高中化學化學反應與能量轉化第3單元化學能與電能的轉化第1課時

第1課時化學能轉變?yōu)殡娔躘學習目標定位]1.經(jīng)過實驗研究認識化學能能夠轉變?yōu)殡娔芗霸姵氐臉嫵蓷l件。2.知道干電池、充電電池、燃料電池等發(fā)展中的化學電源的特色。3.會書寫簡單的原電池的電極反響式及電池總反響方程式(離子方程式)。一、原電池工作原理按要求達成以下實驗，并填表：實驗步驟①②③④鋅片漸漸溶解，兩鋅片漸漸溶解鋅片漸漸溶解，銅片表面有氣且表面都有氣現(xiàn)象表面有氣泡；銅無現(xiàn)象泡，電流計指針泡，電流計指針片表面無氣泡發(fā)生偏轉不偏轉鋅與稀硫酸反鋅與稀硫酸發(fā)生鋅與稀硫酸反響乙醇是非電解應，但氫氣在銅質，與Zn、Cu都解說或說明置換反響產生產生氫氣，但導片上產生，導線H2，而銅則不可以線中無電流不反響中有電流依據(jù)上述實驗回答以下問題：1．裝置②中能量是怎樣轉變的？具備這類特色的裝置名稱是什么？答案化學能轉變?yōu)殡娔?；該裝置稱為原電池。2．原電池的工作原理①剖析以下圖并填空：原電池總反響式：＋2＋＋H2↑。Zn＋2H===Zn②能量轉變過程：原電池在工作時，負極失掉電子，電子經(jīng)過導線流向正極，溶液中氧化性物質獲得電子，發(fā)生復原反響，這樣氧化反響和復原反響不停發(fā)生，閉合回路中不停有電子流產生，也就形成了電流，即化學能轉變?yōu)殡娔堋?．聯(lián)合原電池工作原理及上述實驗現(xiàn)象，剖析原電池的構成條件是什么？答案理論上，自覺的氧化復原反響均可構成原電池。詳細條件是①擁有活動性不一樣的兩個電極(金屬與金屬或金屬與能導電的非金屬)；②溶液：兩電極均插入電解質溶液中；③導線：兩極用導線相連，形成閉合回路。1．在以下圖的8個裝置中，屬于原電池的是______________________________________。答案DFG分析圖中A、B都只有一個電極，C中是兩個活動性同樣的電極，E中酒精不是電解質溶液，H不可以形成閉合回路，它們不屬于原電池，屬于原電池的只有D、F、G。思想啟示原電池的判斷方法：一看反響原理(可否自覺地進行氧化復原反響)；二看構成條件(兩極一液成回路：兩個活動性不一樣的電極，插入電解質溶液中，裝置形成閉合回路)。在以下圖的裝置中，a的金屬活動性比氫要強，b為碳棒，關于此裝置的各樣表達不正確的選項是( )A．碳棒上有氣體放出，溶液中c(H＋)減小B．a是正極，b是負極C．導線中有電子流動，電子從a極到b極D．a極上發(fā)生了氧化反響答案B分析明顯，電極a、b與電解質溶液稀H2SO4構成原電池。因活動性a＞b(碳棒)，因此a為原電池的負極，b為正極。電極反響式：a(

－n＋負)極：a－ne===a(氧化反響

＋－n)；b(正)極：nH＋ne===2H2↑(還原反響

)。因為正極放電耗費

H＋，溶液中

c(H＋)減小。在外電路中，電子由

a極流向

b極。二、原電池原理的應用1．由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置進行實驗。裝置現(xiàn)象二價金屬A不停溶解C的質量增添A上有氣體產生依據(jù)實驗現(xiàn)象回答以下問題：裝置甲中負極的電極反響式是______________________________________________。裝置乙中正極的電極反響式是_________________________________________。裝置丙中溶液的pH變化是________。四種金屬活動性由強到弱的次序是______________________________________。答案－2＋(2)Cu2＋－(1)A－2e===A＋2e===Cu(3)增大(4)D>A>B>C－2分析據(jù)圖Ⅰ知活動性：A>B，A作負極，電極反響式為A－2e===A＋；據(jù)圖Ⅱ知活動性：B>C，正極反響式為Cu2＋＋2e－===Cu；據(jù)圖Ⅲ知活動性：D>A，正極反響式為2H＋＋2e－===H2↑，故c(H＋)減小，pH增大。據(jù)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ知活動性：D>A>B>C。鋼鐵在濕潤的空氣中很快被腐化，以下圖?；卮鹨韵聠栴}：(1)鋼鐵表面形成的電解質溶液中溶有O2，往常溶液呈中性或弱堿性。(2)鋼鐵表面會形成無數(shù)細小的原電池，負極是Fe，正極是C。(3)負極反響式是2Fe－4e－2＋，正極反響式是2H2O＋O2＋4e－===2Fe－===4OH。(4)總反響的化學方程式是2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，最平生成紅色的鐵銹(Fe2O3·xH2O)。金屬跟電解質溶液接觸，發(fā)生原電池反響，比較開朗的金屬失掉電子被氧化，這類腐化叫做電化學腐化。3．設計原電池如：把3＋2＋設計成原電池，可用Fe作負極，銅(或Fe＋2Fe===3Fe石墨)作正極，F(xiàn)eCl3溶液作電解質溶液。4．保護金屬設施如：船體是鋼鐵資料，在海水中易被腐化，在船體外殼焊接上比鐵開朗的金屬(如Zn)，則構成以Zn、Fe為電極的原電池，Zn被耗費掉而Fe獲得保護。利用原電池原理可比較金屬活動性作負極的金屬活動性強，作正極的金屬活動性弱。2．形成原電池可改變化學反響速率如金屬表面形成原電池會加快金屬被腐化，即金屬易發(fā)生電化學腐蝕。3．在鋼鐵腐化過程中，以下五種變化可能發(fā)生的是( )①Fe2＋轉變?yōu)镕e3＋②O2被復原③產生H2④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O⑤雜質碳被氧化A．只有①②B．只有②③④C．①②③④D．①②③④⑤答案C分析此題考察鋼鐵的電化學腐化。在腐化過程中，負極Fe－2e－2＋，正極O2＋2＋－===Fe或H得電子，F(xiàn)e與OH聯(lián)合生成Fe(OH)2，F(xiàn)e(OH)2被氧化生成Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)3失水形成鐵銹。4．鐵及鐵的化合物應用寬泛，如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐化劑和外傷止血劑等。寫出FeCl3溶液腐化印刷電路銅板的離子方程式：________________________________________________________________________。(2)若將(1)中的反響設計成原電池，可用______作負極，______作正極，__________作電解質溶液。寫出電極反響式：負極反響：____________________________________________；正極反應：_________________________________________________。答案(1)2Fe3＋2＋2＋＋Cu===2Fe＋Cu(2)銅石墨FeCl3溶液Cu－2e－2＋3＋－2＋===Cu2Fe＋2e===2Fe分析該氧化復原反響可拆分為以下兩個半反響：氧化反響復原反響

(負極反響(正極反響

)：Cu－2e－2＋。===Cu3＋＋2e－2＋。)：2Fe===2Fe故Cu作負極，活動性比Cu差的資料作正極，如Ag、C等，F(xiàn)eCl3溶液作電解質溶液。原電池是把化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置。其工作原理是1．以下裝置不可以構成原電池的是( )答案C分析C選項中兩種金屬都不可以和稀H2SO4發(fā)生自覺的氧化復原反應，故C選項中裝置不可以構成原電池。2．以下表達正確的選項是( )①原電池是把化學能轉變?yōu)殡娔艿囊环N裝置②原電池的正極發(fā)生氧化反響，負極發(fā)生復原反響③不可以自覺進行的氧化復原反響，經(jīng)過原電池的裝置均可實現(xiàn)④碳棒不可以用來作原電池的正極⑤反響Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，能以原電池的形式來實現(xiàn)A．①⑤B．①④⑤C．②③④D．②⑤答案A分析①原電池是把化學能轉變?yōu)殡娔艿囊环N裝置，①正確；②在發(fā)生反響時，原電池的正極要獲得電子而發(fā)生復原反響，負極要失去電子而發(fā)生氧化反響，②錯誤；③銅與稀硫酸不可以發(fā)生反響，若用銅作負極，碳棒作正極，稀硫酸作電解質溶液，構成原電池，此反響仍舊不可以發(fā)生，③錯誤；④碳棒能夠用來作原電池的正極，④錯誤；⑤能夠用銅作負極，碳棒作正極，AgNO3溶液作電解質溶液，構成原電池，此時即可發(fā)生反響Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，⑤正確。故A正確。3．將純鋅片和純銅片按以下圖所示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時間，以下表達正確的選項是( )A．兩個裝置都構成了原電池B．甲裝置構成了原電池，乙裝置沒有構成原電池C．兩燒杯中的鋅片上都有大批氣泡產生D．產生氣泡的速率甲比乙慢答案B分析甲中構成了銅鋅原電池，鋅作負極，失電子；銅作正極，氫離子在銅極上得電子，生成氫氣；總反響式為Zn＋H2SO4===ZnSO4H2↑。乙裝置沒有構成原電池，因為沒有形成閉合電路。構成原電池后生成氫氣的速率加快。4．X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硝酸鹽溶液中，X的表面有Z析出，X和Y構成原電池時，Y為電池的負極。X、Y、Z三種金屬的活動性次序為( )A．X>Y>ZB．X>Z>YC．Y>X>ZD．Y>Z>X答案C分析依據(jù)原電池原理，負極的金屬比正極開朗，可知開朗性Y>X，依據(jù)金屬活動性次序和置換反響原理，可知開朗性X>Z，故三種金屬的活動性次序為Y>X>Z。5．在銅鋅原電池中(以以下圖)，以硫酸銅為電解質溶液，鋅為________極，電極上發(fā)生的是________(填“氧化”或“復原”)反響，電極反響式為_____________________________。鋅片上察看到的現(xiàn)象為______________________________________________；銅為________極，電極上發(fā)生的是________(填“氧化”或“還原”)反響，電極反響式是________________________________________________________________________；銅片上察看到的現(xiàn)象是______________________________________________，原電池總反響的離子方程式為___________________________________________。答案負氧化Zn－2e－2＋鋅片溶解正復原2＋＋===ZnCu2e－===Cu銅極變粗Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu分析CuSO4為電解質溶液時，銅鋅原電池的負極為鋅，電極反響式為Zn－2e－===Zn2＋，因此鋅片不停溶解，正極為銅，電極反響式為Cu2＋＋2e－===Cu，因此銅極不停變粗，電池總反響式為Zn＋Cu2===Zn2＋＋Cu。[基礎過關]題組一原電池的形成與判斷1．以下相關原電池的表達中正確的選項是( )A．把電能轉變?yōu)榛瘜W能的裝置B．開朗金屬作正極，不開朗金屬或非金屬作負極C．外電路中電子從負極流向正極D．正極發(fā)生氧化反響答案C2．以以下圖，以下裝置屬于原電池的是( )答案C分析A中鐵不可以和KOH溶液反響，故不可以形成原電池；B中酒精不是電解質溶液；C能夠構成原電池；D中無兩個電極和閉合回路。3．一個原電池的總反響的離子方程式是2＋2＋＋Cu，該Zn＋Cu===Zn原電池的合理構成是( )選項正極負極電解質溶液AZnCuCuCl2BCuZnHSO24CCuZnCuSO4DZnFeCuCl2答案C分析由總反響式知，Zn被氧化作原電池的負極，切合條件的有B、兩項，電解質溶液中Cu2＋＋2e－===Cu，B選項中是2H＋＋2e－===H2↑，故應選C。題組二原電池正極和負極的判斷4．以下圖裝置，電流計指針發(fā)生偏轉，同時A極漸漸變粗，B極漸漸變細，C為電解質溶液，則A、B、C應是以下各組中的( )A．A是Zn，B是Cu，C為稀硫酸B．A是Cu，B是Zn，C為稀硫酸C．A是Fe，B是Ag，C為稀AgNO3溶液D．A是Ag，B是Fe，C為稀AgNO3溶液答案D分析A極漸漸變粗，說明A極為原電池的正極，溶液中的金屬陽離子獲得電子后在A極上析出；B極漸漸變細，說明B極為原電池的負極，失掉電子后變?yōu)殡x子進入溶液中。A和B兩項中的反響為Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，則A項A極變細，B項A極不變；C和D兩項中的反響為Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，此中C項A極變細，D項A極變粗。5．某學生用如圖裝置研究原電池原理，以下相關說法錯誤的選項是()A．圖(3)中Zn片增重質量與Cu片減少質量的比為65∶64B．圖(2)中假如兩極上都有氣體產生，則說明Zn片不純C．圖(1)中銅片上沒有氣體產生D．圖(2)與圖(3)中正極生成物的質量比為1∶32時，Zn片減少的質量相等答案A分析圖(3)中Zn片作負極，發(fā)生氧化反響而溶解，質量減少，Cu片作正極，Cu2＋在此電極上發(fā)生復原反響析出Cu，質量增添，A錯誤；圖(2)中Zn作負極，銅作正極，溶液中的H＋在銅電極上生成H2，若Zn片不純，會形成另一個原電池，Zn片表面也有氣體生成，B正確；Cu與稀硫酸不反響，C正確；圖(2)與圖(3)中正極生成物分別是H2和Cu，二者質量比為1∶32時，物質的量之比n(H2)∶n(Cu)＝1∶1，轉移電子的物質的量也相等，耗費鋅片的質量相等，D正確。6．如圖是Zn和Cu形成的原電池，某實驗興趣小組做完實驗后，在念書卡片上記錄以下，在卡片上描繪合理的是( )實驗后的記錄：①Zn為正極，Cu為負極＋②H向負極挪動③電子流動方向：從Zn經(jīng)外電路流向Cu④Cu極上有H2產生⑤如有1mol電子流過導線，則產生H20.5mol⑥正極的電極反響式為Zn－2e－===Zn2＋A．①②③B．③④⑤C．④⑤⑥D．②③④答案B分析在該原電池中，金屬活動性Zn>Cu，故Zn作負極，Cu作正極，電子由Zn流出經(jīng)導線流向Cu片，負極反響為Zn－2e－===Zn2＋，正極反響為＋－2H＋2e===H↑，故轉移1mol電子時，產生H0.522mol，在溶液中＋2－H向正極挪動，SO4向負極挪動，故①②⑥錯誤，③④⑤正確，選B項。題組三原電池原理的應用7．按以下圖裝置進行實驗，若x軸表示流入正極的電子的物質的量，則y軸能夠表示()＋)－)③a棒的質量④b棒的質量⑤溶液的質①c(Ag②c(NO3量A．①③B．②④C．①③⑤D．②④⑥答案A分析依據(jù)圖中裝置可判斷，F(xiàn)e、Ag、AgNO3構成的原電池中，活潑金屬Fe為負極，Ag為正極，F(xiàn)e和硝酸銀之間發(fā)生氧化復原反響，因此銀離子濃度減小，硝酸根濃度不變，①正確、②錯誤；在負極上金屬鐵自己失電子，即a棒質量減少，③正確；正極b棒上析出金屬銀，即b棒質量增添，④錯誤；負極上金屬鐵自己失電子，正極Ag上析出金屬銀，因此溶液的質量是增添了Fe，可是析出了Ag，在轉移電子數(shù)相等狀況下，析出的金屬質量多，因此溶液質量減少，但不可以為零，⑤錯誤。故A正確。2＋2＋8．現(xiàn)有M、N、P、E四種金屬，已知：①M＋N===N＋M；②M、P用導線連結放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大批氣泡逸出；③N、E用導線連結放入E的硫酸鹽溶液中，電極反響為E2＋＋2e－===E，N－2＋－2e===N。則這四種金屬的復原性由強到弱的次序是( )A．P>M>N>EB．E>N>M>PC．P>N>M>ED．E>P>M>N答案A分析由①知，金屬復原性：M>N；M、P用導線連結放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大批氣泡逸出，說明M作原電池的正極，故金屬復原性：P>M；N、E構成的原電池中，N作負極，故金屬復原性：N>E。題組四鋼鐵的電化學腐化9．鋼鐵生銹過程發(fā)生以下反響：①2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2；②4Fe(OH)2＋O2＋2HO===4Fe(OH)3；③2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O。以下說法正確的選項是( )A．反響①、②中電子轉移數(shù)量相等B．反響①中氧化劑是氧氣和水C．與銅質水龍頭連結的鋼質水管不易發(fā)生腐化D．鋼鐵在濕潤的空氣中不可以發(fā)生電化學腐化答案A分析反響①②中耗費O2的量相等，兩個反響都僅有O2作為氧化劑，故轉移電子數(shù)是相等的，A項正確；①中H2O的H、O兩元素的化合價都沒有變，故不作氧化劑，B項錯；銅和鋼質水管中的鐵構成原電池，使鋼質水管的腐化速率加快，C項錯；鋼鐵是鐵和碳的混淆物，在濕潤的空氣中易發(fā)生吸氧腐化，屬于電化學腐化，D項錯。[能力提高]在盛有水的燒杯中，鐵圈和銀圈的連結處吊著一杜絕緣的細絲，使之均衡(如右圖所示)。當心地往燒杯中央滴入CuSO4溶液。片晌后可察看到的現(xiàn)象是(指懸吊的金屬圈)____。A．鐵圈和銀圈左右搖晃不定B．保持均衡狀態(tài)不變C．鐵圈向下傾斜D．銀圈向下傾斜(2)產生上述現(xiàn)象的原由是________________________________________________________________________________________________________________________。(3)寫出反響的化學方程式：______________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)D(2)加入CuSO溶液后，構成Fe－Ag原電池，鐵溶解，4質量減少，Cu2＋在銀圈上得電子，生成的Cu堆積在銀圈上，質量增添(3)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu分析加入CuSO4溶液后，構成Fe－Ag原電池，F(xiàn)e失電子作負極，質量減少，Cu2＋在正極銀圈上得電子，生成金屬銅堆積在上邊使其質量增添。11．(1)現(xiàn)有以下兩個反響：(A)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O(B)Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋①依據(jù)兩反響實質，判斷可否設計成原電池：________________________________。②假如不可以，說明其原由：________________________________________________________________________________________________________________________。③假如能夠，則寫出正、負極資料，電極反響式及反響種類(“氧化反響”或“復原反響”)：負極：________，________________，________。正極：________，________________，________。利用反響2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制備CuSO4，若將該反響設計為原電池。①負極資料是________(寫名稱)，電極反響為______________________________________________________________________________________________________________。②正極電極反響式為__________________________________________________。2－③溶液中SO4向________極挪動。答案(1)①(A)不可以，(B)能夠②(A)不是氧化復原反響，沒有電子轉移－2＋氧化反響碳棒、Ag、鉑、金(任③CuCu－2e===Cu選一種)2Ag＋＋2e－===2Ag復原反響(2)①銅－2＋②O2＋4e－＋③負Cu－2e===Cu＋4H===2HO分析(1)①只有自覺的氧化復原反響才能設計成原電池，(B)是氧化復原反響且能自覺進行。③依據(jù)電池反響式Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋可知，Cu失電子作負極，負極資料是Cu，正極資料應是比銅不開朗的金屬或能導電的非金屬。(2)該氧化復原反響中復原劑為Cu，故負極是銅，電極反響為Cu－2＋，氧化劑是O2，故正極反響為O2＋4e－＋－2e===Cu＋4H===2HO，溶液中陰離子2－SO向負極挪動。412．某同學利用生活中或實驗室中常用的物件，依據(jù)氧化復原反響知識和電化學知識，自己著手設計了一個原電池。請?zhí)顚懸韵驴瞻祝簩嶒炘恚篎e＋2H＋===Fe2＋＋H2↑實驗用品：電極(鐵釘、銅釘)、稀硫酸、燒杯、導線、耳機(或者電流計)。實驗裝置如圖：原電池設計及注意的問題：①按以下圖裝置連結好實驗儀器，注意察看(耳朵聽)耳機能否有聲音發(fā)出，假如沒有，可將原電池的兩個電極中的一極接觸耳機插頭上的一極(注意：接觸的同時耳機的另一個極是連結在原電池的另一個電極上的)，這時能夠聽見耳機發(fā)生“嚓嚓嚓”的聲音。其原由是在原電池中，由化學能轉變?yōu)開___________，在耳機中又由__________轉變?yōu)槁曇暨@類能量；②假如將裝置中的耳機改為電流計，則鐵釘應當接電流計的________極，電極反響式為________________________________________________________________________，發(fā)生了__________反響；銅釘應當接電流計的________極，電極反應式為__________________________________________，發(fā)生了________反響。答案(4)①電能電能②負Fe－2e－===Fe2＋氧化正2H＋－2復原＋2e===H↑分析原電池是將化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置，開朗金屬作負極，發(fā)生氧化反響，不開朗資料作正極，發(fā)生復原反響。電流計正極應接原電池正極，電流計負極應接原電池負極。13．某化學興趣小組為了研究鋁電極在原電池中的作用，在常溫下，設計并進行了以下一系列實驗，實驗結果記錄以下。編號電極資料電解質溶液電流計指針偏轉方向1Al、Mg稀鹽酸傾向Al2Al、Cu稀鹽酸傾向Cu3Al、C(石墨)稀鹽酸傾向石墨4Al、Mg氫氧化鈉溶液傾向Mg5Al、Zn濃硝酸傾向Al試依據(jù)上表中的實驗現(xiàn)象回答以下問題：實驗1、2中Al所作的電極(正極或負極)能否同樣(填“是”或“否”)？____________。由實驗3達成以下填空：①鋁為_______