苏教版高中化学选修4第2讲：化学能与电能的转化(教师版)

化学能与电能的转化____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.理解原电池的工作原理。2.了解化学电源。3.理解电解池的工作原理。一、原电池：1.概念：化学能转化为电能的装置叫做原电池。2.组成条件：①两个活泼性不同的电极②电解质溶液③电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路3.电子流向：外电路：负极——导线——正极内电路：盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液，盐桥中阳离子移向正极的电解质溶液。4.电极反应：以锌铜原电池为例：负极：氧化反应：Zn－2e＝Zn2＋（较活泼金属）正极：还原反应：2H＋＋2e＝H2↑（较不活泼金属）总反应式：Zn+2H+=Zn2++H2↑5.正、负极的判断：（1）从电极材料：一般较活泼金属为负极；或金属为负极，非金属为正极。（2）从电子的流动方向:负极流入正极（3）从电流方向:正极流入负极（4）根据电解质溶液内离子的移动方向:阳离子流向正极，阴离子流向负极（5）根据实验现象①溶解的一极为负极②增重或有气泡一极为正极二、一次电池1.常见一次电池：碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等三、二次电池1.二次电池：放电后可以再充电使活性物质获得再生，可以多次重复使用，又叫充电电池或蓄电池。2.电极反应：铅蓄电池放电：负极（铅）：Pb＋－2e＝PbSO4↓正极（氧化铅）：PbO2＋4H+＋＋2e＝PbSO4↓＋2H2O充电：阴极：PbSO4＋2H2O－2e＝PbO2＋4H+＋放电充电阳极：PbSO4＋2e＝Pb放电充电两式可以写成一个可逆反应：PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4↓＋2H2O3.目前已开发出新型蓄电池：银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池四、燃料电池1.燃料电池：是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池2.电极反应：一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同，可根据燃烧反应写出总的电池反应，但不注明反应的条件。，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应。以氢氧燃料电池为例，铂为正、负极，介质分为酸性、碱性和中性。

当电解质溶液呈酸性时：

负极：2H2－4e=4H+正极：O2＋4e4H+=2H2O当电解质溶液呈碱性时：

负极：2H2＋4OH－4e＝4H2O正极：O2＋2H2O＋4e＝4OH另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极，又在两极上分别通甲烷和氧气。电极反应式为：负极：CH4＋10OH－－8e＝CO32-＋7H2O；正极：4H2O＋2O2＋8e＝8OH-。电池总反应式为：CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O3.燃料电池的优点：能量转换率高、废弃物少、运行噪音低五、电解原理1.电解池：把电能转化为化学能的装置也叫电解槽2.电解：电流(外加直流电)通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应(被动的不是自发的)的过程3.放电：当离子到达电极时，失去或获得电子，发生氧化还原反应的过程4.电子流向：（电源）负极—（电解池）阴极—（离子定向运动）电解质溶液—（电解池）阳极—（电源）正极5.电极名称及反应：阳极：与直流电源的正极相连的电极，发生氧化反应阴极：与直流电源的负极相连的电极，发生还原反应6.电解CuCl2溶液的电极反应：阳极：Cl--2e-=Cl2(氧化)阴极：Cu2++2e-=Cu(还原)总反应式：CuCl2=Cu+Cl2↑7.电解本质：电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程☆规律总结：电解反应离子方程式书写：放电顺序：阳离子放电顺序Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（指酸电离的)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+阴离子的放电顺序是惰性电极时：S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-(等含氧酸根离子)>F-(SO32-/MnO4->OH-)是活性电极时：电极本身溶解放电注意先要看电极材料，是惰性电极还是活性电极，若阳极材料为活性电极（Fe、Cu)等金属，则阳极反应为电极材料失去电子，变成离子进入溶液；若为惰性材料，则根据阴阳离子的放电顺序，依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式。知识点一:化学能转化为电能例1．下图装置能够组成原电池的是()解析：根据原电池的形成条件进行分析解答。(1)由较活泼的电极与较不活泼的电极构成原电池的两极，可排除A选项；(2)要有电解质溶液，可排除D选项；(3)一般能自发地发生氧化还原反应，可排除C选项。答案：B例2．某金属能和盐酸反应生成氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，则该金属可能为()A．铝 B．铜C．锡 D．硅解析：据题意可知该金属的活泼性比锌弱，但在金属活动性顺序表中排在H的前面，故选C。答案：C知识点二:化学电源例3．常用的纽扣电池为银锌电池，它分别以锌和氧化银为电极。放电时锌极上的电极反应是Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2，氧化银极上的反应是Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－，下列判断中，正确的是()A．锌是负极，发生氧化反应，氧化银是正极，发生还原反应B．锌是正极，发生氧化反应，氧化银是负极，发生还原反应C．锌是负极，发生还原反应，氧化银是正极，发生氧化反应D．锌是正极，发生还原反应，氧化银是负极，发生氧化反应解析：放电时是原电池。负极是较活泼金属，还原性物质，发生氧化反应；正极是较不活泼金属或导体，氧化性物质，发生还原反应。答案：A知识点三:电能转化为化学能例5．原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应分别是()A．氧化、还原 B．还原、氧化C．氧化、氧化 D．还原、还原解析：原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，电解池中阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。答案：D例6．用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是()A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物D．用带火星的木条检验阳极产物解析：由精炼铜原理知提取铜应该用纯铜做阴极，A错误，B正确；若阳极为惰性电极，则阳极氯离子失电子生成Cl2，应该用氢氧化钠吸收，C、D错误。答案：B例7．如图电解池中装有硫酸铜溶液，选用不同材料的电极进行电解。下列说法正确的是()序号阴极阳极通电后的变化A石墨石墨溶液的pH增大B铜铜阳极质量增加C铁铁两极的质量不发生变化D铂铁阴极质量增加解析：A项，阳极反应式为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，溶液中有H2SO4生成，溶液pH减小，A错误；B项阳极反应式为Cu－2e－=Cu2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，因此阳极质量减小，阴极质量增加，B错误；C项，阳极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，因此阳极质量减小，阴极质量增加；D项，阳极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，因此阴极质量增加。答案：D【基础演练】1．右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是()A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色答案：D2．如图所示，A、B、C三个装置中的三个烧杯分别盛有足量的CuCl2溶液。(1)A、B、C三个装置中属于原电池的是__________(填标号，下同)，属于电解池的是__________。(2)A池中Zn是________极，Cu极发生________反应。(3)B池中C是____________极，发生____________反应，电极反应为___________。(4)C池中Cu是__________极，发生__________反应，电极反应为____________，反应过程中，溶液浓度________(填“变大”、“变小”或“不变”)。答案：(1)ABC(2)负还原(3)阴还原Cu2＋＋2e－=Cu(4)阳氧化Cu－2e－=Cu2＋不变3.如图所示，电流表G发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液。(1)B为原电池的________极，金属活泼性：A________B(填“>”或“<”)；若电极有：Zn、Fe、Cu、Ag四种金属棒，且已知B为Cu，则A为________。(2)若电解质溶液有稀H2SO4和AgNO3溶液，则C应为________。答案：(1)负<Ag(2)AgNO3溶液4．汽车的启动电源常用铅蓄电池，放电时其电池反应如下：PbO2+Pb+2H2SO4==2PbSO4+2H2O。根据此反应判断，下列叙述中正确的是()A．Pb是负极 B．PbO2得电子，被氧化C．负极反应是Pb+SO42——2e—==PbSO4 D．电池放电时，溶液酸性增强答案：AC5．镍镉（Ni—Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行：Cd(OH)2+2Ni(OH)2Cd+2NiO(OH)+2H2O。由此可知，该电池放电时的负极材料是()A．Cd(OH)2 B．Ni(OH)2答案：C6.据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为：2Zn+O2==2ZnO，原料为锌粒、电解质溶液和空气，则下列叙述正确的是()A．锌为正极，空气进入负极反应 B．负极反应为Zn—2e—==Zn2+C．正极发生氧化反应 D．电解液肯定不是强酸答案：BD7.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，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。指出电解质溶液是___________，负极是__________，电极反应式为_______________________，正极是___________，电极反应式为__________________________。答案：（1）2Fe3＋＋Cu＝2Fe2＋＋Cu2＋；（2）FeCl3；Cu；Cu—2e—=Cu2+；石墨；2Fe3++2e—=2Fe2+。【巩固提高】8．（2015新课标Ⅰ卷理综化学）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是（）A．正极反应中有CO2生成B．微生物促进了反应中电子的转移C．质子通过交换膜从负极区移向正极区D．电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O答案：A9．（2015浙江理综化学）在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O—CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是（）A．X是电源的负极B．阴极的反应式是：H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉCO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉC．总反应可表示为：H2O＋CO2eq\o(====,\s\up8(通电))H2＋CO＋O2D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1︰1答案：D10．(2015天津理综化学)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是（）A．铜电极上发生氧化反应B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO42－)减小C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D．阴阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡答案：C11．(2015四川理综化学)用右图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液PH为9~10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是（）A．用石墨作阳极，铁作阴极B．阳极的电极反应式为：Cl－+2OH－－2e－=ClO－+H2OC．阴极的电极反应式为：2H2O+2e－=H2↑+2OH－D．除去CN－的反应：2CN－+5ClO－+2H+=N2↑+2CO2↑+5Cl－+H2O答案：D12.(2015福建理综化学)某模拟"人工树叶”电化学实验装置如右图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是（）A．该装置将化学能转化为光能和电能B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移C．每生成1molO2，有44gCO2被还原D．a电极的反应为：3CO2+16H＋-18e－=C3H8O+4H2O答案：B13．(2015江苏化学)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是（）A．反应CH4＋H2O3H2＋CO,每消耗1molCH4转移12mol电子B．电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH－－2e－=2H2OC．电池工作时，CO32－向电极B移动D．电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e－=2CO32－答案：D14．(2015上海化学)研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。下列有关说法错误的是（）A．d为石墨，铁片腐蚀加快B．d为石墨，石墨上电极反应为：O2+2H2O+4e→4OH–C．d为锌块，铁片不易被腐蚀D．d为锌块，铁片上电极反应为：2H++2e→H2↑答案：D1．下列说法正确的是()A．原电池是把电能转化为化学能的装置B．原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应C．原电池两极板均发生氧化还原反应D．原电池内部的阳离子向正极移动答案：D2．下列装置能够组成原电池的是（）GZnZnnGZnZnnGGZnCGAgCu稀硫酸AgNO3（aq）蔗糖稀硫酸ABCD答案：B3.关于锌、铜和稀硫酸构成的原电池的下列说法中正确的是（）A．锌是负极、铜是正极B．电子从铜片经导线流向锌片C．负极的反应式为2H++2e—=H2↑D．负极附近c(SO42－)逐渐增大答案：AD4.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答案：C5.一个原电池总反应为：Zn+Cu2+==Zn2++Cu，该原电池材料及电解质可能是（）ABCD正极ZnCuCuFe负极CuZnZnZn电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4CuCl2答案：CD6.说出下列过程的能量转化形式：（1）植物的光合作用（2）干电池的放电过程（3）甲烷的燃烧（4）锌铜原电池中的反应（5）高温分解石灰石答案：（1）太阳能转化为化学能（2）化学能转化为电能（3）化学能转化为热能和光能（4）化学能转化为电能（5）热能转化为化学能7．X、Y、Z、W四种金属，X、Y组成的原电池两极插入稀H2SO4，Y上有气泡产生；把Y放在Z的硝酸盐溶液中，Y表面有Z析出；W放在冷水中剧烈反应，产生气体。其活动顺序为（）A．W＞X＞Y＞Z B．W＞Z＞Y＞XC．X＞Y＞Z＞W D．Y＞X＞Z＞W答案：A8．下列事实不能用电化学理论解释的是（）A．轮船触水线以下的般壳上装一定数量的锌块B．铝片不用特殊方法保存C．切咸菜后的菜刀不刷易生锈D．镀锌铁板比镀锡铁板耐用答案：B9.下列关于实验现象的描述不正确的是（）A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡B．用锌片和铁片相连，一起浸入氯化锌溶液，铁片表面出现一层锌C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快答案：C10．市场上出售的“热敷袋”主要成分是铁屑、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等。在“热敷袋”使用前，用塑料袋使之与空气隔绝；使用时打开塑料袋轻轻揉搓，就会放出热量；使用后你会发现有大量的铁锈存在。（1）“热敷袋”放出的热量是利用铁发生了__________反应放出热量。（2）炭粉的主要作用是________________________。（3）氯化钠的主要作用是_______________________。（4）写出有关的电极反应式：正极：_________________________________________；负极：_________________________________________。答案：（1）氧化；（2）作原电池的正极；（3）溶于水形成电解质溶液；（4）正极：O2+2H2O+4e—=4OH—，负极：2Fe—4e—=2Fe2+。__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.下列反应不可用于设计原电池的是()A.NaOH+HCl====NaCl+H2OB.2CH3OH+3O22CO2+4H2OC.Zn+2HCl====ZnCl2+H2D.4Al+3O2+6H2O====4Al(OH)3答案：A2.关于化学电源的说法正确的是（）A．化学电源是依据原电池原理设计的B．化学电源能量转化率比燃料燃烧能量转化率高C.化学电源有一次电池与二次电池之分D.普通干电池是二次电池答案：D3．某电池的总反应离子方程式为2Fe3++Fe=3Fe2+，不能实现该反应的原电池是()正极负极电解质的溶质ACuFeFeCl3BCFeFe(NO3)3CFeZnFe2(SO4)3DAgFeCuSO4答案：CD4．等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，下图表示产生H2的体积（V）与时间（t）的关系，其中正确的是()答案：D5.实验室中用稀HNO3溶液与Cu反应制取NO气体。已知该反应很慢，欲提高反应速率，下列方法中正确的是()A．加一块锌片，使之与Cu接触B．加一块石墨，使之与Cu接触C．加少量浓硝酸D．加少量浓硫酸答案：B6．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机物转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为：()A．H2+2OH-=2H2O+2e— B．O2+4H++4e—=2H2OC．H2－2e—=2H+ D．O2+2H2O+4e—=4OH—答案：C7.⑴今有2H2+O22H2O反应，构成燃料电池，则负极通的应是，电极反应式为，正极通的应是，电极反应式为。⑵若把KOH改为稀H2SO4作电解质，则电极反应式正极：，负极：（1）和（2）的电解质不同，反应进行后，其溶液的酸碱性各有什么变化？⑶若把H2改为CH4，用KOH作电解质，则电极反应式负极：，正极：。答案：⑴H2、O2；负极：2H2+4OH-－4e-=4H2O，正极：O2+2H2O+4e-=4OH-；⑵负极：2H2－4e-=4H+，正极：O2+4H++4e-=2H2O；pH变小；pH变大；⑶负极：CH4＋10OH-－8e-=CO32-+7H2O，正极：2O2+4H2O+8e-=8OH-。8.（1）将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。锌片上发生的电极反应：；银片上发生的电极反应：