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第二章化学反应与能量第二节化学能与电能第二章化学反应与能量1.了解化学能与电能的转化关系。2.初步了解化学电池的工作原理及应用。3．了解研制新型电池的重要性。4.会书写简单的电极反应式。化学能转化为电能1．一次能源和二次能源定义举例一次能源_____________取得的能源流水、风力、原煤、天然气、石油等二次能源一次能源经过加工、转换得到的能源电力、蒸汽等直接从自然界2.化学能转化为电能(1)燃煤发电：化学能――→燃烧_____――→蒸汽_______――→发电机电能。(2)原电池①概念：将_________________的装置，其本质是_____________。热能机械能化学能转变为电能氧化还原反应②原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)原电池总反应式：__________________________。负极氧化反应正极还原反应Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑③构成条件a．有_______________的电极；b．电极插入___________；c．电极间形成_________；d．能自发进行的氧化还原反应。两种活泼性不同电解质溶液闭合回路1．下列有关原电池的说法中正确的是()A．在外电路中电子由正极流向负极B．在原电池中负极发生还原反应C．原电池工作时，阳离子向正极方向移动D．原电池中正极一定是不活泼金属解析：选C。在原电池中，电子从负极通过导线流向正极；原电池中负极发生氧化反应；随着反应的进行，阳离子在正极被还原，所以电解质溶液中的阳离子向正极移动；原电池中一般正极金属比负极金属活泼性差，但不一定是不活泼金属。2．下列叙述不正确的是()A．根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源B．电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源C．火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程D．在火力发电过程中，化学能转化为热能实际上是氧化还原反应发生的过程，伴随着能量的变化解析：选C。氢气不能从自然界直接取得，是二次能源，A正确；电能也是二次能源，且使用方便、污染最小，B正确；以煤为燃料，火力发电的能量转化过程：(煤)化学能→热能→机械能→电能，C错误，D正确。3．(2019·郴州高一测试)如图为某兴趣小组制作的番茄电池，下列说法正确的是()A．电子由铜电极通过导线流向锌电极B．该装置是将电能转化为化学能的装置C．锌电极发生氧化反应D．电流由锌电极通过导线流向铜电极解析：选C。A项，铜做正极，锌做负极，因此电子由锌电极通过导线流向铜电极，故错误；B项，该装置将化学能转化为电能，故错误；C项，锌做负极失去电子，发生氧化反应，故正确；D项，电子与电流的方向相反，因此电流由铜电极通过导线流向锌电极，故错误。原电池正、负极的判断方法如图所示，电流计指针发生偏转，同时A极质量减少，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可能分别为Zn、Cu、稀盐酸C．C中阳离子向A极移动D．A极发生氧化反应[解析]原电池中，负极金属失去电子，质量减小，故A极是负极，B极是正极，根据构成情况可判断A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸，A、B两项正确；离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，D项正确。[答案]C(1)上述例题中，电子的移动方向是怎样的？(2)上述例题中，如果该原电池反应是Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，请写出A、B两极的电极反应式。答案：(1)电子由负极(A极)经导线流向正极(B极)。(2)A极的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋，B极的电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑。1．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．2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑B．2H2＋O2=====点燃2H2OC．Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4D．Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑解析：选D。D项中的反应不属于氧化还原反应，不能设计成原电池。2．下列各装置能构成原电池的是()解析：选B。A项中两电极相同，A项错误；C项中蔗糖溶液是非电解质溶液，C项错误；D项中两烧杯中溶液是分开的，没有形成闭合回路，D项错误。3．如图所示，a在金属活动性顺序表中排在氢之前，b为碳棒，下列说法中不正确的是()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C．导线上有电流，电子移动方向为a→bD．反应后a极质量减小解析：选A。由题图知，a、b与稀硫酸构成了原电池，在该原电池中，因活泼性ab(碳棒)，故a为负极，发生氧化反应，b为正极，发生还原反应，选项A错误；b极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故碳棒上有气体逸出，选项B正确；a极失去的电子通过导线转移到b极，即电子移动方向为a→b，选项C正确；a极失去电子后转变为离子进入溶液，故a极逐渐溶解，质量减小，选项D正确。发展中的化学电源1．干电池——一次电池(1)特点：放电之后不能充电。(2)实例：锌锰电池(3)电极反应：负极为____________________，正极为2MnO2＋2NH＋4＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。锌筒石墨棒糊状NH4ClZn－2e－===Zn2＋(4)为了延长电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质______换成_____________，并在构造上做了改进，制成了碱性锌锰电池。NH4Cl湿的KOH2．充电电池——二次电池(1)特点：放电时所进行的氧化还原反应，充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。(2)实例：电池类型负极正极电解质铅蓄电池______________镍镉电池_________________PbPbO2H2SO4CdNiO(OH)KOH3.燃料电池(1)特点①燃料和_______(如O2)分别在两个电极上反应将化学能直接转化为电能。②与火力发电相比，燃料的利用率高、能量转化率高。③与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。氧化剂(2)实例：以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：负极：___________________________；正极：__________________________。2H2＋4OH－－4e－===4H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－1．下列有关电池的说法中不正确的是()A．手机上用的锂离子电池属于二次电池B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌锰电池中，锌电极是负极解析：选B。手机上用的锂离子电池是可充电电池，A对。铜锌原电池中，Cu为正极，Zn为负极，外电路中电子由负极流向正极，B错。燃料电池将化学能转化为电能，C对。锌锰电池中，Zn为负极，D对。2．在实验室制取氢气时，最好的方法是()A．纯锌与稀硫酸反应B．纯锌与浓硫酸反应C．纯锌与稀盐酸反应D．粗锌(含铜、银)与稀硫酸反应解析：选D。含有铜或银的锌与稀硫酸反应时，由于发生原电池反应，生成氢气的速率加快。3．燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料燃烧原理把化学能直接转化为电能，氢氧燃料电池的基本反应是X极：12O2(g)＋H2O(l)＋2e－===2OH－；Y极：H2(g)＋2OH－－2e－===2H2O(l)。下列说法正确的是()A．X是负极B．Y是正极C．Y极上发生还原反应D．Y极上发生氧化反应解析：选D。由电极反应式可知，X极上发生得到电子的还原反应，是原电池的正极，Y极上发生失去电子的氧化反应，是原电池的负极。原电池原理的应用1．加快氧化还原反应的速率(1)原理：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，使反应速率增大。(2)应用：实验室用Zn和稀H2SO4(或稀盐酸)反应制取H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4(或稀盐酸)形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。2．比较金属的活动性强弱(1)原理：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。(2)应用：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性AB。3．设计原电池(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。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。正极：______________________________________；负极：______________________________________。[解析][答案](1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋(2)装置图2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋Cu－2e－===Cu2＋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)该电池的负极材料是________，发生________(填“氧化”或“还原”)反应，电解质溶液是____________。(2)正极上出现的现象是________________________________________________________________________。(3)若导线上转移1mol电子，则生成银______g。解析：(1)根据电池的总反应式可知，负极一般是失电子的物质，所以负极材料应该是铜，发生氧化反应，电解质溶液是一种可溶性的银盐溶液，所以是AgNO3溶液。(2)正极上发生的反应是溶液中的银离子得到电子变成银单质，所以正极上的现象是碳棒上出现银白色物质。(3)当导线上转移1mol电子时，正极上会析出1mol银单质，所以正极上生成的银的质量是108g。答案：(1)Cu氧化AgNO3溶液(2)碳棒上出现银白色物质(3)108考查发展中的化学电源1．下列有关电池的叙述不正确的是()A．水果电池是方便实用的家用电池B．铅蓄电池是一种常用的二次电池C．氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置D．锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄解析：选A。水果电池不是方便实用的家用电池，A错误；铅蓄电池是可进行充、放电的二次电池；氢氧燃料电池工作的产物是水，故不会造成环境污染；锌锰干电池中Zn做负极不断溶解，故外壳逐渐变薄。2．(2019·长春高一检测)人造卫星常用到的一种高能电池——银锌蓄电池，它在放电时的电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O、Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，据此判断氧化银是()A．负极，被氧化B．正极，被还原C．负极，被还原D．正极，被氧化解析：选B。根据电极反应式中元素的化合价变化可知，电极反应中银元素的化合价降低，被还原；原电池中较活泼的金属(锌)做负极，另一电极(氧化银)做正极，发生还原反应，所以氧化银为正极，得电子被还原。3．氢氧燃料电池构造如图所示。其电池总反应式为2H2＋O2===2H2O。下列说法不正确的是()A．多孔金属a做负极B．多孔金属b上，O2发生还原反应C．电池工作时，电解质溶液中OH－移向a极D．正极的电极反应为O2＋4e－＋4H＋===