6.1.2化学反应与电能（原卷版）

第一节化学反应与能量变化（2）化学反应与电能【学习目标】1、知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，通过实验会说明原电池的原理2、会判断原电池的正极、负极，会正确书写电极反应式，熟知原电池的应用【主干知识梳理】一、火力发电——化学能间接转化为电能1、我国目前电能主要来自火力发电，其次来自水力发电2、火力发电的原理：火力发电(火电)是通过化石燃料(如：煤、石油、天然气)燃烧时发生的氧化还原反应，使化学能转变为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。火力发电过程中，化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能。其中，燃烧(氧化还原反应)是使化学能转换为电能的关键3、能量转换过程：化学能(氧化还原反应)热能机械能电能4、火力发电的优缺点(1)优点：=1\*GB3①我国煤炭资源丰富；=2\*GB3②电能清洁、安全，又快捷方便(2)缺点：=1\*GB3①排出大量的温室气体CO2；=2\*GB3②有些废气可能导致酸雨，如：SO2；=3\*GB3③消耗大量的不可再生能源；=4\*GB3④能量转化率低；=5\*GB3⑤产生大量的废渣、废水二、原电池——化学能直接转化为电能1、实验探究实验步骤装置图实验现象原因解释(1)将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象Zn片：锌片溶解，表面产生无色气泡Cu片：无变化反应的离子方程式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑；Cu片表面无明显变化的原因：铜排在金属活动性顺序表氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气(2)用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象Zn片：锌片溶解Cu片：铜片表面有气泡锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生(3)用导线连接锌片和铜片，并在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表指针是否偏转Zn片：锌片溶解Cu片：铜片表面有气泡电流表A指针偏转电流表指针偏转说明：导线中有电流；Cu片上有气泡说明：溶液中的氢离子在铜片表面获得电子发生还原反应产生氢气，从铜片上放出2、原电池的概念：将化学能转化为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应3、原电池的工作原理当用导线连接铜片和锌片一同进入稀硫酸时，由于锌比铜活泼，容易失去电子，锌被氧化成Zn2+而进入溶液，电子则有锌片经导线流向铜片，溶液中的H+从铜片中获得电子被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上析出。由于导线上有电子通过，因此产生了电流，电流表的指针会发生偏转电极名称电极名称电极反应类型电极反应类型电极反应式电极反应式原电池总反应式：4、组成原电池的条件(1)两个活泼性不同的电极，其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼，如：金属与金属、金属与非金属(2)电解质溶液(溶液或者熔融)(3)电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路(4)有自发进行的氧化还原反应【对点训练1】1、下列装置中能够组成原电池的是________(填序号)，其他不能构成原电池的试分别说明理由______________________________________________2、下列装置能形成原电池的是()A．①②③⑦ B．①②⑤⑥C．①②③④ D．①②③⑥⑦5、原电池中电子流向、电流的流向及离子的迁移方向(1)外电路中电子的流向：负极——经导线——正极(2)外电路中电流的流向：正极——经导线——负极(3)内电路中离子的迁移：阴离子移向负极，阳离子移向正极沿导线6、原电池中正负极的判断方法沿导线(1)根据电极反应或总反应方程式来判断作还原剂、失电子、化合价升高、发生氧化反应的电极是负极作氧化剂、得电子、化合价降低、发生还原反应的电极是正极(2)根据外电路中电子流向或电流方向来判断

电子流出或电流流入的一极负极；电子流入或电流流出的一极正极(3)根据内电路(电解质溶液中)中离子的迁移方向来判断阳离子向正极移动；阴离子向负极移动(4)根据原电池的两电极材料来判断两种金属(或金属与非金属)组成的电极，若它们都与(或都不与)电解质溶液单独能反应，则较活泼的金属作负极；若只有一种电极与电解质溶液能反应，则能反应的电极作负极【对点训练2】1、根据原电池原理，结合装置图，按要求解答问题：(1)若X为Zn，Y为硫酸铜溶液，则X为________(填电极名称)，判断依据________________；铜电极的名称是________，溶液中的Cu2＋移向________(填“Cu”或“X”)电极(2)若X为银，Y为硝酸银溶液，则X为________(填电极名称)，判断依据________________；铜电极的名称是________，溶液中的Ag＋移向________(填“Cu”或“X”)电极。(3)若X为Fe，Y为浓硝酸，则Cu为________(填电极名称)，铜电极可能观察到的现象是________________；X电极的名称是________________三、原电池原理的主要应用1、加快氧化还原反应的速率：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率2、比较金属活动性的强弱(1)方法：一般情况下，负极的金属活动性比正极的金属活动性强。(2)常见规律：电极质量较少，作负极较活泼，有气体生成、电极质量不断增加或不变作正极，较不活泼3、设计原电池(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原(2)选择合适的材料①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应4、制造化学电源：如各种干电池、蓄电池、燃料电池等【对点训练3】1、过量铁与少量稀硫酸反应，为了加快反应速率，但是又不影响生成氢气的总量，可以采取的措施是()A．加入适量NaCl溶液B．加入适量的水C．加入几滴硫酸铜溶液D．再加入少量同浓度的稀硫酸2、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，由此可判断这四种金属的活动性顺序是()实验装置部分实验现象a极质量减小，b极质量增大b极有气泡产生，c极无变化d极溶解，c极有气泡产生电流从a极流向d极A．a>b>c>dB．b>c>d>aC．d>a>b>cD．a>b>d>c3、铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：_________________________________________(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。eq\x(\a\al(,,,,))正极反应式：_____________________________，负极反应式：：_____________________________4、银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是()A．Zn电极是负极，K＋向Ag2O电极迁移B．Ag2O电极发生还原反应C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2D．放电前后电解质溶液的pH保持不变四、原电池电极反应式的书写方法1、遵循三个守恒(1)得失电子守恒：元素的化合价每升高一价，则元素的原子就会失去一个电子元素的化合价每降低一价，则元素的原子就会得到一个电子(2)电荷守恒：电极反应左、右两边的正电荷和负电荷数相等(3)原子守恒(质量守恒)：电极反应两边同种原子的原子个数相等2、书写方法(1)直观法：针对比较简单的原电池可以采取直观法，先确定原电池的正、负极，列出正、负极上反应的物质，并标出相同数目电子的得失【微点拨】注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式中【对点训练4】装置图Zn——Cu(稀硫酸)总反应负极反应正极反应Al——Mg(稀盐酸)总反应负极反应正极反应(2)用差值法写电极反应方程式：正、负极反应相加得到电池反应的离子方程式。反之，若能写出已知电池的总反应的离子方程式，可以减去较易写出的电极反应式，从而得到较难写出的电极反应式复杂电极反应式=总反应式—简单的电极反应式【对点训练5】Al——Cu(稀硝酸)总反应负极反应正极反应Al——Mg(NaOH溶液)总反应负极反应正极反应燃料电池的构成燃料电池装置示意图燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置燃料气可以是氢气、甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇、葡萄糖、肼等可燃性气体，电解质通常有四种情况：=1\*GB3①稀硫酸②KOH溶液=3\*GB3③Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，其导电粒子是CO32－=4\*GB3④固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，高温下能传导O2－离子【对点训练6】1、氢氧燃料电池电池类型导电介质反应式酸性燃料电池H＋总反应负极反应正极反应碱性燃料电池OH－总反应负极反应正极反应2、燃料电池四种甲烷(CH4)电池类型导电介质反应式酸性燃料电池H＋总反应负极反应正极反应碱性燃料电池OH－总反应负极反应正极反应熔融碳酸盐燃料电池COeq\o\al(2－,3)总反应负极反应正极反应固态氧化物燃料电池O2－总反应负极反应正极反应【课后作业】基础达标一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)1．将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸溶液中，经过一段时间后，下列各项叙述正确的是()A．负极有Cl2逸出，正极有H2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2．下列电池中不易造成环境污染的是()A．镍镉电池 B．锌锰电池C．铅蓄电池 D．氢氧燃料电池3．电子计算机所用纽扣电池的两极材料为锌和氧化银，电解质溶液为KOH溶液，其电极反应式：Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2O；Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－。下列判断正确的是()A．锌为正极，Ag2O为负极B．锌为负极，Ag2O为正极C．该电池工作时，将电能转化为化学能D．该电池工作时，负极区溶液的pH增大4．鱼雷是一种水中兵器。它可从舰艇、飞机上发射，它发射后可自己控制航行方向和深度，遇到舰船，只要一接触就可以爆炸。用于攻击敌方水面舰船和潜艇，也可以用于封锁港口和狭窄水道。鱼雷采用Al－Ag2O动力电池，以溶有氢氧化钾的流动海水为电解液，电池反应为2Al＋3Ag2O＋2KOH－2e－=6Ag＋2KAlO2＋H2O，下列说法错误的是()A．Ag2O为电池的正极B．Al在电池反应中被氧化C．电子由Ag2O极经外电路流向Al极D．溶液中的OH－向Al极迁移5．过量铁与少量稀硫酸反应，为了加快反应速率，但是又不影响生成氢气的总量，可以采取的措施是()A．加入适量NaCl溶液 B．加入适量的水C．加入几滴硫酸铜溶液 D．再加入少量稀硫酸6．如图所示电流表的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是()A．B极为原电池的正极B．A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸C．C中阳离子向A极移动D．A极发生氧化反应7．原电池是化学电源的雏形。若保持如图装置原电池的电池反应式不变，下列说法中正确的是()A．Zn换成Fe B．稀H2SO4换成CuSO4溶液C．稀H2SO4换成蔗糖溶液 D．Cu换成石墨8．如图是用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是()A．铜片表面有气泡生成B．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换C．如果将稀硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动二、非选择题9．如图所示，将锌、铜通过导线相连，置于稀硫酸中。(1)锌片上的现象是，电极反应为。(2)铜片上的现象是，电极反应为。(3)电子由经导线流向。(4)若反应过程中有0.2mol电子发生转移，则生成的氢气在标准状况下的体积为。10．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。总反应为2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑。(1)该电池的负极是，负极反应式是。(2)正极现象是。(3)放电时OH－向(填“正极”或“负极”)移动。能力提升一、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)1．在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是()A．外电路的电流方向为X→外电路→YB．若两电极分别为Fe和碳棒，则X为Fe，Y为碳棒C．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X＞Y2.某小组为研究原电池原理，设计如图装置，下列叙述正确的是()A．若X为Fe，Y为Cu，铁为负极B．若X为Fe，Y为Cu，电子由铜片流向铁片C．若X为Fe，Y为C，碳棒上有红色固体析出D．若X为Cu，Y为Zn，锌片发生还原反应3．图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示()A．铜棒的质量 B．c(Zn2＋)C．c(H＋) D．c(SOeq\o\al(2－,4))4．实验探究是提高学习效果的有力手段。陈颖同学用如图所示装置研究原电池原理，下列说法错误的是()A．若将图1中的Zn、Cu下端接触，Zn片逐渐溶解，Cu片上能看到气泡产生B．图2中H＋向Zn片移动C．若将图2中的Zn片改为Mg片，Cu片上产生气泡的速率加快D．图2与图3中，Zn片减轻的质量相等时，正极产物的质量比为1︰32二、非选择题5．A、B、C三个水槽中分别盛有200mL相同物质