第7講化學反應(yīng)與電能（學生版）-2023-2024學年高一化學輔導（人教版2019）

第7講化學反應(yīng)與電能【內(nèi)容導航】1．原電池的工作原理2．原電池原理的應(yīng)用3．化學電池一、原電池的工作原理1．實驗探究——化學能轉(zhuǎn)化為電能【實驗1】將鋅片和銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中。實驗現(xiàn)象：鋅片：________________，有________產(chǎn)生；銅片：___________。實驗結(jié)論或解釋：鋅與稀硫酸反應(yīng)生成________，銅與稀硫酸________。【實驗2】用導線連接鋅片和銅片。實驗現(xiàn)象：鋅片：________________；銅片：________________。實驗結(jié)論或解釋：鋅_______電子，變?yōu)開_____，_______在銅片上_______電子生成________。【實驗3】用導線在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個電流表。實驗現(xiàn)象：電流表指針發(fā)生________。實驗結(jié)論：說明產(chǎn)生了________。2．CuZn原電池的工作原理(1)Zn比Cu活潑，鋅________電子，變?yōu)開_______：鋅片：________________________(________反應(yīng))(2)電子經(jīng)過導線流向________，產(chǎn)生電流，________在銅片上________電子生成________:銅片：________________________(________反應(yīng))在特定的裝置中使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在不同區(qū)域進行，氧化還原反應(yīng)中產(chǎn)生的電子通過導體發(fā)生定向移動，形成電流。3．原電池的工作原理(1)原電池的概念及本質(zhì)將________轉(zhuǎn)化成________的裝置稱為原電池，在原電池中發(fā)生的化學反應(yīng)一般是___________反應(yīng)。(2)原電池的工作原理電極名稱負極正極電極材料__________金屬________________金屬或________非金屬反應(yīng)類型外電路電子流向由______極沿導線流向______極內(nèi)電路離子移向陽離子向______極移動，陰離子向______極移動移動能量轉(zhuǎn)化形式________能轉(zhuǎn)化成________能原電池總反應(yīng)(3)原電池的構(gòu)成條件①兩個電極為兩種________不同的金屬（或一種為________的非金屬）。②________溶液。③電極、導線和電解質(zhì)溶液形成____________。④自發(fā)進行的____________反應(yīng)?！菊n堂探究】1．下面是四個化學反應(yīng)，你認為理論上不可用于設(shè)計原電池的化學反應(yīng)是()A．Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2AgB．Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2OC．Zn＋CuSO4=Cu＋ZnSO4D．C＋CO2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO2．如圖所示的裝置中，M為活動性順序位于氫之前的金屬，N為石墨棒，關(guān)于此裝置的下列敘述中，不正確的是()A．N上有氣體放出B．M為負極，N為正極C．電解質(zhì)溶液中H＋濃度減小D．導線中有電流通過，電流方向是由M到N【歸納小結(jié)】(1)電極名稱的判斷方法(2)原電池中電子、離子的移動規(guī)律在原電池中，電子在導線中定向移動(由負極流出，流入正極)，離子在溶液中定向移動(陽離子移向正極，陰離子移向負極)，即“電子不下水，離子不上岸”或“電子走陸路，離子走水路”，它們共同組成了一個完整的閉合回路。【即學即練1】下列各組材料中，不能組成原電池的是()ABCD兩極材料Zn片，石墨Cu片，Ag片Zn片，Cu片F(xiàn)e片，Cu片插入溶液H2SO4AgNO3溶液蔗糖溶液稀鹽酸【即學即練2】如圖所示，a的金屬活動性在氫之前，b為碳棒。關(guān)于該裝置的說法中，正確的是()A．a(chǎn)極上發(fā)生還原反應(yīng)，b極上發(fā)生氧化反應(yīng)B．碳棒上有氣體逸出，溶液中c(H＋)增大C．導線上有電流，電流方向a→bD．反應(yīng)后a極質(zhì)量減小二、原電池原理的應(yīng)用1．加快氧化還原反應(yīng)速率如實驗室用Zn和稀H2SO4(或稀HCl)反應(yīng)制H2，常用粗鋅，它產(chǎn)生H2的速率快。原因是粗鋅中的雜質(zhì)和鋅、稀H2SO4形成________，加快了反應(yīng)，使產(chǎn)生H2的速率加快。2．比較金屬的活動性強弱原電池中，一般活動性強的金屬為______極，活動性弱的金屬為______極。例如有兩種金屬A和B，用導線連接后插入到稀硫酸中，觀察到A極溶解，B極上有氣泡產(chǎn)生，由原電池原理可知，金屬活動性________。3．原電池的設(shè)計(1)將已知的氧化還原反應(yīng)拆分為兩個半反應(yīng)：氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)。(2)選擇電極材料和電解質(zhì)溶液：要結(jié)合原電池的電極反應(yīng)特點和兩個半反應(yīng)選擇。①電極材料的選擇：一般選擇________的金屬作負極，___________金屬或______________作正極。負極一般能與電解質(zhì)溶液或電解質(zhì)溶液中溶解的物質(zhì)反應(yīng)。②電解質(zhì)溶液的選擇：電解質(zhì)溶液一般能與________發(fā)生反應(yīng)，或者電解質(zhì)溶液中溶解的物質(zhì)能與________發(fā)生反應(yīng)。(3)按要求畫出原電池裝置圖，作必要的標注，注意形成____________?！菊n堂探究】1．(1)根據(jù)Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4，設(shè)計一個原電池，畫出裝置圖，標明電極材料，并寫出正、負極的電極反應(yīng)式。(2)根據(jù)Fe+2FeCl3=3FeCl2，設(shè)計一個原電池，畫出裝置圖，標明電極材料，并寫出正、負極的電極反應(yīng)式。2．利用原電池原理可比較金屬的活潑性，原電池中，作負極的金屬活動性一般比作正極的金屬活動性強。結(jié)合相關(guān)知識解答下列問題。由A、B、C三種金屬按表中裝置進行實驗：裝置甲乙現(xiàn)象A不斷溶解，B上產(chǎn)生氣泡C的質(zhì)量增加，B的質(zhì)量減輕(1)在甲中，金屬片________(填“A”或“B”)發(fā)生氧化反應(yīng)。(2)在乙中，金屬片________(填“B”或“C”)作負極。(3)如果把B、C用導線連接后同時浸入稀硫酸溶液中，有一電極產(chǎn)生氣泡。則金屬片________(填“B”或“C”)上有氣泡產(chǎn)生。(4)上述三種金屬的活動性順序是____________?！練w納小結(jié)】原電池反應(yīng)的分析方法原電池的分析一般采取以下步驟：(1)確定裝置中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，并寫出化學方程式。如果有多個反應(yīng)發(fā)生，則選擇最容易進行的那個反應(yīng)為電池反應(yīng)。(2)將化學方程式改寫成離子方程式。(3)分析氧化還原反應(yīng)的電子得失數(shù)目，并改寫成電極反應(yīng)式?！炯磳W即練1】在實驗室制取氫氣時，最好的方法是()A．純鋅與稀硫酸反應(yīng) B．純鋅與濃硫酸反應(yīng)C．純鋅與稀鹽酸反應(yīng) D．粗鋅(含銅、銀)與稀硫酸反應(yīng)【即學即練2】把a、b、c、d四塊金屬片浸入稀硫酸中，用導線兩兩相連組成原電池。若a、b相連時，a為負極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時，c極上產(chǎn)生大量氣泡；b、d相連時，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動性順序由強到弱的為()A．a(chǎn)＞b＞c＞dB．a(chǎn)＞c＞d＞bC．c＞a＞b＞d D．b＞d＞c＞a【即學即練3】利用化學反應(yīng)：2FeCl3+Cu=CuCl2+2FeCl2，選擇適宜的材料和試劑，設(shè)計一個原電池。可供選擇的電極材料：鐵棒、銅棒、石墨棒?？晒┻x擇的電解質(zhì)溶液：CuCl2溶液、FeCl2溶液、FeCl3溶液。請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?1)選用做正極材料，做負極材料，選用做該原電池的電解質(zhì)溶液。(2)寫出有關(guān)的電極反應(yīng)式：正極：；負極：。三、化學電池1．一次電池(1)特點：電池放電后________充電(內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)________逆向進行)。(2)鋅錳干電池的構(gòu)造如圖所示。①鋅筒為________，電極反應(yīng)是________________________。②石墨棒為________，最終被還原的物質(zhì)是二氧化錳。③NH4Cl糊的作用是________________。2．二次電池(1)特點：二次電池在放電時所進行的氧化還原反應(yīng)，在充電時可以________進行，使電池恢復到放電前的狀態(tài)，從而實現(xiàn)放電與充電的循環(huán)。(2)能量轉(zhuǎn)化：______________________________。(3)常見的充電電池：鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。3．燃料電池(1)燃料電池與火力發(fā)電相比，其燃料的利用率高、能量轉(zhuǎn)化率高。與干電池或者蓄電池的主要差別在于反應(yīng)物不是儲存在電池內(nèi)部，而是由外設(shè)裝備提供燃料和氧化劑等。(2)氫氧燃料電池：在負極上發(fā)生氧化反應(yīng)的是______，在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的是______，產(chǎn)物是________。(3)以KOH溶液為電解質(zhì)溶液的氫氧燃料電池的電極反應(yīng)如下：負極：________________________________(________反應(yīng))；正極：________________________________(________反應(yīng))；電池反應(yīng)：________________________________?！菊n堂探究】1．(1)銀鋅紐扣電池的結(jié)構(gòu)如圖所示，電池反應(yīng)式為：Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag。請寫出電極反應(yīng)式。負極反應(yīng)式：________________________________。正極反應(yīng)式：________________________________。(2)鉛酸電池的充、放電原理的化學方程式為：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。其中放電反應(yīng)為原電池反應(yīng)，充電反應(yīng)為電解反應(yīng)，請寫出鉛酸電池放電反應(yīng)的電極反應(yīng)式。負極：________________________________________________正極：________________________________________________2．已知：2H2+O2=2H2O，根據(jù)此反應(yīng)可以設(shè)計成氫氧燃料電池，電池的兩個電極均為石墨。(1)若電解質(zhì)溶液為K2SO4溶液，請寫出電極反應(yīng)式。負極：________________________________正極：________________________________(2)若電解質(zhì)溶液為硫酸溶液，請寫出電極反應(yīng)式。負極：________________________________正極：________________________________(3)若電解質(zhì)溶液為KOH溶液，請寫出電極反應(yīng)式。負極：________________________________正極：________________________________【歸納小結(jié)】原電池電極反應(yīng)式的書寫方法(1)負極反應(yīng)式的書寫先判斷負極材料，然后再分析其反應(yīng)特點，并注意電解質(zhì)溶液的成分對電極產(chǎn)物的影響。(2)正極反應(yīng)式的書寫①首先判斷在正極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)當負極材料與電解質(zhì)溶液能自發(fā)的發(fā)生化學反應(yīng)時，在正極上發(fā)生電極反應(yīng)的物質(zhì)是電解質(zhì)溶液中的某種微粒；當負極材料與電解質(zhì)溶液不能自發(fā)的發(fā)生化學反應(yīng)時，在正極上發(fā)生電極反應(yīng)的物質(zhì)是溶解在電解質(zhì)溶液中的O2。②再根據(jù)具體情況寫出正極反應(yīng)式，在書寫時也要考慮正極反應(yīng)產(chǎn)物是否與電解質(zhì)溶液反應(yīng)的問題，若參與反應(yīng)也要書寫疊加式?！炯磳W即練1】鋰電池是一代新型高能電池，它以質(zhì)量輕、能量高而受到了普遍重視，目前已研制成功多種鋰電池。某種鋰電池的總反應(yīng)式為Li＋MnO2=LiMnO2，下列說法正確的是()A．Li是正極，電極反應(yīng)為Li－e－=Li＋B．Li是負極，電極反應(yīng)為Li－e－=Li＋C．MnO2是負極，電極反應(yīng)為MnO2＋e－=MnOeq\o\al(－,2)D．Li是負極，電極反應(yīng)為Li－2e－=Li2＋反應(yīng)為MnO2＋e－=MnOeq\o\al(－,2)?！炯磳W即練2】已知某儲氫電池的電池的反應(yīng)為：H2+2NiOOH=2Ni(OH)2，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，寫出該電池的電極反應(yīng)式?！炯磳W即練3】有人設(shè)計以鉑和鋅為電極材料，植入人體做某種心臟病人的心臟起搏器的能源，它依靠人體血液中有一定濃度的O2和H2O進行工作。(1)負極材料是________，電極反應(yīng)為______________________________________。(2)正極材料是________，電極反應(yīng)為______________________________________。第7講化學反應(yīng)與電能課堂檢測姓名：__________1．下列關(guān)于原電池的敘述中，不正確的是()A．原電池的負極發(fā)生的反應(yīng)是氧化反應(yīng)B．原電池的正極上發(fā)生的反應(yīng)為還原反應(yīng)C．原電池電解質(zhì)溶液中陽離子移向負極，陰離子移向正極D．原電池中電子流入的極一定是正極2．某原電池的離子方程式是Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，該原電池正確的組成是()選項正極負極電解質(zhì)溶液AFeZnHClBZnCuH2SO4CAgZnCuSO4DCZnZnCl23．如圖所示的原電池裝置，X、Y為兩電極，電解質(zhì)溶液為稀硫酸，外電路中的電子流向如圖所示，對此裝置的下列說法正確的是()A．外電路的電流方向為：X→外電路→YB．若兩電極分別為Zn和石墨棒，則X為石墨棒，Y為ZnC．SOeq\o\al(2－,4)移向X電極，Y電極上有氫氣產(chǎn)生D．X極上發(fā)生的是還原反應(yīng)，Y極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)4．a(chǎn)、b的活動性均比氫強，a還可以從b的硝酸鹽中置換出b。將a、b用導線相連放入CuSO4溶液中，下列敘述中不正確的是()A．導線上有電流，電流方向由b到aB．a(chǎn)極質(zhì)量減少，b極質(zhì)量增加C．b棒上析出氫氣D．a(chǎn)棒發(fā)生氧化反應(yīng)，b棒發(fā)生還原反應(yīng)5．某普通鋅錳干電池的結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法正確的是()A．鋅筒是原電池的正極B．石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)C．銨根離子流向石墨電極D．電子經(jīng)石墨電極沿電解質(zhì)溶液流向鋅筒6．A、B、C三個燒杯中分別盛有相同物質(zhì)的量濃度的稀硫酸。(1)A中反應(yīng)的離子方程式為___________________________。(2)B中錫極為________極，電極反應(yīng)式為__________________________，錫極附近溶液的酸性________(填“增強”“減弱”或“不變”)。B中Fe極為________極，電極反應(yīng)式為___________________________。(3)C中被腐蝕的金屬是________，總反應(yīng)的化學方程式為__________________________________。第7講化學反應(yīng)與電能同步練習A組基礎(chǔ)鞏固1．如圖是原電池示意圖。當該電池工作時，下列描述不正確的是()A．溶液由無色逐漸變?yōu)樗{色B．銅片表面有氣泡C．電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)D．鋅是負極，其質(zhì)量逐漸減小2．如圖所示，兩電極一極為碳棒，一極為鐵片，若電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且a極上有大量氣泡生成，則以下敘述正確的是()A．a(chǎn)為負極，是鐵片，燒杯中的溶液為硫酸B．b為負極，是鐵片，燒杯中的溶液為硫酸銅溶液C．a(chǎn)為正極，是碳棒，燒杯中的溶液為硫酸D．b為正極，是碳棒，燒杯中的溶液為硫酸銅溶液3．如圖是某同學學習原電池后整理的學習筆記，錯誤的是()A．①電子流動方向 B．②電流方向C．③電極反應(yīng) D．④溶液中離子移動方向4．下列關(guān)于實驗現(xiàn)象的描述不正確的是()A．銅、鋅組成的原電池中，電子從鋅極經(jīng)過導線流向銅極B．把銅片和鋅片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅片表面出現(xiàn)氣泡C．把銅片插入FeCl3溶液中，在銅片表面出現(xiàn)一層鐵5．下列關(guān)于原電池的敘述中正確的是()A．正極和負極必須是兩種不同的金屬B．電子流入的一極為正極C．原電池工作時，正極和負極上發(fā)生的都是氧化還原反應(yīng)D．鋅、銅和鹽酸構(gòu)成的原電池工作時，鋅片上有6.5g鋅溶解，正極上就有0.1g氫氣生成6．A、B、C都是金屬，B中混有C時，只有C能被鹽酸溶解；A、B與稀硫酸組成原電池時，A為電池的正極。A、B、C三種金屬的活動性順序為()A．A＞B＞CB．A＞C＞BC．C＞B＞A D．B＞C＞A7．鉛蓄電池的兩極分別為Pb、PbO2，電解質(zhì)溶液為H2SO4，工作時的電池反應(yīng)方程式為Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，下列結(jié)論正確的是()A．Pb為正極被氧化 B．溶液的pH不斷減小C．SO42向PbO2處移動 D．電解質(zhì)溶液pH不斷增大8．日常所用干電池的電極分別為碳棒(上面有銅帽)和鋅皮，以糊狀NH4Cl和ZnCl2作電解質(zhì)(其中加入MnO2吸收H2)，電極反應(yīng)式可簡化為Zn－2e－=Zn2＋，2NHeq\o\al(＋,4)＋2e－=2NH3↑＋H2↑(NH3與Zn2＋能生成一種穩(wěn)定的物質(zhì))。根據(jù)上述判斷，下列結(jié)論不正確的是()A．干電池內(nèi)發(fā)生的是氧化還原反應(yīng)B．鋅為負極，碳為正極C．工作時，電子由碳極經(jīng)過外電路流向鋅極D．長時間連續(xù)使用時，內(nèi)裝糊狀物可能流出腐蝕用電器9．分別按圖所示甲、乙裝置進行實驗，圖中兩個燒杯中的溶液為相同濃度的稀硫酸，甲中?為電流表。(1)下列敘述正確的是________(填字母)。A．兩燒杯中銅片表面均無氣泡產(chǎn)生B．甲中銅片作正極，乙中銅片作負極C．兩燒杯中溶液中的H＋濃度均減小D．產(chǎn)生氣泡的速率：甲比乙慢(2)甲裝置中，某同學發(fā)現(xiàn)不僅銅片上有氣泡產(chǎn)生，鋅片上也產(chǎn)生了氣體，原因可能是_______________________________________________________________。(3)甲裝置中，若把稀硫酸換成CuSO4溶液，試寫出銅電極的電極反應(yīng)式：______________________。10．現(xiàn)有如下兩個反應(yīng)：A．NaOH＋HCl=NaCl＋H2OB．Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋（1）根據(jù)上述兩反應(yīng)的本質(zhì)，能設(shè)計成原電池的是_______(填序號)，其原因是_______________________________________。（2）將上述反應(yīng)中能設(shè)計成原電池的反應(yīng)設(shè)計成原電池。①寫出電極反應(yīng)式及反應(yīng)類型：負極：______________________，________________；正極：______________________，________________。②畫出裝置圖并標明電極材料與名稱、電解質(zhì)溶液、電子流向。③若導線上通過電子0.1mol，則正極質(zhì)量增加________g。B組綜合強化1．下列有關(guān)原電池的說法正確的是()B．銅片和鋁片用導線連接后插入濃硝酸中，銅作負極C．銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極D．鋁片和鎂片用導線連接后插入NaOH溶液中，Mg較活潑作負極2．我國在太陽能光電催化－化學耦合分解硫化氫研究中獲得新進展，相關(guān)裝置如圖所示。下列說法正確的是(已知質(zhì)子交換膜只允許H＋通過)()A．該制氫工