第07讲-化学反应与电能(讲义)(学生版)(新教材人教版)

第第07讲化学反应与电能知识导航知识导航模块一模块一原电池的基本原理与应用知识精讲知识精讲实验探究——锌铜原电池实验装置实验装置实验操作实验现象实验结论将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中锌片上有气泡冒出，铜片上无现象装置中有电流产生，化学能转化为电能用导线连接锌片和铜片铜片上有气泡冒出用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表电流表指针发生偏转一、原电池的基本概念1．概念：原电池是将化学能转化为电能的装置。2．本质：氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行。3．电极：（1）负极：________电子，发生________反应； （2）正极：________电子，发生________反应。4．构成原电池的条件：（1）自发进行的氧化还原反应；（2）两个活动性不同的电极；（3）电解质溶液（或熔融电解质）；（4）形成闭合回路。二、锌铜原电池的工作原理工作原理（反应方程式）负极（Zn）正极（Cu）总反应离子方程式：。电子移动方向由极经导线流向极（电流方向相反）。离子移动方向阳离子向极移动，阴离子向极移动。思考与交流（（1）判断下列原电池的负极材料是什么？a极b极电解质溶液负极AlFe稀盐酸AlMg稀H2SO4AlMg浓HNO3AlCu浓HNO3AlMgNaOH溶液FeCCuSO4（2）如何判断原电池的负极？经典例题经典例题原电池的工作原理【例1】理论上不能设计为原电池的化学反应是（）A．CH4+2O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2+2H2OB．2FeCl3+Fe3FeCl2C．2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑D．HNO3+NaOHNaNO3+H2O【变1】下列关于原电池的叙述，正确的是（）A．构成原电池的正极和负极材料必须是两种活动性不同的金属B．原电池是将化学能转变为电能的装置C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极原电池的构成条件及电极反应式的书写【例2】下列装置能构成原电池的是________，能构成原电池的，写出其电极反应式。ABCDEFG原电池的具体工作原理【例3】下图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，记录如下：①Zn为正极，Cu为负极；②H+向负极移动；③电子流动方向，从Zn经外电路流向Cu；④Cu极上有H2产生；⑤若有1mol电子流过导线，则产生0.5molH2；⑥正极的电极反应式为Zn-2e-Zn2+。描述合理的是（）A．①②③ B．③④⑤ C．④⑤⑥ D．②③④【变3-1】在如图所示的装置中，a的金属性比氢要强，b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是（）A．碳棒上有气体放出，溶液酸性变弱B．a极上发生了氧化反应C．导线中有电子流动，电子从a极到b极D．a是正极，b是负极【变3-2】小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装置的Zn、Cu直接接触，Cu片上能看到气泡产生B．图2装置中SO42-向Cu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中正极生成物的质量比为1∶32时，Zn片减轻的质量相等带离子交换膜的原电池【例4】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(SO42C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D．阴离子、阳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知识精讲知识精讲三、原电池的应用1．比较金属活动性两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的金属活泼。2．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。3．设计原电池利用原电池原理设计和制造原电池，将化学能直接转化为电能。经典例题经典例题利用原电池比较金属活动性【例5】有a、b、c、d四种金属，将a与b用导线连结起来浸入电解质溶液中，b不易腐蚀。将a、d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应剧烈。将Cu浸入b的盐溶液里，无明显变化。如果把Cu浸入c的盐溶液里，有c的单质析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是（）A．d、c、a、b B．d、a、b、c C．d、b、a、c D．b、a、d、c【变5-1】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＞W【变5-2】有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减小

b极质量增加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＞d B．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c利用原电池加快反应速率【例6】实验室中制取氢气，化学反应速率最快的方法是（）A．纯铁与稀硫酸反应 B．纯锌与稀硫酸反应C．纯锌与稀盐酸反应 D．粗锌（含铜、银）与稀硫酸反应【变6-1】欲提高Cu粉与1.2mol/L的HNO3溶液的反应速度，可加入下列什么试剂（）A．蒸馏水 B．碳酸钠固体 C．食盐水 D．AgNO3溶液（少量）【变6-2】铁在下列情况下腐蚀最快的是（）A．铁放入海水中 B．将铁和锌连接后放入到海水中C．将铁和锌连接后放入到淡水中 D．将铁和锡连接后放入到海水中设计原电池【例7】如图所示的装置中，铁棒上析出铜，而铁的质量不变，符合要求的原电池是（）A．铁棒作负极，铜棒作正极，电解质溶液是CuSO4溶液B．镁棒作负极，铁棒作正极，电解质溶液是CuSO4溶液C．镁棒作负极，铁棒作正极，电解质溶液是FeCl3溶液D．铁棒作负极，铜棒作正极，电解质溶液是H2SO4溶液【例8】铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用于催化剂、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，请画出你所设计的原电池简易装置图，并写出电极反应式：正极___________________________；负极___________________________。（3）该电池向外提供0.2mol电子，负极材料的质量变化为________________________。（4）利用反应2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极的反应式为____________________________________________。模块模块二常见的化学电池知识精讲知识精讲一、锌锰干电池（一次电池）常见的锌锰干电池的构造如图所示。其中，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液，锌筒作负极。在使用过程中，电子由锌筒（负极）流向石墨棒（正极），锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。这种电池放电之后不能充电（内部的氧化还原反应无法逆向进行），属于一次电池。总反应Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++2MnO(OH)+2NH负极Zn﹣2e-=Zn2+正极2MnO2+2NH4++2e-=2MnO(OH)+2NH二、铅酸蓄电池（二次电池）有些电池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，从而实现放电（化学能转化为电能）与充电（电能转化为化学能）的循环。这种充电电池属于二次电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等，目前汽车上使用的大多是铅酸蓄电池。总反应Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O负极Pb+SO42-﹣2e-=正极PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H三、燃料电池燃料电池是一种将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂（如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率可以达到80%以上。当以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳。1．氢氧燃料电池电解质H2SO4溶液KOH溶液总反应2H2+O2=2H2O负极反应式正极反应式2．甲烷燃料电池甲烷电池H2SO4作电解质KOH作电解质负极反应式正极反应式总反应式经典例题经典例题一次电池【例9】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。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解质溶液，电池总反应式为：Zn+2MnO2+H2OZn(OH)2+Mn2O3。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+H2O+2e-Mn2O3+2OH-C．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5gD．电池工作时，电流由Zn电极流出【变9】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”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为：Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnO(OH)，下列说法正确的是（）A．电池工作时，锌失去电子，做正极B．该电池反应中二氧化锰起催化剂作用C．当生成0.1molZnO时，转移电子个数为1.204×1024D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5g二次电池【例10】铅蓄电池的两极分别是Pb、PbO2，电解质溶液为30%硫酸，工作时反应为：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。当其放电时，下列结论正确的是（）A．PbO2为正极，被氧化 B．电池电解质溶液的密度不断减小C．c(H+)逐渐增大 D．H+向负极移动【变10】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．甲：标准状况下每消耗44.8LH2，理论上转移电子的电量为3.85×105C(一个电子电量1.6×10−19C)B．乙：负极的电极反应式为Zn−2e－=Zn2+C．丙：MnO2在石墨电极上失电子生成MnO(OH)D．丁：铅蓄电池比能量高，成本低，且符合“绿色化学”思想燃料电池【例11】某固体酸燃料电池以Ca(HSO4)2固体为电解质传递H+，其基本结构见下图，电池总反应可表示为2H2+O22H2O。下列有关说法正确的是（）A．电子通过外电路从b极流向a极B．b极上的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-C．每转移0.1mol电子，消耗1.12L的H2D．H+由a极通过固体酸电解质传递到b极【变11】燃料电池是燃料（例如CO、H2、CH4等）跟氧气或空气起反应，将此反应的化学能转变为电能的装置，电解质溶液通常是KOH溶液。下列关于甲烷燃料电池的说法不正确的是（）A．负极反应式为CH4+10OH-﹣8e-=CO32-B．正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-C．随着不断放电，电解质溶液碱性不变D．甲烷燃料电池的能量利用率比甲烷燃烧的能量利用率大提分作业提分作业【练1】下列关于原电池的叙述中，正确的是（）A．原电池的电极一定要由两种不同的金属组成B．原电池的负极得电子，发生还原反应C．原电池工作时，其正极不断产生电子并经外电路流向负极D．原电池能将化学能转变为电能【练2】根据Zn+Cu2+=Zn2++Cu的反应原理设计一个原电池，当Zn为负极时，正极可以选用的金属材料是（）A．镁 B．石墨 C．铝 D．铅【练3】某科学探究小组为探究电化学原理，设计了如图所示的装置进行探究实验。下列对实验中观察到的现象或相关结论的叙述错误的是（）A．a和b不连接时，该装置不能形成原电池，铁片上有红色的铜析出B．a和b用导线连接时，铜片为负极，发生的反应为Cu2＋＋2e－=CuC．无论a和b是否连接，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2＋生成D．a和b用导线连接时，溶液中的Cu2＋向铜电极移动【练4】下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是（）A.碱性锌锰电池 B.手机用锂电池C.汽车用铅蓄电池 D.玩具用镍氢电池【练5】LED产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是（）A.a处通入氧气，b处通入氢气B.通入H2的电极发生反应：H2－2e-==2H+C.通入O2的电极为电池的正极D.该装置将化学能最终转化为电能【练6】有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电流由D→导线→C；③B、C相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入硫酸铜溶液中，片刻取出电极称量，D极质量增加据此，判断四种金属活动性顺序（）A．C＞A＞B＞D B．A＞C＞D＞B C．B＞D＞C＞A D．A＞B＞C＞D【练7】已知空气—锌电池的电极反应为锌片：Zn+2OH-﹣2e-=ZnO+H2O；石墨：O2+2H2O+4e-=4OH-。根据此判断，锌片是（）A．负极，并被氧化 B．负极，并被还原C．正极，并被氧化 D．正极，并被还原【练8】有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性强弱，两人均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6mol·L-1的H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6mol·L-1的NaOH溶液中，如下图所示：（1）写出甲池中负极的电极反应式：____________________________。

（2）写出乙池中负极的电极反应式和总反应的离子方程式：负极____________________________；总反应的离子方程式______________________________。

（3）如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出_______活动性更强，而乙会判断出_______活动性更强。(填写元素符号)

（4）由此实验，可得到如下哪些正确结论____________。

A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质B．镁的金属性不一定比铝的金属性强C．该实验说明金属活动性顺序已过时，已没有实用价值D．该实验说明化学研究对象复杂，反应受条件的影响较大，因此应具体问题具体分析（5）丙同学依据甲、乙同学的思路，设计如下实验：将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入稀NaOH溶液中，分别形成了原电池。①在这两个原电池中，负极分别为__________。

A．铝片、铜片B．铜片、铝片C．铝片、铝片D．铜片、铜片②写出插入浓硝酸中形成原电池的电极反应式______________________________________。【练9】原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献。（1）现有如下两个反应：A．NaOH+HCl=NaCl+H2O；B．Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑。上述反应中能设计成原电池的是______（选填字母代号），