17 第2章 第3节 第3课时 原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课)-【名师导航】2024-2025学年高中化学必修第二册同步课件(鲁科版)

第3课时　原电池电极反应式的书写、 化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) 第2章　化学键　化学反应规律 第2节　化学反应与能量转化 探究要点 典例导航 电极反应与电池总反应的书写步骤、技巧以及注意事项 1．电极反应式书写的一般步骤 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) 2．书写技巧 (1)拆分法 若已知电池的总反应方程式，先分析元素化合价，确定正、负极的反应物和生成物以及电子转移数目，将氧化还原反应拆分为氧化反应(负极发生氧化反应)和还原反应(正极发生还原反应)，根据电荷守恒、原子守恒配平，从而得出正、负极的电极反应式。 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) (2)加减法 正极反应式加负极反应式等于总反应式，如果已知电池的总反应式，要求写出电极反应式，可以先写出较易写出的电极反应式，然后用总反应式减去较易写出的电极反应式，即可得出较难写出的复杂的电极反应式。 如：CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中，利用总反应式与易写的正极反应式得出负极反应式。 总反应式：CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O 正极反应式：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O 负极反应式：CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋ 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) 3．注意事项 (1)两电极得失电子数目相等。 (2)电极反应式常用“===”而不用“―→”表示。 (3)电极反应式中若有气体生成，需要加“↑”；而弱电解质或难溶物均以化学式表示，其余用离子符号表示。 (4)书写电极反应式时要保证电荷守恒、原子守恒，可在电极反应式一端根据需要添加H＋、OH－或H2O。 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) 现有以下两种乙醇(C2H5OH)燃料电池。按要求回答下列问题。 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) (1)碱性乙醇燃料电池 ①碱性乙醇燃料电池中，电池的总反应为______________________ ________________________，电极a上发生的电极反应为____________________________________________。 ②在碱性乙醇燃料电池中，消耗5.6 L(标准状况下)的氧气，电路中有________ mol的电子发生了转移。 ③开始放电时，正极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 C2H5OH＋3O2＋ ＋5H2O C2H5OH－12e－＋＋11H2O 1 增大 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) (2)酸性乙醇燃料电池中，电极b上发生的电极反应为_______________________。 O2＋4H＋＋4e－===2H2O 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) [解析]　(1)①在碱性环境中二氧化碳与氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，碱性乙醇燃料电池的总反应为C2H5OH＋3O2＋＋5H2O；电极a是负极，电极反应为C2H5OH－12e－＋＋11H2O。②在碱性乙醇燃料电池中，消耗5.6 L(标准状况下)的氧气即＝0.25 mol，转移电子的物质的量为0.25 mol×4＝1 mol。③放电时，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，所以正极附近溶液的pH增大。 (2)酸性乙醇燃料电池中，电极b为正极，其电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。 1．纽扣电池可作计算器、电子表等的电源。有一种纽扣电池，其电极分别为Zn和Ag2O，用KOH溶液作电解质溶液，电池的总反应为Zn＋Ag2O===2Ag＋ZnO。关于该电池的下列叙述不正确的是(　　) A．正极反应为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－ B．Zn极发生氧化反应，Ag2O极发生还原反应 C．使用时电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，Zn是负极 D．使用时溶液中电流的方向是由Ag2O极流向Zn极 √ 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) D　[银元素的化合价降低被还原，Ag2O为正极，正极反应为Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，故A正确；Zn失电子作负极，发生氧化反应，Ag2O得电子作正极，发生还原反应，故B正确；Zn作负极，Ag2O作正极，所以电子由Zn极经外电路流向Ag2O极，C正确；溶液中是离子的定向移动形成电流，使用时溶液中电流的方向是由Zn极流向Ag2O极，故D不正确。] 2．(1)用KOH溶液作电解质，发生反应2H2＋O22H2O，构成燃料电池，则负极通的应是________，正极通的应是________，电极反应式分别为____________________________________________、 _________________________________________________________。 (2)如把KOH溶液改为稀H2SO4作电解质溶液，则电极反应式为_________________________、_____________________________。 H2 O2 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) (3)如把H2改为甲烷，KOH作电解质，则电极反应式为_________________________________________________________、______________________________________________。 负极：CH4＋10OH－－＋7H2O 正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) [解析]　根据电池反应式可知，H2在反应中被氧化，O2被还原，因此H2应在负极上反应，O2应在正极上反应。又因为是碱性溶液，此时应考虑不可能有H＋参加或生成，故负极反应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。若将电解质溶液换成酸性溶液，此时应考虑不可能有OH－参加或生成，故负极反应为2H2－4e－===4H＋，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。如把H2改为甲烷，用KOH作电解质，则CH4在负极发生氧化反应，O2在正极发生还原反应，由于有KOH存在，负极生成的CO2与OH－结合生成。 化学反应速率和化学平衡图像题的解题“三步骤” 1．看图像 一看面(即纵坐标与横坐标的意义)，二看线(即线的走向和变化趋势)，三看点(即起点、折点、交点、终点)，四看辅助线(如等温线、等压线、平衡线等)，五看量的变化(如浓度变化、温度变化等)。 2．想规律 联想外界条件的改变对化学反应速率和化学平衡的影响规律。 3．做判断 根据图像与所学规律相结合，作出判断。 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) 某温度时，在一个10 L恒容容器中，X、Y、Z均为气体，三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示。根据图中数据填空： 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) (1)该反应的化学方程式为__________________________________。 (2)反应开始至2 min，以气体X表示的平均反应速率为___________ _________________。 (3)平衡时容器内气体的压强与起始时比________(填“变大”“变小”或“相等”，下同)，混合气体的密度与起始时比________。 (4)a mol X与b mol Y的混合气体发生上述反应，反应到某时刻各物质的量恰好满足：n(X)＝n(Y)＝2n(Z)，则原混合气体中a∶b＝________。 3X(g)＋Y(g)⥫⥬2Z(g) 0.015 mol/(L·min) 变小 相等 7∶5 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) [解析]　(1)根据图像可知，X和Y的物质的量减小，说明是反应物，Z的物质的量增大，说明是生成物，化学反应速率之比等于系数之比，同时间同体积，物质的量变化之比等于系数之比，即三者物质的量的变化为(1－0.7)∶(1－0.9)∶0.2＝0.3∶0.1∶0.2＝3∶1∶2，反应的化学方程式为3X(g)＋Y(g)⥫⥬2Z(g)。(2)v(X)＝ mol/(L·min) ＝0.015 mol/(L·min)。(3)根据化学方程式可知，平衡时容器内气体的压强与起始时相比变小；组分都是气体，容积不变，气体的质量不变，因此反应前后气体密度相等。 (4)设X的变化量为3x mol，则： 　　　　　　　3X(g)　＋　Y(g)⥫⥬2Z(g) 起始量/mol　　a　　　　　 b　　　 0 变化量/mol　　3x　　　　　x　　　 2x 某时刻量/mol　a－3x　　　 b－x　　2x 因n(X)＝n(Y)＝2n(Z)，则有a－3x＝4x，b－x＝4x，解得a＝7x，b＝5x，因此a∶b＝7x∶5x＝7∶5。 1．(双选)CaCO3与稀盐酸反应(放热反应)生成CO2的物质的量与反应时间的关系如图所示。下列结论不正确的是(　　) A．反应开始4 min内温度对反应速率的影响比浓度大 B．一段时间后，反应速率减小的原因是c(H＋)增大 C．反应在2～4 min内平均反应速率最大 D．反应在2～4 min内生成CO2的平均反应 速率为v(CO2)＝0.06 mol·L-1·s-1 √ √ 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) BD　[随着反应进行c(H＋)减小，而前4 min内反应速率变大，根据反应是放热反应，可推出前4 min内温度对反应速率的影响比浓度大，A项正确，B项错误；在2～4 min内n(CO2)的变化量最大(或由曲线的斜率最大)，可判断出平均反应速率最大，C项正确；由题意及图可知，该题容器体积未知，故不能计算出反应速率，D项错误。] 2．一定温度下，向容积为2 L的恒容密闭容器中通入两种气体发生化学反应生成另外两种气体，反应中各物质的物质的量变化如图所示，对该反应的推断合理的是(　　) A．该反应的化学方程式为3B(g)＋4D(g)⥫⥬6A(g)＋2C(g) B．0～1 s内，v(A)＝v(D) C．0～6 s内，B的平均反应速率为 D．6 s时，各物质的反应速率相等 √ 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) C　[根据题图可知，B、C是反应物，A、D是生成物，0～6 s内Δn(A)＝(1.2－0)mol＝1.2 mol、|Δn(B)|＝(1.0－0.4)mol＝0.6 mol、|Δn(C)|＝(1.0－0.2)mol＝ 0.8 mol、Δn(D)＝(0.4－0)mol＝0.4 mol，相同时间内A、B、C、D的系数之比等于其物质的量变化量之比＝1.2 mol∶0.6 mol∶0.8 mol∶0.4 mol＝6∶3∶4∶2，所以该反应的化学方程式为3B(g)＋4C(g)⥫⥬6A(g)＋2D(g)，A不合理；同一段时间内，各物质的反应速率之比等于其系数之比，所以0～1 s内，v(A)＝3v(D)，B不合理；反应进行到6 s时，v(B)＝ mol·L-1·s-1＝，故C合理；反应达到平衡状态时，各物质的反应速率之比等于其系数之比，各物质的系数不等，所以各物质的化学反应速率不等，D不合理。] 知能反馈 随堂评估 √ 2 4 3 题号 1 1．在如图所示的装置中，电流表指针发生偏转。下列说法错误的是(　　) A．铁是负极，发生氧化反应Fe－2e－===Fe2+ B．溶液中Cu2+向银电极移动 C．一段时间后，银电极质量会增加 D．该装置发生的反应为Fe＋2Ag＋===Fe2+＋2Ag 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) 2 4 3 题号 1 D　[该装置中Fe失电子作负极，发生氧化反应，电极反应为Fe－2e－===Fe2+，故A正确；Cu2+向正极银电极移动，故B正确；Ag作正极，电极反应为Cu2+＋2e－===Cu，一段时间后，银电极质量会增加，故C正确；该装置发生的反应为Fe＋Cu2+===Fe2+＋Cu，故D错误。] 2 3 题号 1 4 √ 2．一种锂-空气电池如图所示。当电池工作时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是(　　) A．锂电极发生氧化反应 B．多孔碳材料电极为负极 C．电池工作时外电路电子由多孔碳材料 电极流向锂电极 D．正极的电极反应为O2＋4e－===2O2- 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) 2 3 题号 1 4 A　[电池放电时，Li转化为Li＋，锂电极发生氧化反应，A正确；放电时，多孔碳材料电极为正极，B错误；放电时，Li转化为Li＋，电子经外电路从锂电极流向多孔碳材料电极，C错误；正极的电极反应为2Li＋＋2e－＋O2===Li2O2－x，D错误。] 2 3 题号 4 1 √ 3．(双选)在一密闭容器中放入1 mol X，进行可逆反应2X(g)⥫⥬3Y(g)，反应过程中的反应速率(v)与时间(t)的变化关系如图所示，下列叙述正确的是 (　　) A．t1时，只有正反应在进行 B．t2～t3时间段，反应达到平衡 C．t2时，容器内有1.5 mol Y D．t2～t3时间段，X、Y的物质的量均没有发生变化 √ 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) 2 3 题号 4 1 BD　[t1时，正、逆反应速率都大于零，反应仍在进行，A项错误； t2～t3时间段反应达到平衡，正、逆反应速率都大于零，反应仍在进行，X、Y的物质的量均没有发生变化，B、D项正确；t2时，反应达到平衡，但X未完全转化为Y，故Y小于1.5 mol ，C项错误。] 2 4 3 题号 1 4．在2 L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图所示： 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) 2 4 3 题号 1 (1)写出该反应的化学方程式：________________________。 (2)0～10 s内，用X表示的反应速率是______________________。 (3)下列叙述中能说明上述反应达到平衡状态的是________。 a．X与Y的反应速率之比为1∶1 b．混合气体中X的浓度保持不变 c．X、Y、Z的浓度之比为1∶1∶2 X(g)＋Y(g)⥫⥬2Z(g) 0.039 5 mol·L-1·s-1 b 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) 2 4 3 题号 1 (4)为使该反应的反应速率增大，可采取的措施是________。 a．适当降低温度 b．扩大容器的体积 c．充入一定量Z c 探究要点 知能反馈 第3课时　原电池电极反应式的书写、化学反应速率及化学平衡的图像问题(能力课) 2 4 3 题号 1 [解析]　(1)由题图可知该反应的反应物为X和Y，生成物为Z，0～10 s内，|Δn(X)|＝1.20 mol－0.41 mol＝0.79 mol，|Δn(Y)|＝1.00 mol－0.21 mol＝0.79 mol，Δn(Z)＝1.58 mol，所以|Δn(X)|∶|Δn(Y)|∶Δn(Z)＝1∶1∶2，该反应的化学方程式为X(g)＋Y(g)⥫⥬2Z(g)。(2)0～10 s内，|Δn(X)|＝0.79 mol，用X表示的反应速率为0.039 5 mol·L-1·s-1。(3)X与Y的反应速率之比为1∶1，没有说明反应方向，不能说明正反应速率＝逆反应速率，故a错误；混合气体中X的浓度保持不变，能说明反应达到平衡状态，故b正确；X、Y、Z的浓度之比为1∶1∶2，不能说明各组分浓度不再改变，故c错误。(4)适当降低温度，反应速率减小，故a错误；扩大容器的体积，反应物浓度减小，反应速率减小，故b错误；充入一定量Z，增大了Z的浓度，反应速率增大，故c正确。 $$