2018_2019学年高中化学期末大串讲专题07化学能与电能（知识讲解）.docx

专题07 化学能与电能知识网络重难突破一、能源的分类能源类别定义按利用历史按性质举例一次能源直接从自然界中取得的能源常规能源可再生能源水能不可再生能源煤、石油、天然气等化石能源新能源可再生能源太阳能、风能、地热能、潮汐能、沼气不可再生能源核能二次能源由一次能源经过加工、转化得到的能源电能(水电、火电、核电)、氢能、蒸汽、工业余热等典例1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【答案】C【解析】氢气不能从自然界中直接取得，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，故C错误，D正确。典例2下列各项中，属于一次能源的是()煤石油天然气煤气电力A. B.C. D.【答案】A【解析】煤、石油、天然气等没有经过加工或转换而直接从自然界中取得，称为一次能源；煤气、电力、汽油、煤油、焦炭等，是在一次能源基础上经过加工转换而来的，称为二次能源。二、原电池1、概念：把化学能转变为电能的装置。2、原电池的构成条件理论上，自发的氧化还原反应均可构成原电池。具体条件是：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)；溶液：两电极均插入电解质溶液中；导线：两极用导线相连，形成闭合回路。典例3在如图所示的8个装置中，属于原电池的是 。【答案】DFG【解析】图中A、B都只有一个电极，C中是两个活泼性相同的电极，E中酒精不是电解质溶液，H不能形成闭合回路，它们不属于原电池，属于原电池的只有D、F、G。3、原电池的工作原理4、原电池工作原理的应用(1)加快氧化还原反应的速率原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。典例4将纯锌片和纯铜片按下图所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.两个装置都构成了原电池B.甲装置构成了原电池，乙装置没有构成原电池C.两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生D.产生气泡的速率甲比乙慢【答案】B【解析】甲中构成了铜锌原电池，锌作负极，失电子；铜作正极，氢离子在铜极上得电子，生成氢气；总反应式为ZnH2SO4=ZnSO4H2。乙装置没有构成原电池，因为没有形成闭合电路。构成原电池后生成氢气的速率加快。(2)比较金属活泼性强弱一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。注意：在判断原电池正负极时，不要只根据金属活动性的相对强弱还要考虑电解质溶液的特点。MgAl和稀盐酸构成的原电池中，Mg作负极，Al作正极；而若把稀盐酸换为NaOH溶液，Al作负极，Mg作正极。)AlCu和NaOH溶液构成的原电池中，Al作负极；而若把NaOH溶液换为浓硝酸，Cu作负极。典例5由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。装置现象二价金属A不断溶解C的质量增加A上有气体产生根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是 。(2)装置乙中正极的电极反应式是 。(3)装置丙中溶液的pH变化是 。(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是 。【答案】(1)A2e=A2(2)Cu22e=Cu(3)增大(4)DABC【解析】据装置甲知活动性：AB，A作负极，电极反应式为A2e=A2；据装置乙知活动性：BC，正极反应式为Cu22e=Cu；据装置丙知活动性：DA，正极反应式为2H2e=H2，故c(H)减小，pH增大。据甲、乙、丙知活动性强弱顺序：DABC。(3)设计原电池依据：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。示例：FeCuSO4=CuFeSO4为例。典例6某原电池总反应离子方程式为2Fe3Fe=3Fe2，不能实现该反应的原电池是()A正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液B正极为C，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液C正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液D正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液【答案】D【解析】由2Fe3Fe=3Fe2得出负极反应式为Fe2e=Fe2，正极反应式为2Fe32e=2Fe2，可知负极材料为铁，正极材料为不比铁活泼的导体，电解质溶液中必须有Fe3。三、常见的化学电源1.锌锰干电池(1)结构：锌锰干电池是以锌筒为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质。(2)原理：锌锰电池是一次性电池，放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。负极发生的电极反应为Zn2e=Zn2，正极发生的电极反应为2MnO22NH2e=Mn2O32NH3H2O。2.充电电池(1)充电电池又称二次电池。充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时期内循环进行。充电电池中能量的转化关系是 (2)常见的充电电池铅蓄电池常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。负极材料是Pb，正极材料是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。镍镉电池以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质，寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境。碱金属中的Li是最轻的金属，活动性极强，是制造电池的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。3.燃料电池(1)燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者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。(3)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：2H24OH4e=4H2O(氧化反应)；正极：O22H2O4e=4OH(还原反应)；总反应：2H2O2=2H2O。典例7燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是() Aa极是负极，该电极上发生氧化反应Bb极反应是O24OH4e=2H2OC总反应方程式为2H2O2=2H2OD氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源【答案】B【解析】A项，a极通H2为负极，电极反应为2H24OH4e=4H2O，发生氧化反应；B项，b极通O2为正极，电极反应为O22H2O4e=4OH，B项不正确；C项，正、负极电极反应式相加得总反应为2H2O2=2H2O；D项，氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源。课后练习：1、下列关于能量转换的认识中不正确的是()A.白炽灯工作时，电能全部转化为光能B.普通干电池工作时将化学能转变为电能C.化学反应中的能量变化，通常主要表现为热量的变化D.火电是通过化石燃料燃烧，使化学能经过一系列能量转化最终转变为电能【答案】A【解析】A项，白炽灯工作时，电能除转化为光能外，还转化为热能。2、下列有关能源的说法错误的是()A.风能是人类通过风车等工具获取的能源，但属于一次能源B.在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将成为主要能源C.月球土壤中含有丰富的质量数为3的氦，它可作为未来核能的重要原料D.原电池把化学能直接转化为电能，所以由原电池提供的电能是一次能源【答案】D【解析】风能是直接从自然界中取得的能源，属于一次能源，原电池提供的电能是由化学能转化而得到的，不是直接获得的，属于二次能源，A正确，D错误；随着时代的发展，化石能源逐渐枯竭，所以新能源时代污染小的核能、太阳能、氢能将成为主要能源，B、C正确。3、下列电池工作时，O2在正极得电子的是()ABCD锌锰电池铅蓄电池氢氧燃料电池镍镉电池【答案】C【解析】燃料电池中O2为正极。4、汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是()A.Pb是正极B.PbO2得电子，被氧化C.负极反应是PbSO2e=PbSO4D.电池放电时，溶液的酸性增强【答案】C【解析】从铅蓄电池的放电反应可以看出：放电过程中Pb失去电子变为Pb2，发生氧化反应，因而Pb是负极；PbO2得到电子发生还原反应，被还原；反应过程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性减弱。5、下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是()【答案】D【解析】铜电极上能产生气泡，说明铜为正极，另一电极是排在氢前面的活泼金属。6、如图所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的()A.A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸B.A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸C.A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液D.A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液【答案】D【解析】A极逐渐变粗，说明A极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；B极逐渐变细，说明B极为原电池的负极，失去电子后变成离子进入溶液中。A和B两项中的反应为ZnH2SO4=ZnSO4H2，则A项A极变细，B项A极不变；C和D两项中的反应为Fe2AgNO3=2AgFe(NO3)2，其中C项A极变细，D项A极变粗。7、某学生用如图装置研究原电池原理，下列有关说法错误的是()A.图(3)中Zn片增重质量与Cu片减轻质量的比为6564B.图(2)中如果两极上都有气体产生，则说明Zn片不纯C.图(1)中铜片上没有气体产生D.图(2)与图(3)中正极生成物的质量比为132时，Zn片减轻的质量相等【答案】A【解析】图(3)中Z