生产工艺要求高艺要求高2.二次电池二次电池(可充电电池可充电电池)铅蓄电池是常见的二次电池铅蓄电池是常见的二次电池

6、, 负极材负极材料是料是_, 正极材料是正极材料是_. (1)放电时的反应放电时的反应负极反应负极反应:_PbPbO2酸性酸性碱性碱性负极反负极反应式应式2H24e=4H2H24OH4e=4H2O正极正极反应式反应式O24H4e=2H2OO22H2O4e=4OH电池反电池反应式应式2H2O2=2H2O考点串讲考点串讲深度剖析深度剖析考点一考点一原电池正、负极的判断与电原电池正、负极的判断与电极反应式的书写极反应式的书写1正、负极的判断正、负极的判断2电极反应式的书写电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写一般电极反应式的书写(2)复杂电极反应式的书写复杂电极反应式的书写如如CH4酸性燃料电池

7、中酸性燃料电池中, 电极反应式电极反应式为为: CH42O2=CO22H2O总反总反应式应式2O28H8e=4H2O正极反应式正极反应式CH42H2O8e=CO28H负极反应式负极反应式【特别提醒特别提醒】(1)原电池正、负极原电池正、负极的判断基础是氧化还原反应的判断基础是氧化还原反应, 如果给出一个方程式判断正、负极如果给出一个方程式判断正、负极, 可以直接根据化合价的升降来判断可以直接根据化合价的升降来判断. 发生氧化反应的一极为负极发生氧化反应的一极为负极, 发生还发生还原反应的一极为正极原反应的一极为正极. (2)当两电极都与电解质溶液反应时当两电极都与电解质溶液反应时, 活泼的电极

8、作负极活泼的电极作负极, 不活泼的电极作不活泼的电极作正极正极; 当只有一电极与电解质溶液反当只有一电极与电解质溶液反应时应时, 与电解质溶液反应的电极作负与电解质溶液反应的电极作负极极, 另一电极作正极另一电极作正极. 即时应用即时应用1(2011高考海南卷高考海南卷)根据下图根据下图, 下下列判断中正确的是列判断中正确的是(双选双选)()A烧杯烧杯a中的溶液中的溶液pH升高升高B烧杯烧杯b中发生氧化反应中发生氧化反应C烧杯烧杯a中发生的反应为中发生的反应为2H2e=H2D烧杯烧杯b中发生的反应为中发生的反应为2Cl2e=Cl2解析解析: 选选AB. 由题给原电池装置可知由题给原电池装置可知

9、, 电子经过导线电子经过导线, 由由Zn电极流向电极流向Fe电极电极, 则则O2在在Fe电极发生还原反应电极发生还原反应: O22H2O4e=4OH, 烧杯烧杯a中中c(OH)增大增大, 溶液的溶液的pH升高升高. 烧杯烧杯b中中, Zn发生氧化反应发生氧化反应: Zn2e=Zn2. 考点二考点二原电池原理的应用原电池原理的应用1加快氧化还原反应的速率加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应一个自发进行的氧化还原反应, 设计设计成原电池时反应速率增大成原电池时反应速率增大. 例如例如, 在在Zn与稀硫酸反应时加入少量与稀硫酸反应时加入少量CuSO4溶液能使产生溶液能使产生H2的反应速率

10、加快的反应速率加快. 2比较金属活动性强弱比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时两种金属分别作原电池的两极时, 一般作负极的金属比作正极的金属一般作负极的金属比作正极的金属活泼活泼. 3用于金属的防护用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池正极使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护而得到保护. 例如例如, 要保护一个铁制的输水管道或要保护一个铁制的输水管道或钢铁桥梁等钢铁桥梁等, 可用导线将其与一块锌可用导线将其与一块锌块相连块相连, 使锌作原电池的负极使锌作原电池的负极. 4设计制作化学电源设计制作化学电源设计原电池时要紧扣原电池的构成条设计原电池时要紧扣原电池的构成条件件. 具体

11、方法是具体方法是: (1)首先将已知的氧化还原反应拆分首先将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应为两个半反应. (2)根据原电池的电极反应特点根据原电池的电极反应特点, 结合结合两个半反应找出正、负极材料及电解两个半反应找出正、负极材料及电解质溶液质溶液. 电极材料的选择电极材料的选择在原电池中在原电池中, 选择还原性较强的物质选择还原性较强的物质作为负极作为负极, 氧化性较强的物质作为正氧化性较强的物质作为正极极. 并且并且, 原电池的电极必须导电原电池的电极必须导电. 电电池中的负极必须能够与电解质溶液或池中的负极必须能够与电解质溶液或其中溶解的物质反应其中溶解的物质反应. 电解质溶液的选择

12、电解质溶液的选择电解质溶液一般要能够与负极发生反电解质溶液一般要能够与负极发生反应应, 或者电解质溶液中溶解的其他物或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应质能与负极发生反应(如空气中的氧如空气中的氧气气). 但如果两个半反应分别在两个容但如果两个半反应分别在两个容器中进行器中进行(中间连接盐桥中间连接盐桥), 则左右两个容器中的电解质溶液应选则左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的阳离子择与电极材料相同的阳离子. 如在铜如在铜锌构成的原电池中锌构成的原电池中, 负极金属锌浸泡负极金属锌浸泡在含有在含有Zn2的电解质溶液中的电解质溶液中, 而正极而正极铜浸泡在含有铜浸泡在含有C

13、u2的电解质溶液中的电解质溶液中.(3)按要求画出原电池装置图按要求画出原电池装置图. 如根据以下反应设计的原电池如根据以下反应设计的原电池: 原理原理装置图装置图化化学反应学反应: CuCl2Fe=FeCl2Cu电极反应电极反应: 负极负极: Fe2e=Fe2正极正极: Cu22e=Cu【特别提醒特别提醒】(1)自发进行的氧化还原反应不一定自发进行的氧化还原反应不一定都能设计成原电池都能设计成原电池, 如如: Cl22NaOH=NaClNaClOH2O等等. (2)判断电极时判断电极时, 不能简单地依据金属不能简单地依据金属的活泼性来判断的活泼性来判断, 要看反应的具体情要看反应的具体情况况

14、, 如如: Al在强碱性溶液中比在强碱性溶液中比Mg更易失电更易失电子子, Al作负极作负极, Mg作正极作正极; Fe、Al在浓硝酸中钝化后在浓硝酸中钝化后, 比比Cu等金属更难等金属更难失电子失电子, Cu等金属作负极等金属作负极, Fe、Al作作正极正极. (3)原电池中的电解质溶液不一定参原电池中的电解质溶液不一定参与反应与反应, 如燃料电池如燃料电池, 水中一般要加水中一般要加入入NaOH、H2SO4等等. 即时应用即时应用2原电池原理广泛应用于科技、生原电池原理广泛应用于科技、生产和生活中产和生活中, 请回答以下问题请回答以下问题: (1)肼肼(N2H4)又称联氨又称联氨, 是一种

15、可燃性是一种可燃性的液体的液体, 可用作火箭燃料可用作火箭燃料. 肼肼空气空气燃料电池是一种碱性燃料电池燃料电池是一种碱性燃料电池, 产物无污染产物无污染, 电解质溶液是电解质溶液是20%30%的的KOH溶液溶液. 肼肼空气燃料电池空气燃料电池放电时放电时: 正极的电极反应式是正极的电极反应式是_; 负极的电极反应式是负极的电极反应式是_. (2)有人设想寻求合适的催化剂和电有人设想寻求合适的催化剂和电极材料极材料, 以以N2、H2为电极反应物为电极反应物, 以以HClNH4Cl为电解质溶液制造新型为电解质溶液制造新型燃料电池燃料电池. 试写出电池的正极反应式试写出电池的正极反应式_. (3)

16、请运用原电池原理设计实验请运用原电池原理设计实验, 验证验证Cu2、Fe3氧化性的强弱氧化性的强弱. 请画出请画出实验装置图并写出电极反应式实验装置图并写出电极反应式. 解析解析: (1)氧气在正极上发生还原反应氧气在正极上发生还原反应生成氢氧根离子生成氢氧根离子, 肼在负极上被氧化肼在负极上被氧化转化为无污染的氮气和转化为无污染的氮气和H2O. (2)相当于氮气和氢气先合成氨相当于氮气和氢气先合成氨, 然后然后结合盐酸生成氯化铵结合盐酸生成氯化铵. (3)三价铁离子能够氧化铜生成铜离三价铁离子能够氧化铜生成铜离子子, 从而设计成原电池证明该结论从而设计成原电池证明该结论. (3) 正极反应正

17、极反应: 2Fe32e=2Fe2负极反应负极反应: Cu2e=Cu2命题视角命题视角 把脉高考把脉高考教材高频考点教材高频考点例例1 设计如图装置设计如图装置(C1、C2均为石墨电极均为石墨电极), 分别进行下述操作分别进行下述操作: .向向B烧杯中逐滴加入浓盐酸烧杯中逐滴加入浓盐酸.向向B烧杯中逐滴加入烧杯中逐滴加入40% NaOH溶液溶液结果发现电流计指针均发生偏转结果发现电流计指针均发生偏转. 据此据此, 下列判断正确的是下列判断正确的是()【解析解析】向向B烧杯中加浓盐酸烧杯中加浓盐酸, 可可逆反应向右进行逆反应向右进行, C2上发生的是得电上发生的是得电子的还原反应子的还原反应, C

18、2为正极为正极, A错、错、C对对; 向向B烧杯中加入烧杯中加入NaOH溶液溶液, 反应向左反应向左进行进行, A中发生的是中发生的是I2得电子生成得电子生成I的的反应反应, K应移向应移向A烧杯烧杯, B、D错错. 【答案答案】C 用铜片、银片、用铜片、银片、Cu(NO3)2溶溶液、液、AgNO3溶液、导线和盐桥溶液、导线和盐桥(装有装有琼脂琼脂KNO3的的U形管形管)构成一个原电构成一个原电池池(如图所示如图所示). 以下有关该原电池的以下有关该原电池的叙述正确的是叙述正确的是()例例2在外电路中在外电路中, 电子由铜电极流向电子由铜电极流向银电极银电极正极反应为正极反应为: Age=Ag

19、实验过程中取出盐桥实验过程中取出盐桥, 原电池仍继原电池仍继续工作续工作将铜片浸入将铜片浸入AgNO3溶液中发生的溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同化学反应与该原电池反应相同ABC D【解析解析】该原电池中该原电池中Cu为负极为负极, 银银为正极为正极, 电子由铜电极流向银电极电子由铜电极流向银电极, 对对; 该原电池中该原电池中Ag在正极上得电在正极上得电子子, 电极反应为电极反应为Age=Ag, 对对; 实验中取出盐桥实验中取出盐桥, 不能形成通路不能形成通路, 原原电池不能继续工作电池不能继续工作, 错错; 该原电池该原电池的总反应为的总反应为Cu2Ag=Cu22Ag, 对对. 【答

20、案答案】B【名师指津名师指津】 盐桥的作用盐桥的作用盐桥中通常装有含琼脂的盐桥中通常装有含琼脂的KCl饱和溶饱和溶液液. 盐桥中的电解质溶液能使两烧杯盐桥中的电解质溶液能使两烧杯中的溶液形成一个通路中的溶液形成一个通路. 当其存在时当其存在时, 随着反应的进行随着反应的进行, 其中其中的的Cl会移向会移向Cu(NO3)2溶液溶液, K移向移向AgNO3溶液溶液, 使使Cu(NO3)2溶液和溶液和AgNO3溶液保持电中性溶液保持电中性, 使氧化还原使氧化还原反应得以继续进行反应得以继续进行, 从而使原电池不从而使原电池不断产生电流断产生电流. 追踪命题热点追踪命题热点例例3 固体氧化物燃料电池固

21、体氧化物燃料电池(SOFC)的工作原理如图所示的工作原理如图所示, 已知电池中电已知电池中电解质为熔融固体氧化物解质为熔融固体氧化物, O2可以在可以在其中自由移动其中自由移动. 下列有关说法科学合下列有关说法科学合理的是理的是()A电极电极b为电池负极为电池负极, 电极反应式为电极反应式为O24e=2O2B固体氧化物的作用是让电子在电固体氧化物的作用是让电子在电池内通过池内通过C若若H2作为燃料气作为燃料气, 接触面上发生接触面上发生的反应为的反应为H2OH2e=HH2OD若若C2H4作为燃料气作为燃料气, 接触面上发接触面上发生的反应为生的反应为C2H46O212e=2CO22H2O【解析

22、解析】负极应该发生氧化反应负极应该发生氧化反应, b极应为电池正极极应为电池正极, A错错; 电子在外电电子在外电路中通过路中通过, 固体氧化物通过固体氧化物通过O2定向定向移动移动, B错错; 燃料在接触面上与燃料在接触面上与O2反反应应, 失去电子失去电子, C错、错、D正确正确. 【答案答案】D例例4标准状况下标准状况下, 5.6 L O2为为0.25 mol, 转转移电子为移电子为1 mol, C选项错误选项错误; 从正极从正极反应式可以看出反应式可以看出, 正极附近溶液中正极附近溶液中OH的浓度增大的浓度增大, pH升高升高, D选项选项错误错误. 【答案答案】B【名师指津名师指津】

23、燃料电池电极反应式的书写燃料电池电极反应式的书写(1)氢氧燃料电池氢氧燃料电池用用KOH溶液作溶液作电解质溶液电解质溶液用用H2SO4溶溶液作电解质液作电解质溶液溶液电极电极反应反应式式负负极极2H24OH4e=4H2O2H24e=4H用用KOH溶液作电溶液作电解质溶液解质溶液用用H2SO4溶液溶液作电解质溶液作电解质溶液电极电极反应反应式式正正极极O22H2O4e=4OHO24H4e=2H2O电池总电池总反应反应2H2O2=2H2O 熔融碳酸盐燃料电池的电解熔融碳酸盐燃料电池的电解质为质为Li2CO3和和Na2CO3的混合物的混合物, 燃燃料为料为CO, 氧化剂是含氧化剂是含CO2的的O2,

24、 在工在工作过程中作过程中, 电解质熔融液的组成、浓电解质熔融液的组成、浓度都不变度都不变. (1)负极反应为负极反应为: _, 例例5易错易误剖析易错易误剖析(2)正极反应为正极反应为: _, (3)工作时熔融体中的工作时熔融体中的_向负向负极移动极移动. (2)中错答成中错答成Lie=Li. (3)中错答成中错答成Li或者或者H. 根据同主族元素性质递变根据同主族元素性质递变, 锂离子应锂离子应比钠离子易得电子比钠离子易得电子, 所以得出正极反所以得出正极反应为应为: Lie=Li. (3)错误原因错误原因: 在原电池中不知阴、阳在原电池中不知阴、阳离子流向哪一极离子流向哪一极. 也是由于

25、思维定势也是由于思维定势, 往往认为负极电子多往往认为负极电子多, 阳离子应该流向负极阳离子应该流向负极, 实际上是负极实际上是负极失电子失电子, 但电子不是停留在负极但电子不是停留在负极, 而而是由外电路很快流向正极是由外电路很快流向正极(产生电流产生电流, 释放电能释放电能), 阳离子流向正极阳离子流向正极, 在正极在正极放电放电, 生成新物质生成新物质; 相反阴离子将流相反阴离子将流向负极向负极. 实验探究实验探究 专项突破专项突破原电池原理的实验应用原电池原理的实验应用探究金属的活泼性探究金属的活泼性原电池的工作原理是历年高考的热原电池的工作原理是历年高考的热点点, 用氧化还原的观点去

26、理解原电池用氧化还原的观点去理解原电池两极发生反应的本质两极发生反应的本质, 有利于学生系统地掌握本部分内容有利于学生系统地掌握本部分内容, 特别是结合新型电池的开发和利用特别是结合新型电池的开发和利用, 以及钢铁的腐蚀和防护都会成为今后以及钢铁的腐蚀和防护都会成为今后高考命题的重要素材高考命题的重要素材. 原电池知识应原电池知识应用于化学实验主要体现在以下三个方用于化学实验主要体现在以下三个方面面: (1)金属活泼性强弱比较的实验探究金属活泼性强弱比较的实验探究. (2)铁生锈实验条件的探究铁生锈实验条件的探究. (3)金属腐蚀快慢因素的实验探究金属腐蚀快慢因素的实验探究. 典例探究典例探究

27、实验是化学的最高法庭实验是化学的最高法庭. 以镁条、铝以镁条、铝片为电极片为电极, 以稀以稀NaOH溶液为电解质溶液为电解质溶液构成的原电池溶液构成的原电池, 人们普遍认为铝人们普遍认为铝是负极是负极. 某研究性学习小组为探究该某研究性学习小组为探究该原电池究竟谁是负极原电池究竟谁是负极, 发生怎样的电发生怎样的电极反应极反应, 进行了如下实验进行了如下实验: 如图如图, 剪取约剪取约8 cm的镁条及大小相近的镁条及大小相近的铝片的铝片, 用砂纸去膜用砂纸去膜, 使镁条与铝片分别与量程为使镁条与铝片分别与量程为50 A的的教学演示电表的教学演示电表的“”、“”端相端相连接连接, 迅速将两电极插

28、入盛有迅速将两电极插入盛有1 molL1NaOH溶液的烧杯中溶液的烧杯中. 开始开始, 电表指针向右偏移约电表指针向右偏移约500 A, 铝片表铝片表面有许多气泡面有许多气泡, 很快电流逐渐减小至很快电流逐渐减小至0; 随后随后, 指针向左偏移指针向左偏移, 且电流逐渐增且电流逐渐增大至约大至约400 A, 此时此时, 铝片表面气泡铝片表面气泡有所减少有所减少, 镁条表面只有极少量的气镁条表面只有极少量的气泡产生泡产生. 根据以上实验现象根据以上实验现象, 回答下回答下列问题列问题: (1)开始阶段开始阶段, 原电池的正极是原电池的正极是_(填填“镁镁”或或“铝铝”)片片; 铝片表面产铝片表面

29、产生的气泡是生的气泡是_; 负极发生的反负极发生的反应是应是_. (2)随后阶段随后阶段, 铝片发生的电极反应是铝片发生的电极反应是_; 镁条表面只有极少量的气泡产生镁条表面只有极少量的气泡产生, 其其原因之一是原因之一是: 2H2O2e=H22OH(极少极少), 试判断此电极发生的主要反应是试判断此电极发生的主要反应是: _; 铝片表面气泡有所减少铝片表面气泡有所减少, 但未消失但未消失, 产生这一现象的可能原因是产生这一现象的可能原因是_. 【解析解析】本题属实验探究题本题属实验探究题, 考查考查原电池的原理及应用原电池的原理及应用. (1)由于由于Mg比比Al活泼活泼, 在开始阶段形在开始阶段形成的原电池中成的原电池中Mg作作负极负极, Al作正极作正极, 电解质溶液为电解质溶液为NaOH溶液溶液: 负极失电子负极失电子: Mg2OH2e=Mg(OH)2, 正极得电子正极得电子: 2H2O2e=H22OH, 即即Al表面产生气泡表面产生气泡, 总式为总式为: Mg2H2O=Mg(OH)2H2. 铝片表面气泡减少铝片表面气泡减少, 但未消失但未消失, 可能可能是铝片中含有的杂质与是铝片中含有的杂质与Al形成原电形成原电池池, 杂质作正极得电子杂质作正极得电子: 2H2O2e=H22OH, 产生产生少量气泡少量气泡.