高一化学必修2《名师一号》答案详解2.2.1.ppt

第二节化学能与电能 目标导学 学生用书P37 1 理解化学能与电能之间转化的实质 2 掌握原电池概念 原理 组成及应用 3 了解生活中常用的化学电源和新型化学电池 4 能够正确书写电极反应式 5 使学生形成高效利用燃料 不浪费能源积极开发高能清洁燃料的意识 第1课时化学能转化为电能 课前自主学习 学生用书P37 一 一次能源和二次能源1 一次能源 直接从自然界中取得的能源 如流水 风力 原煤 石油 天然气 天然铀矿等 2 二次能源 一次能源经加工 转换得到的能源 如电力 蒸气等 3 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 又称电力 二 化学能与电能的相互转化1 燃煤发电的能量转化 1 过程 2 燃烧是使化学能转换为电能的关键 2 原电池 1 定义 将化学能转变为电能的装置 2 工作原理 以Cu Zn原电池为例 由于锌和铜的活泼性不同 锌失去电子 被氧化 作负极 电子通过导线流向铜片 铜片作正极 溶液中的H 从铜片上获得电子被还原成氢原子 氢原子再结合成氢分子从铜片上逸出 3 电极反应式 锌片 Zn 2e Zn2 氧化反应 铜片 2H 2e H2 还原反应 4 化学电池的本质是氧化还原反应 化学能电能 思考与交流 根据课本原电池实验 推测原电池构成的条件有什么 提示 1 电解质溶液 2 两个电极 其中一个相对较活泼 另一个相对较不活泼 两个电极直接或间接地连接在一起 并插入电解质溶液中 3 能自发地发生氧化还原反应 4 形成闭合电路 课堂深化探究 学生用书P37 一 原电池 二 原电池原理的应用1 加快氧化还原反应的速率 如实验室用Zn和稀H2SO4 或稀HCl 反应制H2 用粗Zn产生H2的速率快 原因是粗锌中的杂质和粗锌 稀H2SO4溶液形成原电池 加快了锌的腐蚀 产生H2的速率加快 如果用纯Zn 可以在稀H2SO4溶液中加入少量CuSO4溶液 也同样会加快产生H2的速率 原因是Cu2 Zn Cu Zn2 Zn和生成的Cu在稀H2SO4的溶液中形成原电池 加快了锌的腐蚀 产生H2速率加快 2 判断金属的活动性强弱例如 有两种金属a和b 用导线连接后插入到稀H2SO4中 观察到a极溶解 b极上有气泡产生 根据电极现象判断出a是负极 b是正极 由原电池原理可知 金属活动性a b 即原电池中 活动性强的金属为负极 活动性弱的金属为正极 3 设计原电池例如 利用Cu 2FeCl3 2FeCl2 CuCl2的氧化还原反应设计原电池 由反应式可知 Cu失去电子作负极 FeCl3 Fe3 在正 TP中67 TIF Y 极上得到电子 且作电解质溶液 正极为活泼性比Cu弱的金属或导电的非金属等 如右图该原电池的电极反应式 负极 Cu Cu 2e Cu2 氧化反应 正极 C 2Fe3 2e 2Fe2 还原反应 典例剖析 学生用书P38 知识点一原电池的形成条件例1下列8个装置中 属于原电池的是 填序号 解析 A B项中均只有1个电极 C项中两电极的活泼性相同 E项中酒精为非电解质 H项中没有形成闭合回路 所以A B C E H5项都不能形成原电池 D F G3项符合原电池的构成条件 可以形成原电池 答案 DFG 知识点二原电池原理例2关于锌 铜和稀硫酸构成的原电池的下列说法中正确的是 A 锌是负极 铜是正极B 电子从铜片经导线流向锌片C 负极的反应式为2H 2e H2 D 反应一段时间后 溶液的pH升高 答案 AD 解析 由于Zn比Cu活泼 在形成的原电池中 Zn是负极 Cu是正极 电子从Zn片经导线流向Cu片 负极的反应式为Zn 2e Zn2 正极的反应式为2H 2e H2 反应一段时间后 因c H 减小 故溶液的pH升高 点评 正确理解并熟记原电池原理是解题的基础 1 电极名称规定 活泼金属是负极 相对不活泼的金属或非金属是正极 2 在外电路 电子由负极流向正极 电流由正极流入负极 3 电极反应式 负极 还原剂 ne 氧化产物 正极 氧化剂 ne 还原产物 正极上得电子发生还原反应的物质可能是溶液中的阳离子 也可能是电解质溶液中溶解的O2 而正极本身不损耗 负极上失电子的物质可能是电极本身 也可能是其他物质发生氧化反应 知识点三原电池原理的应用例3有A B C D四块金属片 进行如下实验 A B用导线相连后 同时浸入稀H2SO4溶液中 A极为负极 C D用导线相连后 同时浸入稀H2SO4溶液中 电流由D 导线 C A C相连后 同时浸入稀H2SO4溶液中 C极产生大量气泡 B D相连后 同时浸入稀H2SO4中 D极发生氧化反应 据此 判断四种金属的活动性顺序是 A A B C DB A C D BC C A B DD B D C A 解析 金属与稀H2SO4溶液组成原电池 活泼金属为负极 失去电子发生氧化反应 较不活泼的金属为正极 H 在正极表面得到电子生成H2 电子运动方向由负极 正极 电流方向则由正极 负极 在题述原电池中 A B原电池 A为负极 C D原电池 C为负极 A C原电池 A为负极 B D原电池 D为负极 综上可知 金属活动性 A C D B 答案 B 知识点四能源与化学反应例4根据下列叙述回答第 1 2 题 能源可划分为一次能源和二次能源 自然界中以现成形式提供的能源称为一次能源 需要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二次能源 氢气是一种高效而没有污染的二次能源 它可以由自然界中大量存在的水来制取 2H2O l 2H2 g O2 g 放热反应 1 下列叙述正确的是 A 电能是二次能源B 水力是二次能源C 天然气是一次能源D 焦炉气是一次能源 答案 AC 2 关于用水制取二次能源氢气 以下研究方向正确的是 A 组成水的氢元素和氧元素都是可以燃烧的物质 因此可研究在水不分解的情况下使氢成为二次能源B 设法将太阳光聚集产生高温 使水分解产生氢气C 寻找高效催化剂 使水分解产生氢气 同时释放能量D 寻找特殊化学物质 用于开发廉价能源 以分解水制取氢气 答案 BD 解析 1 根据能源的划分原则 电能和焦炉气很明显是由其他能源 如火力 水力 原子能或炼焦等能源转变而来的 因而它们属于二次能源 水力是一次能源 天然气是一次能源 2 由题给信息可知H2是可以燃烧的 但水中的氢元素是不可燃烧的 而氧元素无论是游离态还是化合态都不是可燃物质 氧气只可以助燃 因此必须使水分解产生H2 又因H2和O2化合生成水是放热反应 故由H2O来制取氢气必须由外界提供能量 无论选用何种高效催化剂都不会使水分解产生H2的同时释放能量 课内针对性训练 学生用书P39 1 将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸溶液中 经过一段时间后 下列各项叙述正确的是 A 负极有Cl2逸出 正极有H2逸出B 负极附近Cl 的浓度减小C 正极附近Cl 的浓度逐渐增大D 溶液中Cl 的浓度基本不变 答案 D 解析 铁 银盐酸形成的原电池 负极为Fe 电极反应式为Fe 2e Fe2 正极为Ag 电极反应式为2H 2e H2 正极有H2逸出 负极Fe溶解 A不正确 电解质溶液中Cl 移向负极 Cl 浓度增大 B C不正确 溶液中因Cl 不参加反应 Cl 浓度基本不变 D正确 2 按下述方法连接的装置属于原电池 且产生的电流宏观可测的是 A 相连的两个铜片插入稀硫酸中B 相连的锌 银插入稀硫酸中C 相连的锌 铜插入硫酸锌溶液中D 相连的锌 铜插入水中 答案 B 解析 构成原电池并产生宏观可测的电流的装置应符合原电池的构成条件 A中两个电极相同 C D中不能自发进行氧化还原反应 均不符合条件 只有B符合 3 下列有关原电池的叙述正确的是 A 构成原电池的正极和负极必须是两种不同的金属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 电路中电流方向是从负极到正极 答案 B 解析 构成原电池的负极是活泼性强的金属 正极是活泼性弱的金属或非金属 如石墨 A错 电子流出的一极是负极 该电极被氧化 C错 原电池放电时 电子从负极流向正极 而电流则相反 D错 4 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 碳棒上有红色固体析出B 导线中有电子流动 电子从a极流入到b极C a是正极 b是负极D a极上发生了氧化反应 答案 C 解析 由a的金属性比氢强 b为碳棒 在形成的原电池中a为负极 b为正极 C不正确 5 在由铜片 锌片和200mL稀H2SO4组成的原电池中 若H2只在铜片上产生 当在铜片上放出3 36L 标准状况 的H2时 H2SO4恰好用完 则产生这些气体消耗的Zn为 g 在导线上有 mol电子通过 原稀H2SO4的物质的量浓度是 9 75 0 3 0 75mol L 解析 正极 2H 2e H22mol2mol22 4L0 3mol0 3mol3 36L负极 Zn 2e Zn2 0 15mol0 3mol则消耗Zn的质量为0 15mol 65g mol 9 75g 课后优化训练 学生用书P39 基础强化1 下列叙述中正确的是 A 任何化学反应都能设计成原电池B 任何氧化还原反应都能设计成原电池C 原电池反应一定是氧化还原反应D 两种不同的金属电极插入到电解质溶液中一定能形成原电池 答案 C 解析 形成原电池的反应一定是氧化还原反应 所以A错误 原电池的氧化还原反应一般是自发的 放热的氧化还原反应 而一些需外界提供能量进行的氧化还原反应 如通电情况下才能发生的化学反应则一般不能设计成原电池 形成原电池时必须是闭合回路 D错误 2 由铁 锌 铜和稀H2SO4及一些导线 可以组成的原电池种类有 A 1种B 2种C 3种D 4种 答案 C 解析 能形成原电池的有 Fe Zn原电池 Fe Cu原电池 Zn Cu原电池三种 3 如下图所示装置 均盛有0 1mol L 1的硫酸溶液 中 四个相同的纯锌片腐蚀最快的是 答案 D 解析 B C D形成原电池 B C中 Zn作正极 被保护 负极材料Mg Al加快腐蚀 在D中Zn作负极加快腐蚀 4 有a b c三种金属 两两分别接触并同处于稀硫酸中 如图所示 则三种金属活动性顺序为 A a b cB b a cC c a bD c b a 答案 D 解析 不同金属构成原电池时 做负极的为活泼金属 活泼性分别为b a c a c b 故c b a 5 以锌片和铜片为电极 以稀硫酸为电解质溶液的原电池中 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 铜片上析出1mol氢气B 两极溶解和析出的物质的质量相等C 锌片溶解了1g 铜片上析出1g氢气D 锌片溶解了1mol 硫酸消耗了1mol 答案 AD 解析 本题涉及原电池的有关计算 利用电子守恒结合电极反应可求得各电极上物质的溶解和析出情况 负极反应为Zn 2e Zn2 正极反应为2H 2e H2 由此可得电路中通过的电子及各物质的关系式为Zn 1mol2e 2molH2 1molH2SO41mol 通过计算可知A D正确 6 某原电池的离子方程式是Zn Cu2 Zn2 Cu 该原电池正确的组成是 答案 C 解析 根据给定反应 Zn作负极 含Cu2 的溶液作电解质溶液 比Zn活动性弱的金属作正极 则C符合题意 7 下列叙述不正确的是 A 把锌片和铁片紧靠在一起浸入稀盐酸中 铁片表面出现气泡B 用导线连接铁片 铜片 一起浸在硫酸铜溶液中 铜片表面析出单质铜C 把铜片插入三氯化铁溶液中 在铜片表面出现一层铁D 把锌粒放入盛有硫酸的试管中 加入几滴氯化铜溶液 气泡放出速率加快 答案 C 解析 Cu与FeCl3反应方程式为Cu 2FeCl3 CuCl2 2FeCl2 Cu不能置换出铁 故C不正确 8 在铜锌原电池中 以硫酸铜为电解质溶液 锌为 极 电极上发生的是 反应 填 氧化 或 还原 电极反应式是 锌片上观察到的现象为 铜为 极 电极上发生的是 反应 填 氧化 或 还原 电极反应式是 铜片上观察到的现象是 原电池反应的离子方程式为 负 氧化 Zn 2e Zn2 锌片溶解 正 还原 Cu2 2e Cu 铜片变粗 Zn Cu2 Zn2 Cu 能力提升 1 如图所示 杠杆AB两端分别挂有体积相同 质量相等的空心铜球和空心铁球 调节杠杆并使其在水中保持平衡 然后小心地向烧杯中央滴入浓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球的浮力变化 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 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 为导体时 A端低 B端高 答案 D 解析 当杠杆为绝缘体时不形成原电池 发生反应Fe CuSO4 FeSO4 Cu 铁球上由于有铜附着质量增加 B端下沉 A端上升 结果A端高 B端低 当杠杆为导体时形成原电池 铁球作负极 Fe 2e Fe2 铁球质量减轻 铜球作正极 Cu2 2e Cu 铜球上附着铜 质量增加 结果A端低 B端高 2 将铝片和铜片用导线相连 一组插入浓HNO3溶液中 一组插入稀NaOH溶液中 分别形成原电池 则在这两个原电池中 正极分别为 A 铝片 铜片B 铜片 铝片C 铝片 铝片D 铜片 铜片 答案 A 解析 铝片 铜片和浓HNO3构成原电池时 虽Al比Cu活泼 但Al遇浓HNO3钝化 故铜反应失电子 正极为铝 铝片 铜片和NaOH溶液构成原电池时 铝与NaOH溶液反应 铝作负极 铜作正极 3 将锌片和银片接触放入相同物质的量浓度的下列溶液中 一段时间后 溶液质量减轻的是 A 氯化铝B 硫酸铜C 硝酸银D 稀硫酸 答案 C 解析 锌片和银片构成原电池 锌片是负极 失去电子变成Zn2 进入溶液中 银片是正极 A项不能形成原电池 B项析出Cu C项析出Ag D项析出H2 溶液质量减轻的只有C 4 氢气是未来的绿色能源 科学家们最新研制出利用太阳能产生激光 再用激光使水分解得到氢气的新技术 其中水的分解可以用化学方程式表示为 下列有关说法不正确的是 A TiO2在反应中做氧化剂B 水分解不产生污染物C TiO2在反应中做催化剂D 该技术将太阳能转化为化学能 答案 A 解析 反应 从质量守恒和反应发生的条件来看 TiO2是反应的催化剂 反应过程中能量的变化是化学能的变化 太阳能 激光 光能 化学能 故该技术将太阳能转化为化学能的推论是正确的 5 某化学兴趣小组为了探究铝电极在电池中的作用 设计并进行了以下一系列实验 实验结果记录如下 试根据表中的实验现象回答下列问题 1 实验1 2中Al所作的电极 正极或负极 填 相同 或 不相同 2 根据实验3完成下列填空 铝为 极 电极反应式 电池总反应式 不相同 负 Al 3e Al3 2Al