专题05 化学能与电能(教材深度精讲)-【核心素养系列】2022-2023学年高一化学知识整合讲练(人教版2019必修第二册)

2023-02-20
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专题05 化学能与电能(教材深度精讲) 【核心素养分析】 1、宏观辨识与微观探析:能辨识简单原电池的构成要素,并能分析原电池的工作原理。 2、变化观念与平衡思想:认识原电池反应的本质是自发的氧化还原反应;并伴有能量的转化;能多角度、动态地分析原电池中物质的变化及能量的转换。 3、证据推理与模型认知:能利用典型的原电池装置,分析原电池原理,建立解答原电池问题的思维模型,并利用模型揭示其本质及规律。 4、科学态度与社会责任:能举例说明化学电源对提高生活质量的重要意义。 【知识导图】 【目标导航】 高考对本专题的考查主要围绕着原电池工作原理及应用进行命题。往往以新型能源电池或燃料电池为载体,考查电极的判断、电极反应的书写、电子或电流的方向、判断金属活动性强弱、设计原电池、溶液pH的变化或计算,或应用电化学原理解释某些化学现象等。本节主要以选择题、填空题形式出现,分值选择题4-6分,填空题2-4分。 【重难点精讲】 一、火力发电——化学能间接转化为电能 1.火力发电的原理:通过化石燃料燃烧,使化学能转化为热能,加热水使之汽化为蒸汽 以推动蒸汽轮机,带动发电机发电。 2.能量转化过程: 3.火力发电的弊端 ①化石燃料属于不可再生能源,用化石燃料发电会造成能源的浪费。 ②火力发电的过程中,能量经过多次转化,利用率低,能量损失大。 ③化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如S02、C0、N0x、粉尘等),污染环境。 二、原电池——化学能直接转化为电能 1、原电池的定义:将化学能转变为电能的装置叫做原电池。  2、原电池的工作原理  (1)【实验6-3】(必修第二册,P36) 实验装置 实验原理 锌片(负极):Zn-2e-=Zn2+(氧化反应);铜片(正极):2H++2e-=H2↑(还原反应); 总反应:2H++Zn=H2↑+Zn2+(工作原理如上右图) 实验用品 锌片、铜片、稀硫酸;导线、电流表、烧杯。 实验步骤 (1)将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中,观察现象。 (2)用导线连接锌片和铜片,观察、比较导线连接前后的现象 (3)如图所示,用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表,观察电流表的指针是否偏转。 实验现象 (1)当锌片与铜片插入稀硫酸时,锌片上有气泡产生,铜片上无气泡产生; (2)当用导线将锌片和铜片相连后,铜片上有气泡产生: (3)串联电流表后,电流表指针发生偏转。 实验结论 锌--铜--稀硫酸构成了原电池装置,产生了电流,化学能转化为电能。 实验说明 形成原电池后锌片表面有少量气体产生,可能原因:一是锌片不纯,自身构成了微电池;二是锌片与H+直接接触发生氧化还原反应产生 H2(化学能转化为电能损耗)。 归纳总结:   电极材料 电极名称 电子转移 电极反应式 反应类型 锌 负极 电子流出 Zn-2e-===Zn2+ 氧化反应 铜 正极 电子流入 2H++2e-===H2↑ 还原反应 总离子反应式 Zn+2H+===Zn2++H2↑ 注:(1)原电池工作原理相当于将氧化还原反应中电子通过用电器转移,产生电能,因此原电池的作用为将化学能转化成电能。 (2)电子的流向:电子由负极经导线流向正极。反应本质:原电池反应的本质是氧化还原反应。 (3)离子移动方向:阴离子向负极移动(如SO),阳离子向正极移动(如Zn2+和H+,溶液中H+在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。 3、原电池的组成条件 (1)一看反应:看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。 (2)二看两电极:一般是活泼性不同的两电极,提供两个活泼性不同的电极,分别作负极和正极。 注:a、负极:活泼性强的金属,该金属失电子,发生氧化反应。   b、正极:活泼性弱的金属或非金属(常用碳棒、石墨),该电极上得电子,发生还原反应。 c、得失电子的反应为电极反应,上述原电池中的电极反应为:   负极:Zn-2e-=Zn2+   正极:2H++2e-=H2↑,总反应:Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ (3)三看是否形成闭合回路,形成闭合回路需三个条件: ①电解质溶液; ②两电极直接或间接接触; ③两电极插入电解质溶液中。 注:电源内部电解质溶液中,阳离子移动的方向即是电流的方向,所以阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。 4、原电池的正、负极的判断方法 (1)根据电极材料:较活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 (2)根据电流方向或电子流动方向:电流是由正极流向负极的,电子是由负极流向正极的。 (3)根据离子移动方向:阳离子移向正极,阴离子移向负极。 (4)根据电极反应类型:发生氧化反应的为负极,发生还原反应的为正极。 (5)根据电极上反应现象:如电极粗细的变化

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