化学必修二鲁科版精致讲义第2章 化学键 化学反应与能量 第3节 第2课时 Word版含答案.docx

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化学必修二鲁科版精致讲义第2章化学键化学反应与能量第3节第2课时Word版含答案

第2课时　化学反应为人类提供能量

一、化学反应为人类提供能量

1．物质发生化学反应的实质与能量变化的原因

2．化学反应中能量转化的主要形式

（1）即热饭盒、铝热反应：

化学能主要转化为热能；

（2）电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气：

电能主要转化为化学能。

（3）绿色植物进行光合作用时，光能转化为化学能。

（4）煤燃烧时，化学能主要转化为热能和光能。

例1

　下列说法中正确的是（　　）

A．化学反应中的能量变化，其表现形式除热能外还可能是光能和电能等

B．化学反应中的能量变化不一定遵循能量守恒定律

C．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量与生成物的总能量可能相同

D．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量

考点　化学能与热能的相互转化

题点　化学反应中能量变化的相关综合

答案　A

解析　化学反应中的能量变化一定遵循能量守恒定律；物质发生化学反应都伴随着能量的变化，所以反应物的总能量与生成物的总能量一定不同；在一个确定的化学反应中，反应物的总能量（E1）与生成物的总能量（E2）之间的关系：

E1＞E2，化学反应为放热反应，E1＜E2，化学反应为吸热反应。

思维启迪　

任何化学反应除遵循质量守恒定律外，同样也遵循能量守恒定律，不同形式的能量之间可以转化，但总能量保持不变。

反应物与生成物的能量差若以热能形式表现出来，即为放热反应或吸热反应。

二、化学能转化为电能

1．实验探究

实验步骤

现象

结论

锌片逐渐溶解，表面有气泡；铜片表面无气泡

锌与稀硫酸发生置换反应产生H2，而铜则不能

锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，检流计指针发生偏转

导线中有电流，化学反应中化学能转化为电能

两锌片逐渐溶解且表面都有气泡，检流计指针不偏转

锌与稀硫酸反应，导线中无电流

无现象

乙醇是非电解质，导线中无电流

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：

Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；

（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，做负极的金属活动性一般比做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做负极，铜（或石墨）做正极，FeCl3溶液做电解质溶液。

（4）制造多种化学电源

①干电池（又称一次电池）：

如锌锰电池；

②蓄电池（又称二次电池）：

如铅蓄电池、镍氢电池、锂电池（手机用）；

③燃料电池：

如氢氧燃料电池，其能量转化率高，对环境无污染。

（1）电子只能在导体中定向移动，不能通过溶液。

（2）电解质溶液中离子移动方向：

阳离子移向正极、阴离子移向负极。

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　能源与构成原电池的条件

题点　原电池的形成条件与判断方法

答案　EFG

A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——原电池的判断方法

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

　如图所示检流计的指针发生偏转，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（　　）

A．B极为原电池的正极

B．A、B、C分别可以为Zn、Cu和稀盐酸

C．C中阳离子向A极移动

D．A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。

思维启迪——多个角度判断原电池的正极和负极

例4

　①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。

①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。

据此判断这四种金属活泼性由大到小的顺序是（　　）

A．①③②④B．①③④②

C．③④②①D．③①②④

答案　B

解析　①②相连时，外电路电流从②流向①，则金属活泼性①大于②；①③相连时，③为正极，则金属活泼性①大于③；②④相连时，②上有气泡逸出，则金属活泼性④大于②；③④相连时，③的质量减少，则金属活泼性③大于④，故金属活泼性由大到小的顺序为①③④②。

思维启迪——形成原电池、比较金属活动性

根据原电池原理比较金属活动性，做负极的金属活动性较强，做正极的金属活动性较弱。

例5

　某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是（　　）

选项

正极

负极

电解质溶液

A

Cu

Zn

HCl

B

Zn

Cu

CuSO4

C

Cu

Zn

CuSO4

D

Cu

Zn

ZnCl2

考点　原电池原理的应用

题点　设计原电池

答案　C

解析　将Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu拆成两个半反应：

氧化反应（负极反应）：

Zn－2e－===Zn2＋。

还原反应（正极反应）：

Cu2＋＋2e－===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

①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。

②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）用导线连接铜片和锌片插入到稀H2SO4中，锌片上有大量气泡（　　）

（2）原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应（　　）

（3）NaOH＋HCl===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池（　　）

（4）原电池中的阳离子由负极区向正极区移动（　　）

（5）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（　　）

（6）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（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×　（6）√

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（　　）

A

B

C

D

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·合肥高一检测）某学生将检流计用导线与两个电极连接在一起，再将两个电极同时插入某种电解质溶液中，能观察到有电流产生的是（　　）

A．用铜片、铅笔芯做电极插入稀硫酸中

B．用两个铜片做电极插入硝酸银溶液中

C．用锌片、铜片做电极插入番茄中

D．用铜片、铁片做电极插入酒精中

答案　C

解析　要构成原电池，除要形成闭合回路外，还需要有两个活动性不同的电极材料，一般其中一个电极要能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。

A项，铜和石墨与稀硫酸均不反应；B项，电极材料相同；D项，酒精是非电解质；C项，一些水果中含有有机酸，可做电解质溶液。

4．（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，铜做正极，锌做负极，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，锌做负极失去电子，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。

5．如图所示装置，检流计指针发生偏转，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↑，则在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。

6．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　Zn－2e－===Zn2＋　锌片溶解　正　还原　Cu2＋＋2e－===Cu　铜极变粗　Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

解析　CuSO4溶液为电解质溶液时，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，原电池总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。

[对点训练]

题组一　原电池的构成条件

1．下列各组的电极材料和电解液，不能组成原电池的是（　　）

A．铜片、石墨棒，乙醇

B．铜片、石墨棒，硝酸银溶液

C．锌片、铜片，稀盐酸

D．铜片、铂片，FeCl3溶液

答案　A

2．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。

题组二　原电池工作原理

3．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。

4．如图所示，两电极一为碳棒，一为铁片，若检流计的指针发生偏转，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＋2价的亚铁离子，由于a极上有大量气泡产生，所以为正极（C）：

2H＋＋2e－===H2↑，a为正极，是碳棒；b为负极，是铁片；电解质溶液为硫酸溶液。

5．某实验兴趣小组按如图装置实验后，所记录内容合理的是（　　）

实验记录

①Zn片为负极，质量减少，Cu为正极，质量不变；

②外电路电流方向是：

由Cu→Zn；

③SO

向Zn极移动，Cu2＋向Cu极移动；

④Zn电极发生氧化反应；

⑤正极反应式：

Cu2＋＋2e－═Cu；

⑥电子流动方向：

锌极→导线→铜极→电解质溶液→锌极

A.①②④B．②③④

C．②③④⑤D．③⑤⑥

答案　C

解析　该装置为原电池，锌片为负极，发生氧化反应，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，铜片为正极，铜片上发生还原反应，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，电子由锌片经导线流向铜片，电解质溶液中没有电子通过，SO

向负极Zn极移动，Cu2＋向正极Cu极移动，电流由铜片经导线流向锌片。

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：

Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。

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：

Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，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的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．（2018·哈六中期中）有关电化学知识的描述正确的是（　　）

A．CaO＋H2O===Ca（OH）2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能

B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu（NO3）2＋2Ag，装置中一定是银作正极

C．因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中，若能组成原电池，必是铁作负极、铜作正极

D．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池

答案　D

解析　所给反应不是氧化还原反应，没有电子转移，虽然为放热反应，但不能将该反应设计成原电池，A项错误；根据所给反应，负极材料应该是Cu，但正极材料可以用Ag，也可以用碳棒等惰性电极，B项错误；当铁和铜作为电极放入浓硝酸中时，铁因钝化瞬间停止反应，而铜可持续被浓硝酸溶解，所以铜是负极，C项错误。

题组三　原电池工作原理的应用

9．X、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（　　）

A．Z＞Y＞X＞WB．Z＞X＞Y＞W

C．Z＞Y＞W＞XD．Y＞Z＞X＞W

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　A

10．（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（　　）

A．2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

B．2H2＋O2

2H2O

C．Mg3N2＋6H2O===3Mg（OH）2＋2NH3↑

D．CH4＋2O2

CO2＋2H2O

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，C正确。

11．（2018·北京四中4月月考）为将反应2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑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2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al（OH）4]－＋3H2↑，不符合；C项为原电池，但硝酸是氧化性酸，则总反应为Al＋4H＋＋NO

===Al3＋＋NO↑＋2H2O，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1∶32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2gH2，则转移2mol电子，消耗负极65gZn，而图3中正极析出64gCu，也转移2mol电子，消耗负极65gZn，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　Zn－2e－===Zn2＋

（3）C　Zn→C（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，锌做负极，碳做正极，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Zn－2e－===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“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”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________（填“氧化”或“还原”）反应，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1mol电子的时候，正极上会析出1mol银单质，所以正极上生成的银的质量是108g。

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

检流计指针偏转方向

1

Al、Mg

稀盐酸

偏向Al

2

Al、Cu

稀盐酸

偏向Cu

3

Al、C（石墨）

稀盐酸

偏向石墨

4

Al、Mg

氢氧化钠溶液

偏向Mg

5

Al、Zn