022第2课时 化学能与电能Word文档格式.docx

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四、电解原理

1、电解池：

将电能转化为化学能的装置叫电解池。

2、电解原理：

使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程叫做电解。

阴极：

与电源负极相连的电极称为阴极，发生还原反应。

阳极：

与电源正极相连的电极称为阳极，发生氧化反应。

4、电解应用举例

①、电解食盐水——氯碱工业

（1）电极反应

阴极：

2H++2e-=H2↑阳极：

2Cl-+2e-=Cl2↑

（2）电解总的化学方程式和离子方程式

化学方程式：

2H2O+2NaCl

2NaOH+H2↑+Cl2↑

离子方程式：

2H2O+2Cl-

2OH-+H2↑+Cl2↑

②、电解熔融氯化钠

2Na++2e-=2Na阳极：

2Cl--2e-=Cl2↑

（2）电解总的化学方程式2NaCl（熔融）

2Na+Cl2↑

③、电解熔融氯化镁

Mg2++2e-=Mg阳极：

（2）电解总的化学方程式MgCl2（熔融）

Mg+Cl2↑

④、电解熔融氧化铝

4Al3++12e-=4Al阳极：

6O2-+12e-=3O2↑

（2）电解总的化学方程式2Al2O3（熔融）

4Al+3O2↑

原电池

原电池

能量转换

（实质）

化学能→电能

（两极分别发生氧化还原反应，产生电流）

电极

正极

负极

较活泼金属

较不活泼金属

Pt/C

金属

金属氧化物

电极材料

不一定都是金属材料，也可以是碳棒、金属氧化物、惰性电极。

电解液

和负极反应（也可不反应）

构成条件

两极、一液、一反应（自发）

①两个活泼性不同的电极

②电解质溶液

③电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路

④一个自发的氧化还原反应

负极（Zn）：

Zn-2e-=Zn2+

（氧化反应）

离子迁移

内电路

阳离子→正极阴离子→负

阳离子向正极作定向移动，阴离子向负极作定向移动。

正极（Cu）：

2H++2e-=H2↑

（还原反应）

电子流向外电路

负极（-）

正极（+）

负极极板因此而带正电荷，正极极板由于得到了带负电的电子显负电性。

总反应：

Zn+2H+=Zn2++H2↑

重要应用

制作电池、防止金属被腐蚀、提高化学反应速率

干电池、铅蓄电池、新型高能电池、

⑵几种常见新型原电池

化学反应

特点

锌—锰电池

（锌筒）：

Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）

（碳棒）：

2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O

Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++Mn2O3+2NH3+H2

铅蓄电池

Pb-2e-+SO42-=PbSO4

PbO2+4H++2e-+SO42-=PbSO4+2H2O

Pb+PbO2+2H2SO4====2PbSO4+2H2O

锌银电池Zn|KOH|Ag2O

Zn+2OH--2e-=ZnO+H2O

Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-

Zn+Ag2O+H2O=2Ag+Zn（OH）2

能量大，体积小，但有优越的大电池放电性能，放电电压平稳，广泛用于电子表、石英钟、计算机CMOS电池等

锂电池

新型电池

Li–e--=Li+

MnO2+2e-=MnO2-

Li+MnO2=LiMnO2

温度使用范围广，放电电压平坦，体积小，无电解液渗漏，并且电压随放电时间缓慢下降，可预示电池使用寿命。

适做心脏起搏器电源、高性能的手机和笔记本电脑电池等。

氢氧燃料

电池

电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液：

2H2–4e-+4OH-===4H2O

O2+4e-+2H2O===4OH-

电解质溶液为酸性溶液：

2H2–4e-===4H+

O2+4e-+4H+===2H2O

甲烷燃料

电解质溶液为氢氧化钾溶液：

CH4+10OH--8e-===CO32-+7H2O

2O2+8e-+4H2O===8OH-

CH4+2O2+2OH-===CO32-+3H2O

[练习]

14.下列说法正确的是（）

A．原电池是把电能转化为化学能的装置

B．原电池中电子流出的一极是正极发生氧化反应

C．原电池的两极发生的反应均为氧化还原反应

D．形成原电池后，原电池中的阳离子向正极移动

15.往盛有纯Zn和稀H2SO4的容器中,滴入少量的CuSO4溶液,反应的速率大大加快。

这是因为滴入CuSO4溶液后，Zn将Cu2+置换成Cu，Cu附在Zn的表面。

此时Zn、Cu和稀H2SO4形成了无数个微小的原电池。

（H+在Cu表面得电子比在Zn表面更易得到电子。

因为Zn周围有Zn2+，H+受Zn2+的排斥。

）从而使反应速率大大加快。

16.把a、b、c、d四种金属片浸泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。

若a、b相连时，a为负极；

c、d相连时，c为负极；

a、c相连时，c为正极；

b、d相连时，b为正极，则这四种金属活动性顺序由大到小为（）

A．a>

b>

c>

dB．a>

d>

b

C．c>

a>

dD．b>

a

17.等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，下列图表示产生H2的体积（V）与时间（t）的关系，其中正确的是：

（）

2-第二节　化学能与电能

一、选择题

1．（2011·

河北南宫中学高一第二学期期中考试化学试题）下列各组中的能源均属于二次能源的是（　　）

A．电力、蒸汽B．电力、风力

C．蒸汽、风力D．原煤、石油

答案：

A

点拨：

风力、原煤、石油均为一次能源，故只有A选项电力、蒸汽均属于二次能源。

2．（2011·

山东苍山一中高一第二学期期中考试）下列有关原电池的说法中正确的是（　　）

A．原电池是把电能转化为化学能的装置

B．原电池中电子流出的一极是负极，发生还原反应

C．构成原电池两极必须是两种不同的金属

D．原电池中的阳离子向正极移动

D

原电池是把化学能转化为电能的装置，故A错。

原电池中电子流出的一极是负极，失去电子，发出氧化反应，故B错，构成原电池的两极一般是活动性较强的金属作负极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为正极，故C错。

3．（2012·

山东临沂高一下学期期中考试模拟试题）下图为铜锌原电池示意图，下列说法正确的是（　　）

A．锌片逐渐溶解

B．烧杯中溶液逐渐呈蓝色

C．电子由铜片通过导线流向锌片

D．该装置能将电能转变为化学能

在铜锌原电池中，锌是负极，铜是正极，电子从锌片流向铜片，负极的反应式为：

Zn－2e－===Zn2＋正极的反应式为2H＋＋2e－===H2↑反应一段时间后，锌片逐渐溶解，溶液中H＋浓度减小，该装置是化学能转化为电能，故正确答案为A。

4．（2011·

山东沾化二中高一下学期学分认定测试）废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。

有同学想变废为宝，他的以下想法你认为不正确的是（　　）

A．把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气

B．碳棒取下洗净用作电极

C．把铜帽取下洗净回收利用

D．电池内部填有氯化铵等化学物质，将废电池中的黑色糊状物直接作化肥用

5．（2011·

山东苍山一中高一第二学期期中考试）现在各类碱性电池已经占有了越来越多的市场份额，这类电池广泛地应用于各种小型用电器（如照相机、收音机等）中。

有一种新型的锌锰电池就是这种碱性电池，它是在传统锌锰电池的基础上改进的。

下列对于碱性锌锰电池的叙述中不正确的是（　　）

A．碱性锌锰电池工作时，电子由Zn极经外电路流向碳极

B．这种电池较传统锌锰电池（即干电池）使用寿命长

C．碱性锌锰电池可以实现化学能向电能的转化和电能向化学能的转化

D．这种电池的电解质由传统的NH4Cl换成湿的KOH

C

该新型的锌锰电池是一次电池（即干电池）不是二次电池（即充电电池），它只能实现化学能转化为电能，而不能实现电能转化为化学能，故C错。

6．（2011·

四川雅安中学高一第二学期期中试题）A、B、C都是金属：

B中混有C时，只有C能被盐酸溶解；

A与B组成原电池时，A为电池的正极。

A、B、C三种金属的活动性顺序为（　　）

A．A＞B＞CB．A＞C＞B

C．C＞B＞AD．B＞C＞A

根据已知条件只有C能被盐酸溶解可知C最活泼。

再由A与B组成原电池时，A为正极，则B为负极，故B的活动性大于A。

由此推出A、B、C三种金属活动性为C>

B>

A。

7．（2012·

试题调研）根据下列事实：

①A＋B2＋===A2＋＋B；

②D＋2H2O===D（OH）2↓＋H2↑；

③以B、E为电极与E的盐溶液组成原电池，电极反应为：

E2＋＋2e－===E，B－2e－===B2＋。

由此可知A2＋、B2＋、D2＋、E2＋的氧化性强弱关系是（　　）

A．D2＋＞A2＋＞B2＋＞E2＋

B．B2＋＞A2＋＞D2＋＞E2＋

C．D2＋＞E2＋＞A2＋＞B2＋

D．E2＋＞B2＋＞A2＋＞D2＋

据原电池原理判断有关离子的氧化性强弱。

判断时可以根据各离子得电子能力的强弱，也可以先判断出A、B、D、E的金属活泼性强弱后再判断。

具体分析如下：

本题可判断出A、B、D、E的活泼性顺序为D＞A＞B＞E，但是在根据原电池判断金属活泼性强弱时要注意电解质不同时的特例。

例如，Mg－Al原电池，在稀盐酸中，Mg作负极，Al作正极；

在NaOH溶液中，Al作负极，Mg作正极。

8．（2012·

经典习题选萃）以锌片和铜片为电极，以稀硫酸为电解质溶液的原电池中，当导线中通过2mol电子时，下列说法正确的是（　　）

A．锌片溶解了1mol，铜片上析出1mol氢气

B．两极溶解和析出的物质的质量相等

C．锌片溶解了1g，铜片上析出1g氢气

D．锌片溶解了1mol，硫酸消耗了1mol

AD

本题涉及原电池的有关计算，利用电子守恒结合电极反应可求得各电极上物质的溶解和析出情况。

原电池使氧化反应、还原反应分别在两个电极上进行，但两者仍同时发生，两电极上得失电子数仍相等，这是有关计算的依据。

9．（2012·

试题调研）微型纽扣电池在现代生活中有广泛使用。

有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液是KOH，电极反应为：

Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O和Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，总反应式为：

Ag2O＋Zn===2Ag＋ZnO，根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是（　　）

A．在使用过程中，电池负极区溶液pH减小

B．在使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极

C．Zn是负极，Ag2O是正极

D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应

AC

本题考查根据电极反应式判断原电池的正负极，明确原电池的原理。

二、非选择题

10．（2012·

试题调研）有人设计以Pt和Zn为电极材料，埋入人体内作为某种心脏病人的心脏起搏器的能源。

它依靠人体内体液中含有一定浓度的溶解氧、H＋和Zn2＋进行工作。

请写出两电极反应式：

正极__________________________________________________，

负极__________________________________________________。

O2＋4H＋＋4e－===2H2O

2Zn－4e－===2Zn2＋

根据题意Zn为负极、Pt为正极，负极发生氧化反应Zn－2e－===Zn2＋，正极发生还原反应O2＋4H＋＋4e－===2H2O（注意：

H＋作为电解质溶液中的阳离子，不能写出2H＋＋2e－===H2↑）。

11．（2012·

试题调研）市场上出售的“热敷袋”其中主要成分是铁屑、碳粉和少量的NaCl、水等。

热敷袋在启用前用塑料袋使之与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓，就会放出热量，使用完后，会发现袋内有许多铁锈生成，请回答下列问题：

（1）热敷袋放出的热量来源于________放出的热量。

（2）碳粉的作用是_______________________________________。

（3）加入NaCl的作用是__________________________________。

（4）写出有关的电极反应式和化学方程式：

______________________________________________________、

______________________________________________________。

（1）Fe与O2反应（发生原电池）

（2）作为原电池的正极，加快反应速率

（3）作为电解质溶液，而使原电池形成闭合回路

（4）2Fe－4e－===2Fe2＋　O2＋2H2O＋4e－===4OH－

Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3，

2Fe（OH）3===Fe2O3＋3H2O

Fe、C（O2）、电解质溶液构成原电池，加快了Fe的氧化速率；

根据Fe是负极、C是正极，NaCl溶液是电解质溶液进行分析。

12．（2012·

经典习题选萃）某同学进行下图所示的铜—锌原电池实验：

（1）从理论上讲，应该能预期看到的现象是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

（2）实验过程中，观察到锌极上有少量气泡逸出，铜极上有大量气泡逸出，请解释原因。

_____________________________________________________________________________________________________________________。

（1）锌片无气泡冒出，铜片上有气泡冒出，电流计指针发生偏转

（2）锌片不纯，锌与杂质形成许多微小原电池

13．（2011·

辽宁瓦房店高中高一下学期4月份月考）

（1）有人将铂丝插入KOH溶液中做电极，并在两极片分别通入甲烷和氧气，形成一种燃料电池，在该电池反应中，甲烷发生类似于燃烧的反应，根据以上判断：

①通甲烷的铂丝为原电池的________极，发生的电极反应为______________。

②该电池工作时（放电）反应的总化学方程式为

_____________________________________________________。

（2）X、Y、Z为三种不同短周期非金属元素的单质。

在一定条件下发生如下反应：

若常温下Y为固体，X、Z为气体，A在空气中充分燃烧可生成B，则：

①B的化学式为__________；

②向苛性钠溶液中通入过量的A所发生反应的离子方程式为_________________________________________________________。

③将B与氯气的水溶液充分反应可生成两种强酸，该反应的化学方程式为

（1）①负　CH4＋10OH－－8e－===CO

＋7H2O

②CH4＋2O2＋2OH－===CO

＋3H2O

（2）①SO2　②H2S＋OH－===HS－＋H2O

③SO2＋Cl2＋2H2O===H2SO4＋2HCl

14．（2011·

南京师范大学附属扬子中学月考）将铁片和铜片插入某种电解质溶液，锌片和铜片用导线相连，形成原电池装置。

（1）若电解质溶液是稀硫酸，则负极材料是________，发生______________反应；

正极上反应的电极反应式是______________，该电池的总反应方程式是________________________________________________________________________。

（2）若电解质溶液是浓硝酸，在导线中电子是由____极流向________极（“铁”、“铜”），负极上反应的电极反应式是________，该电池总反应离子方程式是________________________________________________________________________。

（1）锌　氧化　2H＋＋2e－===H2

Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑

（2）铜　铁　Cu－2e－===Cu2＋

Cu＋4H＋＋2NO

===Cu2＋＋2NO↑＋2H2O

15．

（1）把一块纯净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里，可观察到锌片上有气泡，再平行插入一块铜片，可观察到铜片上____________（填“有”或“没有”）气泡产生，再用导线把锌片和铜片连接起来，组成一个原电池，负极为____________，正极的电极反应式为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

（2）如果烧杯中最初装入的是500mL2mol·

L－1的稀硫酸，构成铜锌原电池（假设产生的气体没有损失），当在标准状况下收集到11.2L的氢气时，则此时烧杯内溶液中溶质的物质的量浓度应为（溶液体积变化忽略不计）________________________________________________________________________________________________________________________________________________。

（1）没有　锌片　2H＋＋2e－===H2↑

（2）c（H2SO4）＝1mol·

L－1，

c（ZnSO4）＝1mol·

L－1

铜片插入稀硫酸中时，二者不反应，没有气泡产生，但当把铜片和锌片用导线相连插入稀硫酸中时，会构成原电池，铜作为原电池正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，锌作为原电池负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2－，电池总反应为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。

当收集到11.2LH2（标准状况），即0.5molH2时，消耗的H2SO4为0.5mol，生成的ZnSO4为0.5mol，c（H2SO4）＝

＝1mol·

L－1，c（ZnSO4）＝

L－1。

16．铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。

（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：

（2）若将

（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。

正极反应：

____________________________________________，

负极反应：

____________________________________________。

（1）2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋

（2）装置图：

2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋

Cu－2e－===Cu2＋

根据氧化还原反应2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计原电池，负极发生氧化反应，Cu失电子，正极选择比Cu活泼性弱的金属或碳棒，电解质溶液为FeCl3溶液。

一、青蛙与原电池

1780年，意大利的医学家伽伐尼在偶然的情况下，以铜制的解剖刀碰触到置于铁盘内的青蛙腿，死蛙腿突然颤抖了几下，因而认为有微电流流过，他主张这是生物本身内在的自发电流。

伽伐尼的研究成果立即受到了欧洲学术界的普遍赞扬，大家推崇说这是科技史上一件有意义的大发现。

意大利物理学家伏打开始时相信伽伐尼的见解是正确的，但经过反复试验、研究后，终于证明“起电”与动物无关，蛙腿只是一种非常灵敏的“验电器”，而两种不同的金属才是“起电”的关键。

他把几十块银片和锌片交替重叠，每对金属之间插入浸渍过盐水的纸片或布条，组成了“电推”即世界上第一个原电池。

1800年，伏打将自己发明的“电推”公诸于世。

几个月后，伏打带着他的仪器来到了巴黎，正当他准备演讲时，突然一位全副武装的法国军官走上台来，在伏打耳边轻声说：

“请等一下开讲，有人要接见你。

”伏打一看这架势，忐忑不安地跟着军官来到了后台休息室，推门进去，只见一个小个子的将军向他立正敬礼。

伏打定神一看，原来是威名赫赫的拿破仑皇帝。

只听拿破仑大声宣布：

“你为科学事业做出了伟大