【志鸿优化设计】高考化学一轮复习 第三单元化学反应与能量变化第2讲化学能与电能的转化练习1 苏教版.doc

第2讲化学能与电能的转化考纲点击1了解原电池的构造特点和工作原理，会判断、设计简单的原电池，能够正确书写电极反应式和电池反应方程式。2了解电解池的构造特点和工作原理，能正确书写电解池的电极反应式和电解反应式。3惰性电极阳极产物只限于氯气和氧气。4了解电解原理在金属冶炼、氯碱工业和电镀等生产生活中的应用。一、原电池的工作原理1形成原电池的条件原电池是能把_转变为_的装置。原电池的形成需要满足以下三个条件：(1)有_或熔融电解质(2)_的两电极(3)形成_2电极反应式和原电池总反应式(1)确定原电池正、负极，弄清正、负极上发生反应的物质。(2)原电池的电极反应式书写时，要注意保证原子守恒、电荷守恒，还要注意不可忽视介质参与反应。(3)弱电解质、气体或难溶物均以分子式表示，其余以离子符号表示。(4)将两个电极反应式中的电子消去，两式相加即可得到原电池总反应式。例如，zn、cu、稀硫酸组成原电池的电极反应式为负极：_正极：_原电池总反应：zn2h=zn2h2再如，zn、cu、znso4、cuso4组成原电池如下图：即时训练1在下图所示的装置中，能够发生原电池反应的是()。即时训练2用铜片、银片、cu(no3)2溶液、agno3溶液、导线和盐桥(装有琼脂kno3的u形管)构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是()。在外电路中，电流由铜电极流向银电极正极反应为：age=ag实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作将铜片浸入agno3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同a bc d二、电解原理及其应用1电解原理(1)电解：在直流电的作用下，电解质在两个电极上分别发生_和_的过程叫做电解。电解可以使许多在通常条件下不能发生的反应得以进行。(2)电解池：将_装置叫做电解池。电解池由_、_以及_组成。(3)构成电解池的条件_；_；_。(4)阴、阳极的判断2电解原理的应用(1)电解精炼铜作阳极，_作阴极，_溶液作电解质溶液。电解时，发生如下反应，阳极：cu2e=cu2，阴极：cu22e=cu。阳极泥中存在金、银等不活泼的贵重金属，阴极得到纯铜。(2)电镀铜精铜作_，镀件金属作_，硫酸铜(或其他可溶性铜盐)溶液作电解质溶液，从理论上讲电镀时电解质溶液组成、浓度和质量不变化。电极反应：阳极为cu2e=cu2，阴极为cu22e=cu。(3)氯碱工业原料的应用a粗盐的成分：粗盐中含有泥沙、ca2、mg2、fe3、so杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。b杂质的危害：ca2、mg2等金属离子在碱性环境中会生成沉淀，损坏离子交换膜；此外，杂质的存在会使得到的产品不纯。c除杂质的过程：除杂质时所加试剂的顺序要求是：加na2co3溶液必须在加bacl2溶液之后；加入盐酸在过滤之后。反应原理阳极(放电顺序：cloh)：_(氧化反应)阴极(放电顺序：hna)：_(还原反应)在上述反应中，由于h在阴极上得到电子而生成h2，破坏了附近的水的电离平衡，促进了水继续电离，结果阴极区溶液里oh的浓度增大而呈碱性。总反应：_。(4)电解冶炼电解熔融电解质，可炼得活泼金属。如：k、na、ca、mg、al等金属可通过电解其熔融的氯化物或氧化物制得。电源的负极是最强的“还原剂”，可“强迫”活泼金属的阳离子得电子。即时训练3如图所示，下列叙述正确的是()。ay为阴极，发生还原反应bx为正极，发生氧化反应cy与滤纸接触处有氧气生成dx与滤纸接触处变红一、原电池的原理及其应用1原电池的原理及其应用(1)原电池原理利用氧化还原反应可将化学能转变为电能，具体如下：(2)原电池原理的应用原电池原理的应用范围很广，中学阶段主要了解以下几个方面：原电池反应可加快化学反应速率。如实验室中用zn和稀硫酸反应制取h2时，常加入少量cuso4，cuso4与zn发生置换反应生成cu，从而构成cuzn原电池加快h2的产生速率。判断原电池中两电极的化学活泼性。由于在原电池中，还原性强的物质失电子，作负极，所以还原性比较为负极正极。制成各种化学电源。原电池能将化学能转化为电能，所以其最重要的应用是制备各种电池、蓄电池等实用电池，解释某些化学现象。(3)原电池的设计方法分析氧化还原反应，标出变价元素价态。还原剂作负极。选一种活泼性差的金属或非金属作正极。含得电子离子的电解质形成电解质溶液。2燃料电池燃料电池是一种高效低污染的新型电池。它的电极材料一般为活化电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭等，电解质溶液一般为40%的koh溶液。(1)氢氧燃料电池(2)甲烷燃料电池负极：ch410oh8e=co7h2o正极：2o24h2o8e=8oh电池总反应式为：ch42o22koh=k2co33h2o说明：c2h2、ch3oh、c2h5oh等燃料电池的电极反应和电池总反应可据此写出。【例1】如图所示是一套电化学实验装置，图中c、d均为铂电极，u为盐桥，g是灵敏电流计，其指针总是偏向电源正极。(1)as(砷)位于元素周期表中第四周期a族，则na3aso4溶液的ph_(填“7”“7”或“7”)。(2)向b杯中加入适量较浓的硫酸，发现g的指针向右偏移。此时a杯中的主要实验现象是_，d电极上的电极反应式为_。(3)一段时间后，再向b杯中加入适量的质量分数为40%的氢氧化钠溶液，发现g的指针向左偏移。此时整套实验装置的总的离子方程式为_。方法归纳原电池正负极的判断方法(1)从构造方面判断：一般相对活泼的金属作负极；相对不活泼的金属作正极。(2)从工作原理角度判断：电子流出，电流流入，电解质溶液中阴离子移向的极负极；电子流入，电流流出，电解质溶液中阳离子移向的极正极。(3)从电池反应角度判断：失电子，发生氧化反应的极负极；得电子，发生还原反应的极正极。(4)从电极反应的现象判断：一般情况下，不断溶解、质量减少的极负极；有气体生成或质量增加的极正极。注意：不要形成“活泼金属一定作负极”的思维定势，如下图甲池中mg作负极：mg2e=mg2，al作正极：2h2e=h2；乙池中由于镁不与强碱反应而al和naoh溶液的反应能自发进行，所以al作负极：al3e4oh=alo2h2o，mg作正极：2h2o2e=h22oh。拓展应用1锂电池用金属锂和石墨作电极材料，电解质溶液是由四氯铝锂(lialcl4)溶解在亚硫酰氯(socl2)中形成的，该电池的总反应方程式为：8li3socl2=6liclli2so32s，下列叙述中正确的是()。a电解质溶液中混入水，对电池反应无影响b上述过程中是电能转化成化学能c电池工作过程中，亚硫酰氯(socl2)被还原为li2so3d电池工作过程中，金属锂提供电子的物质的量与析出硫的物质的量之比为41二、原电池电极反应式的书写1一般电极反应式的书写(1)列物质标得失按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。(2)看环境配守恒电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的h应让其结合oh生成水。电极反应式要遵守电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。(3)两式加验总式两电极反应式相加，与总反应对照验证。2复杂电极反应式的书写复杂电极反应式总反应式较简单一极的电极反应式如ch4酸性燃料电池负极反应式的书写方法为：ch42o2=co22h2o总反应式2o28h8e=4h2o正极反应式ch42h2o8e=co28h负极反应式【例2】(1)(2012全国新课标卷)高铁酸钾(k2feo4)是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。fecl3与kclo在强碱性条件下反应可制取k2feo4，其反应的离子方程式为_。与mno2zn电池类似，k2feo4zn也可以组成碱性电池，k2feo4在电池中作为正极材料，其电极反应式为_，该电池总反应的离子方程式为_。(2)(2012山东理综)利用反应2cuo22h2so4=2cuso42h2o可以制备cuso4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为_。_。(3)(2012江苏卷改编)铝电池性能优越，alag2o电池可用作水下动力电源，其原理如图所示。该电池的负极反应为：_，该电池总反应的化学方程式为_。(4)电解尿素co(nh2)2的碱性溶液制氢的装置示意图如下(电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极)。电解时，阳极的电极反应式为_。拓展应用2n2o5是一种新型硝化剂，其性质和制备受到人们的关注。现以h2、o2、熔融盐na2co3组成燃料电池，采用电解法制备n2o5，装置如图所示，其中y为co2。(1)写出石墨、电极上发生反应的电极反应式：_；_。(2)在电解池中生成n2o5的电极反应式为_。三、电解池的原理及其规律1电解原理及电极的判断2原电池与电解池的区别与联系原电池电解池化学原理自发的氧化还原反应非自发的氧化还原反应本质化学能转化为电能电能转化为化学能装置判断无外接电源有外接电源电极判断负极：还原性较强的极或电子流出的极正极：还原性较弱的极或电子流入的极阳极：与直流电源正极相连的极阴极：与直流电源负极相连的极电极上的反应负极：负极材料本身或还原剂失去电子发生氧化反应正极：溶液中某些阳离子或氧化剂得到电子发生还原反应阳极：发生氧化反应，即阳极金属或溶液中阴离子失去电子的反应阴极：发生还原反应，溶液中的阳离子得到电子的反应电子流向负极外电路正极电源负极阴极，阳极电源正极电流方向正极外电路负极电源正极阳极阴极电源负极应用制化学电源氯碱工业、电镀、电解精炼和电冶金联系二次电池的放电过程为原电池原理，而充电过程为电解过程3电极产物的判断(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表ag以前)，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不会失电子。如果是惰性电极(pt、au、石墨)，则要再看溶液中的离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断。阴离子放电顺序：s2ibrcloh含氧酸根。(2)阴极产物的判断阳离子得电子顺序：kca2namg2al3zn2fe2sn2pb2(h)cu2hg2ag(阳离子放电顺序与浓度有关，并不绝对)。4电解质溶液电解规律(采用惰性电极)用惰性电极(如石墨和pt电极)电解酸、碱、盐的水溶液时，主要有三种电解形式：电解水、电解电解质本身、电解电解质和水。其规律如下：类型电极反应特点实例电解物质电解质溶液浓度ph电解质溶液复原电解水型阴极：4h4e=2h2阳极：4oh4e=2h2oo2naoh水增大增大加水h2so4水增大减小加水na2so4水增大不变加水电解电解质型电解质电离出的阴阳离子分别在两极放电hcl电解质减小增大通氯化氢cucl2电解质减小增大加氯化铜放h2生碱型阴极：放出h2生成碱阳极：电解质阴离子放电nacl电解质和水生成新电解质增大通氯化氢放o2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：oh放电生成酸agno3电解质和水生成新电解质减小加氧化银【例3】中央电视台生活315：排毒基真能排毒吗的节目中报道，一种名叫“排毒基强离子排毒仪”的产品正在市场上热销。该仪器像一个普通电动脚盆，使用时往注满水的盆中放入双脚，加一些精盐，通电启动仪器，过了一段时间，盆中开始出现灰绿色、红褐色的絮状物质。下列说法不正确的是()。a灰绿色、红褐色的絮状物质中含有fe(oh)2和fe(oh)3b此电动脚盆仪器的电极全是用惰性电极材料制成的c通电一段时间，没有刺激性气体产生d此过程中涉及的反应之一：4fe(oh)22h2oo2=4fe(oh)3拓展应用3用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有h2和o2生成，则电解一段时间后，若电解前后温度变化忽略不计，下列有关溶液叙述正确的有()。该溶液的ph可能增大该溶液的ph可能减小该溶液的ph可能不变该溶液的浓度可能增大该溶液的浓度可能不变abcd关于原电池和电解池相关原理和应用的探究该类探究主要体现以下几个方面1探究原电池的工作原理(如电极的判断)及其应用(如判断金属的活动性强弱)。2探究电解的原理(如电解产物的判断)及其应用(如电镀等)。【实验典例】某校化学研究性学习小组欲设计实验验证fe、cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：方案：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性，该原理的离子方程式为_。方案：有人利用fe、cu作电极设计成原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。正极：_；负极：_。方案：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证fe、cu活动性的简单实验方案(与方案、不能雷同)：_，用离子方程式表示其反应原理：_。1某同学按如图所示的装置进行电解实验。下列说法不正确的是()。a电解过程中，铜电极上有h2产生b电解初期，总反应方程式为cuh2so4cuso4h2c电解一定时间后，石墨电极上有铜析出d整个电解过程中，h的浓度不断减小2(2012福建理综)将下图所示实验装置的 k 闭合，下列判断正确的是() 。acu电极上发生还原反应b电子沿 znabcu路径流动c片刻后甲池中c(so)增大d片刻后可观察到滤纸b点变红色3cu2o是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取cu2o的电解池示意图如下，电解总反应为：2cuh2ocu2oh2。下列说法正确的是()。a石墨电极上产生氢气b铜电极发生还原反应c铜电极接直流电源的负极d当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol cu2o生成4(2012山西大学附中调研)锂钒氧化物电池的能量密度远远超过其他材料电池，其成本低，便于大量推广，且对环境无污染。电池总反应式为：v2o5xli=lixv2o5。下列说法中，不正确的是()。a正极材料为锂，负极材料为v2o5b向外供电时，锂离子在凝胶中向正极移动c正极的电极反应式为：v2o5xlixe=lixv2o5d负极的电极反应式为：xlixe=xli5(2013浙江镇海中学高三月考)如图所示，通电5 min后，第极增重2.16 g，同时在a池中收集到标准状况下的气体224 ml，设a池中原混合液的体积为200 ml，求通电前a池原混合溶液中cuso4的物质的量浓度。(设电解前后溶液体积无变化)参考答案基础梳理整合一、1化学能电能(1)电解质溶液(2)活泼性不同(3)闭合回路2(4)zn2e=zn22h2e=h2即时训练1bde解析：a两个电极相同，所以不能发生原电池反应；c中液体为非电解质乙醇，所以不能发生原电池反应；f不能形成闭合电路，所以不能发生原电池反应。即时训练2c解析：电流由正极(ag)流向负极(cu)，错；取出盐桥，原电池内电路不能连通，不能继续工作，错。二、1(1)氧化反应还原反应(2)电能转化为化学能的直流电源固体电极材料电解质溶液或熔融电解质(3)直流电源两个电极，其中与电源正极相连的电极叫做阳极，与电源负极相连的电极叫阴极电解质溶液或熔融态电解质(4)阳氧化阴还原2(1)粗铜精铜cuso4(2)阳极阴极(3)2cl2e=cl22h2e=h22nacl2h2o2naohcl2h2即时训练3a解析：由图可知左边为原电池，zn为负极，cu为正极，则x为阳极，有氧气生成；y为阴极，有氢气生成，酚酞变红，则a项正确。核心归纳突破【例1】答案：(1)7(2)无色溶液变成蓝色aso2h2e=asoh2o(3)i2aso2oh=h2o2iaso解析：本题考查原电池的知识。(1)as的非金属性弱于p，磷酸是中强酸，所以h3aso4是弱酸，则na3aso4溶液显碱性；(2)g的指针向右偏移，说明d是正极，c是负极，b中发生的反应为aso2h2e=asoh2o，a中发生的反应为2i2e=i2，碘单质遇到淀粉显蓝色；(3)g的指针向左偏移，说明c是正极，d是负极，a中反应为i22e=2i，b中的反应为aso2oh2e=asoh2o，总的离子方程式为i2aso2oh=h2o2iaso。拓展应用1d解析：li是活泼金属，易与水反应，显然a错；原电池将化学能转化为电能，b错；电池工作过程中，亚硫酰氯(socl2)被还原为s，li2so3是氧化产物，c错；电池工作过程中，金属锂提供电子的物质的量与析出硫的物质的量之比为8241，d正确。【例2】答案：(1)2fe33clo10oh=2feo5h2o3clfeo4h2o3e=fe(oh)35oh2feo8h2o3zn=3zn(oh)22fe(oh)34oh(2)o24h4e=2h2o(3)al4oh3e=alo2h2o2al3ag2o2naoh=2naalo26agh2o(4)co(nh2)28oh6e=con26h2o解析：(1)依题意，fecl3与kclo在强碱性条件下反应可制取k2feo4，根据元素守恒、电子转移守恒可得反应的离子方程式。根据原电池反应原理，锌作负极材料，失电子发生氧化反应；k2feo4在电池中正极上得电子，发生还原反应。(2)根据总反应，o2发生还原反应，考虑到溶液呈酸性，得出正极电极反应式为o24h4e=2h2o。(3)铝作负极，失电子被氧化，在碱性溶液中生成naalo2，负极反应式为2al8oh6e=2alo4h2o；ag2o作正极，得电子被还原为ag，电解质溶液为naoh 溶液，正极反应式为3ag2o3h2o6e=6ag6oh，正、负极反应式相加可写出总反应。(4)根据装置图可知阳极产生了n2，阴极产生了h2，再分析化合价的升降，可知阴极h得电子生成氢气，在阳极co(nh2)2失电子生成n2，同时再结合电荷守恒可知还生成co。拓展应用2答案：(1)h2co2e=co2h2oo22co24e=2co(2)n2o42hno32e=2n2o52h解析：(1)首先由气体的通入方向判断石墨为负极、石墨为正极，石墨的电极反应为：h22e=2h，co2h=co2h2o，总式：h2co2e=co2h2o；石墨的电极反应为：o24e=2o2，2co22o2=2co，总式：o22co24e=2co。(2)n2o4转化为n2o5增加一个氧原子，考虑电解池左侧中的含氧物质除n2o4外只有无水hno3，从而写出电极反应式：n2o42hno32e=2n2o52h。【例3】b解析：该洗脚盆实际为一电解装置，从灰绿色、红褐色的絮状物质颜色来判断，应该为fe(oh)2和fe(oh)3，所以阳极为铁，电解质溶液为食盐水，阴极发生的反应为o24e2h2o=4oh。拓展应用3a解析：电解naoh、h2so4、na2so4溶液，实质上都是电解水生成h2和o2，溶液ph分别增大、减小、不变，故正确；若电解naoh、na2so4稀溶液，电解后溶液浓度增大，若电解naoh、na2so4饱和溶液，必然会析出溶质晶体，但析出晶体后的溶液仍然是该温度下的饱和溶液，电解后溶液浓度不变，故也正确。实验探究拓展实验典例答案：fe2h=fe2h2：2h2e=h2fe2e=fe2：将铁片置于cuso4溶液中，一段时间后观察fe表面是否有金属铜析出fecu2=fe2cu解析：方案：铁与酸反应而铜与酸不反应。fe2h=fe2h2方案：设计原