自主学习系列丛书-高一暑假化学创新作业(人教版必修二)：第二章-化学反应与能量-第二节-化学能与电能

知识归纳一、化学能转化为电能化学能转化为电能的不同方式（1）火力发电：火力发电是通过化石燃料燃烧（发生氧化还原反应），经过一些的能量转化，使化学能最终转化为电能。转化的过程为：化学能热能机械能电能。（2）原电池：一种将氧化反应和还原反应分开在不同区域进行的装置，可以将化学能直接转化为电能，还可以将氧化还原反应的能量储存起来。【实验2-4】原电池实验探究【分析】当把用导线连接的锌片和铜片一同浸入稀硫酸中时，由于锌比铜活泼，容易失去电子，锌被氧化成Zn2+而进入溶液，电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中的H+从铜片获得电子被还原成氢原子，氢原子再结合成氢分子从铜片上逸出。这一变化过程可以表示如下：锌片：Zn-2e-=Zn2+(氧化反应）铜片：2H++2e-=H2↑（还原反应）总反应：Zn＋2H+=Zn2++H2↑=1\*GB3①原电池的定义：将化学能转变为电能的装置叫做原电池。=2\*GB3②原电池的电极：负极：发生氧化反应，电子流出（流向正极）的一极。正极：发生还原反应，电子流入（来自负极）的一极。=3\*GB3③原电池的构成条件：有两种活动性不同的金属（或一种是非金属导体）作电极。电极材料均插入电解质溶液中（能自发进行氧化还原反应）。两极相连形成闭合电路。=4\*GB3④原电池工作原理：原电池在工作时负极失去电子，电子通过导线流向正极，溶液中氧化性物质得到电子，发生还原反应，这样，氧化反应和还原反应不断发生，负极不断地失去电子，失去的电子不断地通过导线流向正极，被氧化性物质得到，这样闭合回路中不断有电子产生，也就形成了电流，于是，化学能就转变为电能。二、发展中的化学电源1．酸性锌锰干电池最早使用的是锌锰电池。锌锰电池的电极分别是锌（负极）和碳棒（正极），内部填充的是糊状的MnO2和NH4Cl。电池的两极发生的反应是：负极：Zn－2e-=Zn2+正极：2NH4++2e-=2NH3↑+H2↑MnO2+H2=Mn2O3+H2OZn2++2NH3=［Zn(NH3)2］2+电池总反应式为：Zn+2NH4++MnO2=Mn2O3+H2O+［Zn(NH3)2］2+2．充电电池铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。(1)放电时的反应①负极反应：Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－PbSO4；②正极反应：PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2e－PbSO4＋2H2O；③总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。(2)充电时的反应①阴极反应：PbSO4＋2e－Pb＋SOeq\o\al(2－,4)；②阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)；③总反应：2PbSO4＋2H2O=Pb＋PbO2＋2H2SO4。3．燃料电池（1）氢氧燃料电池（H2|OH-|O2）氢氧燃料电池是一种高效低污染的新型电池，主要用于航天领域。它的电极材料一般为活化电极，如铂电极、活性炭电极等，它们具有很强的催化活性。电解质溶液是质量分数为40%的KOH溶液。电极反应为：负极：2H2+4OH--4e-=4H2O正极：O2+2H2O+4e-=4OH-电池的总反应式为：2H2+O2=2H2O（2）氢氧燃料电池（H2|H+|O2）负极：2H2-4e-=4H+ 正极：O2+4e-+4H+=2H2O 电池的总反应式为：2H2+O2=2H2O素养整合一、单选题：1．下列装置中能构成原电池产生电流的是()2．某原电池，将两金属X、Y用导线连接，同时插入相应的电解质溶液中，发现Y电极质量增加，则可能是下列情况中的()A．X是负极，电解质溶液为CuSO4溶液B．X是负极，电解质溶液为稀H2SO4溶液C．X是正极，电解质溶液为CuSO4溶液D．X是正极，电解质溶液为稀H2SO4溶液3．电子表中电子计算器的电源常用微型银锌原电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，放电时锌极上的电极反应是：Zn+2OH-→Zn(OH)2＋2e-；氧化银电极上的反应式为：Ag2O+H2O+2e-→2Ag+2OH-，总反应式为：Ag2O+H2O+Zn=Zn(OH)2+2Ag。下列说法正确的是()A．锌是正极，氧化银是负极B．锌发生还原反应，氧化银发生氧化反应C．溶液中OH-向正极移动，K+、H+向负极移动D．随着电极反应的不断进行，电解质溶液中KOH的质量分数不断增大4．下列有关原电池的说法中正确的是()A．在内电路中，电子由正极流向负极B．在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极C．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生D．原电池工作时，可能会伴随着热能变化5．下列有关原电池的判断错误的是()①所有金属都能作电极②有活泼性不同的两种金属电极、有电解质溶液、导线就一定能构成原电池，对外放电③原电池放电实现化学能转化为电能④以铁、铜为电极，在稀硫酸溶液中构成原电池，负极反应式为Fe－3e-Fe3+A．①②B．①③C．①②④ D．①②③④6．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，电池总反应式为：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)=Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)，下列说法错误的是()A．电池工作时，锌失去电子B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)+H2O(1)+2e-→Mn2O3(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O.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g7．一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇Y2O3的氧化锆ZrO2晶体，在熔融状态下能传导O2。下列对该燃料电池说法正确的是()A．在熔融电解质中，O2由负极移向正极B．电池的总反应是：2C4H10＋13O28CO2＋10H2OC．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2+2H2O+4e-＝4OH-D．通入丁烷的一极是正极，电极反应为：2C4H10＋26e-＋13O2=4CO2＋5H2O8．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是()A．A>B>C>D>E B．A>C>D>B>EC．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E9．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下 实验装置部分实验现象a极质量减小，b极质量增大b极有气体产生，c极无变化d极溶解，c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()A．a>b>c>dB．b>c>d>aC．d>a>b>c D．a>b>d>c10．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是()A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－6OH－＋3H2↑C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－Fe2+D．④中Cu作正极，电极反应式为2H+＋2e－=H2↑11．关于下图所示的装置的叙述中正确的是()A．铜是正极B．溶液中的Fe3+向铜棒移动C．电子从铜片经导线流向碳棒D．碳棒上有红色铜生成12．如图为氢氧燃料电池原理示意图，根据此图的提示，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4OH－－4e－=2H2O＋O2↑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贮存在电池内的新型发电装置13．某小组为研究电化学原理，设计如下图装置。下列叙述不正确的是()A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu2+＋2e-=CuC．无论a和b是否连接，铁片均会溶解D．a和b用导线连接后，Fe片上发生还原反应，溶液中的Cu2+向铜电极移动14．(2012·大纲全国卷)①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是()A．①③②④B．①③④②C．③④②① D．③①②④15．燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料燃烧原理把化学能直接转化为电能，氢氧燃料电池的基本反应是：X极：eq\f(1,2)O2(g)＋H2O(l)＋2e－2OH－Y极：H2(g)＋2OH－－2e－2H2O(l)下列说法正确的是()A．X是负极B．Y是正极C．Y极上发生还原反应D．Y极上发生氧化反应16．下列叙述是某同学做完铜锌原电池的实验后得出的结论和认识，你认为正确的是()A．构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属B．由铜、锌作为电极与硫酸铜溶液组成的原电池中，铜是负极C．电子沿外导线由锌流向铜，通过硫酸溶液被氢离子得到而放出氢气D．铜锌原电池工作时，若有13g锌被溶解，电路中就有0.4mol电子通过17．人造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池，其电池的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－2Ag＋2OH－。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18．下图为番茄电池，下列说法正确的是()A．一段时间后，锌片质量会变小B．铜电极附近会出现蓝色C．电子由铜通过导线流向锌D．锌电极是该电池的正极19．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是()A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极C．两烧杯中溶液的酸性均减弱D．产生气泡的速度甲比乙慢20．X、Y两根金属棒插入Z溶液中构成下图的装置，实验中电流表指针发生偏转，同时X棒变粗，Y棒变细，则X、Y、Z可能是下列中的()编号XYZAZnCu稀硫酸BCuZn稀硫酸CCuAg硫酸铜溶液DAgZn硝酸银溶液二、非选择题21．某同学为了探究原电池产生电流的过程，设计了如图所示实验。（1）打开开关K，观察到的现象有；写出有关的离子方程式：。简述反应原理：。（2）关闭开关K，观察到的现象可能有；分析反应原理：；若在标准状况下，产生气体体积为3.36L，则转移电子数为；负极为，写出正极反应式：。（3）关闭开关K，如果锌极和铜极都产生气泡，可能的原因是是。如果使用纯锌，其他条件相同，打开K和关闭K产生气泡速率较快的是。（4）根据上述实验，得出如下结论：①构成原电池的条件是；②电极判断的方法之一是；③实验室为了提高锌与稀硫酸反应制氢气速率，可以采用的措施有。22．某化学兴趣小组的同学为了探究铝电极在电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下：编号电极材料电解质溶液电流计指针偏转方向1Mg、Al稀盐酸偏向Al2Al、Cu稀盐酸偏向Cu3Al、C(石墨)稀盐酸偏向石墨4Mg、Al氢氧化钠溶液偏向Mg5Al、Zn浓硝酸偏向Al试根据表中的实验现象回答下列问题：（1）实验1、2中Al所作的电极(正极或负极)(填“相同”或“不相同”)。（2）对实验3完成下列填空：①铝为极，电极反应式：。②石墨为极，电极反应式：。③电池总反应方程式：。（3）实验4中铝作，理由是。写出铝电极的电极反应式：。（4）解释实验5中电流计指针偏向铝的原因。（5）根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素：。知识拓展一、原电池正负极的判断方法1．根据定义判断：电子流出一端是负极，电子流入一端为正极；2．根据电流方向判断：电流是由正极流向负极；3．根据原电池里电解质溶液中离子的定向移动方向判断：在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极；4．根据原电池两极发生的变化来判断：原电池的负极发生氧化反应，正极发生还原反应。5．根据组成原电池两极材料判断：由两种金属(或一种金属与一种非金属)作电极时，一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极；6．依据现象判断（要视具体装置而定）。一般出现溶解的一极为负极，增重或者有气泡放出的一极为正极。二、原电池原理的应用1．用于金属的防护使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。2．设计制作化学电源（1）首先将氧化还原反应分成两个半反应。（2）根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。3．比较金属活动性强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。4．加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。实验拓展例．取长约6cm、宽约2cm的铜片和铝片各一片，分别用接线柱平行地固定在一块塑料板上(间隔2cm)。将铜片和铝片分别和电流表的“＋”、“－”端相连接，电流表指针调到中间位置。取两个50mL的小烧杯，在一个烧杯中注入约40mL的0.5mol·L-1的硫酸溶液，在另一个烧杯中注入40mL的浓硫酸(注：电流表指针的偏转方向与电流方向一致)。试回答下列问题：（1）两电极同时插入稀硫酸中，电流表指针偏向(填“铝”或“铜”)极，铝片上发生的电极反应式为。（2）两电极同时插入浓硝酸中，电流表指针偏向(填“铝”或“铜”)极，此时铝片是(填“正”或“负”)极，铝片上发生的电极反应式为。

第二节化学能与电能参考答案与解析素养整合题序答案解析1BA选项，电极相同不能构成原电池；C选项，酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；D选项，锌与电解质溶液不反应，无电流产生。2AY极质量增加，说明Y极是电池的正极，并且电解质溶液中有氧化性强于H+的离子在阳极得电子而被还原。3D从总反应式可以看出，电池放电时不消耗KOH，但由于水的不断消耗，KOH的质量分数不断增大。4DA选项，内电路中不存在电子的移动；B选项，若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构成的原电池，则负极是铝；C选项，若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正极表面析出铜，没有气泡产生。5C钠、钾、钙等极活泼金属易与水、氧气反应，不能作电极，液态汞本身不能作电极，电极必须是导电的固体，①错误；能放电的原电池，必须能自发地发生氧化还原反应，②错误；原电池将化学能转化为电能，③正确；铁作电极，只能生成亚铁离子，④错误。6C原电池中电子由负极通过导线流向正极。7BO2要失电子发生氧化反应，因此需移向负极，A错；通入空气的一极是正极正极反应式为：2O2-－4e-=O2,C选项错；通入丁烷的一极应为负极，D选项错误。8B金属与稀H2SO4溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H+在正极电极表面得到电子生成H2，电子运动方向由负极→正极，电流方向则由正极→负极。在题述原电池中，A­B原电池，A为负极；C­D原电池，C为负极；A­C原电池，A为负极；B­D原电池，D为负极；E先析出，E不活泼。综上可知，金属活动性：A>C>D>B>E。9C装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属失电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三和四均形成原电池，易知d比c活泼，d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c，选C。10B②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中易钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A选项错误，C选项错误。②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑，负极电极反应式为2Al＋8OH－－6e－2AlOeq\o\al(－,2)＋4H2O，二者相减得到正极电极反应式为6H2O＋6e－6OH－＋3H2↑，B选项正确。④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－4OH－，D选项错误。11C首先书写此电池中发生的化学反应方程式(电池反应式)2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋，在此反应中铜失电子，作原电池负极，电子从铜片经导线流向碳棒，在碳棒上电子与溶液中的Fe3＋结合生成Fe2＋，所以碳棒作正极，溶液中的阳离子向正极移动，即溶液中的Fe3＋向正极碳棒移动。12B氢氧燃料电池的总反应为2H2＋O2=2H2O，因此a电极上发生反应2H2－4e－=4H＋，a电极是负极；b电极上发生反应O2＋2H2O＋4e－=4OH－，b电极是正极，以上电极反应式，适用电解质溶液为Na2SO4溶液等；氢氧燃料电池的能量转化率较高，且产物是H2O，无污染，是一种具有应用前景的绿色电源；氢氧燃料电池通入H2、O2就能工作，无需将H2、O2贮存在电池内部。13D铁的活泼性强于铜，故铁能置换出铜且附着在铁棒上，A选项正确。a和b用导线连接后，构成原电池，其中Fe作负极，发生氧化反应。铜作正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，B选项正确、D选项错误。无论a和b是否连接，铁都被氧化生成Fe2＋，C选项正确。14B①②相连时，外电路电流从②流向①，说明①为负极；①③相连时，①为负极；②④相连时，②上有气泡产生，说明④为负极；③④相连时，③的质量减少，说明③为负极。综上所述可知，这四种金属活动性由大到小的顺序为①③④②，B选项正确。15D由电极反应式可知：X极上发生得到电子的还原反应，是原电池的正极，Y极上发生失去电子的氧化反应，是原电池的负极。16D两种活动性不同的金属与电解质溶液能够组成原电池，但不能因此说构成原电池电极的材料一定都是金属，例如锌和石墨电极也能跟电解质溶液组成原电池。在原电池中，活泼金属中的电子流向不活泼的金属，因此活泼金属是负极。但电子不能通过电解质溶液，应该是氢离子在铜极上得到由锌沿外导线转移过来的电子。铜锌原电池工作时，锌负极失电子，电极反应为Zn－2e－Zn2＋，1mol锌失去2mol电子，0.2mol锌(质量为13g)被溶解，电路中有0.4mol电子通过，故选D。17B根据电极反应：活泼金属Zn作负极失电子被氧化，Ag2O作正极得电子被还原。18A蕃茄电池中Zn作负极，失电子逐渐溶解，质量减小。电子由锌通过导线流向铜，Cu电极附近不会出现蓝色，故B、C、D均不正确。19C甲装置已形成原电池故甲装置中铜片表面有气泡产生，且甲中铜片是正极，甲装置形成原电池产生气泡的速率比乙快。乙装置没有形成闭合电路，不是原电池，不存在正负极，故AB错误，甲乙两杯中均发生Zn与稀H2SO4的反应，故导致硫酸浓度降低。20D首先由题中所给信息(X棒变粗，Y棒变细)可知X棒是正极，Y棒是负极，Y比X活泼，所以选项A、C均错；再看电解质溶液，B选项中硫酸里的H＋在正极X棒上得电子生成氢气，X棒不会变粗；只有D选项符合，D选项中负极Y棒Zn失电子生成Zn2＋，Y棒变细，Ag＋在正极X棒上得电子生成Ag附着在X棒上使其变粗。21（1）锌片溶解，在锌片表面产生大量气泡，铜片表面无明显现象Zn＋2H+Zn2+＋H2↑在金属活动性顺序表中，锌排在氢前，铜排在氢之后（2）电流表指针偏转，锌片溶解，铜片表面产生大量气泡锌比铜活泼，在稀硫酸中构成原电池，锌失电子，电子通过外电路流向铜片，铜片周围的溶液中的H+得到电子变成氢气0.3×6.02×1023锌片2H＋＋2e－H2↑（3）锌片不纯，含杂质的锌片在稀硫酸中构成原电池，促进锌失电子关闭K时产生气泡较快（4）①必须为活动性有差异的两个电极，电极浸入电解质溶液中且能自发的发生氧化还原反应，形成闭合回路②较活泼的金属极为负极，或失电子的一极为负极③向溶液中加入适量的氧化铜或硫酸铜等物质（1）打开开关K，没有形成闭合回路，在金属活动性顺序表中，锌排在氢前，锌与稀硫酸反应产生氢气，而铜排在氢之后，不能与稀硫酸反应产生氢气。（2）关闭开关K，构成原电池，描述现象可以从电流表指针偏转、电极、溶液变化等角度切入。n(H2)＝3.36L/22.4L·mol-1＝0.15mol，2H＋＋2e－H2↑，n(e－)＝0.3mol。（3）粗锌中含有铜、碳等不活泼杂质，在与稀硫酸接触时电极本身构成微小的原电池，导致粗锌表面产生大量气泡。同样条件下，金属直接与稀硫酸反应产生气体的速率比构成原电池产生气体的速率慢。即构