6.1.2化學(xué)反應(yīng)與電能（原卷版）

第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)與能量變化（2）化學(xué)反應(yīng)與電能【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、知道原電池是利用氧化還原反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，通過實(shí)驗(yàn)會說明原電池的原理2、會判斷原電池的正極、負(fù)極，會正確書寫電極反應(yīng)式，熟知原電池的應(yīng)用【主干知識梳理】一、火力發(fā)電——化學(xué)能間接轉(zhuǎn)化為電能1、我國目前電能主要來自火力發(fā)電，其次來自水力發(fā)電2、火力發(fā)電的原理：火力發(fā)電(火電)是通過化石燃料(如：煤、石油、天然氣)燃燒時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽訜崴怪癁檎羝酝苿诱羝啓C(jī)，然后帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電?；鹆Πl(fā)電過程中，化學(xué)能經(jīng)過一系列能量轉(zhuǎn)化過程，間接轉(zhuǎn)化為電能。其中，燃燒(氧化還原反應(yīng))是使化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的關(guān)鍵3、能量轉(zhuǎn)換過程：化學(xué)能(氧化還原反應(yīng))熱能機(jī)械能電能4、火力發(fā)電的優(yōu)缺點(diǎn)(1)優(yōu)點(diǎn)：=1\*GB3①我國煤炭資源豐富；=2\*GB3②電能清潔、安全，又快捷方便(2)缺點(diǎn)：=1\*GB3①排出大量的溫室氣體CO2；=2\*GB3②有些廢氣可能導(dǎo)致酸雨，如：SO2；=3\*GB3③消耗大量的不可再生能源；=4\*GB3④能量轉(zhuǎn)化率低；=5\*GB3⑤產(chǎn)生大量的廢渣、廢水二、原電池——化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能1、實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)步驟裝置圖實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象原因解釋(1)將鋅片和銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象Zn片：鋅片溶解，表面產(chǎn)生無色氣泡Cu片：無變化反應(yīng)的離子方程式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑；Cu片表面無明顯變化的原因：銅排在金屬活動性順序表氫的后面，不能從酸溶液中置換出氫氣(2)用導(dǎo)線連接鋅片和銅片，觀察、比較導(dǎo)線連接前后的現(xiàn)象Zn片：鋅片溶解Cu片：銅片表面有氣泡鋅與稀硫酸反應(yīng)，但氫氣在銅片上產(chǎn)生(3)用導(dǎo)線連接鋅片和銅片，并在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個(gè)電流表，觀察電流表指針是否偏轉(zhuǎn)Zn片：鋅片溶解Cu片：銅片表面有氣泡電流表A指針偏轉(zhuǎn)電流表指針偏轉(zhuǎn)說明：導(dǎo)線中有電流；Cu片上有氣泡說明：溶液中的氫離子在銅片表面獲得電子發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，從銅片上放出2、原電池的概念：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；原電池的反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)3、原電池的工作原理當(dāng)用導(dǎo)線連接銅片和鋅片一同進(jìn)入稀硫酸時(shí)，由于鋅比銅活潑，容易失去電子，鋅被氧化成Zn2+而進(jìn)入溶液，電子則有鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片，溶液中的H+從銅片中獲得電子被還原成氫原子，氫原子結(jié)合成氫分子從銅片上析出。由于導(dǎo)線上有電子通過，因此產(chǎn)生了電流，電流表的指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)電極名稱電極名稱電極反應(yīng)類型電極反應(yīng)類型電極反應(yīng)式電極反應(yīng)式原電池總反應(yīng)式：4、組成原電池的條件(1)兩個(gè)活潑性不同的電極，其中一個(gè)相對較活潑，另一個(gè)相對較不活潑，如：金屬與金屬、金屬與非金屬(2)電解質(zhì)溶液(溶液或者熔融)(3)電極用導(dǎo)線相連并插入電解液構(gòu)成閉合回路(4)有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)【對點(diǎn)訓(xùn)練1】1、下列裝置中能夠組成原電池的是________(填序號)，其他不能構(gòu)成原電池的試分別說明理由______________________________________________2、下列裝置能形成原電池的是()A．①②③⑦ B．①②⑤⑥C．①②③④ D．①②③⑥⑦5、原電池中電子流向、電流的流向及離子的遷移方向(1)外電路中電子的流向：負(fù)極——經(jīng)導(dǎo)線——正極(2)外電路中電流的流向：正極——經(jīng)導(dǎo)線——負(fù)極(3)內(nèi)電路中離子的遷移：陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極沿導(dǎo)線6、原電池中正負(fù)極的判斷方法沿導(dǎo)線(1)根據(jù)電極反應(yīng)或總反應(yīng)方程式來判斷作還原劑、失電子、化合價(jià)升高、發(fā)生氧化反應(yīng)的電極是負(fù)極作氧化劑、得電子、化合價(jià)降低、發(fā)生還原反應(yīng)的電極是正極(2)根據(jù)外電路中電子流向或電流方向來判斷

電子流出或電流流入的一極負(fù)極；電子流入或電流流出的一極正極(3)根據(jù)內(nèi)電路(電解質(zhì)溶液中)中離子的遷移方向來判斷陽離子向正極移動；陰離子向負(fù)極移動(4)根據(jù)原電池的兩電極材料來判斷兩種金屬(或金屬與非金屬)組成的電極，若它們都與(或都不與)電解質(zhì)溶液單獨(dú)能反應(yīng)，則較活潑的金屬作負(fù)極；若只有一種電極與電解質(zhì)溶液能反應(yīng)，則能反應(yīng)的電極作負(fù)極【對點(diǎn)訓(xùn)練2】1、根據(jù)原電池原理，結(jié)合裝置圖，按要求解答問題：(1)若X為Zn，Y為硫酸銅溶液，則X為________(填電極名稱)，判斷依據(jù)________________；銅電極的名稱是________，溶液中的Cu2＋移向________(填“Cu”或“X”)電極(2)若X為銀，Y為硝酸銀溶液，則X為________(填電極名稱)，判斷依據(jù)________________；銅電極的名稱是________，溶液中的Ag＋移向________(填“Cu”或“X”)電極。(3)若X為Fe，Y為濃硝酸，則Cu為________(填電極名稱)，銅電極可能觀察到的現(xiàn)象是________________；X電極的名稱是________________三、原電池原理的主要應(yīng)用1、加快氧化還原反應(yīng)的速率：原電池中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進(jìn)行，使溶液中離子運(yùn)動時(shí)相互的干擾減小，使反應(yīng)速率增大。如：在Zn和稀硫酸反應(yīng)時(shí)，滴加少量CuSO4溶液，則Zn置換出的銅和鋅能構(gòu)成原電池的正負(fù)極，從而加快Zn與稀硫酸反應(yīng)的速率2、比較金屬活動性的強(qiáng)弱(1)方法：一般情況下，負(fù)極的金屬活動性比正極的金屬活動性強(qiáng)。(2)常見規(guī)律：電極質(zhì)量較少，作負(fù)極較活潑，有氣體生成、電極質(zhì)量不斷增加或不變作正極，較不活潑3、設(shè)計(jì)原電池(1)依據(jù)：已知一個(gè)氧化還原反應(yīng)，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負(fù)極材料(或在負(fù)極上被氧化)，氧化劑(電解質(zhì)溶液中的陽離子)在正極上被還原(2)選擇合適的材料①電極材料：電極材料必須導(dǎo)電。負(fù)極材料一般選擇較活潑的金屬材料，或者在該氧化還原反應(yīng)中，本身失去電子的材料②電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液一般能與負(fù)極反應(yīng)4、制造化學(xué)電源：如各種干電池、蓄電池、燃料電池等【對點(diǎn)訓(xùn)練3】1、過量鐵與少量稀硫酸反應(yīng)，為了加快反應(yīng)速率，但是又不影響生成氫氣的總量，可以采取的措施是()A．加入適量NaCl溶液B．加入適量的水C．加入幾滴硫酸銅溶液D．再加入少量同濃度的稀硫酸2、有a、b、c、d四個(gè)金屬電極，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下，由此可判斷這四種金屬的活動性順序是()實(shí)驗(yàn)裝置部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象a極質(zhì)量減小，b極質(zhì)量增大b極有氣泡產(chǎn)生，c極無變化d極溶解，c極有氣泡產(chǎn)生電流從a極流向d極A．a(chǎn)>b>c>dB．b>c>d>aC．d>a>b>cD．a(chǎn)>b>d>c3、鐵及鐵的化合物應(yīng)用廣泛，如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血劑等。(1)寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式：_________________________________________(2)若將(1)中的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，請?jiān)诜娇騼?nèi)畫出原電池的裝置圖，標(biāo)出正、負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式。eq\x(\a\al(,,,,))正極反應(yīng)式：_____________________________，負(fù)極反應(yīng)式：：_____________________________4、銀鋅電池是一種常見化學(xué)電源，其反應(yīng)原理：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。其工作示意圖如圖所示。下列說法不正確的是()A．Zn電極是負(fù)極，K＋向Ag2O電極遷移B．Ag2O電極發(fā)生還原反應(yīng)C．Zn電極的電極反應(yīng)式：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2D．放電前后電解質(zhì)溶液的pH保持不變四、原電池電極反應(yīng)式的書寫方法1、遵循三個(gè)守恒(1)得失電子守恒：元素的化合價(jià)每升高一價(jià)，則元素的原子就會失去一個(gè)電子元素的化合價(jià)每降低一價(jià)，則元素的原子就會得到一個(gè)電子(2)電荷守恒：電極反應(yīng)左、右兩邊的正電荷和負(fù)電荷數(shù)相等(3)原子守恒(質(zhì)量守恒)：電極反應(yīng)兩邊同種原子的原子個(gè)數(shù)相等2、書寫方法(1)直觀法：針對比較簡單的原電池可以采取直觀法，先確定原電池的正、負(fù)極，列出正、負(fù)極上反應(yīng)的物質(zhì)，并標(biāo)出相同數(shù)目電子的得失【微點(diǎn)撥】注意負(fù)極反應(yīng)生成的陽離子與電解質(zhì)溶液中的陰離子是否共存。若不共存，則電解質(zhì)溶液中的陰離子應(yīng)寫入負(fù)極反應(yīng)式中【對點(diǎn)訓(xùn)練4】裝置圖Zn——Cu(稀硫酸)總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)Al——Mg(稀鹽酸)總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)(2)用差值法寫電極反應(yīng)方程式：正、負(fù)極反應(yīng)相加得到電池反應(yīng)的離子方程式。反之，若能寫出已知電池的總反應(yīng)的離子方程式，可以減去較易寫出的電極反應(yīng)式，從而得到較難寫出的電極反應(yīng)式復(fù)雜電極反應(yīng)式=總反應(yīng)式—簡單的電極反應(yīng)式【對點(diǎn)訓(xùn)練5】Al——Cu(稀硝酸)總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)Al——Mg(NaOH溶液)總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)燃料電池的構(gòu)成燃料電池裝置示意圖燃料電池是通過燃料氣體與氧氣分別在兩個(gè)電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置燃料氣可以是氫氣、甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇、葡萄糖、肼等可燃性氣體，電解質(zhì)通常有四種情況：=1\*GB3①稀硫酸②KOH溶液=3\*GB3③Li2CO3和Na2CO3的熔融鹽混合物作電解質(zhì)，其導(dǎo)電粒子是CO32－=4\*GB3④固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO2固體，高溫下能傳導(dǎo)O2－離子【對點(diǎn)訓(xùn)練6】1、氫氧燃料電池電池類型導(dǎo)電介質(zhì)反應(yīng)式酸性燃料電池H＋總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)堿性燃料電池OH－總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)2、燃料電池四種甲烷(CH4)電池類型導(dǎo)電介質(zhì)反應(yīng)式酸性燃料電池H＋總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)堿性燃料電池OH－總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)熔融碳酸鹽燃料電池COeq\o\al(2－,3)總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)固態(tài)氧化物燃料電池O2－總反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)正極反應(yīng)【課后作業(yè)】基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)一、選擇題(每小題只有一個(gè)選項(xiàng)符合題意)1．將鐵片和銀片用導(dǎo)線連接置于同一稀鹽酸溶液中，經(jīng)過一段時(shí)間后，下列各項(xiàng)敘述正確的是()A．負(fù)極有Cl2逸出，正極有H2逸出B．負(fù)極附近Cl－的濃度減小C．正極附近Cl－的濃度逐漸增大D．溶液中Cl－的濃度基本不變2．下列電池中不易造成環(huán)境污染的是()A．鎳鎘電池 B．鋅錳電池C．鉛蓄電池 D．氫氧燃料電池3．電子計(jì)算機(jī)所用紐扣電池的兩極材料為鋅和氧化銀，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其電極反應(yīng)式：Zn＋2OH－－2e－=ZnO＋H2O；Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－。下列判斷正確的是()A．鋅為正極，Ag2O為負(fù)極B．鋅為負(fù)極，Ag2O為正極C．該電池工作時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能D．該電池工作時(shí)，負(fù)極區(qū)溶液的pH增大4．魚雷是一種水中兵器。它可從艦艇、飛機(jī)上發(fā)射，它發(fā)射后可自己控制航行方向和深度，遇到艦船，只要一接觸就可以爆炸。用于攻擊敵方水面艦船和潛艇，也可以用于封鎖港口和狹窄水道。魚雷采用Al－Ag2O動力電池，以溶有氫氧化鉀的流動海水為電解液，電池反應(yīng)為2Al＋3Ag2O＋2KOH－2e－=6Ag＋2KAlO2＋H2O，下列說法錯(cuò)誤的是()A．Ag2O為電池的正極B．Al在電池反應(yīng)中被氧化C．電子由Ag2O極經(jīng)外電路流向Al極D．溶液中的OH－向Al極遷移5．過量鐵與少量稀硫酸反應(yīng)，為了加快反應(yīng)速率，但是又不影響生成氫氣的總量，可以采取的措施是()A．加入適量NaCl溶液 B．加入適量的水C．加入幾滴硫酸銅溶液 D．再加入少量稀硫酸6．如圖所示電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時(shí)A極的質(zhì)量減小，B極上有氣泡產(chǎn)生，C為電解質(zhì)溶液，下列說法錯(cuò)誤的是()A．B極為原電池的正極B．A、B、C分別為Zn、Cu和稀鹽酸C．C中陽離子向A極移動D．A極發(fā)生氧化反應(yīng)7．原電池是化學(xué)電源的雛形。若保持如圖裝置原電池的電池反應(yīng)式不變，下列說法中正確的是()A．Zn換成Fe B．稀H2SO4換成CuSO4溶液C．稀H2SO4換成蔗糖溶液 D．Cu換成石墨8．如圖是用化學(xué)電源使LED燈發(fā)光的裝置。下列說法錯(cuò)誤的是()A．銅片表面有氣泡生成B．裝置中存在“化學(xué)能→電能→光能”的轉(zhuǎn)換C．如果將稀硫酸換成檸檬汁，導(dǎo)線中不會有電子流動二、非選擇題9．如圖所示，將鋅、銅通過導(dǎo)線相連，置于稀硫酸中。(1)鋅片上的現(xiàn)象是，電極反應(yīng)為。(2)銅片上的現(xiàn)象是，電極反應(yīng)為。(3)電子由經(jīng)導(dǎo)線流向。(4)若反應(yīng)過程中有0.2mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則生成的氫氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為。10．研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質(zhì)，使用時(shí)加入水即可放電?？偡磻?yīng)為2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑。(1)該電池的負(fù)極是，負(fù)極反應(yīng)式是。(2)正極現(xiàn)象是。(3)放電時(shí)OH－向(填“正極”或“負(fù)極”)移動。能力提升一、選擇題(每小題有1個(gè)或2個(gè)選項(xiàng)符合題意)1．在盛有稀硫酸的燒杯中放入用導(dǎo)線連接的電極X、Y，外電路中電子流向如圖所示，關(guān)于該裝置的下列說法正確的是()A．外電路的電流方向?yàn)閄→外電路→YB．若兩電極分別為Fe和碳棒，則X為Fe，Y為碳棒C．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)D．若兩電極都是金屬，則它們的活動性順序?yàn)閄＞Y2.某小組為研究原電池原理，設(shè)計(jì)如圖裝置，下列敘述正確的是()A．若X為Fe，Y為Cu，鐵為負(fù)極B．若X為Fe，Y為Cu，電子由銅片流向鐵片C．若X為Fe，Y為C，碳棒上有紅色固體析出D．若X為Cu，Y為Zn，鋅片發(fā)生還原反應(yīng)3．圖1是銅鋅原電池示意圖。圖2中，x軸表示實(shí)驗(yàn)時(shí)流入正極的電子的物質(zhì)的量，y軸表示()A．銅棒的質(zhì)量 B．c(Zn2＋)C．c(H＋) D．c(SOeq\o\al(2－,4))4．實(shí)驗(yàn)探究是提高學(xué)習(xí)效果的有力手段。陳穎同學(xué)用如圖所示裝置研究原電池原理，下列說法錯(cuò)誤的是()A．若將圖1中的Zn、Cu下端接觸，Zn片逐漸溶解，Cu片上能看到氣泡產(chǎn)生B．圖2中H＋向Zn片移動C．若將圖2中的Zn片改為Mg片，Cu片上產(chǎn)生氣泡的速率加快D．圖2與圖3中，Zn片減輕的質(zhì)量相等時(shí)，正極產(chǎn)物的質(zhì)量比為1︰32二、非選擇題5．A、B、C三個(gè)水槽中分別盛有200mL相同物質(zhì)