2018-2019学年高中化学 第一章 物质结构元素周期律 1.2.1 化学能转化为电能学案 新人教版必修2.doc

第1课时化学能转化为电能一、能源与火力发电1一次能源和二次能源(1)一次能源：直接从自然界取得的能源。如太阳能、风能、地热能、水力、潮汐、原煤、石油、天然气、天然铀矿等。(2)二次能源：一次能源经过加工，转换得到的能源。如电能、蒸汽能、机械能等。2火力发电化学能间接转化为电能(1)火力发电的原理首先通过化石燃料燃烧，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。(2)能量转换过程化学能热能机械能电能(3)火力发电的弊端化石燃料属于不可再生资源，用化石燃料发电会造成资源的浪费。火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如SO2、CO、NO2、粉尘等)，污染环境。火力发电是通过氧化还原反应将化学能转化为电能的一种间接方式，在其过程中，燃烧是使化学能转化为电能的关键。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。二、原电池化学能直接转化为电能1实验探究实验步骤解释或说明锌与稀硫酸发生置换反应产生氢气，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，与锌、铜都不反应2.原电池的概念原电池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。3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：两电极用导线相连，形成闭合回路。4原电池的工作原理(1)分析下图并填空原电池总反应式：Zn2H=Zn2H2；(2)能量转化：化学能转变为电能。5原电池工作原理的应用(1)比较金属活动性原电池中，作负极的金属活动性一般比作正极的金属活动性强。(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Fe2Fe3=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。例2如图所示装置能够组成原电池的是_。其他不能构成原电池的说明理由：_。考点能源与构成的原电池条件题点原电池的形成条件与判断方法答案EFGA装置的两个电极的活泼性相同，电子不会流动形成电流；B装置为非电解质溶液，不能发生氧化还原反应；C装置电解质溶液在两个分开的装置中，不成形成闭合回路；D装置无导线连接电极，不能形成闭合回路。它们均不能构成原电池思维启迪原电池的判定方法：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)。例3如图所示电流表的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是()AB极为原电池的正极BA、B、C分别可以为Zn、Cu和稀盐酸CC中阳离子向A极移动DA极发生氧化反应考点原电池工作原理及正负极的判断题点原电池工作原理答案C解析原电池中，负极金属失去电子，发生氧化反应溶解，质量减小，故A极为负极，B极为正极，A、D项正确；A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B项正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C项错误。例4某原电池的离子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，该原电池正确的组成是()选项正极负极电解质溶液ACuZnHClBZnCuCuSO4CCuZnCuSO4DCuZnZnCl2考点原电池原理的应用题点设计原电池答案C解析将ZnCu2=Zn2Cu拆开两个半反应：氧化反应(负极反应)：Zn2e=Zn2。还原反应(正极反应)：Cu22e=Cu。则电池的负极是Zn，正极是比锌不活泼的金属或导电的非金属，电解质溶液中含Cu2。方法技巧设计原电池的方法(1)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。(2)选择合适的材料电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料。电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应。原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)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()(2)NaOHHCl=NaClH2O是放热反应，可以设计成原电池()(3)原电池中的阳离子由负极区向正极移动()(4)在Zn|稀硫酸|Cu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()(5)把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴CuCl2溶液，气泡放出速率加快()考点原电池工作原理题点原电池的综合应用答案(1)(2)(3)(4)(5)2(2017北京101中学期中)下列设备工作时，将化学能转化为电能的是()ABCD锂离子电池太阳能集热器燃气灶硅太阳能电池考点能源与构成原电池的条件题点能量的转化方式答案A解析A项，锂离子电池是把化学能转化为电能，故正确；B项，太阳能集热器是把太阳能转化为热能，故错误；C项，燃烧是放热反应，是把化学能转化为热能，故错误；D项，硅太阳能电池是把太阳能转化为电能，故错误。3(2017湖南郴州适应性测试)如图为某兴趣小组制作的番茄电池，下列说法正确的是()A电子由铜通过导线流向锌B该装置是将电能转化为化学能的装置C锌电极发生氧化反应D电流由锌通过导线流向铜考点原电池工原理和正负极的判断题点原电池工作原理答案C解析A项，铜作正极，锌作负极，因此电子由锌流向铜，故错误；B项，该装置将化学能转化为电能，故错误；C项，锌作负极失去电子，发生氧化反应，故正确；D项，电子与电流的方向相反，因此电流由铜极流向锌极，故错误。4下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是()ABCD考点原电池原理的应用题点金属腐蚀快慢的比较答案B解析中的锌作负极，腐蚀速率最快；中的锌与外界不接触，腐蚀速率最慢；中的锌作正极，腐蚀速率比中的锌要慢；因此腐蚀速率由慢到快的顺序为，故B正确。5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_；铜片上观察到的现象为_，原电池总反应的离子方程式为_。考点原电池工作原理和正负极的判断题点常考多变的锌铜原电池答案负氧化Zn2e=Zn2锌片溶解正还原Cu22e=Cu铜极变粗ZnCu2=Zn2Cu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Zn2e=Zn2，所以锌片不断溶解，正极为铜，电极反应式为Cu22e=Cu，所以铜极不断变粗，原电池总反应式为ZnCu2=Zn2Cu。对点训练题组一一次能源和二次能源1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考点能源与构成原电池的条件题点能源的分类答案D解析风能是直接从自然界中取得的能源，属于一次能源，A正确；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，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。2下面是有关各种形式能量的相互转化途径的叙述，其中错误的是()A家庭液化气灶将化学能转变为热能B灯泡将电能全部转变为光能C光合作用将光能转变为化学能D太阳能电池将光能转变为电能考点能源与构成原电池的条件题点能量的转化方式答案B解析灯泡除了将电能转变为光能之外，还转变为热能等其他形式的能。题组二化学能转化为电能3如图所示各装置中，不能构成原电池的是(烧杯中所盛液体都是稀硫酸)()考点能源与构成原电池的条件题点原电池的形成条件与判断答案D解析原电池的形成条件包括活动性不同的电极、电解质溶液、形成闭合回路、自发进行氧化还原反应。对图示各个装置进行观察，发现只有D不能形成闭合回路，因此不能形成原电池。4下列关于原电池的叙述，正确的是()A构成原电池的正极和负极材料必须是两种活泼性不同的金属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，电流的方向是从负极到正极考点原电池工作原理和正负极的判断题点原电池构成和原理的理解答案B解析构成原电池的正极和负极可以是两种活泼性不同的金属，也可以是导电的非金属(如石墨棒)和金属，A错误；原电池是将化学能转变为电能的装置，B正确；在原电池中，负极上发生失去电子的氧化反应，正极上发生得到电子的还原反应，所以电子从负极沿导线流向正极，C错误；原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极，则电流的方向是从正极到负极，D错误。5(2017湖北部分重点中学期末联考)某实验兴趣小组按下图装置实验后，所记录内容合理的是()实验记录Cu为正极，Zn为负极；Zn质量减少，Cu质量增加；SO向Cu极移动；电子流向：由Zn经导线流入Cu片；Zn电极发生还原反应；正极反应式：Cu22e=Cu。A.BCD考点原电池工作原理和正负极的判断题点原电池工作原理答案B解析Zn比Cu活泼，Zn为负极，Cu为正极，故正确；铜为正极，发生反应：Cu22e=Cu，铜极质量增大，故正确；原电池工作时，阴离子向负极移动，故错误；电子由负极流向正极，即电子由Zn电极流向Cu电极，故正确；Zn电极发生氧化反应，故错误；正极发生还原反应，电极反应方程式为Cu22e=Cu，故正确。综上所述，B正确。6人造地球卫星用到的一种高能电池银锌蓄电池，其电池的电极反应式：Zn2OH2e=ZnOH2O，Ag2OH2O2e=2Ag2OH。据此判断氧化银是()A负极，被氧化B正极，被还原C负极，被还原D正极，被氧化考点原电池工作原理和正负极的判断题点正、负极的判断答案B解析电池的电极反应式：Zn2OH2e=ZnOH2O，Ag2OH2O2e=2Ag2OH，从中可以看出锌的化合价升高，所以锌为负极，被氧化，而氧化银中的银化合价降低，被还原，故氧化银为正极，被还原，故B符合题意。7(2017武汉高一检测)如图将锌片和铜片用导线连接后放入稀硫酸中，发生原电池反应，下列叙述错误的是()A溶液的pH增大B溶液中的Zn2浓度增大C溶液中的SO浓度增大D溶液的密度增大考点原电池的工作原理和正负极的判断题点常考多变的锌铜原电池答案C解析A项，氢离子浓度降低，溶液的pH增大，正确；B项，锌不断溶解,溶液中的Zn2浓度增大，正确；C项，由于在反应过程中溶液中SO没有参加反应，所以溶液中c(SO)不变，错误；D项，原电池放电时，溶液由硫酸溶液逐渐变成硫酸锌溶液，所以溶液的密度增大，正确。8.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()AA是Zn，B是Cu，C为稀硫酸BA是Cu，B是Zn，C为稀硫酸CA是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液DA是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液考点原电池工作原理和正负极的判断题点多角度判断正、负极答案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。题组三原电池工作原理的应用9X、Y、Z、W四种金属片浸在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示：则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为()AZYXWBZXYWCZYWXDYZXW考点原电池工作原理的应用题点比较金属活泼性的强弱答案A10(2018南宁六中5月考试)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=2NaAlO23H2B2H2O22H2OCMg3N26H2O=3Mg(OH)22NH3DCH42O2CO22H2O考点原电池原理的应用题点能否设计原电池的化学反应分析答案C解析只有属于氧化还原反应，才能用于设计原电池；A、B、D属于氧化还原反应，均可以设计为原电池。C不属于氧化还原反应，不能设计成原电池，故选C。11(2018北京四中4月月考)为将反应2Al6H=2Al33H2的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜)()考点原电池原理的应用题点原电池的设计答案B解析A项为原电池，铝为负极，但总反应为2Al2OH2H2O=2AlO3H2，不符合；C项为原电池，但硝酸是氧化性酸，则总反应为Al4HNO=Al3NO2H2O，不符合；D项装置中有外接电源，不属于原电池，不符合。12小颖同学用如图所示装置研究原电池原理，下列说法错误的是()A若将图1装置的Zn、Cu直接接触，Cu片上能看到气泡产生B图2装置中SO向Cu片移动C若将图2中的Zn片改为Mg片，Cu片上产生气泡的速率加快D图2与图3中正极生成物的质量比为132时，Zn片减轻的质量相等考点原电池原理的应用题点原电池工作原理的探究答案B解析Zn、Cu直接接触就能构成闭合回路而形成原电池，Cu片上可看到有气泡产生，A项正确；SO带负电荷，应该向负极Zn片移动，B项错误；由于Mg的失电子能力强于Zn，所以将Zn片改为Mg片后，电子转移速率加快，生成H2的速率也加快，C项正确；假设图2中正极产生2 g H2，则转移2 mol电子，消耗负极65 g Zn，而图3中正极析出64 g Cu，也转移2 mol电子，消耗负极65 g Zn，故Zn片减轻的质量相等，D项正确。综合强化13(2017南宁高一检测)某同学为了探究原电池产生电流的过程，设计了如图实验。(1)打开K，观察到的现象为_。(2)关闭K，观察到的现象是_。此电池的负极的电极反应式为_。(3)关闭K，溶液中阳离子向_(填“Zn”或“C”)极移动，外电路中，电子流动方向是_。考点原电池原理的应用题点原电池的综合探究实验答案(1)锌棒上附着有红色固体(2)碳棒上附着有红色固体Zn2e=Zn2(3)CZnC(或负极正极)解析(1)打开K，锌与硫酸铜接触，置换出铜，所以可以看到锌棒上附着有红色固体。(2)关闭K，形成原电池，锌作负极，碳作正极，溶液中的铜离子在碳棒上得到电子生成铜，看到碳棒上附着有红色固体；负极反应为Zn2e=Zn2。(3)关闭K，溶液中的阳离子向正极移动，即向碳棒移动，电子从锌出来经过导线流向碳。14(2017咸宁高一检测)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1mol，则生成银_g。考点原电池原理的应用题点原电池的设计答案(1)Cu氧化AgNO3溶液(2)碳棒上出现银白色物质(3)108解析(1)根据电池的总反应，可知负极一般是失电子的物质，所以负极材料应该是铜，发生氧化反应，电解质溶液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。15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：铝为_极，电极反应式：_；石墨为_极，电极反应式：_；电池总反应式：_。(3)实验4中铝作负极还是正极？_，理由是_。写出铝电极的电极反应式：_。(4)解释实验5中电流表指针偏向铝的原因：_。(5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素：_。考点原电池工作原理和正负极的判断题点多角度判断正、负极答案(1)否(2)负2Al6e=2Al3正6H6e=3H22Al6HCl=2AlCl33H2(3)负极在NaOH溶液中，活动性：AlMgAl3e4OH=AlO2H2O(4)Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中发生反应，被氧化，即在浓硝酸中，活动性：ZnAl，Al是原电池的正极(5)另一个电极材料的活动性；电解质溶液解析在稀盐酸中的活动性：MgAlCu。由实验1和2可知，原电池中电流表指针是偏向正极。在实验3中电流表指针偏向石墨，由上述规律可知，Al是负极，石墨是正极，化学反应是Al失去电子被氧化为Al3，盐酸中的H得到电子被还原为H2。在NaOH溶液中活动性：AlMg，则Al是负极，Mg是正极。Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中被氧化，即在浓硝酸中活动性：ZnAl，Zn是负极，Al是正极，所以在实验5中电流表指针偏向铝。