高中化第2章 化反应与能量 第二节 第1课时 含答案

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第二节化学能与电能第1课时化学能转化为电能[学习目标定位］1.熟悉能源的分类和化学能与电能的转化关系。2.知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，通过实验会说明原电池的原理,会判断原电池的正极、负极，会正确书写电极反应式，熟知原电池的应用。一化学能与电能的转化1．电能使用电器时都需要电能。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.2．火力发电火电（火力发电)是通过化石燃料(如煤、石油、天然气)燃烧，使化学能转变为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电.燃煤发电是从煤中的化学能开始的一系列能量转换过程，该过程可表示为化学能eq\o（→，\s\up7(燃烧）)热能eq\o（→,\s\up7(蒸汽)）机械能eq\o(→,\s\up7（发电机))电能其中,燃烧（氧化还原反应)是使化学能转换为电能的关键。3．化学能与电能的直接转化化学能可通过氧化还原反应直接转化成电能。归纳总结一次能源与二次能源对比能源类别定义实例一次能源直接从自然界中取得的能源太阳能、风能、地热能、潮汐能、煤、石油、天然气等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)、蒸汽能、机械能等1．下列说法不正确的是(）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．火力发电是化学能间接转化为电能的过程D．水力发电是将化学能转化为电能的过程答案D解析水力发电是将水的机械能转化为电能的过程。2．下列各项中，属于一次能源的是()①煤②石油③天然气④煤气⑤电力A．①②③B．①②④C．②③⑤D．③④⑤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.二原电池的工作原理1．按要求完成下列实验，并填表：实验步骤现象锌片逐渐溶解，表面有气泡;铜片表面无气泡锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，电流表指针发生偏转两锌片逐渐溶解且表面都有气泡,电流表指针不偏转无现象解释或说明锌与稀硫酸发生置换反应产生H2，而铜则不能锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生,导线中有电流锌与稀硫酸反应产生氢气,但导线中无电流乙醇是非电解质,与Zn、Cu都不反应2.原电池(1)原电池的概念是将化学能转化为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应。（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：①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）；②溶液：两电极均插入电解质溶液中；③导线：两极用导线相连，形成闭合回路。（3）原电池的工作原理①根据原电池反应原理，分析下图并填空原电池总反应式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑；②能量转化过程：原电池在工作时，负极失去电子，电子通过导线流向正极，溶液中氧化性物质得到电子，发生还原反应，这样氧化反应和还原反应不断发生,负极不断地失电子，失去的电子不断地通过导线流向正极，被氧化性物质得到,闭合回路中不断有电子流产生，也就形成了电流，即化学能转变为电能。(4）原电池工作原理的应用①比较金属活动性作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性弱；②改变化学反应速率如：在Zn和稀硫酸反应时,滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极,从而加快Zn与稀硫酸反应的速率；③设计原电池如：把Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋设计成原电池，可用Fe作负极，铜(或石墨)作正极，FeCl3溶液作电解质溶液;④保护金属设备如：船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀，在船体外壳焊接上比铁活泼的金属(如Zn)，则构成以Zn、Fe为电极的原电池,Zn被消耗掉而Fe得到保护。归纳总结3．如图装置中，明显有电流产生的是（）答案C解析依据原电池的构成条件分析可知:A选项中酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；B选项中的两电极材料与电解质溶液不能发生自发的氧化还原反应，因而也不能构成原电池；D选项中的装置没有构成闭合回路，不能构成原电池;只有C选项中的装置符合原电池的构成条件.理解感悟原电池的判定方法：一看反应原理（能否自发地进行氧化还原反应)；二看构成条件(两极一液成回路:两个活泼性不同的电极，插入电解质溶液中，装置形成闭合回路)。4．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)A－2e－=A2＋(2）Cu2＋＋2e－=Cu(3）变大(4)D>A>B>C解析据装置甲知活动性:A〉B，A作负极，电极反应式为A－2e－=A2＋；据装置乙知活动性：B〉C,正极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu；据装置丙知活动性：D〉A，正极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，故c(H＋)减小,pH增大。据甲、乙、丙知活动性强弱顺序:D〉A>B>C。原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是1．化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。下列说法正确的是（)A．天然气、石油、流水、风力、氢气为一次能源B．无论是风力发电还是火力发电，都是将化学能转化为电能C．PM2。5含有的铅、镉、铬、钒、砷等对人体有害的元素均是金属元素D．发展低碳经济、循环经济，推广可利用太阳能、风能的城市照明系统答案D解析A项，H2不是一次能源；B项,风力发电不是将化学能转化为电能；C项,砷不是金属元素。2．现有M、N、P、E四种金属，已知:①M＋N2＋=N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出;③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－=E，N－2e－=N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是（)A．P>M〉N>E B．E>N〉M>PC．P>N>M>E D．E>P>M〉N答案A解析由①知，金属还原性：M>N;M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属还原性：P〉M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属还原性：N〉E。3．将纯锌片和纯铜片按图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．两烧杯中铜片表面均无气泡产生B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极C．两烧杯中溶液的酸性均减弱D．产生气泡的速率甲比乙慢答案C解析因乙烧杯中锌片和铜片没有接触，没有构成闭合回路,故不能构成原电池，因此乙烧杯中铜片上没有气泡，只有锌片上有气泡.因甲烧杯中锌片和铜片用导线连接后构成原电池,加快了锌的溶解，铜片上产生气泡的速率比乙烧杯中锌片上产生气泡的速率快。又因两烧杯中的锌都能与稀硫酸反应产生氢气而消耗H＋，导致两烧杯中溶液的酸性均减弱。理解感悟金属铜和锌插入稀硫酸中后，铜不反应，锌溶解并产生气泡。若用导线连接两金属或将两金属直接接触，就构成了原电池，现象也就发生了变化：铜表面产生大量气泡，比未构成原电池时锌表面的气泡产生速率要快.这一原理可用于实验室制氢气：在稀硫酸中滴加少量硫酸铜溶液，与锌粒混合后，锌置换出铜，覆盖在锌的表面，形成许多微小的铜锌原电池,使得产生氢气的速率大大加快。4．在铜锌原电池中(如下图),以硫酸铜为电解质溶液，锌为________极,电极上发生的是________(填“氧化”或“还原”）反应，电极反应式为_____________________。锌片上观察到的现象为_______________________________________________________;铜为________极，电极上发生的是________(填“氧化”或“还原")反应，电极反应式是______________________________________________________；铜片上观察到的现象是_________________________________________________________，原电池总反应的离子方程式为__________________________________________。答案负氧化Zn－2e－=Zn2＋锌片溶解正还原Cu2＋＋2e－=Cu铜极变粗Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu解析CuSO4为电解质溶液时，铜锌原电池的负极为锌，电极反应式为Zn－2e－=Zn2＋,所以锌片不断溶解,正极为铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，所以铜极不断变粗，电池总反应式为Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu.5．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，请写出电极反应式：正极反应：_____________________________________________________；负极反应：_______________________________________________________。答案（1）2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋（2)2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋Cu－2e－=Cu2＋40分钟课时作业［经典基础题］一、能源及其能量转换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．核聚变是人类未来获取能源的理想方式之一.人类从受控热核聚变反应中可得到无穷尽的清洁能源，相当于为自己制造了一个个小太阳。下列关于能量转换的认识中不正确的是()A．电解水生成氢气和氧气时,电能转化为化学能B．绿色植物进行光合作用时，太阳能转化为化学能C．煤燃烧时,化学能主要转化为热能D．蜡烛燃烧时,化学能全部转化为光能答案D二、原电池的形成与判定3．一个原电池的总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，该原电池的合理组成是（）正极负极电解质溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DZnFeCuCl2答案C解析由总反应式知，Zn被氧化作原电池的负极，符合条件的有B、C两项，电解质溶液中Cu2＋＋2e－=Cu,B选项中是2H＋＋2e－=H2↑，故应选C。4．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D5．如图是课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是（）A．铜片表面有气泡生成B．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换C．如果将硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动D．如果将锌片换成铁片,电路中的电流方向不变答案C解析铜锌原电池中,Cu作正极，溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气，故Cu上有气泡生成，A正确;原电池中化学能转化为电能，LED灯发光时,电能转化为光能，B正确；柠檬汁显酸性也能作电解质溶液，将硫酸换成柠檬汁，仍然构成原电池，导线中会有电子流动,C错误;金属性Cu比Zn、Fe弱，Cu作正极，电路中的电流方向不变，仍然由Cu流向负极，D正确。三、原电池正极和负极的判定6。右图为铜锌原电池示意图，下列说法正确的是（)A．锌片逐渐溶解B．烧杯中溶液逐渐呈蓝色C．电子由铜片通过导线流向锌片D．Zn为正极，Cu为负极答案A解析在该原电池中,Zn作负极，Zn溶解并失e－，在外电路中e－由Zn→Cu,在Cu电极表面，H＋得e－生成H2,故Cu并没有参加任何反应,故A选项正确，B、C选项错误；锌的活动性大于铜，锌为负极、Cu为正极，D选项错误。7.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（）A．a为负极，是铁片,烧杯中的溶液为硫酸B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液答案C解析Fe、C形成的原电池中，负极铁失去电子，变成亚铁离子,由于a极上有大量气泡产生，所以反应为2H＋＋2e－=H2↑,a为正极,是碳棒；b为负极，是铁片；电解质溶液为硫酸.8.如右图所示装置,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Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑,则A选项中A极变细，B选项中A极不变。C和D两项中的反应为Fe＋2AgNO3=2Ag＋Fe(NO3)2，其中C选项中A极变细，D选项中A极变粗。四、原电池的应用9．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)与稀硫酸反应答案D解析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。［能力提升题］10。在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡(如右图所示）。小心地往烧杯中央滴入CuSO4溶液.（1）片刻后可观察到的现象是（指悬吊的金属圈)____。A．铁圈和银圈左右摇摆不定B．保持平衡状态不变C．铁圈向下倾斜D．银圈向下倾斜（2）产生上述现象的原因是___________________________________________________________________________________________________________________。(3)写出反应的化学方程式：_____________________________________________________________________________________________________________________。答案(1）D（2)加入CuSO4溶液后，构成Fe－Ag原电池，铁溶解，质量减轻,Cu2＋在银圈上得电子，生成Cu沉积在其上,质量增加（3）Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu解析加入CuSO4溶液后,构成Fe－Ag原电池,Fe失电子作负极，质量减轻，Cu2＋在正极银圈上得电子，生成金属铜沉积在上面使其质量增加。11．利用原电池原理可以探究金属的活动性.(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.锌片作________(填“正”或“负”)极，锌片上发生的电极反应式是_________________；银片上发生的电极反应式是________________。(2）若该电池中两电极的总质量为60g，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47g。此时产生标准状况下氢气的体积为________L，通过导线的电子的物质的量为________mol。(3）为证明铁的金属活动性比铜强，某同学设计了如下一些方案。其中能证明铁的金属活动性比铜强的方案是________（填序号）。方案现象或产物①将铁片置于CuSO4溶液中铁片上有亮红色物质析出②将铁丝和铜丝分别在氯气燃烧产物分别为FeCl3和CuCl2③将铁片和铜片分别置于稀硫酸溶液中铁片上有气泡产生，铜片上无气泡产生④将铁片和铜片置于盛有稀硫酸的烧杯中，并用导线连接铁片溶解，铜片上有气泡产生答案(1）负Zn－2e－=Zn2＋2H＋＋2e－=H2↑(2)4.480。4（3)①③④解析(2)溶解的n（Zn)＝eq\f（13g，65g·mol－1)＝0.2mol负极:Zn－2e－=Zn2＋0。2mol0.4mol正极：2H＋＋2e－=H2↑0.4mol0。4mol所以V(H2）＝4.48L，n(e－）＝0。4mol。12．有A、B两位学生均想利用原电池反应验证金属的活动性顺序，并探究产物的有关性质，分别设计了如图所示的原电池，请完成下列问题：(1)①负极材料：A池________，B池________；②电极反应式：A池:正极：__________________，负极：__________________________________________，B池:正极：__________________,负极：_________________________________________。(2)B池总反应的离子方程式为_______________________________________________________________________________________________________________________。（3）写出两池反应的化学方程式:_____________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)①MgAl②2H＋＋2e－=H2↑Mg－2e－=Mg2＋2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑Al＋4OH－－3e－=AlOeq\o\al（－,2）＋2H2O(2）2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－，2）＋3H2↑（3）A池：Mg＋H2SO4=MgSO4＋H2↑B池:2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑13．某同学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,自己动手设计了一个原电池。请填写下列空白：（1）实验原理:Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑(2)实验用品：电极（______、______)、稀硫酸、______、________、耳机(或者电流表）（填写所缺的实验用品）.（3）实验装置如图.（4）原电池设计及注意的问题：①按如图所示装置连接好实验仪器,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生“嚓嚓嚓……”的声音。其原因是在原电池中,由化学能转化为____________,在耳机中又由__________转化为声音这种能量；②如果将装置中的耳机改为电流表，则铁钉应该接电流表的________极,电极反应式为________________________________________________________________________，发生了__________反应；铜钉应该接电流表的________极，电极反应式为________________________________________________________________________，发生了________________________________________________________________________反应。答案（2)铁钉或铁条铜钉(其他的惰性电极如铅笔芯、铂等都正确）烧杯导线(4）①电能电能②负Fe－2e－=Fe2＋氧化正2H＋＋2e－=H2↑还原解析原电池是将化学能转变为电能的装置，活泼金属作负极，发生氧化反应,不活泼材料作正极,发生还原反应.电流表正极应接原电池正极，电流表负极应接原电池负极。14．某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用,在常温下，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表指针偏转方向1Al、Mg稀盐酸偏向Al2Al、Cu稀盐酸偏向Cu3Al、C(石墨)稀盐酸偏向石墨4Al、Mg氢氧化钠溶液偏向Mg5Al、Zn浓硝酸偏向Al试根据上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)是否相同（填“是”或“否”）？____________。(2)由实验3完成下列填空：①铝为________极，电极反应式:_____________________________________________；②石墨为________极，电极反应式:__________________________________;③电池总反应式:__________________________