必修二化学2.2.1化学能转化为电能

必修二化学第二章 第二节化学能与电能第1课时化学能转化为电能 1.能举例说明化学能转化成电能的实例，并了解及应用。2.理解原电池概念。3.初步了解原电池工作原理及构成条件。(重点) 化学能转化为电能阅读教材P39到P42实践活动内容，完成下列问题。1能源的分类定义举例一次能源直接从自然界中取得的能源流水、原煤、天然气、风力、石油等二次能源一次能源经加工、转化得到的能源蒸汽、电力等2.化学能转化为电能的两种方式(1)火电(火力发电)：化学能燃烧热能蒸汽机械能发电机电能；缺点：污染环境、低效。(2)原电池：将化学能直接转化为电能；优点：清洁、高效。 3原电池(1)实验实验装置 实验现象铜片：有气泡产生锌片：溶解变小电流表：指针偏转结论有电流产生，装置中化学能转化为电能(2)原电池概念：将化学能转变为电能的装置。(3)铜锌原电池工作原理电极材料电子转移电极反应式反应类型Zn失电子Zn2e=Zn2氧化反应Cu得电子2H2e=H2还原反应总电池反应：Zn2H=Zn2H2(4)反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。【判断】1HClNaOH=NaClH2O是放热反应，可以设计成原电池。()2将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转。()3在铜锌稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌。()4原电池中阳离子向正极移动。() 原电池的构成条件及正负极的判断方法1.构成原电池的“一个依据，三个必须”2原电池正、负极的判断方法负极正极电极材料活动性较强的金属活动性较弱的金属或导电的非金属电子流动方向电子流出一极电子流入一极电流方向电流流入一极电流流出一极电解质溶液中离子的移动方向阴离子移向的一极阳离子移向的一极发生的反应氧化反应还原反应反应现象电极溶解电极增重或有气泡放出【活学活用】1下列装置中，能构成原电池的是() A只有甲 B只有乙C只有丙 D除乙均可以【解析】甲装置不能构成闭合回路，乙装置两极材料相同，丁装置酒精不是电解质溶液，只有丙装置具备原电池的构成条件，故选C。【答案】C 原电池原理的应用1.增大氧化还原反应的速率如实验室中用Zn与稀硫酸反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率大。因为粗锌中的杂质、锌、稀硫酸形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率增大。2比较金属的活动性强弱如把两种金属Zn和Cu用导线连接后，插入到稀硫酸中，能观察到Zn极溶解，Cu极上有气泡产生，根据观察到的现象可以判断出Zn极是负极，Cu极是正极。由原电池原理可知金属的活动性：ZnCu，即原电池中，活动性强的金属作负极，活动性弱的金属作正极。3设计原电池如利用反应Cu2Zn=Zn2Cu的氧化还原反应可以设计原电池，由反应式可知，Zn失去电子，作负极；Cu2在正极上得到电子，含有可溶性的铜盐溶液作电解质溶液；正极为活动性比Zn弱的金属或导电的非金属等。所设计原电池的电极反应式为：负极：Zn2e=Zn2(氧化反应)正极：Cu22e=Cu(还原反应)【活学活用】2四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。相连时，外电路电流从流向；相连时，为正极；相连时，上有气泡逸出；相连时，的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是()A BC D【解析】相连时，外电路电流从流向，说明为负极；相连时，为负极；相连时，上有气泡产生，说明为负极；相连时，的质量减少，说明为负极。综上所述可知，这四种金属活动性由大到小的顺序为，选项B正确。【答案】B 预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中：问题1问题2问题3问题4 原电池的构成条件与工作原理探究背景 探究问题1上述四个装置中有什么现象发生？装置中电流表指针是否偏转？【提示】中Zn片溶解，Zn片表面有气泡产生，Cu片无明显变化；中Zn片溶解，Cu片表面有气泡产生；中无明显变化；中两个Zn片均溶解，且有气泡产生，电流表指针不偏转。2上述四个实验装置中能构成原电池的是哪个装置？其他装置不能构成原电池的原因是什么？【提示】装置能构成原电池；未形成闭合回路；中乙醇不是电解质；中两个电极金属性相同，均不能构成原电池。3指出上述原电池的正极、负极及电子、电流的流动方向。【提示】正极为铜片，负极为锌片。电子从锌片经导线流向铜片；电流从正极(铜片)流向负极(锌片)。溶解中阳离子流向正极，阴离子流向负极。 应用原电池原理设计简单的原电池 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。 正极反应：_；负极反应：_。【思路点拨】 【解析】首先分析Fe3与Cu的反应中的氧化剂、还原剂，然后依据原电池原理设计成原电池。依据反应：2Fe3Cu=2Fe2Cu2，Cu失电子，应为原电池的负极，正极材料选用不如铜活泼的碳棒或铂丝均可，电解质溶液选用FeCl3溶液。【答案】(1)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(2)装置图 正极反应：2Fe32e=2Fe2负极反应：Cu2e=Cu2 1能源可分为一级能源和二级能源，自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源，需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。据此判断，下列叙述正确的是()A天然气是二级能源 B石油是二级能源C电能是一级能源 D水流是一级能源【解析】根据定义，天然气、石油、水流是自然界中存在的，都是一级能源，电能由其他能转化而来，是二级能源。【答案】D2A、B、C都是金属，把A浸入C的硝酸盐溶液中，A的表面有C析出，A、B和酸溶液组成原电池时，B为电池的负极。A、B、C三种金属的活动性顺序为()AABC BACBCBAC DBCA【解析】A能从C的盐溶液中置换出C金属，活动性：AC。A与B组成原电池时，B为负极，则金属活动性：BA。综上所述，金属的活动性BAC，故选C。【答案】C3下列说法正确的是()A原电池是把电能转变成化学能的装置B原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应C原电池两极均发生氧化反应和还原反应D原电池内部的阳离子向正极移动【解析】要综合考虑原电池的概念、电极反应、电子移动的方向和电流方向。原电池中的电子移动方向是：负极外电路正极，可见B选项错；阳离子向正极移动，得电子，发生还原反应，D项正确；在原电池中负极金属失去电子，发生氧化反应，而正极可以是溶液中的离子或空气中的氧气发生还原反应，C项错。【答案】D4如图所示，两电极一为碳棒，一为铁片，若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是() Aa为负极，是铁片，烧杯中的溶液为稀硫酸Bb为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液Ca为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为稀硫酸Db为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液【解析】由题给信息“电流表指针发生偏转”，可确定该装置构成了原电池。又因“a极有大量气泡生成”，可知：a为正极(碳棒)，则b为负极(铁片)，即可确定烧杯中的溶液是稀硫酸。【答案】C5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_(填“变大”或“变小”或“不变”)。(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是_。【解析】根据图知金属活动性：AB，A作负极，电极反应为A2e=A2；根据图知金属活动性：BC，正极反应为Cu22e=Cu；根据图知活动性：DA，正极反应为2H2e=H2，故c(H)减小，pH增大。根据、知活动性：DABC。【答案】(1)A2e=A2(2)Cu22e=Cu(3)变大(4)DABC (对应学生用书第103页)A组基础过关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火电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程D在火电过程中，化学能转化为热能的过程中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】氢气不能从自然界中直接取得，是二次能源。电能也是二次能源，且使用方便、污染最小，A、B都正确。以煤为原料，火电的能量转化过程为：(煤)化学能燃烧热能蒸气机械能发电机电能。故C错误。【答案】C2茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制出以铝合金、PtFe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中()铝合金是正极铝合金是负极海水是电解液铝合金电极发生还原反应A B C D【解析】原电池中活泼金属为负极，对错。电极在海水中，故海水为电解质溶液，对。铝合金为负极，则发生氧化反应，故错。【答案】A3如图为某兴趣小组制作的番茄电池，下列说法正确的是() A电子由锌通过导线流向铜B该装置将电能转化为化学能C锌电极发生还原反应D铜电极上无气泡产生【解析】 因为番茄汁呈酸性，(即含有H)，可组成原电池。依据原电池的基本知识，其中Zn作负极，发生氧化反应；Cu作正极，发生还原反应。电子由负极(Zn)通过导线流向正极(Cu)。H在正极得电子，2H2e=H2，铜电极有气泡产生。【答案】A4某金属能和盐酸反应生成氢气，该金属与锌组成原电池时，锌作负极，则该金属可能为()A铝 B铜 C锡 D硅【解析】该金属与锌组成原电池时，锌作负极，说明其金属活动性比锌弱，该金属能与盐酸反应生成氢气，符合条件的为锡。【答案】C5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()A2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2B2H2O2=点燃2H2OCZnCuSO4=CuZnSO4DNa2CO32HCl=2NaClH2OCO2【解析】D项中的反应不属于氧化还原反应，不能设计成原电池。【答案】D6某原电池的离子反应方程式是ZnCu2=Zn2Cu，该原电池正确的组成是()正极负极电解质溶液ACuZnHClBZnCuCuSO4CCuZnCuSO4DCuZnZnCl2【解析】根据化学方程式，Zn失去电子，化合价升高，发生氧化反应，作负极，排除B。正极为Cu2得电子，所以电解质溶液含Cu2。【答案】C7把金属A放入盐B(NO3)2的溶液中，发生如下反应：AB2=A2B，以下叙述正确的是()A常温下金属A一定能与水反应，B一定不能与水反应BA与B用导线连接后放入酒精中，一定形成原电池CA与B用导线连接后放入B(NO3)2的溶液中，一定有电流产生D由A、B和B(NO3)2溶液构成的原电池，A一定是正极，B一定是负极【解析】AB2=A2B，说明A比B活泼，但在金属活动性顺序中A、B有可能都在H之后，因此A、B可能都不与水反应，A错误；酒精不是电解质，不能形成原电池，B错误；由A、B和B(NO3)2溶液构成的原电池，A一定是负极，B一定是正极，D错误。【答案】C8理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu2Ag=2AgCu2”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_反应(填“氧化”或“还原”)，电解质溶液是_。(2)正极上出现的现象是_。(3)若导线上转移电子1 mol，则生成银_克。【解析】(1)根据电池的总反应，可知负极一般是失电子的物质作电源的负极，所以负极材料应该是铜电极，发生氧化反应，负极铜电极应该与电解质溶液反应，所以根据反应，电解质溶液应该是一种可溶性的银盐溶液，所以是AgNO3溶液。 (2)正极上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1 mol电子的时候，正极上会析出1 mol 银单质，所以正极上生成的银的质量是108 g。【答案】(1)Cu氧化AgNO3溶液(2)碳棒上出现银白色物质(3)108 B组能力提升9(双选)下列各装置露置在空气中，能在外电路获得电流的() 【解析】A项，两极的材料相同，不能形成原电池；C项，酒精是非电解质，不能形成原电池。【答案】BD10如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下。在卡片上，描述合理的是() 实验后的记录：Zn为正极，Cu为负极H向负极移动电子流动方向，由Zn经外电路流向CuCu极上有H2产生若有1 mol电子流过导线，则产生H2为0.5 mol正极的电极反应式为Zn2e=Zn2A BC D【解析】在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu片，负极反应为Zn2e=Zn2，正极反应为2H2e=H2，故每转移1 mol电子时，产生H2 0.5 mol，在溶液中H向正极移动，SO24向负极移动，故错误，正确，选B。【答案】B11如图所示装置中，可观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细。下表所列M、N、P物质中，可以组合成该装置的是() 选项号MNPA锌铜稀硫酸B铜铁稀盐酸C银锌硝酸银溶液D锌铁硝酸铁溶液【解析】M棒变粗，N棒变细，说明N棒是负极，相对M棒金属活动性更强。M棒变粗说明M棒上有金属析出。【答案】C12某小组为研究电化学原理，设计如右图装置。下列叙述不正确的是() Aa和b不连接时，铁片上会有金属铜析出Ba和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu22e=CuC无论a和b是否连接，铁片均会溶解Da和b用导线连接后，Fe片上发生还原反应，溶液中的Cu2向铜电极移动【解析】铁的活泼性强于铜，故铁能置换出铜且附着在铁棒上，A正确。a和b用导线连接后，构成原电池，其中Fe作负极，发生氧化反应。铜作正极，电极反应式为Cu22e=Cu，B项正确、D项错误。无论a和b是否连接，铁都被氧化生成Fe2，C项正确。【答案】D13利用生活中或实验室中常用的物品，根据氧化还原反应知识和电化学知识，自己动手设计一个原电池。请填写下列空白：(1)实验原理：Fe2H=Fe2H2。(2)实验用品：电极_、稀硫酸、_(填写所缺的实验用品)、耳机(或者电流计)。(3)实验装置：(4)原电池设计及注意的问题。 按如图所示连接好实验仪器，注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出，如果没有，可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意：接触的同时耳机的另一个极是连接在原电池的另一个电极上的)，这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓”声音。其原因是：在原电池中，由化学能转化为_。如果将装置中的耳机改为电流计，则铁钉应该接电流计的_极，电极反应是_；另一极应该接电流计的_ 极，电极发生了_反应(“氧化”或“还原”)。【解析】由实验原理：Fe2H=Fe2H2，可知组成该原电池的负极应为Fe，正极可选用活动性比Fe弱的金属或导电的非金属。【答案】(2)铁钉(或铁条)铜钉(其他的惰性电极如铅笔芯、石墨等)烧杯、导线(4)电能负Fe2e=Fe2正还原 14(1)将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。锌片上发生了_反应，反应式为_；银片上发生了_反应，反应式为_。(2)若起始时该电池中两电极的总质量为60 g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净、干燥后称重，总质量为47 g，则生成H2体积(标准状况)为_。【解析】(1)因金属的活动性顺序为ZnAg，所以将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池时，锌片作负极，发生氧化反应Zn2e=Zn2；银片作正极，发生还原反应2H2e=H2。(2)锌片与银片总质量减轻，是因为负极锌失去电子发生氧化反应，正极上H得电子发生还原反应而生成H2，根据电子得失守恒，负极每有1 mol锌溶解，正极必产生1 mol H2，并转移2 mol电子。Zn2H=Zn2H2转移2e6522.4 L60 g47 g V L6522.4 L60 g47 gV LV4.48。【答案】(1)氧化Zn2e=Zn2还原2H2e=H2 (2)4.48 L15某化学兴趣小组的同学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：编号电极材料电解质溶液电流计指针偏转方向1Mg、Al稀盐酸偏向Al2Al、Cu稀盐酸偏向Cu3Al、C(石墨)稀盐酸偏向石墨4Mg、Al氢氧化钠溶液偏向Mg5Al、Zn浓硝酸偏向Al试根据表中的实