高中化学鲁科版 (2019)必修 第二册第2节 化学反应与能量转化图片ppt课件

这是一份高中化学鲁科版 (2019)必修 第二册第2节 化学反应与能量转化图片ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了必备知识·自主学习，氧化还原反应，化学能直接转化成电能，闭合回路，失电子，得电子，原电池的构造，完成下列表格，2具体流程，③设计思路及依据等内容，欢迎下载使用。

一、原电池的构造及原理1.原电池原理(1)原电池:一种利用_____________将_____________________的装置。(2)原电池原理①氢氧燃料电池
②原电池原理(以氢氧燃料电池为例)
【自主探索】1.(情境思考)燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4等)跟氧气反应从而将化学能转化成电能的装置。如图是关于CO空气燃料电池(KOH作电解质)
提示:一氧化碳空气燃料电池中,一氧化碳为负极,发生氧化反应;氧气为正极,发生还原反应;外电路中电子由负极流向正极;内电路中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
2.(教材二次开发)教材中描述“此外,还要有能传导电荷的电解质(如稀硫酸)作为离子导体;而导线则作为电子导体,起到传导电子形成闭合回路的作用。”那么电解质溶液导电与导线导电的原理是否相同?提示:不同。电解质溶液导电的过程是电解质中的阴阳离子定向移动的过程;而导线导电的过程是金属中电子定向移动的过程。
二、设计原电池及原电池的分类1.原电池的设计(1)基本思路
(3)设计铜锌原电池①设计依据:Zn+2H+====Zn2++H2↑②实验装置图
⑤电极反应方程式:负极:Zn-2e- ====正极:2H++2e-====H2↑
【自主探索】　铜-锌-稀硫酸组成的原电池,在实际操作中发现两极表面都有气泡冒出,原因是什么?提示:由于负极材料锌与电解质溶液稀硫酸接触,有一部分金属锌与稀硫酸在锌电极表面直接发生氧化还原反应生成硫酸锌与氢气,因此在锌电极表面有气泡冒出。
　(情境思考)若将上述铜锌原电池的电解质溶液改为硫酸铜溶液,试分析其实验现象和工作原理。(1)装置
提示:该装置中负极材料为锌,正极材料为铜,负极上锌失去电子发生氧化反应,正极铜电极上铜离子发生还原反应生成金属铜。
Zn-2e-====Zn2+
Cu2++2e-====Cu
Zn+Cu2+====Zn2++Cu
　知识点一　原电池的原理及电极的判断  1.原理(以铜锌原电池为例)
【规律方法】设计原电池的方法(1)依据:已知一个氧化还原反应,首先分析找出氧化剂、还原剂,一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化),氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。(2)选择合适的材料①电极材料:电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料,或者在该氧化还原反应中,本身失去电子的材料。②电解质溶液:电解质溶液一般能与负极反应。
【易错提醒】判断正负极时应注意的几个问题(1)活泼性强的不一定是负极,如镁和铝放入氢氧化钠溶液中形成原电池,铝是负极;铜和铝放入浓硝酸中形成原电池,由于铝的钝化,铜是负极。(2)燃料电池中电极不参与反应,通入燃料的一极为负极,通入助燃剂(一般为氧气)的一极为正极。(3)如果给了电池反应,正负极还可以根据化合价的改变来判断,化合价升高的物质失电子,为负极;化合价降低的物质得电子,为正极。
【合作探究】(1)(教材二次开发)教材“观察思考”中图a和b所发生的反应是否为可逆反应?两装置在反应过程中的能量转化是怎么样的?(宏观辨识与微观探析)提示:a过程需要通电,b过程不需要任何条件,由此可以看出,两装置的条件不同,因此不属于可逆反应;a装置中电能转化为化学能,b装置中化学能转化为电能。
(2)(思维升华)判断原电池的正负极时,一定是活泼金属为负极吗?(宏观辨识与微观探析)提示:不是。在判断原电池正、负极时,不要只根据金属活泼性强弱,还要考虑电解质溶液,如Mg—Al和NaOH溶液构成原电池,Al作负极而Mg作正极,Al—Cu和浓HNO3构成原电池,Cu作负极而Al作正极。
　(情境应用)如图为某原电池装置图
写出下表中原电池装置的电极反应式和总的化学反应方程式:(科学探究与创新意识)
①该电池的正极材料为____________________________________________, 电极反应式为______________________________________________________; 该电池的负极材料为______________________________________________, 电极反应式为______________________________________________________; 总反应方程式____________________________________________________。 提示:铜　2H++2e-====H2↑　铁　Fe-2e-====Fe2+　Fe+H2SO4====FeSO4+H2↑
②该电池的正极材料为______________________________________________, 电极反应式为______________________________________________________; 该电池的负极材料为_______________________________________________, 电极反应式为______________________________________________________; 总反应方程式_____________________________________________________。 提示:银　2Ag++2e-====2Ag　铜　Cu-2e-====Cu2+　Cu+2AgNO3====Cu(NO3)2+2Ag
【典例示范】【典例】(2020·德州高一检测)某同学为了探究原电池产生电流的过程,设计了如图实验。
(1)打开K,观察到的现象为_________________________________________。 (2)关闭K,观察到的现象是__________________________________________。 此电池负极的电极反应式为________________________________________。 (3)关闭K,溶液中阳离子向________(填“Zn”或“C”)极移动,外电路中,电子流动方向是________。 
【解题指南】解答本题需要注意以下两点。(1)若两电极不连接,则能反应的金属独立于电解质溶液发生反应;(2)若两金属连接,则形成原电池,活泼金属作负极。
【解析】(1)打开K,锌与硫酸铜接触,置换出铜,所以可以看到锌棒上附着有红色固体。(2)关闭K,形成原电池,锌作负极,碳作正极,溶液中的铜离子在碳棒上得到电子生成铜,看到碳棒上附着有红色固体;负极反应为Zn-2e-====Zn2+。(3)关闭K,溶液中的阳离子向正极移动,即向碳棒移动,电子从锌出来经过导线流向碳棒。答案:(1)锌棒上附着有红色固体(2)碳棒上附着有红色固体　Zn-2e-====Zn2+(3)C　Zn→C(或负极→正极)
【规律方法】 解答原电池原理型题目的解题步骤如下:
【素养训练】　微型纽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溶液,电极反应为Zn+2OH--2e-====ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-====2Ag+2OH-,总反应为Ag2O+Zn==== ZnO+2Ag。根据反应式回答问题:(1)两极材料分别是什么?(2)外电路中电子的流向是什么?(3)当通过电路1 ml电子时,负极消耗物质的质量是多少?(4)在使用过程中,电解质溶液中KOH的物质的量如何变化?
提示:(1)根据电极反应可知Zn失电子被氧化而溶解,Ag2O得电子被还原发生还原反应,所以,负极为Zn,正极为Ag2O。(2)发生原电池反应时,电子由负极经外电路到正极,即电子从Zn极经外电路到Ag2O极。(3)当通过电路1 ml电子时,负极消耗Zn的质量是32.5 g。(4)电池中KOH只起到增强导电的作用,不参与反应,故电池使用过程中KOH的物质的量不变。
知识点二　原电池原理的应用 
【规律方法】金属活泼性强弱的判断方法(1)与水或酸反应置换出氢气的难易程度。(2)最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱。(3)置换反应。(4)阳离子氧化性的强弱。(5)通常情况下原电池中负极金属活泼性强于正极。
【合作探究】(思维升华)等质量的两份锌粉a、b,分别加入两支相同的试管中,然后加入等体积等物质的量浓度且均过量的稀硫酸,同时向a中加入少量CuSO4溶液,则产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系用图象表示如图。试解释出现这种图象的原因。(证据推理与模型认知)
提示:等质量的两份锌粉中,加入等体积等物质的量浓度且均过量的稀硫酸,同时向a中加入少量CuSO4溶液,则a中发生的反应有Zn+Cu2+====Zn2++Cu,Zn+2H+====Zn2++H2↑,由于置换出来的Cu与Zn在稀硫酸中构成原电池,所以,a中的反应速率比b中的反应速率大,即反应完成所需的时间短,但Cu2+消耗了少量的Zn,a中产生的H2比b中产生的H2少。b中只发生反应:Zn+2H+====Zn2++H2↑。
　(情境应用)利用原电池原理可以比较金属的活泼性顺序,某实验小组拟用原电池原理比较①②③④四种金属的活泼性顺序,该小组同学将四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少。据此判断这四种金属活泼性由大到小的顺序是什么?(证据推理与模型认知)提示:①②相连时,外电路电流从②流向①,则金属活泼性①大于②;①③相连时,③为正极,则金属活泼性①大于③;②④相连时,②上有气泡逸出,则金属活泼性④大于②;③④相连时,③的质量减少,则金属活泼性③大于④,故金属活泼性由大到小的顺序为①③④②。
【典例示范】【典例】(2020·盐城高一检测)分别按图甲、乙所示装置进行实验,两个烧杯里的溶液为同浓度的稀硫酸,甲中A为电流表。请回答下列问题:
(1)下列叙述正确的是(　　)A.两烧杯中铜片表面均无气泡产生B.甲中铜片作正极,乙中铜片作负极C.两烧杯中溶液的H+浓度均减小D.甲产生气泡的速率比乙的慢(2)甲装置中的能量转化形式:________能转化为________能,乙装置中的能量转化形式:______能转化为________能。 
(3)某同学发现甲装置中不仅铜片上有气泡产生,且锌片上也产生了气泡,除了可能是Zn与稀硫酸直接反应,还可能的原因是                                                                                             。 (4)在甲装置中,若把稀硫酸换成CuSO4溶液,试写出铜电极的电极反应                                                                        。 
【解题指南】解答本题注意以下两点:(1)形成原电池可以加快化学反应速率;(2)原电池中较为活泼的电极为负极。
【解析】(1)甲装置为原电池,乙中Zn与稀硫酸接触反应;甲装置中铜片作正极,H+在铜片上得电子被还原为H2,形成原电池后产生气泡的速率比乙装置中产生气泡的速率快;随着两烧杯溶液中H+不断被消耗,溶液中的H+浓度均减小。(2)甲装置中,锌、铜及稀硫酸形成原电池,是将化学能转化为电能,乙装置主要是锌与稀硫酸反应,该反应是将化学能转化为热能。(3)锌片上产生气体,原因可能是锌片不纯,锌与杂质形成原电池。(4)若将稀硫酸换成CuSO4溶液,则铜片上会析出Cu。答案:(1)C　(2)化学　电　化学　热　(3)锌片不纯,锌与杂质形成原电池　(4)Cu2++2e-====Cu
【母题追问】(1)上题甲中若锌电极减少6.5 g,铜电极上生成氢气在标准状况下的体积为多少升?提示:原电池的电路及两极转移电子的物质的量相等,当甲装置的锌电极上溶解6.5 g锌时电路中转移0.2 ml的电子,此时铜电极上有0.1 ml氢气生成,其在标准状况下的体积为2.24 L。
(2)若将甲中的铜电极改为银电极,电极改变前后两装置产生气体的速率一样快吗?提示:由于铜与锌的活泼性差异小于银与锌,因此银锌电池的电压更大,放出气体的速率更快。
【素养训练】　利用生活或实验室中常用物品,根据氧化还原反应知识和电学知识,自己动手设计一个原电池。实验原理:Fe+2H+====Fe2++H2↑。(1)如何选择电池的正负极材料?(2)如何选择离子导体?除了以上物质还缺少什么实验用品(已有耳机)?(3)实验装置如图:
①按如图所示连接好实验仪器,注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出,如果没有,可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意:接触的同时耳机的另一个极是连接在原电池的另一个电极上的),这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓”声音。其原因是在原电池中,由化学能转化为什么能?②如果将装置中的耳机改为电流计,则铁钉应该接电流计的什么极?电极反应是什么?另一极应该接电流计的什么极?发生氧化反应还是还原反应?
【解析】(1)原电池的构成条件是电极、导线、电解质溶液。负极应用铁钉或铁条,正极可选铜棒、铜钉或石墨(如铅笔芯)等。(2)离子导体可以选择稀硫酸溶液,应盛放在烧杯中,电子导体应用导线。(3)原电池是将化学能转化为电能的装置,电流计的负极应与电源负极相连,负极发生氧化反应,正极发生还原反应。答案:(1)负极:铁钉或铁条　正极:铜钉(其他的惰性电极如铅笔芯、铂等都正确)　(2)稀硫酸 　烧杯、导线　(3)①电能　②负极 　Fe-2e-====Fe2+　正极　还原反应
【三言两语话重点】 (1)原电池是将化学能转化为电能的装置。(2)原电池的形成条件是:电极、电解质溶液及闭合回路、自发的氧化还原反应。(3)原电池的两极分别是正极和负极,其中负极是失去电子、发生氧化反应、电子流出的电极。(4)根据化合价变化选择了电极,然后选择电解质溶液就可以设计原电池。
1.(教材二次开发·教材习题改编)对于锌、铜和稀硫酸组成的原电池(如图),下列有关说法错误的是(　　)A.溶液中H+向负极移动B.电子由Zn经外电路流向CuC.Zn电极反应:Zn-2e-====Zn2+D.Cu是正极
【解析】选A。原电池中的阳离子移向正极(Cu),负极锌发生氧化反应,电子由负极流向正极,选A。
2.某化学实验小组学习了原电池后,根据原电池的形成条件,四个实验小组分别设计了如下所示的四个装置,其中,有电流产生的是(　　)
【解析】选C。A项两电极材料相同,B项没有构成闭合回路,D项中四氯化碳为非电解质。
3.已知空气—锌电池的电极反应如下:锌电极:Zn+2OH--2e-====ZnO+H2O;石墨电极: O2+H2O+2e-====2OH-。可以判断石墨电极是(　　)A.负极,发生还原反应B.正极,发生氧化反应C.负极,发生氧化反应D.正极,发生还原反应【解析】选D。空气—锌电池中,失去电子的一极是负极,发生氧化反应,得到电子的一极是正极,发生还原反应。
4.在理论上不能用于设计原电池的化学反应是(　　)A.HCl+NaOH====NaCl+H2OB.2CH3OH+3O2 2CO2+4H2OC.4Fe(OH)2+2H2O+O2 ==== 4Fe(OH)3D.2H2+O2 ==== 2H2O【解析】选A。原电池的化学反应原理是自发的氧化还原反应,有电子的转移,而A项中的反应是中和反应,没有电子的转移。
5.(2020·郑州高一检测)下列关于实验现象的描述不正确的是(　　)A.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中,铜片表面产生气泡B.用铜片、铁片作电极,CuSO4作电解质溶液形成原电池,铁作负极C.把铜片插入FeCl3溶液中,铜片上有铁析出D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中,加几滴CuCl2溶液,产生气泡的速率加快【解析】选C。铜、铁、稀硫酸形成原电池,铜作正极,铜表面上产生气泡,A项正确;铜、铁与CuSO4溶液形成原电池,铁作负极,B项正确;Fe3+得电子只能生成Fe2+,而不能生成Fe,C项错误;加入CuCl2溶液后形成了锌铜原电池,加快了生成H2的速率,D项正确。
6.(2020·淄博高一检测)某小组为研究电化学原理,设计了如图所示装置。下列叙述不正确的是(　　)
A.a和b不连接时,铁片上会有金属铜析出B.a和b用导线连接时,铜片上发生的反应为Cu2++2e-====CuC.无论a和b是否连接,铁片均会溶解,溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色D.a和b用导线连接后,电流由铁电极经导线流向铜电极
【解析】选D。a和b不连接时,Fe和Cu2+直接发生氧化还原反应,铁片上会有金属铜析出,A项正确;若a和b用导线连接,则构成原电池,此时铁为负极,铜为正极,电极反应式分别为Fe-2e-====Fe2+、Cu2++2e-====Cu,B项正确;分析选项A、B可知,选项C是正确的;在原电池中,电流应由正极流出,经导线流向负极,故D项错。
7.某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用,在常温下,设计并进行了以下一系列实验,实验结果记录如下。
试根据上表中的实验现象回答下列问题:(1)实验1、2中Al所作的电极(正极或负极)是否相同?________(填“是”或“否”)。 (2)由实验3完成下列填空:①铝为________极,电极反应式:______________________________________; ②石墨为________极,电极反应式:____________________________________; ③电池总反应式:__________________________________________________。 
(3)实验4中铝作负极还是正极?________,理由是_________________________________________________________________________________________。 写出铝电极的电极反应式:_____________________________________________________________________________________________________________。 (4)解释实验5中检流计指针偏向铝的原因:____________________________________________________________________________________________。 (5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素:___________________________________________________________________________。 
【解析】在稀盐酸中的活动性:Mg>Al>Cu。由实验1和2可知,原电池中检流计指针是偏向正极。在实验3中检流计指针偏向石墨,由上述规律可知,Al是负极,石墨是正极,化学反应是Al失去电子被氧化为Al3+,盐酸中的H+得到电子被还原为H2。在NaOH溶液中活动性:Al>Mg,则Al是负极,Mg是正极。Al在浓硝酸中发生钝化,Zn在浓硝酸中被氧化,即在浓硝酸中活动性:Zn>Al,Zn是负极,Al是正极,所以在实验5中检流计指针偏向铝。
答案:(1)否　(2)①负　Al-3e-====Al3+　②正2H++2e- ==== H2↑　③2Al+6HCl ==== 2AlCl3+3H2↑(3)负极　在NaOH溶液中,活动性:Al>Mg　Al+4OH--3e- ====[Al(OH)4]-(4)Al在浓硝酸中发生钝化,Zn在浓硝酸中发生反应,被氧化,即在浓硝酸中,活动性:Zn>Al,Al是原电池的正极(5)①另一个电极材料的活动性;②电解质溶液
素养新思维 8.近年来野外生存的真人秀节目在各大卫视频繁播放。某节目中野外生存达人用一个柠檬、一排铜钉和一排锌钉制作的水果电池用于野外生火。某同学感到好奇自己制作了一个这样的“超级柠檬电池”。
(1)该电池的电池反应是什么?提示:该电池利用了金属锌与酸的反应,离子方程式为Zn+2H+====Zn2++ H2↑。
(2)若用铁片代替锌片LED灯能不能亮? 若用铁片代替铜片呢?提示:若用铁片代替锌片,由于铁能与酸反应,LED灯仍然能亮;若用铁片代替铜片,由于锌比铁活泼,仍然发生反应Zn+2H+====Zn2++ H2↑,LED灯仍然能亮。
(3)若用银片代替锌片LED灯能不能亮?提示:不能。银片代替锌片,银和铜都不能与酸反应,无电流产生,LED灯不亮。