高中化学同步讲义（必修二）第09讲 6.2化学反应与电能（学生版）

第2课时化学反应与电能1．理解原电池的概念及工作原理，能正确判断原电池的正、负极。2．会设计简单的原电池。3．知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电源的特点。一、原电池的工作原理1．实验探究实验装置实验现象实验结论或解释锌片：________________，有________产生铜片：________________锌与稀硫酸________________，铜与稀硫酸________锌片：________________铜片：________________电流表：_______________锌________电子，变为________，电子经过导线流向________，产生电流，________在铜片上________电子生成________，反应过程中产生了________2．原电池的概念原电池是把________能转化为________能的装置；原电池的反应一般是__________反应。3．原电池的工作原理(1)分析下图并填空原电池总反应式：________________________________。(2)电子的移动方向：从_____极流出，经导线流向_____极。(3)离子的移动方向：阳离子向______极移动，阴离子向______极移动。4．原电池的构成条件(1)两极为两种________不同的金属（或一种为能导电的非金属）。(2)________溶液。(3)形成___________。(4)能自发进行的_____________反应。5．原电池工作原理的简单应用(1)加快氧化还原反应的速率在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中粒子运动相互间的干扰减小，使反应速率________。(2)比较金属的活动性强弱原电池中，一般活动性强的金属为________，活动性弱的金属为________。二、化学电源1．一次电池(1)特点：电池放电后________充电(内部的氧化还原反应________逆向进行)，如锌锰干电池属于一次电池。(2)锌锰干电池的构造如图所示。①锌筒为________，电极反应是________________________。②石墨棒为________，最终被还原的物质是__________。③NH4Cl糊的作用是________________________。2．二次电池(充电电池)(1)特点：二次电池在放电时所进行的________________________，在充电时可以___________，使电池恢复到放电前的状态。(2)能量转化：化学能电能(3)常见的充电电池：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池。3．燃料电池(1)特点：①反应物储存在电池外部；②能量转换效率高、清洁、安全；③供电量易于调节。(2)燃料电池常用的燃料有：________、________、乙醇等；常用氧化剂：氧气。►问题一原电池的工作原理【典例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。【归纳小结】原电池的工作原理(1)原电池构成条件①反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液的反应)。②电极：一般是活泼性不同的两电极。③形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：电解质溶液；两电极直接接触或有导线连接；两电极插入电解质溶液中。(2)工作原理①反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。②电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。③离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。④电流方向：正极→导线→负极【变式练1-1】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【变式练1-2】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：_________________________________________________________________________________。►问题二原电池原理的应用【典例2】理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋”设计一个原电池。回答下列问题：(1)选用________为负极，选择依据是______________________________________________。(2)正极材料可选用________，选择依据是____________________________。(3)________溶液作电解质溶液。(4)写出电极反应式正极：________________，负极：________________。(5)该原电池中电子从________极流出，电解质溶液中的阳离子(Fe3＋)移向________极。【归纳小结】原电池的设计思路(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)设计思路：①定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。②拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应。还原剂－ne－=氧化产物(负极电极反应)；氧化剂＋ne－=还原产物(正极电极反应)。③找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。④画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。【变式练2-1】下列各组材料中，不能组成原电池的是()选项ABCD两极材料Zn片，石墨Cu片，Ag片Zn片，Cu片Fe片，Cu片插入溶液稀硫酸AgNO3溶液蔗糖溶液稀盐酸【变式练2-2】利用原电池原理可比较金属的活泼性，原电池中，作负极的金属活动性一般比作正极的金属活动性强。结合相关知识解答下列问题。A、B、C三种金属片按表中装置进行实验：装置甲乙现象A不断溶解，B上产生气泡C的质量增加，B的质量减轻(1)在甲中，金属片________(填“A”或“B”)发生氧化反应。(2)在乙中，金属片________(填“B”或“C”)作负极。(3)如果把B、C用导线连接后同时浸入稀硫酸中，有一电极产生气泡。则金属片________(填“B”或“C”)上有气泡产生。(4)上述三种金属的活动性顺序是____________。►问题三化学电源【典例3】同学们在“简易电池的设计与制作”的实验中，对影响自制电池效果的因素进行了实验探究。[提出问题]影响自制电池效果的因素有哪些？[查阅资源]电极材料，电极间距，水果种类对自制水果电池的效果可能有影响。[实验探究]Ⅰ.按如图连接水果电池。Ⅱ.实验记录如下：序号电极电极间距水果种类电流表示数(μA)①Cu—Al2.0cm西红柿78.5②Cu—Fe2.0cm西红柿70.3③Al—Al2.0cm西红柿0④Cu—Al2.0cm柠檬45.7⑤Cu—Al1.0cm柠檬98.4⑥石墨棒—Al1.0cm柠檬104.5[解释与结论](1)实验①②③的目的是______________________________________________。对比实验①②③得出的结论是_______________________________________________________。(2)欲得出“水果种类对电池效果有影响”的结论，需要对比实验________________(填序号)。对比④⑤得出的结论是___________________________________________________________。[反思与探讨](3)水果电池中，水果的作用是_________________________。(4)对比实验①②③可知构成水果电池的电极必须具备的条件为________________________，构成水果电池的其他要素还有________________、________________、________________。【变式练3-1】铅酸蓄电池常用作汽车电瓶，其构造如图所示，工作时该电池总的方程式为：Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O按要求回答下列问题：(1)负极材料是________，正极材料是________，电解质溶液是________。(2)工作时，电解质溶液中的H＋移向________极。(3)工作时，电解质溶液中硫酸的浓度________(填“增大”“减小”或“不变”)。(4)当铅酸蓄电池向外电路提供2mole－时，理论上负极板的质量增加_______g。【变式练3-2】氯铝电池是一种新型的燃料电池。电解质溶液是KOH溶液。试回答下列问题：(1)通入Cl2(g)的电极是________(填“正”或“负”)极。(2)投入Al(s)的电极是________(填“正”或“负”)极。(3)外电路电子从________(填“Al”或“Cl2”)极流向________(填“正”或“负”)极。(4)每消耗8.1gAl(s)，电路中通过的电子数目为________NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)。【基础强化】1．电能是国民生产、生活中的重要能源，下图是2015年我国电力生产量的构成图。下列有关火力发电的描述，正确的是()A．火力发电的能量转换形式为化学能直接转化为电能B．火力发电的主要燃料为煤，煤炭是可再生能源C．火力发电不但排放出大量温室气体，还可能导致酸雨D．火力发电过程中的能量转化，热能转化为机械能是关键2．下面是四个化学反应，你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是()A．Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2AgB．Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2OC．Zn＋CuSO4=Cu＋ZnSO4D．C＋CO2eq\o(=,\s\up7(高温))2CO3．如图所示，a的金属活动性在氢之前，b为碳棒。下列关于该装置的说法中，正确的是()A．a极上发生还原反应，b极上发生氧化反应B．碳棒上有气体逸出，溶液中c(H＋)增大C．导线上有电流，电流方向a→bD．反应后a极质量减小4．下列各装置能在外电路获得电流的是()5．下列关于如图装置说法正确的是()A．碳棒是负极B．该装置能将电能转化为化学能C．电子由铁片流出经过电流表流向碳棒D．铁片上发生的反应为Fe＋2e－=Fe2＋6．如图所示装置中，观察到电流表指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是()选项MNPA锌铜稀硫酸B铜铁稀盐酸C银锌硝酸银溶液D锌铁硝酸铁溶液7．如图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是()A．外电路的电流方向：X→外电路→YB．若两电极分别为Zn和石墨棒，则X为石墨棒，Y为ZnC．SOeq\o\al(2－,4)移向X电极，Y电极上有氢气产生D．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应8．X、Y、Z、W四种金属片浸在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示：则四种金属的活动性由强到弱的顺序为()A．Z＞Y＞X＞W B．Z＞X＞Y＞WC．Z＞Y＞W＞X D．Y＞Z＞X＞W9．A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。(1)A中反应的离子方程式为_______________________________。(2)B中锡极为________极，电极反应式为__________________________，锡极附近溶液的酸性______(填“增强”“减弱”或“不变”)。B中Fe极为______极，电极反应式为_______________________________。(3)C中被氧化的金属是________，总反应的化学方程式为_____________________________。(4)A、B、C中铁被氧化由快到慢的顺序是___________________________________________。10．选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋”设计一个化学电池。回答下列问题：(1)负极材料：________；正极材料：________；电解质溶液：____________。(2)写出电极反应式：正极：_____________________________；负极：_______________________。(3)原电池中电子从________(填“正”或“负”，下同)极流出，电解质溶液中阴离子流向________极。【能力提升】1．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2mol电子时，下列说法正确的是()A．锌片溶解了1mol，铜片上有1molH2生成B．两极上溶解和析出的物质的质量相等C．锌片溶解了31g，铜片上有1gH2生成D．锌片溶解了1mol，消耗了1molH＋2．如图所示，杠杆A、B两端分别挂有体积相同、质量相同的空心铜球和空心铁球，调节杠杆使其在水中保持平衡，然后小心地向烧杯中央滴入CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中不考虑铁丝反应及两边浮力的变化)()A．杠杆为导体和绝缘体时，均为A端高B端低B．杠杆为导体和绝缘体时，均为A端低B端高C．当杠杆为绝缘体时，A端低B端高；当杠杆为导体时，A端高B端低D．当杠杆为绝缘体时，A端高B端低；当杠杆为导体时，A端低B端高3．按图1所示装置进行实验，若图2中x轴表示流入正极的电子的物质的量，则y轴可以表示()①c(Ag＋)②c(NOeq\o\al(－,3))③a棒的质量④b棒的质量⑤溶液的质量A．①③B．②④C．①③⑤D．②④⑤4．现有如下两个反应：A：H2SO4＋2KOH=K2SO4＋2H2OB：Cu＋2FeCl3=CuCl2＋2FeCl2(1)根据上述两反应的本质，________(填字母)反应能设计成原电池，其原因是_________________________。(2)将上述反应中能设计成原电池的