精编学案高中化学人教版必修2第2章第2节 化学能与电能1.docx

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精编学案高中化学人教版必修2第2章第2节化学能与电能1

第2节　化学能与电能

第1课时　化学能转化为电能

【学习目标】

1.熟悉能源的分类和化学能与电能的转化关系。

2.知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，通过实验会说明原电池的原理，会判断原电池的正极、负极，会正确书写电极反应式，熟知原电池的应用。

【基础导学】

一、化学能与电能的转化

1．化学能是能量的一种形式，你知道的化学能转化形式有哪些？

2．电能

使用电器时都需要电能。

电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。

3．火力发电

火力发电（火电）是通过_____________________________________________________燃烧，使化学能转变为________，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。

燃煤发电是从煤中的化学能开始的一系列能量转换过程，该过程可表示为

化学能

________

________

________

其中，____________________是使化学能转换为电能的关键。

4．化学能与电能的直接转化

化学能可通过____________反应直接转化成电能。

【归纳总结】

能源常见的分类形式

能源类别

定义

按利用历史

按性质

举例

一次能源

常规能源

可再生能源

水能

不可再生能源

煤、石油、天然气等化石能源

新能源

可再生能源

太阳能、风能、地热能、潮汐能、沼气

不可再生能源

核能

二次能源

电能（水电、火电、核电）、氢能、蒸汽、工业余热等

【当堂训练】

1．下列叙述不正确的是（　　）

A．根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源

B．电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源

C．火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程

D．在火力发电过程中，化学能转化为热能实际上是氧化还原反应发生的过程，伴随着能量的变化

2．下列各项中，属于一次能源的是（　　）

①煤　②石油　③天然气　④煤气　⑤电力

A．①②③B．①②④

C．②③⑤D．③④⑤

二、原电池的工作原理

1．按要求完成下列实验，并填表：

实验步骤

现象

解释或说明

2.原电池

（1）原电池的概念是将_______能转化为_______能的装置；原电池的反应本质是_______反应。

（2）原电池的构成条件

理论上，自发的____________反应均可构成原电池。

具体条件是：

①具有______________的两个电极（金属与金属或金属与能导电的非金属）；

②溶液：

两电极均插入__________溶液中；

③导线：

两极用导线相连，形成闭合回路。

（3）原电池的工作原理

①分析下图并填空

原电池总反应式：

________________________________________________________；

②能量转化过程：

原电池在工作时，________极失去电子，电子通过导线流向________极，溶液中氧化性物质________电子，发生________反应，这样氧化反应和还原反应不断发生，闭合回路中不断有________产生，也就形成了电流，即________能转变为________能。

（4）原电池工作原理的应用

①比较金属活动性

作负极的金属活动性______，作正极的金属活动性_________________________________；

②改变化学反应速率

如：

在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率；

③设计原电池

如：

把Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计成原电池，可用______作负极，__________作正极，__________作电解质溶液；

④保护金属设备

如：

船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀，在船体外壳焊接上比铁活泼的金属（如Zn），则构成以Zn、Fe为电极的原电池，________被消耗掉而________得到保护。

【归纳总结】

【当堂训练】

3．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是___________________________________。

4．由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。

装置

现象

二价金属A不断溶解

C的质量增加

A上有气体产生

根据实验现象回答下列问题：

（1）装置甲中负极的电极反应式是__________________________________________________。

（2）装置乙中正极的电极反应式是____________________________________________。

（3）装置丙中溶液的pH变化是________。

（4）四种金属活动性由强到弱的顺序是______________________________________________。

【学习小结】

　原电池是把化学能转化为电能的装置。

其工作原理是

【课后检测】

1．化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。

下列说法正确的是（　　）

A．天然气、石油、流水、风力、氢气为一次能源

B．无论是风力发电还是火力发电，都是将化学能转化为电能

C．PM2.5含有的铅、镉、铬、钒、砷等对人体有害的元素均是金属元素

D．发展低碳经济、循环经济，推广可利用太阳能、风能的城市照明系统

2．下列叙述正确的是（　　）

①原电池是把化学能转化成电能的一种装置

②原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应

③不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池的装置均可实现

④碳棒不能用来作原电池的正极

⑤反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，能以原电池的形式来实现

A．①⑤B．①④⑤C．②③④D．②⑤

3．将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是（　　）

A．两个装置都构成了原电池

B．甲装置构成了原电池，乙装置没有构成原电池

C．两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生

D．产生气泡的速率甲比乙慢

4．X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极。

X、Y、Z三种金属的活动性顺序为（　　）

A．X>Y>ZB．X>Z>Y

C．Y>X>ZD．Y>Z>X

5．在铜锌原电池中（如下图），以硫酸铜为电解质溶液，锌为________极，电极上发生的是________（填“氧化”或“还原”）反应，电极反应式为_________________________。

锌片上观察到的现象为______________________________________________________；

铜为________极，电极上发生的是________（填“氧化”或“还原”）反应，电极反应式是________________________________________________________________________；

铜片上观察到的现象是________________________________________________________，

原电池总反应的离子方程式为______________________________________。

答案精析

基础导学

一、

1．化学能可转化成热能、光能、电能等。

3．化石燃料（如煤、石油、天然气）　热能　热能　机械能　电能　燃烧（氧化还原反应）

4．氧化还原

归纳总结

直接从自然界中取得的能源　由一次能源经过加工、转化得到的能源

当堂训练

1．C　[氢气不能从自然界中直接取得，是二次能源，A正确；电能也是二次能源，且使用方便、污染最小，B正确；以煤为燃料，火力发电的能量转化过程：

（煤）化学能

热能

机械能

电能，故C错误，D正确。

]

2．A　[煤、石油、天然气等没有经过加工或转换而直接从自然界中取得，称为一次能源；煤气、电力、汽油、煤油、焦炭等，是在一次能源基础上经过加工转换而来的，称为二次能源。

]

二、

1．（从左到右，从上到下）锌片逐渐溶解，表面有气泡；铜片表面无气泡　锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，电流表指针发生偏转　两锌片逐渐溶解且表面都有气泡，电流表指针不偏转　无现象　锌与稀硫酸发生置换反应产生H2，而铜则不能　锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生，导线中有电流　锌与稀硫酸反应产生氢气，但导线中无电流　乙醇是非电解质，与Zn、Cu都不反应

2．

（1）化学　电　氧化还原　

（2）氧化还原　①活动性不同　②电解质　（3）①（从上到下，从左到右）负极　氧化反应　Zn－2e－===Zn2＋　正极　还原反应　2H＋＋2e－＋===H2↑Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑　②负　正　得到　还原　电子流　化学　电　（4）①强　弱　③Fe　铜（或石墨）　FeCl3溶液　④Zn　Fe

归纳总结

（从左到右，从上到下）还原性较弱的金属或能导电的非金属　还原反应　电子流入　电流流出　还原性较强的金属　氧化反应

电子流出　电流流入

当堂训练

3．DFG

解析　图中A、B都只有一个电极，C中是两个活泼性相同的电极，E中酒精不是电解质溶液，H不能形成闭合回路，它们不属于原电池，属于原电池的只有D、F、G。

4．

（1）A－2e－===A2＋　

（2）Cu2＋＋2e－===Cu

（3）增大　（4）D>A>B>C

解析　据装置甲知活动性：

A>B，A作负极，电极反应式为A－2e－===A2＋；据装置乙知活动性：

B>C，正极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；据装置丙知活动性：

D>A，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故c（H＋）减小，pH增大。

据甲、乙、丙知活动性强弱顺序：

D>A>B>C。

课后检测

1．D　[A项，H2不是一次能源；B项，风力发电不是将化学能转化为电能；C项，砷不是金属元素。

]

2．A　3.B

4．C　[根据原电池原理，负极的金属比正极活泼，可知活泼性Y>X，根据金属活动性顺序和置换反应原理，可知活泼性X>Z，故有三种金属的活泼性顺序为Y>X>Z。

]

5．负　氧化　Zn－2e－===Zn2＋　锌片溶解　正　还原　Cu2＋＋2e－===Cu　铜极变粗　Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

解析　CuSO4为电解质溶液时，铜锌原电池的负极为锌，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以锌片不断溶解，正极为铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，所以铜极不断变粗，电池总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。

第2课时　发展中的化学电源

【学习目标】　

1.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。

2.认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。

3.能正确书写简单化学电源的电极反应式。

【基础导学】

一、常见的化学电源

1．锌锰干电池

（1）结构：

锌锰干电池是以锌筒为____极，石墨棒为____极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作_____________________________________________________________。

（2）原理：

锌锰电池是________电池，放电之后________充电，内部的氧化还原反应是______的。

负极发生的电极反应为_________，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH

＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。

（3）缺陷：

锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容易发生气涨或漏液，会导致电器设备的________。

改进措施：

①在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成________电池；②将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成________性锌锰电池。

2．充电电池

（1）充电电池又称________电池。

充电电池在放电时所进行的__________反应，在充电时又可以________进行，________物重新转化为________物，使充电、放电可在一定时期内循环进行。

充电电池中能量的转化关系是________________。

（2）常见的充电电池

①铅蓄电池

常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。

负极材料是________，正极材料是________，电解质溶液是___________________________________________________________。

②镍镉电池

以________为负极，____________为正极，以________为电解质，寿命比铅蓄电池________，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境。

③碱金属中的________是最轻的金属，活动性________，是制造电池的理想物质。

________电池是新一代可充电的绿色电池。

3．燃料电池

（1）燃料电池是通过____________与________分别在两个电极上发生____________反应，将________能直接转化为________能的装置。

（2）燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率________、能量转化率________。

与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池________部，而是由外设装备提供________和________等。

（3）以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：

负极：

________________________________________________________________（氧化反应）；

正极：

_______________________________________________________________（还原反应）；

总反应：

________________________________________________________________________。

【归纳总结】

　化学电池的基本类型

（1）活泼金属作负极，被腐蚀或消耗，发生氧化反应，如锌锰干电池。

（2）两电极都参加反应，如铅蓄电池。

（3）两电极均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如燃料电池。

【当堂训练】

1．下列电池工作时，O2在正极得电子的是（　　）

A

B

C

D

锌锰电池

铅蓄电池

氢氧燃料电池

镍镉电池

2.汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：

PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是（　　）

A．Pb是正极

B．PbO2得电子，被氧化

C．负极反应是Pb＋SO

－2e－===PbSO4

D．电池放电时，溶液的酸性增强

二、原电池电极反应式的书写方法

1．负极反应式的书写

先判断负极材料，然后再分析其反应特点，并注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。

（1）锌锰干电池（Zn—C—NH4Cl）的负极是________，其负极反应特点是_________________

________________，负极反应式是______________________________________________。

（2）铅蓄电池（Pb—PbO2—H2SO4）的负极是________，其负极反应特点是________________

________________________________________________________________________，

负极反应式是_______________________________________________________。

（3）氢氧燃料电池（Pt—Pt—KOH）的负极是______，其负极反应特点是_________________

_______________________________________________________________________，

负极反应式是_________________________________________________________。

2．正极反应式的书写

（1）首先判断在正极发生反应的物质

①当负极材料与电解质溶液能自发地发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是________________________________________________________________________；

②当负极材料与电解质溶液不能自发地发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是________________________________________________________________________。

（2）然后再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与____________反应的问题，若参与反应要书写叠加式。

（3）甲烷燃料电池用铂作电极插入KOH溶液中，其正极反应式是______________________；铜锌原电池

（Zn－Cu－H2SO4）的正极反应式是______________________________________。

【归纳总结】

　书写原电池电极反应式时注意的问题

（1）正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。

（2）确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。

（3）在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号（而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示）。

【当堂训练】

3．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。

某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是（　　）

A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋

B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋

C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO

D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋

4．燃料电池是目前电池研究的热点之一。

现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。

下列叙述不正确的是（　　）

A．a极是负极，该电极上发生氧化反应

B．b极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2O

C．总反应的化学方程式为2H2＋O2===2H2O

D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

【学习小结】

【课后检测】

1．随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是（　　）

A．利用电池外壳的金属材料

B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染

C．防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品

D．回收其中的石墨电极

2．下列有关电池的说法不正确的是（　　）

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能

D．锌锰干电池中，锌电极是负极

3．已知空气－锌电池的电极反应为

锌片：

Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；

碳棒：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－。

据此判断，锌片是（　　）

A．正极，被还原B．正极，被氧化

C．负极，被还原D．负极，被氧化

4.氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如右所示。

下列有关氢氧燃料电池的说法，正确的是（　　）

A．该电池工作时电能转化为化学能

B．该电池中电极a是正极

C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a

D．该电池的总反应：

2H2＋O2===2H2O

5．有人设计以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中一定浓度的O2和H2O进行工作。

（1）负极材料是______，电极反应为______________________________________________。

（2）正极材料是______，电极反应为_______________________________________________。

答案精析

基础导学

一、

1．

（1）负　正　电解质　

（2）一次性　不能　不可逆　Zn－2e－===Zn2＋　（3）腐蚀　防漏　碱

2．

（1）二次　氧化还原　逆向　生成　反应　化学能

电能

（2）①Pb　PbO2　硫酸溶液　②Cd　NiO（OH）　KOH　长③Li　极强　锂离子

3．

（1）燃料气体　氧气　氧化还原　化学　电　

（2）高　高　内　燃料　氧化剂　

（3）2H2＋4OH－－4e－===4H2O　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　2H2＋O2===2H2O

当堂训练

1．C

2．C　[从铅蓄电池的放电反应可以看出：

放电过程中Pb失去电子变为Pb2＋，发生氧化反应，因而Pb是负极；PbO2得到电子发生还原反应，被还原；反应过程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性减弱。

]

二、

1．

（1）Zn　锌本身失去电子生成Zn2＋，Zn2＋与电解质溶液成分不反应　Zn－2e－===Zn2＋　

（2）Pb　Pb失去电子生成Pb2＋，Pb2＋与电解质溶液中的SO

反应生成PbSO4　Pb－2e－＋SO

===PbSO4　（3）Pt　Pt为惰性电极，燃料氢气失去电子生成H＋，H＋与电解质溶液中的OH－反应生成H2O　H2－2e－＋2OH－===2H2O

2．

（1）①电解质溶液中的某种微粒　②溶解在电解质溶液中的O2　

（2）电解质溶液　（3）O2＋2H2O＋4e－===4OH－　2H＋＋2e－===H2↑

当堂训练

3．B　4.B

课后检测

1．B　[回收电池的主要目的是防止对环境的污染。

]

2．B　[电池中电子由负极流向正极，B项电子应从Zn电极流向Cu电极。

]

3．D　4.D

5．

（1）锌　2Zn－4e－===2Zn2＋

（2）铂　O2＋2H2O＋4e－===4OH－