高中化学选修四第四章
- 格式:doc
- 大小:214.00 KB
- 文档页数:10
第二节 化学电源 一、化学电池(利用原电池原理,将化学能转化为电能的装置。
)
二、常用电池
1
2.
1液,电池总反应式为Zn +MnO 2+H 2O===ZnO +Mn(OH)2下列说法中,错误的是( C )
A .电池工作时,锌失去电子
B .电池正极的电极反应式为MnO 2+2H 2O +2e -===Mn(OH)2+2OH -
C .电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极
D .外电路中每通过0.2 mol 电子,锌的质量理论上减少6.5 g
2.铅蓄电池发生的反应是PbO 2+Pb +2H 2SO 4 2PbSO 4+2H 2O 下列对铅蓄电池的说法错误的是( A )
A .需要定期补充硫酸
B .工作时铅是负极,PbO 2是正极
C .工作时负极上发生的反应是Pb -2e -+SO 2-4===PbSO 4
D .工作时电解质的密度减小
3.有位科学家说:“甲烷是21世纪的新燃料。
”甲烷作为燃料的用途之一就是用于制作燃料电池。
有科技工作者制造了一种甲烷燃料电池,一个电极通入空气,另一个电极通入甲烷,电解质是掺杂了Y 2O 3
的ZrO 2晶体,它在高温下能传导O 2-。
以下判断错误的是( D )
A .电池正极发生的反应:O 2+4e -===2O 2-
B .电池负极发生的反应:CH 4+4O 2--8e -===CO 2+2H 2O
C .固体电解质里的O 2-的移动方向:由正极流向负极
D .向外电路释放电子的电极:正极(即电子由正极流向负极)
放电
充电。
等效平衡的教学化学平衡是中学化学重要的理论知识,是溶解平衡、电离平衡等所有平衡的基础,对工业、农业生产有着重要的指导作用;但是,某些化学平衡题,如果仅用影响平衡的三个条件来解,难度较大、很难得出正确结论,若能掌握等效平衡这一重要思维方法,问题就容易解决了。
等效平衡是化学平衡一章的重点、难点之一,有许多学生对这类题感到困惑而无从下手,那么如何突破这个难点呢?下面就我在教学中的做法和大家商讨:一、等效平衡的定义影响平衡条件相同的平衡互为等效平衡。
(这里强调的是影响平衡条件,不影响平衡条件可以不同,如:催化剂、等体反应中的压强等)二、等效平衡的标志1、对应物质含量(质量分数、物质的量分数、气体体积分数等)均相等。
2、对应物质的浓度均相等(等体反应中对应物质浓度比相等)。
三、建立等效平衡的方法1、等温、等容条件下每次所投物质的物质的量相当。
相当是指:按化学方程式中化学计量数比,换算成已知项中(或某一边物质)所投物质时,其物质的量完全相同(常采用一边倒的方式换算)。
例一、在等温、等容条件下:进行2SO2+O22SO3反应,若初始投入2molSO2和1molO2,达平衡时SO3为amol/L,在相同条件下,若初始时按下列各组物质的量投料,达到新平衡时SO3的浓度各是多少?⑴起始时只投入2mol SO3⑵起始时投入1mol SO2、0.5 molO2和1mol SO3分析:2SO2+O22SO3已知项(mol): 2 1 0{(1): 0 0 2(将2molSO3换算成SO2和O2)所以⑴ 平衡时SO 3为amol/L 分析:所以⑵平衡时SO 3也为amol/L思考与交流:若初始加入的SO 2、O 2和SO 3分别为a 、b 、cmol 时,当a 、b 、c 满足什么关系时与已知项等效。
练习1:在固定容积的容器中,加入1molA 和2molB ,发生如下反应:A(g)+2B(g)3C (g)+2D(g),达平衡时,C 的浓度为Cmol/L,若维持容器体积和温度不变,按下列四种配比作为起始物质,达到平衡后,C 的浓度仍为Cmol/L 的是。
第四节金属的电化学腐蚀与防护[核心素养发展目标] 1.科学探究与创新意识:通过实验科学探究金属腐蚀的本质及其原因,认识金属腐蚀的主要类型,能正确书写析氢腐蚀和吸氧腐蚀的电极反应式。
2.科学态度与社会责任:认识金属腐蚀产生的危害和影响,树立防止金属腐蚀的意识,熟知金属腐蚀常用的防护方法。
一、金属的腐蚀1.金属的腐蚀(1)概念:金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
其实质是金属原子失去电子变为阳离子,金属发生氧化反应。
(2)根据与金属接触的气体或液体物质不同,金属腐蚀可分为两类:①化学腐蚀:金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。
腐蚀的速率随温度升高而加快。
②电化学腐蚀:不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化。
2.钢铁的电化学腐蚀根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同,钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀:(1)析氢腐蚀:当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时,腐蚀过程中有氢气放出。
①负极反应式为Fe-2e-===Fe2+;②正极反应式为2H++2e-===H2↑;③总反应方程式为Fe+2H+===Fe2++H2↑。
(2)吸氧腐蚀:当钢铁表面的电解质溶液呈中性或呈弱酸性并溶有一定量的氧气时,将会发生吸氧腐蚀。
①负极反应式为2Fe-4e-===2Fe2+;②正极反应式为2H2O+O2+4e-===4OH-;③总反应方程式为2Fe+2H2O+O2===2Fe(OH)2。
铁锈(Fe2O3·x H2O)的形成:4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·x H2O+(3-x)H2O。
(1)化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生,只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍,危害更大。
(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性,实际情况中以吸氧腐蚀为主。
第四章 电化学基础§4.1 原电池一、探究目标体验化学能与电能相互转化的探究过程二、探究重点初步认识原电池概念、原理、组成及应用。
三、探究难点通过对原电池实验的研究,引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质,以及这种转化的综合利用价值。
四、教学过程【引入】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。
例如,日常生活中使用的手提电脑、手机、相机、摄像机……这一切都依赖于电池的应用。
那么,电池是怎样把化学能转变为电能的呢?我们这节课来一起复习一下有关原电池的相关内容。
【板书】§4.1 原电池一、原电池实验探究讲:铜片、锌片、硫酸都是同学们很熟悉的物质,利用这三种物质我们再现了1799年意大利物理学家----伏打留给我们的历史闪光点!【实验探究】(铜锌原电池)【问题探究】1、锌片和铜片分别插入稀硫酸中有什么现象发生?2、锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中,现象又怎样?为什么?3、锌片的质量有无变化?溶液中c (H +)如何变化?4、锌片和铜片上变化的反应式怎样书写?5、电子流动的方向如何?讲:我们发现检流计指针偏转,说明产生了电流,这样的装置架起了化学能转化为电能的桥梁,这就是生活中提供电能的所有电池的开山鼻祖----原电池。
【板书】(1)原电池概念:学能转化为电能的装置叫做原电池。
问:在原电池装置中只能发生怎样的化学变化?学生: Zn+2H +=Zn 2++H 2↑讲:为什么会产生电流呢?答:其实锌和稀硫酸反应是氧化还原反应,有电子的转移,但氧化剂和还原剂热运动相遇发生有效碰撞电子转移时,由于分子热运动无一定的方向,因此电子转移不会形成电流,而通常以热能的形式表现出来,激烈的时候还伴随有光、声等其他的形式的能量。
显然从理论上讲,一个能自发进行的氧化还原反应,若能设法使氧化与还原分开进行,让电子的不规则转移变成定向移动,便能形成电流。
所以原电池的实质就是将氧化还原的电子转移变成电子的定向移动形成电流。
第一节原电池一、工作原理1、概念:化学能转化为电能的装置叫做原电池。
(还原剂在负极上失电子发生氧化反应,电子通过外电路输送到正极上,氧化剂在正极上得电子发生还原反应)2、形成条件:①两个活泼性不同的电极②电解质溶液③电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路○4发生的反应是自发的氧化还原反应3、电子流向:外电路:负极——导线——正极内电路:盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液,盐桥中阳离子移向正极的电解质溶液。
4、正、负极的判断:(1)从电极材料:一般较活泼金属为负极;或金属为负极,非金属为正极。
(2)从电子的流动方向负极流入正极(3)从电流方向正极流入负极(4)根据电解质溶液内离子的移动方向阳离子流向正极,阴离子流向负极(5)根据实验现象溶解的一极为负极增重或有气泡一极为正极5、常见电极:○1活泼性不同的金属:如锌铜原电池,锌作负极,铜作正极;○2金属和非金属(非金属必须能导电):如锌锰干电池,锌作负极,石墨作正极;○3金属与化合物如:铅蓄电池,铅板作负极,二氧化铅作正极;○4惰性电极如:氢氧燃料电池,电极均为铂。
【习题一】(2018•曲靖一模)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.锌锰干电池中,锌电极是负极C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D.铜锌原电池电子沿外电路从铜电极流向锌电极【考点】原电池和电解池的工作原理.【专题】电化学专题.【分析】A.锂离子电池能充放电,属于二次电池;B.锌锰干电池中,锌作负极、二氧化锰作正极;C.甲醇燃料电池属于原电池;D.铜锌原电池中,电子从负极沿导线流向正极.【解答】解:A.锂离子电池能充放电,属于二次电池,放电时是将化学能转化为电能,充电时是将电能转化为化学能,故A正确;B.锌锰干电池中,锌易失电子发生氧化反应而作负极、二氧化锰得电子发生还原反应而作正极,故B正确;C.甲醇燃料电池属于原电池,是将化学能转化为电能的装置,故C正确;D.铜锌原电池中,锌作负极、Cu作极,电子从负极锌沿导线流向正极铜,故D 错误;故选:D。
一、原电池1、定义:把 转换为 的装置。
2、写出Zn 片和Cu 片上发生的电极反应和电池总反应 负极: 正极: 总反应:3、图上注明外电路中的电子流向。
内电路:阳离子向_______极移动,阴离子向_______极移动。
4、原电池反应本质: 反应。
判断下列装置能否形成原电池形成原电池的条件:(1)、___________________________________________ (2)、___________________________________________ (3)、___________________________________________5、原电池的工作原理反应过程中, 极失电子,发生 反应,电子经导线流向 极,电解质溶液电离出的 离(2)装置②中的实验现象:a 、有盐桥时电流计指针b 、锌片逐渐c 、铜片d 、取出盐桥后,电流计指针(4)分析盐桥的作用:① 。
② 。
H 2SO 4CuSO 4ZnSO 4 CuSO 4酒精CuSO 4一、选择题1.下列各组成金属和溶液,能组成原电池的是()A. Cu、Cu、稀硫酸B. Zn、Cu、稀硫酸C. Cu、Zn、酒精D. Zn、Cu、CuSO4溶液2.有a、b、c、d四种金属。
将a与b用导线联接起来,浸入电解质溶液中,b不易腐蚀。
将a、b分别投入等浓度盐酸中,d比a反应剧烈。
将铜浸入b的盐溶液里,无明显变化。
如果把铜浸入c的盐溶液里,有金属c析出。
据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是( )A. dcabB. dabcC. dbacD. badc3.在稀硫酸中放入一块镀层严重损坏的白铁片,放出气体的速率是()A.时快时慢B.先慢后快C.先快后慢D.保持不变4.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5.把铁钉和碳棒用铜线联接后,浸入0.01 mol / L的食盐溶液中,可能发生的现象是( )A.碳棒上放出氯气B. 碳棒近旁产生OH-C. 碳棒上放出氧气D. 铁钉上放出氢气E. 铁钉被氧化6.钢铁发生吸氧腐蚀时,正极上发生的电极反应是( )A. 2H++2e-=H2B. Fe2++2e-=FeC. 2H2O+O2+4e-=4OH-D. Fe3++e-=Fe2+7.某原电池的总反应是Zn +Cu2+=Zn2++Cu,该原电池的正确组成是( )A. B. C. D.正极Zn Cu Zn Cu负极Cu Zn Cu Zn电解质溶液CuCl2CuCl2ZnCl2ZnCl28.钢铁发生电化学腐蚀时,负极发生的反应是()A. 2H++2e → H2B. 2H2O+O2+4e→ 4OH-C. Fe―2e→ Fe2+D. 4OH-―4e→ 2H2O+O29.等质量的两份锌粉a和b,分别加入过量的稀硫酸中,a中同时加入少量CuSO4溶液,下列各图中表示其产生氢气总体积(V)与时间(t)的关系正确的是( )10.氢氧燃料电池是一种污染小,效率高的新型化学电源,可应用于航天器上。
其总反应的化学方程式为:2H2+O2=2H2O 该电池的负极反应式为可表示为( )A. 2H+-4e-=4H+B. 4H++4e-=2H2C. 2H2O+O2+4e-=4OH-D. 4OH--4e-=2H2O+O2二、填空题1.有人将铂丝插入氢氧化钾溶液中作电极,又在两个极片上分别通入甲烷和氧气则形成电池,从而设计出一种燃料电池。
该电池中通甲烷的铂丝为______极,发生的电极反应为____________________________________________;该电池工作时(放电)的总化学方程式为__________________________________________;电池工作时溶液的pH值将(填“不变”、“变大”、“变小”)_____________。
2.有人设计以Pt和Zn为电极材料,埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起博器的能源。
它依靠人体内体液中含有一定浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作。
请写出两极反应的方程式。
正极______________________________,负极_________________________。
充电 二、化学电源一、一次电池 (一)、碱性锌锰电池1、正负极材料 正极:MnO2 负极:Zn 电解质:KOH2、工作机制 负极:Zn + 2OH --2e - = Zn(OH)2 (氧化反应)正极:2MnO 2 + 2H 2O+2e -=2MnOOH + 2OH - (还原反应) 总反应:Zn + 2MnO 2 + 2H 2O =2MnOOH +Zn(OH)23、优缺点简析缺点:多数只能一次使用,不能充电;价格较贵优点:比能量和储存时间有所提高,适用于大电流和连续放电。
(二)、其它一次电池:1、锌银电池(纽扣电池)负极:Zn +2OH --2e - =ZnO+H 2O 正极:Ag 2O + H 2O+ 2e - = 2Ag + 2OH - 总反应:Zn+Ag 2O =ZnO+2Ag二、二次电池: (一)、铅蓄电池1、正负极材料 正极:PbO 2 负极:Pb 电解质:H 2SO 4溶液2、工作机制:铅蓄电池为典型的可充电电池,其电极反应分为放电和充电两个过程 ①放电过程 负极:Pb(s) + SO 42- (aq) -2e - = PbSO 4 (s) (氧化反应)正极:PbO 2(s) + 4H +(aq) + SO 42- (aq) + 2e - = PbSO 4 (s)+ 2H 2O(l) (还原反应)放电过程总反应:Pb(s)+PbO 2(s)+2H 2SO 4(aq)=2PbSO 4(s)+2H 2O(l) 铅蓄电池充电的反应则是上述反应的逆过程②充电过程 阴极:(接电源负极) PbSO 4 (s) +2e- =Pb(s) + SO 42- (aq) (还原反应)阳极:(接电源正极)2PbSO 4 (s)+2H 2O(l)-2e -= PbO 2(s) + H +(aq) + SO 42-(aq) 充电过程总反应:2PbSO 4(s)+2H 2O(l)=Pb(s)+PbO 2(s)+2H 2SO 4(aq)铅蓄电池的充放电过程:Pb(s)+PbO 2(s)+2H 2SO 4(aq) 2PbSO 4(s)+2H 2O(l)3、优缺点简析 缺点:比能量低、笨重、废弃电池污染环境优点:可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉(二)、其它二次电池 镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、聚合物锂离子蓄电池…… 三、燃料电池 燃料电池包括:氢氧燃料电池,烃、肼、甲醇、氨、煤气燃料电池…… (一)酸性氢氧燃料电池1、正负极材料 正极室:通氧气(氧化剂) 负极室:通氢气(燃料)电解质:H 2SO 4溶液 使用铂电极2、工作机制 总反应:2H 2 + O 2 = 2H 2O 负极:2H 2 -4e - = 2H + 正极:O 2 + 4H + + 4e - = 2H 2O3、优缺点 缺点:体积较大、附属设备较多 优点:能量转换率高、清洁、对环境友好 (二)、其它燃料电池四、书写电极反应式应注意以下几点:1.电极反应是一种离子反应,遵循书写离子反应的所有规则(如“拆”、“平”);2.将两极反应的电子得失数配平后,相加得到总反应,总反应减去一极反应即得到另一极反应;3.负极失电子所得氧化产物和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CO 2形式存在,在碱性溶液中以CO 32-形式存在);4.溶液中不存在O 2-:在酸性溶液中它与H +结合成H 2O 、在碱性或中性溶液中它与水结合成OH -;【练习巩固】:1、碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用。
锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电流总反应式为:Zn (s )+2MnO 2(s )+H 2O (l )=Zn (OH )2(s )+Mn 2O 3(s )下列说法错误的是( ) A . 电池工作时,锌失去电子B . 电池正极电极反应式为:2MnO 2(s )+H 2O (l )+2e - = Mn 2O 3(s )+2OH -(aq )C . 电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极D . 外电路中每通过0.2 mol 电子,锌的质量理论上减小6.5 g2、航天技术上使用的氢氧燃料电池具有高能、轻便、无污染的优点。
氢氧燃料电池有酸式和碱式两种,它们放电时的总反应都可以表示为2H 2+O 2=2H 2O ,酸式电池中电解质是酸,其负极反应可表示为2H 2-4e - = 4H +,则其正极反应式为 碱式电池的电解质是碱,其正极反应式为 ,则其负极反应可表示为3、氢气是燃料电池最简单的燃料,虽然使用方便,却受到价格和来源的限制。
常用的燃料往往是某些碳氢化合物,如:甲烷、汽油等。
请写出将图中氢气换成甲烷时所构成的甲烷燃料电池中a 极的电极反应式: 此时电池内总的反应式:4 下图为氢氧燃料电池原理示意图,按照此图的提示,下列叙述不正确的是( )A. a 电极是负极B. b 电极的电极反应为:===---e OH 44↑+222O O H C. 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源D. 氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置5. 有a 、b 、c 、d 四种金属,将a 与b 用导线连结起来,浸入电解质溶液中,b 不易腐蚀,将a 、d 分别投入等浓度盐酸中,d 比a 反应剧烈,将铜投入b 的盐溶液里,无明显变化。
如果把铜浸入c 的盐溶液里,有金属c 析出,据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是( ) A. dcab B. dabc C. dbac D. badc6. 将铂丝插入KOH 溶液作电极,然后向两个电极上分别通入甲烷和O 2,可以形成一个原电池。
由于发生的反应类似甲烷的燃烧,所以称作燃料电池,根据两极上反应的实质判断通入甲烷的一极为电池的___极,若反应生成CO 32-和H 2O ,则这一极的电极反应式为___ ______7. 镍氢电池是近年开发出来的可充电电池,它可以取代会产生污染的镍镉蓄电池。
镍氢电池的总反应式是: H 2+2NiO (OH )=2Ni (OH )2。
根据此反应式判断,下列叙述正确的是( ) A. 电池放电时,镍元素被氧化B. 电池放电时,氢是负极反应物,被氧化C. 电池放电时,电子流入H 2极D. 电池放电时,氢是正极反应物,被还原8. 铅蓄电池可放电亦可充电,它是用硬橡胶或透明塑料制成方形外壳,在正极板上有一层棕褐色的 ,负极板是海绵状的 ,两极均浸入 溶液中,且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。