2018-2019學年高中化學 第2章 化學反應與能量 第二節(jié) 第1課時 化學能轉化為電能學案 新人教版必修2.docx

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第1課時化學能轉化為電能1能舉例說明化學能轉化成電能的實例并了解其應用。2理解原電池工作原理。3會寫簡單的電極反應式。一、一次能源和二次能源分類定義實例一次能源直接從自然界取得的能源流水、風力、原煤、石油、天然氣、天然鈾礦等二次能源一次能源經加工、轉換得到的能源電力、蒸汽等其中電能是應用最廣泛、使用最方便、污染最小的二次能源。二、化學能轉化為電能1化學能轉化為電能的兩種方式(1)火電(火力發(fā)電)：化學能熱能機械能電能；缺點：污染環(huán)境、低效。(2)原電池：將化學能直接轉化為電能；優(yōu)點：清潔、高效。2原電池(1)實驗：實驗裝置實驗現(xiàn)象鋅片：溶解銅片：有氣泡產生電流表：指針偏轉結論有電流產生，裝置中化學能轉化為電能(2)工作原理：負極正極電池反應：2HZn=Zn2H2(3)電子的流向：電子由負極經導線流向正極。(4)反應本質：原電池反應的本質是氧化還原反應。1(2018寧夏育才中學期中)在下列能源中，屬于二次能源的是()A風力B原煤C石油D電力解析：風力是直接取自自然界沒有經過加工轉換的資源，是一次能源，A錯誤；煤是直接從地下挖來的，是一次能源， B錯誤；天然氣、原煤和石油是三大化石燃料，是一次能源，C錯誤；我們生活中所使用的電力都是通過其他形式的能源轉化而來的，是二次能源，D正確。答案：D2(2018寧夏育才中學期中)下列各裝置中，能構成原電池的是()解析：原電池的構成條件：活潑性不同的兩個電極、電解質溶液、閉合回路、自發(fā)的氧化還原反應，四個條件缺一不可。A兩個電極相同，不能構成原電池，A錯誤；B符合原電池構成要素，B正確；酒精為非電解質，不能構成原電池，C錯誤；不能形成閉合回路，D錯誤。答案：B3關于如圖所示裝置的敘述，錯誤的是()A鋅是負極，其質量逐漸減小B氫離子在銅表面被還原C電流從鋅片經導線流向銅片D電子從鋅片經導線流向銅片解析：由圖可知Zn為負極，其與H2SO4反應而溶解，Cu為正極，H在正極被還原為H2，電子從鋅片經導線流向Cu，電流方向與電子流動方向相反，從CuZn，故A、B、D三項正確，C項錯誤。答案：C原電池原理1原電池的概念將氧化還原反應釋放的能量直接轉變?yōu)殡娔艿难b置叫原電池。2原電池的工作原理，電極名稱及電極反應原電池原理示意圖：3原電池正負極的判斷方法4原電池構成的條件(1)有能夠自發(fā)進行的氧化還原反應沒有氧化還原反應，就不可能有原電池，換句話說，任何氧化還原反應，理論上都可以設計成原電池。(2)有電解質溶液參與電解質的作用主要有兩個：一是導電，二是參與電極反應。(3)有適當?shù)碾姌O材料，組成閉合回路通常是用金屬材料或石墨作電極(能與水劇烈反應的金屬不能作電極，如鈉等)。電極的重要作用是提供電子轉移的場所，使電極反應得以順利進行。金屬可以參與電極反應(如銅鋅原電池中的鋅)，也可以不參與電極反應(如氫氧燃料電池中的鉑電極)。中學中常見的原電池大多是由活潑性不同的兩種金屬作電極，其中較活潑的金屬作負極，它既作電極，又同時作還原劑。(2018遼寧六校協(xié)作體期中)某學習小組為研究電化學原理，設計如圖裝置。下列敘述不正確的是()Aa和b不連接時，鐵片上會有金屬銅析出Ba和b用導線連接時，銅片上發(fā)生的反應為Cu22e=CuC無論a和b是否用導線連接，鐵片均溶解，溶液從藍色逐漸變成淺綠色Da和b用導線連接時，鐵片上發(fā)生還原反應，溶液中SO向銅電極移動【解析】a和b不連接時，由于金屬活動性FeCu，所以在鐵片上會發(fā)生反應：FeCu2=Fe2Cu，在鐵片上有金屬銅析出，A正確；a和b用導線連接時，形成了原電池，Cu作原電池的正極，在銅片上發(fā)生的反應為Cu22e=Cu，B正確；無論a和b是否連接，F(xiàn)e都會失去電子，變?yōu)镕e2，而Cu2會得到電子變?yōu)镃u，所以鐵片均會溶解，溶液從藍色逐漸變成淺綠色，C正確；a和b用導線連接后，鐵作負極，銅作正極，鐵片上發(fā)生氧化反應，溶液中硫酸根離子向鐵電極移動，D錯誤?！敬鸢浮緿如圖所示，兩電極a為碳棒，b為鐵片，若電流表的指針發(fā)生偏轉，且a極上有大量氣泡生成，則以下敘述正確的是()Aa為負極，燒杯中的溶液為稀硫酸Bb為負極，燒杯中的溶液為硫酸銅溶液Ca為正極，燒杯中的溶液為稀硫酸Db為正極，燒杯中的溶液為硫酸銅溶液解析：由題意可知a為正極，b為負極，a極有氣體產生，故電解質應為稀硫酸，故選C項。答案：C原電池原理的應用1比較金屬的活動性強弱原電池中，一般活動性強的金屬為負極，活動性弱的金屬為正極，即活動性：負極(金屬)正極(金屬)。2加快氧化還原反應速率實驗室用Zn和稀H2SO4反應制H2，常用粗鋅，它產生H2的速率快。原因是粗鋅中的雜質和鋅、稀H2SO4形成原電池、加快了鋅的腐蝕，使產生H2的速率加快。也可以往溶液中滴入CuSO4溶液，Zn與CuSO4反應置換出Cu附著在鋅片上形成原電池加快反應速率。3設計原電池(1)依據(jù)：已知一個氧化還原反應，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負極材料(或在負極上被氧化)，氧化劑(電解質溶液中的陽離子)在正極上被還原。(2)實例：以FeCuSO4=CuFeSO4為例鐵及鐵的化合物應用廣泛，如FeCl3可用作催化劑，印刷電路腐蝕劑和外傷止血劑等。(1)寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式_。(2)若將(1)中反應設計成原電池，請畫出電池的裝置圖，分別標出正負極，并寫出電極反應式。負極反應_，正極反應_?！窘馕觥縁eCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的反應即是Fe3與Cu之間的氧化還原反應，故離子反應方程式為2Fe3Cu=2Fe2Cu2。據(jù)此反應可知，氧化反應為Cu2e=Cu2，Cu失去電子作還原劑，Cu為負極；還原反應為2Fe32e=2Fe2，F(xiàn)e3在正極上得到電子被還原，故必須選擇活潑性比銅弱的金屬或惰性電極(如石墨)作正極。因為電解質溶液中的陽離子得到電子，故電解質溶液必須是含F(xiàn)e3的溶液，如FeCl3溶液。【答案】(1)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(2)裝置見下圖Cu2e=Cu22Fe32e=2Fe2(2018南陽市第一中學月考)下列有關原電池的說法中，正確的是()A鋁片和鎂片用導線連接后插入NaOH溶液中，鎂片較活潑，作負極B鋁片和銅片用導線連接后插入濃硝酸中，銅作負極C鍍鋅鐵和鍍錫鐵的鍍層破損后，前者較易被腐蝕D將反應2Fe3Fe=3Fe2設計為原電池，則可用鋅片作負極，鐵片作正極，F(xiàn)eCl3溶液作電解質解析：鋁片和鎂片用導線連接后插入NaOH溶液中，鋁可以與NaOH溶液反應，而鎂片與NaOH溶液不反應，所以鋁作負極，A錯誤；鋁片和銅片用導線連接后插入濃硝酸中，鋁發(fā)生鈍化，銅能與濃硝酸反應，所以銅作負極，B正確；鍍鋅鐵和鍍錫鐵的鍍層破損后，前者鋅鐵形成原電池，鋅作負極被腐蝕從而保護鐵，而錫鐵原電池，鐵的活潑性強于錫，鐵作負極易被腐蝕，所以后者較易被腐蝕，C錯誤；鋅片作負極，鐵片作正極，F(xiàn)eCl3溶液作電解質形成的原電池中，鋅參與反應生成鋅離子，與2Fe3Fe=3Fe2 的設計目標不符，D錯誤。答案：B1.下列關于能源的敘述正確的是()A火力發(fā)電得到的電能是一級能源B石油是二級能源C天然氣是一級能源D電解水產生的H2屬于一級能源解析：只有直接從自然界中取得的能源才屬于一級能源，石油和天然氣應是一級能源；火力發(fā)電得到的電能是由其他能源(如煤、石油等)產生的，屬于二級能源；電解水產生的H2屬于二級能源。答案：C2(2018西安市鐵一中期中)在理論上可設計成原電池的化學反應是()AC(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H0BBa(OH)28H2O(s)2NH4Cl(s)=BaCl2(aq)2NH3(g)10H2O(l)H0CCaC2(s)2H2O(l)=Ca(OH)2(s)C2H2(g)H0DCH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)HY解析：根據(jù)圖片知該裝置是原電池，外電路中電子從X電極流向Y電極，電流的流向與此相反，即Y外電路X，A項錯誤；原電池中較活潑的金屬作負極，較不活潑的金屬或導電的非金屬作正極，若兩電極分別為Fe和碳棒，則Y為碳棒，X為Fe，B項錯誤；X是負極，負極上發(fā)生氧化反應；Y是正極，正極上發(fā)生還原反應，C項錯誤；原電池中較活潑的金屬作負極，較不活潑的金屬或導電的非金屬作正極，該原電池中X是負極，Y是正極，所以若兩電極都是金屬，則它們的活動性順序為XY，D項正確。答案：D6(2018西安市鐵一中期中)X、Y、Z、W四塊金屬分別用導線兩兩相連浸入稀硫酸中組成原電池，X、Y相連時，X為負極；Z、W相連時，電流方向是WZ；X、Z相連時，Z極上產生大量氣泡，W、Y相連時，W極發(fā)生氧化反應。據(jù)此判斷四種金屬的活動順序是()AXZWYBZXYWCXYZWDYWZX解析：在原電池中，活潑金屬作為電池的負極，失去電子發(fā)生氧化反應；不活潑的金屬作為電池的正極，得到電子發(fā)生還原反應。電子由負極經導線流向正極，與電流的方向相反。X、Y相連時，X為負極，則活潑性XY；Z、W相連時，電流方向是WZ，則活潑性ZW；X、Z相連時，Z極上產生大量氣泡，則活潑性XZ；W、Y相連時，W極發(fā)生氧化反應，則WY。故金屬的活潑性順序是XZWY。答案：A7如圖所示，A、B、C三個燒杯中分別盛有相同物質的量濃度的稀H2SO4。(1)A中反應的離子方程式為_。(2)B中Sn極的電極反應式為_；Sn極附近溶液的pH_(填“增大”“減小”或“不變”)。(3)C中先被溶解的金屬是_，總反應式為_。比較A、B、C中鐵被溶解的速率由快到慢的是_。解析：A中Fe直接與稀H2SO4接觸，發(fā)生氧化還原反應，置換出H2；B中用Sn和Fe及稀H2SO4構成原電池，F(xiàn)e作負極，Sn作正極，溶液中H在Sn表面上得到電子，電極反應為2H2e=H2，故Sn極附近溶液中的H的物質的量濃度減小，pH增大；C中由Zn和Fe，稀H2SO4構成原電池，Zn作負極，電極反應為Zn2e=Zn2，而使Zn逐漸溶解，F(xiàn)e作正極，電極反應為2H2e=H2，總反應式為Zn2H=Zn2H2。構成原電池可加快反應速率，故A、B、C中鐵被溶解的速率由快到慢的是BAC。答案：(1)Fe2H=Fe2H2(2)2H2e=H2增大(3)ZnZn2H=Zn2H2BAC8由銅片、鋅片和100 mL硫酸銅溶液組成的原電池工作一段時間后，銅片質量增加了12.8 g，且溶液恰好變?yōu)闊o色。假設鋅片上沒有銅析出，試計算：(1)鋅片質量減輕了多少克？(2)共有多少個電子流過外電路？(3)原硫酸銅溶液的物質的量濃度是多少？解析：溶液恰好變?yōu)闊o色，說明Cu2已完全反應。析出12.8 g Cu為0.2 mol，據(jù)Cu22e=Cu知Cu2得到電子數(shù)為0.2 mol20.4 mol，其個數(shù)為0.4 mol6.021023 mol12.4081023。Zn2e=Zn2，由失電子0.4 mol可計算參加反應的Zn的物質的量為0.2 mol，其質量為0.2 mol65 g/mol13 g。原CuSO4溶液的物質的量濃度為2 mol/L。答案：(1)13 g(2)2.4081023(3)2 mol/L1下列說法中正確的是()A任何化學反應都能設計成原電池B原電池兩極均發(fā)生還原反應C原電池中的陽離子向負極移動D把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，加入幾滴氯化銅溶液，氣泡放出速率加快解析：氧化還原反應能設計成原電池，復分解反應中不存在電子轉移，復分解反應不能設計成原電池，A項錯誤；原電池負極上失電子而被氧化，正極上得電子發(fā)生還原反應，B項錯誤；原電池放電時，電解質溶液中陽離子向正極移動，C項錯誤；把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，加入幾滴氯化銅溶液，Zn置換出Cu，形成銅鋅原電池，加快反應速率，所以氣泡放出速率加快，D項正確。答案：D2如圖所示，杠桿AB兩端分別掛有體積相同、質量相等的空心銅球和空心鐵球，調節(jié)杠桿并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入濃CuSO4溶液，一段時間后，下列有關杠桿的偏向判斷正確的是(實驗中不考慮兩球的浮力變化)()A杠桿為導體或絕緣體時，均為B端高A端低B杠桿為導體或絕緣體時，均為B端低A端高C當杠桿為導體時，B端低A端高；杠桿為絕緣體時，B端高A端低D當杠桿為導體時，B端高A端低；杠桿為絕緣體時，B端低A端高解析：當杠桿為導體時，構成原電池。由于金屬活動性FeCu，所以鐵球是負極，失去電子，發(fā)生氧化反應，鐵球質量減少。銅球是正極，溶液中的銅離子在銅球一端得到電子析出，銅球質量增加，杠桿B端低A端高；當杠桿為絕緣體時，鐵與硫酸銅溶液發(fā)生置換反應生成銅和硫酸亞鐵，鐵球的質量增加，銅球的質量不變，因此當杠桿為絕緣體時，B端高A端低，故選C項。答案：C3一位患者鑲了兩顆假牙，其中一顆是黃金的，另一顆是不銹鋼的。自鑲上假牙后，他時感頭疼，心情煩躁，多次治療未見好轉。如果你是醫(yī)生，下列方法不能治療其疾病的是()A將金假牙改為鋁質假牙B將兩顆假牙都做成不銹鋼的C將兩顆假牙都做成黃金的D將兩顆假牙都做成特殊樹脂的解析：患者的情況說明是由于兩顆假牙與口腔中電解質形成了原電池，兩個假牙作電極，若將金假牙改為鋁質，仍能形成原電池，不能治療其疾病，而B、C、D項調換后不再形成原電池，可治療其疾病，故選A。答案：A4(2018玉溪第一中學月考)下圖裝置中，a為活動性比氫強的金屬，b為碳棒，關于此裝置的敘述不正確的是()A碳棒上有氣體放出，溶液的pH增大Ba是正極，b是負極C導線中有電子流動，電子從a極流到b極Da極上發(fā)生了氧化反應解析：該裝置為原電池，活動性比氫強的金屬a為原電池的負極，負極失去電子，發(fā)生氧化反應，正極得到電子，電子從a極流到b極，碳棒上的H得到電子產生氫氣，即碳棒上有氣體放出，H不斷消耗，溶液的pH增大，故A、C、D正確，B錯誤。 答案：B5某化學興趣小組為了探究鋁電極在電池中的作用，設計并進行了以下一系列實驗，實驗結果記錄如下表：編號電極材料電解質溶液電流計指針偏轉方向1Mg、Al稀鹽酸偏向Al2Al、Cu稀鹽酸偏向Cu3Al、C(石墨)稀鹽酸偏向石墨4Mg、Al氫氧化鈉溶液偏向Mg5Al、Zn濃硝酸偏向Al試根據(jù)表中的實驗現(xiàn)象回答下列問題：(1)實驗1、2中Al所作的電極(正極或負極)_(填“相同”或“不相同”)。(2)對實驗3完成下列填空：鋁為_極，電極反應式為_；石墨為_極，電極反應式為_；電池總反應式為_。(3)實驗4中鋁作_極，理由是_，寫出鋁電極的電極反應式_。(4)解釋實驗5中電流計指針偏向鋁的原因_。(5)根據(jù)實驗結果總結出影響鋁在原電池中作正極或負極的因素_。解析：在稀鹽酸中Mg比Al活潑，Mg作原電池的負極，Al作正極，電流計指針偏向Al；在稀鹽酸中Al比Cu活潑，Al作負極，Cu作正極，電流計指針偏向Cu。由此可知，在這里的原電池中電流計指針是偏向于正極。實驗3中電流計指針偏向石墨，由上述規(guī)律可知，在該原電池中鋁作負極、石墨作正極。化學反應是2Al6H=2Al33H2。在氫氧化鈉溶液中Al能與NaOH發(fā)生氧化還原反應而Mg不能與NaOH反應，所以Al作負極，Mg作正極。鋁在濃HNO3中被鈍化，鋅在濃HNO3中被氧化，Zn作負極，Al作正極，所以在實驗5中電流計指針偏向鋁。答案：(1)不相同(2)負2Al6e=2Al3正6H6e=3H22Al6HCl=2AlCl33H2(3)負鋁可以與氫氧化鈉溶液發(fā)生氧化還原反應，而Mg與氫氧化鈉溶液不發(fā)生反應Al3e4OH=AlO2H2O(4)鋁在濃硝酸中鈍化，鋅在濃硝酸中被氧化，Zn作原電池的負極，Al作原電池的正極，所以電流計指針偏向鋁(5)另一個電極材料的活潑性；鋁電極與電解質溶液能否發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應