第6章第1节第2课时化学反应与电能（原卷版）

第6章第1节化学反应与能量变化第2课时化学反应与电能知识梳理知识梳理一、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发电，其次来自发电。2.火力发电的原理首先通过燃烧，使化学能转变为，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。3.能量转换过程化学能eq\o(→,\s\up7(燃料燃烧))热能eq\o(→,\s\up7(蒸汽轮机))机械能eq\o(→,\s\up7(发电机))电能二、原电池——化学能直接转化为电能1.实验探究实验操作实验现象原因解释(1)Zn片：锌片溶解，表面产生Cu片：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，不能从溶液中置换出氢气(2)Zn片是否溶解：Cu片上是否有气泡：电流表A指针偏转电流表指针偏转说明：导线中有Cu片上有气泡说明：溶液中的氢离子在铜片表面获得发生还原反应产生氢气，从铜片上放出2.原电池的概念原电池是把化学能转化为的装置；原电池的反应本质是反应。3.原电池的工作原理(1)分析下图并填空原电池总反应式：Zn＋2H＋=。(2)能量转化：化学能转变为电能。4.原电池的构成条件理论上，放热的氧化还原反应均可构成原电池。装置条件：(1)具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)。(2)溶液：两电极均插入溶液中。(3)导线：两电极用导线相连，形成。三、设计原电池1.依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出、，一般还原剂为极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在极上被还原。2.水果简易电池的制作(1)探究制作水果电池对电极材料的要求(按如图连接)(已知电流表的指针偏向电子流入的电极)电极材料水果电流表偏转方向电极名称铁片、铜片苹果偏向铁：极铜：极铁片、镁条苹果偏向铁：极镁：极铁片、碳棒柠檬偏向铁：极碳棒：极铁片、铁片柠檬不偏转铜片、碳棒柠檬几乎不偏转实验结论：构成原电池的要素有：①自发的氧化还原反应。②两个活泼性不同的电极，电解质溶液，形成闭合回路。③根据电极材料判断电极：较活泼金属作，不活泼的金属或惰性电极作。(2)探究影响电流效果的因素【实验1】探究电极材料对电流效果的影响电极材料电极间距/cm水果电流表/μA，偏转角度铁、铜1苹果镁、铜1苹果实验结论：在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电流效果越好。【实验2】探究不同水果对电流效果的影响电极材料电极间距/cm水果电流表/μA，偏转角度锌、铜1苹果锌、铜1柠檬实验结论：在其他条件相同时，不同的电解质溶液，电流效果不同。【实验3】探究电极间距对电流效果的影响电极材料电极间距/cm水果电流表/μA，偏转角度锌、铜1柠檬锌、铜2柠檬实验结论：在其他条件相同时，两电极间距越小，电流效果越好。四、化学电源1.一次电池(1)特点：电池放电后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，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锌筒为负极，电极反应是Zn－2e－=。②石墨棒为正极，最终被还原的物质是。③NH4Cl糊的作用。2.二次电池(充电电池)(1)特点：二次电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。(2)能量转化：化学能eq\o(,\s\up11(放电),\s\do4(充电))电能(3)常见的充电电池：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；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：。【知识拓展】电极反应式的书写1.书写电极反应式的原则电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。2.书写电极反应式的基本类型(1)类型一题目给定原电池的装置图，未给总反应式①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SOeq\o\al(2－,4)不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4)④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。(2)类型二题目中给出原电池的总反应式①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。典例分析典例分析题型一：原电池的概念及组成【典例1】图中装置能形成原电池的是（）A． B． C． D．【变式练】1．下列装置中可以构成原电池的是（）A． B． C． D．2．下列装置属于原电池的是（）A． B．C． D．题型二：原电池原理的理解【典例2】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．电池正极上发生还原反应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0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g【变式练】1．某小组以Zn和Cu为电极材料，制作如图水果电池(水果中含游离H+)，电池放电时，下列正确的是（）A．水果中的H+移动向锌极B．铜片上发生氧化反应C．电子由铜片通过导线流向锌D．一段时间后，锌片质量会变小2．某电池的工作原理如图所示，总反应为：Zn+H2O2+2H+=Zn2++2H2O，下列说法正确的是（）A．石墨为电池的负极B．电池工作时，H2O2被氧化C．Zn极发生还原反应D．电子由Zn电极经外电路流向石墨电极题型三：原电池正负极的判断【典例3】关于下图所示的原电池，下列说法正确的是（）A．Zn作负极B．锌片上发生的反应：C．电子由铜片通过导线流向锌片D．该装置是将电能转化为化学能【变式练】1．在如图所示的装置中，a的金属活动性比氢要强，b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是（）A．氢离子在碳棒表面被还原，碳棒上有气体放出，溶液中c(H＋)变小B．a是负极，b是正极C．电子从a极经导线到b极，再经过稀硫酸回到a极，从而形成闭合回路D．a极上发生了氧化反应2．如图，在盛有稀H2SO4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．若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>YC．X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应D．若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为Fe题型四：原电池电极反应式的书写【典例4】记录学习笔记是学习过程中的良好习惯，可以帮助我们归纳概括、整理提升学习的内容。下面是一位同学学习ZnCu原电池后整理的学习笔记，呈现了原电池知识的思维导图。学习笔记中记录错误的是（）A．①表示电流方向B．②表示移动方向C．③表示电池负极的物质转化及反应类型D．该装置把化学能转化为电能【变式练】1．氢气、甲烷、乙醇等物质均可作为燃料电池的原料。燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。电池的能量利用率高，产物污染少。下列有关燃料电池的说法不正确的是（）A．上述燃料电池所用的电极材料不参加电极反应B．氢氧燃料电池中，氢气应从电池的负极通入C．甲烷燃料电池的电解质常用KOH，电池工作时，负极周围pH增大D．碱性环境下，乙醇燃料电池的正极反应为：2．电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片(在其一边镀锌，而在其另一边镀二氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的碱性电解液。电池总反应为。下列说法正确的是（）A．Zn电极反应为B．为正板，发生氧化反应C．当6.5g负极材料完全溶解时，转移0.2mol电子D．电池工作时，电能转化为化学能题型五：化学电源【典例5】化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用，下列说法正确的是（）A．图甲：向电极方向移动，电极附近溶液中浓度增大B．图乙：正极的电极反应式为C．图丙：锌筒作负极，发生还原反应，锌筒会变薄D．图丁：电池放电过程中，硫酸浓度增大，电极质量增加【变式练】1．下列有关四个常用电化学装置的叙述中正确的是（）A．图①所示电池中，MnO2的作用是催化剂B．图②所示电池放电过程中，负极板的质量减轻C．图③所示电池工作过程中，电子从锌负极流出，经KOH溶液，流入氧化银正极D．图④所示装置工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加2．下列说法中正确的是（）A．常温下不需要加热就能进行的反应一定是放热反应B．“神舟六号”飞船返回舱的表层采用高温时自动烧蚀的耐高温、抗氧化的新型无机非金属材料带走热量从而保证内部温度不致过高C．锌锰干电池中，锌外壳是正极，石墨棒是负极材料D．常见的充电电池有锂离子电池、铅酸蓄电池、锌锰干电池等跟踪训练跟踪训练一、单选题1．关于如图所示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2．我国空间站天宫号所采用的光伏系统，光电效率达到30%。利用再生生保技术，能将空间站内的水蒸气收集、处理成可饮用水，并转化为再生氧，实现水的循环使用。空间站以水为介质将不同形式的能量相互转换，原理如图所示。装置X为电解水装置，装置Y为燃料电池电池。下列有关说法不正确的是（）A．X工作时，将电能转变为化学能B．太阳能电池工作时，将光能转变为电能C．马达工作时，将电能转变为机械能D．Y工作时，氢气通入该装置的正极3．下列装置中，能构成原电池的是（）A．只有甲 B．只有乙C．只有丙 D．除乙均可以4．锌—空气电池(原理如下图)适宜用作城市电动车的动力电源，放电时Zn转化为ZnO。则该电池放电时下列说法正确的是（）A．将电能转化为化学能 B．氧气在石墨电极上发生还原反应C．电流由Zn电极经导线流向石墨电极 D．该电池放电时OH—向石墨电极移动5．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分别可以为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6．日常所用锌—锰干电池的电极分别为锌筒和石墨棒，以糊状作电解质，电极反应：，。下列说法不正确的是（）A．锌筒为负极反应物 B．糊状起到离子导体的作用C．为正极材料 D．干电池可实现化学能向电能的转化7．《Science》杂志报道了王浩天教授团队发明的制取H2O2的绿色方法，原理如图所示。下列说法正确的是（）A．a极为正极，发生还原反应 B．电流由a极流向b极C．电池总反应为：H2+O2=H2O2 D．当外电路通过2mole，消耗0.5molO28．某固体酸燃料电池以固体为电解质传递，其基本结构见图，下列有关说法正确的是（）A．电路中每转移0.1mol电子，便消耗1.12LH2B．b极上的电极反应式为：C．在固体酸膜中由b极流向a极D．电池总反应可表示为：9．如图所示，电流计G发生偏转，同时A极逐渐变细，B极逐渐变粗，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的（）A．A是Cu、B是Al、C为溶液B．A是Fe、B是Cu、C为浓硝酸C．A是Zn、B是石墨、C为溶液D．A是石墨、B是Fe、C为溶液10．某燃料电池以乙醇为㜣料，空气为氧化剂，强碱溶液为电解质组成，有关该电池的说法正确的是（）A．放电时正极发生氧化反应B．放电一段时间后，正极附近溶液的pH减小C．放电时负极电极反应为：D．消耗0.2mol乙醇，有1.2mol转移11．某种锂电池的总反应为Li＋MnO2=LiMnO2，下列说法不正确的是（）A．Li是负极，电极反应为Lie=Li＋B．Li是正极，电极反应为Li＋e=LiC．MnO2是正极，电极反应为MnO2＋e=MnOD．锂电池是一种环保型电池12．铅蓄电池是一种典型的可充电电池，其放电时的电池总反应Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，则下列说法不正确的是（）A．电池工作时，负极反应：Pb2e=Pb2+B．铅蓄电池是二次电池，放电时是化学能转化为电能C．电池工作时，电子由Pb板通过导线流向PbO2板D．电池工作时，溶液中H+移向PbO2板二、综合题13．化学电源在生产生活中有着广泛的应用，请回答下列问题：(1)根据构成原电池的本质判断，下列化学(或离子)方程式正确且能设计成原电池的是_______(填字母)。A．NaOH+HCl=NaCl+H2O B．Cu+Fe3+=Fe2++Cu2+C．K2O+H2O=2KOH D．Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑(2)为了探究化学反应中的能量变化，某同学设计了如下两个实验(如图)。有关反应一段时间后的实验现象，下列说法正确的是_______。(填字母)。A．图I和图II的气泡均产生于锌棒表面B．图II中产生气体的速率比I慢C．图I中温度计的示数高于图II的示数D．图I和图II中温度计的示数相等，且均高于室温(3)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。其工作示意图如下图所示，负极材料为_______，电极反应式为_______，放电时电子从图中_______电极经导线流向_______电极，正极质量将_______(填“增大”“减小”或“不变”)，反应中每消耗6.5gZn转移_______mol电子。14．生产生活中的化学反应都伴随着能量的变化，请根据有关知识回答下列问题：(1)等物质的量的氢气完全燃烧生成液态水与生成气态水相比，生成液态水时放出热量_______(填“多”“少”或“相等”)。(2)拆开1mol共价键所吸收的能量或形成1mol共价键所释放的能量称为键能。已知HH键能为436kJ/mol，H─N键能为391kJ/mol，N≡N键能为946kJ/mol。根据键能计算工业合成氨时消耗1molN2能放出_______kJ热量。(3)FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，发生2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为_______。(4)H2和O2组合形成的燃料电池的结构如图(电解液是稀硫酸)：电极d的电极反应式为_______。(5)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力，其工作原理如图3所示。a电极上的反应式为_______。(6)高铁电池是一种新型可充电电池。高铁电池的总反应式为：3Zn+2K2FeO4+8H2O3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH。已知负极反应式为Zn2e+2OH=Zn(OH)2，则正极反应为_______。15．根据化学能转化电能的相关知识，回答下列问题：Ⅰ.理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+”设计一个化学电池(正极材料用碳棒)，回答下列问题：(1)正极上出现的现象是_______。(2)若导线上转移电子1mol，则生成银_______g。Ⅱ.有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和