2019-2020年高中化学 2.2《化学能与电能》教案 新人教版必修2.doc

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2019-2020年高中化学 2.2《化学能与电能》教案 新人教版必修2 一、化学能与电能的相互转化 化石燃料燃烧 蒸汽 发电机 1.火力发电： 化学能 热能 机械能 电能 （氧化还原反应） 化学电池 2.化学电源： 化学能 电能 原电池的原理 （氧化还原反应） 原 电 池 能量 转换（ 实质） 化学 能 → 电 能的装置。 （两极分别发生氧化还原反应，产生电流） 锌铜原电池 电 极 名 称 负 极 （电子流出的一极） 正 极 （电子流入的一极） 材 料 较活泼金属（Zn） 较不活泼金属(Cu) 金属(Fe) 非金属（C） 金属（Pb） 金属氧化物（PbO2） 电解液 通常和 电极 反应。 构 成 条 件 两极、一液、一线、一反应 ① 两个活泼性 不同 的 金属 ② 电解质溶液 ③ 电极用导线相连并插入电解液 ④ 能自发地进行一个氧化还原反应 负极（Zn）：Zn - 2e- = Zn2+ (氧化反应) 正极（Cu）：2H+ + 2e- = H2↑ (还原反应) 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 该氧化还原反应的化学能转变为电能。 离子迁移 池内 阳离子向 正 极作定向移动 ， 阴离子向 负 极作定向移动 。 （池内）电流：由 负 极 到 正 极 。 电子迁移 （池外）电子流动：由 负 极到 正 极 （池外）电流：由 正 极 到 负 极 。 重要 应用 制作电池、防止金属被腐蚀、提高化学反应速率 干电池、铅蓄电池、新型高能电池、 第1页（共9页） 第二节 化学能与电能 （第2课时） 二、发展中的化学电源：几种常见电池和新型燃料电池 1.干电池 2.充电电池 3.燃料电池 归纳如下表： 化 学 反 应 特 点 锌—锰电池 （一次电池） 负极：（锌筒）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应） 正极：（碳棒）：2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O 总反应：Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2 锌银电池 Zn|KOH|Ag2O （一次电池） 锌银电池 Zn|KOH|Ag2O 负极： Zn + 2OH- - 2e-= ZnO + H2O 正极： Ag2O + H2O+2e- = 2Ag + 2OH- 总反应：Zn + Ag2O + H2O = 2Ag + Zn(OH)2 能量大，体积小，但有优越的大电池放电性能，放电电压平稳，广泛用于电子表、石英钟、计算机CMOS电池等 铅蓄电池 （充电电池） 负极： Pb-2e-+SO42-=PbSO4 正极： PbO2+4H++2e-+SO42-=PbSO4+2H2O 总反应： Pb + PbO2 + 2H2SO4 ==== 2PbSO4 + 2H2O 锂电池 新型电池 （充电电池 负极： Li – e--=Li+ 正极： MnO2+2e-=MnO2- 总反应： Li+ MnO2=LiMnO2 温度使用范围广，放电电压平坦，体积小，无电解液渗漏，并且电压随放电时间缓慢下降，可预示电池使用寿命。适做心脏起搏器电源、高性能的手机和笔记本电脑电池等。 燃 料 电 池 氢氧 燃料 电池 碱性电池：电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液： 负极： 2H2 –4e- + 4OH-=== 4H2O 正极： O2+ 4e- + 2H2O === 4OH- 酸性电池：电解质溶液为硫酸溶液： 负极： 2H2 –4e-=== 4H+ 正极： O2+ 4e- + 4H+ === 2H2O 反应物不是贮存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂。产物是水，无污染。一种高效、环境友的发电装置。 甲烷燃料电池 电解质溶液为氢氧化钾溶液： 负极： CH4 + 10OH- -8e- === CO32- + 7H2O 正极：2O2 + 8e- + 4H2O === 8OH- 总反应：CH4 + 2O2 + 2OH- === CO32- + 3H2O 第2页（共9页） 水果电池 原电池 锌锰干电池 铅蓄电池构造示意图 氢氧燃料电池构造示意图 锂离子电池 第3页（共9页） 【随堂练习】 1下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是 ------------------（ A ） 2.A、B、C都是金属：B中混有C时，只有C能被盐酸溶解；A与B组成原电池时，A为电池的正极。A、B、C三种金属的活动性顺序为---------------------------------（ C ） A．A＞B＞C B．A＞C＞B C．C＞B＞A D．B＞C＞A 3.下列说法正确的是------------------------------------------------------------------------------------（CD） 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 4. 氢镍电池是近年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 判断，下列叙述中错误的是------------(AB ) A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH值不断增大 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 5. 把a、b、c、d四种金属片浸泡在稀H2SO4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，则这四种金属活动性顺序由大到小为----------------------------------------------------（ B ） A．a > b > c > d B．a > c > d > b C．c > a > b > d D．b > d > c > a 6.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----------------------------------------------------------------------（ B ） 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．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D．回收其中石墨电极 7.下列变化中与原电池反应有关的是---------------------------------------------（BD） A.在空气中金属铝表面迅速氧化形成保护膜 B.白铁(镀锌)表面有划损时,也能阻止铁被氧化 C.红热的铁丝与水接触表面形成蓝黑色保护层 第4页（共9页） D.铁与稀硫酸反应时,加入少量硫酸铜溶液时,可使反应加速 8.下列装置能构成原电池的是-------------------------------------------------（AC） 9.废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是---------------------------（ D ） A．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气 B．碳棒取下洗净用作电极 C．把铜帽取下洗净回收利用 D．电池内部填有氯化铵等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥用 10.实验室中欲制氢气,最好的方法是 -------------------------------------------（ D ） A.纯锌与稀硫酸反应 B.纯锌与浓硫酸反应 C.纯锌与稀盐酸反应 D.粗锌(含铅、铜杂质)与稀硫酸反应 11.铁制品上的铆钉应该选用下列哪些材料制成 -----------------------------------（AC） A.铝铆钉 B.铜铆钉 C.锌铆钉 D.锡铆钉 12.原电池是一种 化学能转变为电能 装置。在原电池中，较活泼的金属发生 氧化 反应， 是 负_极；活动性较差的金属上发生 还原 反应，是_ 正 _极。 13.电子表所用的某种钮扣电池的电极材料为Zn和Ag2O，电解质溶液为KOH，其电极反应式为：Zn + 2OH— = ZnO + H2O + 2e— Ag2O + H2O + 2e— = 2Ag + 2OH— 电池的负极是__ Zn __，正极发生的是_还原 _反应(反应类型)， 总反应式为_ Zn + _ Ag2O + H2O ＝2Ag + Zn（OH）2 。 14.现有A、B、C、D四种金属，把A、B分别浸入稀硫酸中，产生气泡都很慢；把C、D分别浸入稀硫酸中，产生气泡都很快；把A、B用导线连接浸入稀硫酸中时，A上有气泡析出；把C浸入D的硝酸盐溶液中，C的表面有D析出。 这四种金属的活动性顺序由强到弱为 C D B A 。 第5页（共9页） 第二章 第二节 化学能与电能 练习卷 班级 姓名 坐号 一、选择题 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．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品 D．回收其中石墨电极 2．废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是--------------------------------------（ ） A．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气 B．碳棒取下洗净用作电极 C．把铜帽取下洗净回收利用 D．电池内部填有氯化铵等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥用 3．原电池产生电流的本质原因是---------------------------------------------------------------------（ ） A．原电池中溶液能电离出自由移动的离子 B．有两根导线将两个活泼性不同的电极连接 C．电极上进行的氧化还原反应的生成物为电子 D．电极上进行的氧化还原反应中会有电子的转移 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＞Z B．X＞Z＞Y C．Y＞X＞Z D．Y＞Z＞X 5．某金属能跟稀盐酸作用放出氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，此金属是（ ） A．镁 B．铁 C．铝 D．铜 6．某原电池的离子方程式是 Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu，该原电池正确的组成是-------------（ ） 正极 负极 电解质溶液 A． Cu Zn HCl B． Zn Cu CuSO4 C． Cu Zn CuSO4 D． Cu Zn ZnCl2 7．已知空气-锌电池的电极反应为：锌粒：Zn + 2OH— — 2e— = ZnO + H2O 石墨：O2 + H2 + 2e— = 2OH—。根据判断，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 8．人造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池，其电极反应为： Zn＋2OH－—2e—＝ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e—＝2Ag＋2OH－。 第6页（共9页） 据此判断，氧化银是-----------------------------------------------------（ ） A．负极，并被氧化 B．正极，并被还原 C．负极，并被还原 D．正极，并被氧化 9．右图是氢氧燃料电池构造示意图。关于该电池的说法不正确的是…………………………………………………………（ ） A．a极是负极 B．正极的电极反应是：O2+2H2O+4e-=4OH- C．电子由b通过灯泡流向a D．氢氧燃料电池是环保电池 10．铁在下列情况下腐蚀最快的是……………………… （ ） A．铁放入海水中 B．将铁和锌连接后放入到海水中 C．将铁和锌连接后放入到淡水中 D．将铁和锡连接后放入到海水中 11．下列叙述中，可以说明金属甲的活动性比金属乙的活动性强的是----------------------（ ） A．在氧化还原反应中，甲原子失去的电子比乙原子失去的电子多 B．同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强 C．甲能跟稀盐酸反应放出氢气而乙不能 D．将甲、乙作电极组成原电池时，甲是负极 12．氢氧燃料电池是将多孔镍电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入H2和O2，即可产生电流。下列叙述中正确的是----------------------------------------------------------------------（ ） A．通入H2的电极为正极 B．正极的电极反应式为O2+2H2O+4e－= 4OH－ C．工作时，负极区溶液pH降低 D．工作时，溶液中的阴离子移向正极 13．以铁片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过 电子时，下列说法正确的是----------------------------------------------------------------------------------------------（ ） A．铁片溶解1 mol，铜片上析出1 mol H2 B．两极上溶解和析出的物质的质量相等 C．铁片溶解2 g，铜片上析出1 g H2 D．铁片溶解1 mol，硫酸消耗1 mol 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 第7页（共9页） 二、填空题 1．如图所示装置： （1）若烧杯中溶液为稀硫酸，则观察到的现象为 。 两极反应式为：正极 ； 负极 。 该装置将 能转化为 能。 （2）若烧杯中溶液为氢氧化钠溶液，则负极为 ， 总反应方程为 。 2．利用Cu + 2FeCl3 = CuCl2 + 2FeCl2反应，设计一个原电池，写出电极反应式。 3．有A、B两种金属分别与盐酸反应，产生氢气的速率相近。怎样设计一个实验证明A、B两种金属的活动性？（画出实验装置图） 三、化学与社会 1．目前，有一家著名的清洁公司对废旧电池的回收这项事业迈出了有利的一步。设计了废电池回收程序： （1）放置废电池回收箱；（2）定期专人上门收集；（3）电池分类（普通电池、纽扣电池） （4）市内库房分类储存；（5）集中到一定数量后运至郊区放置地点，依电池种类装入集装箱内封存，直至国内成熟的废电池回收技术出台。 但是目前回收渠道不畅，你认为造成这一结果的原因可能是-----------------------------（ ） A．电池生产企业星罗密布，规模小，工艺技术落后，污染严重，没有能力组织回收工作 B．国内垃圾处理场的处理工艺有待改进 C．人们普遍没有意识到废旧电池不当处理对自身的危害及自己在回收环节的重要性 D．废电池的环境管理是一项复杂的工程，涉及到收集、分类、运输、处理等，牵扯面广 E．电池中所含的金属价值不高，进而可获得的利润有限 第8页（共9页） 2．化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。 （1）目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池，其电池总反应式可以表示为： 已知Ni (OH)2和Cd (OH)2均难溶于水但能溶于酸，以下说法正确的是-----------------（ ） ① 以上反应是可逆反应； ② 以上反应不是可逆反应； ③ 充电时化学能转变为电能；④ 放电时化学能转变为电能 A．①③ B．②④ C．①④ D．②③ （2）废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值。在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是因为： 。 四、计算题 1．在由铜片、锌片和200 mL稀硫酸组成的原电池中，若锌片只发生电化学腐蚀，当在铜片上放出3.36 L（标准状况）的H2时，硫酸恰好用完，则： （1）产生这些气体消耗的锌的质量是多少？ （2）通过导线的电子的物质的量是多少？ （3）原稀硫酸的物质的量浓度是多少？ 第9页（共9页） 化学2 第二章 第二节 化学能与电能 练习卷答案 一、选择题 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 B D D C B C D B C D CD BC AD 二、填空题 1．（1）镁逐渐溶解，铝极上有气泡冒出，电流表指针发生偏转； 正极：2H++2e—=H2↑ 负极：Mg－2e—=Mg2+ 化学能、电能 （2）Al；2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑ 2．原电池如右图： 负极（Cu）：Cu －2e—= Cu2+ 正极（C）：2Fe3+ +2e— = 2Fe2+ 3．将A、B金属用导线连接插入盐酸中组成原电池，有气泡冒出的是较不活泼金属，另一极为活泼金属。（图略） 三、化学与社会 1．ABCDE 2．（1）B；（2）Ni (OH)2和Cd (OH)2能溶于酸性溶液 四、计算题 1．① 9.75 g；② 0.3 mol；③ 0.75 mol/L