苏教版化学必修二23 化学能与电能的转化学生版.docx
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苏教版化学必修二23化学能与电能的转化学生版
2.3.1化学能转化为电能 化学电源
1．构成原电池的条件
（1）有活泼性不同的两个电极；
（2）电极插入电解质溶液中；
（3）电极间形成闭合回路；
（4）能自发地发生氧化还原反应。
2．原电池工作原理口诀
原电池分两极（正、负）；负极氧化正（极）还原；电子由负（极）流向正（极）；阳（离子）向正（极）阴（离子）向负（极）。
3．原电池正、负极的判断
化合价升高―→失去电子―→发生氧化反应―→负极；
化合价降低―→得到电子―→发生还原反应―→正极。
4．钢铁发生电化学腐蚀的电极反应和总反应
负极反应：
Fe－2e－===Fe2＋，
正极反应：
O2＋4e－＋2H2O===4OH－，
总反应：
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2，
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3。
原电池及其工作原理
1．实验探究
[实验1]把一块锌片和一块铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察实验现象。
[实验2]把一块锌片和一块铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察实验现象。
实验1、2现象：
实验1、2中现象相同，均为锌片周围有气泡产生，铜片周围无明显现象。
实验结论：
锌在金属活动性顺序中位于氢前面，能置换酸中氢；铜片在金属活动性顺序中位于氢后面，不能置换酸中氢。
[实验3]用导线把实验2中的锌片和铜片连接起来，观察实验现象。
[实验4]在导线中间接一个灵敏电流计，观察实验现象。
实验3、4现象：
锌片周围无气泡产生，铜片周围有气泡产生；电流计指针发生偏转。
实验结论：
锌、铜用导线连接后插入稀硫酸溶液中，导线中有电流产生。
2．原电池
（1）概念：
将化学能转变为电能的装置。
（2）工作原理（以锌－铜－稀H2SO4原电池为例）：
（3）构成条件
a．有活泼性不同的两个电极b．电极插入电解质溶液中
c．电极间构成闭合回路d．能自发地发生氧化还原反应
（4）原电池的电极反应
负极→流出电子→发生氧化反应，
正极→流入电子→发生还原反应。
[特别提醒] 原电池的正极是导体，它不参与化学反应；负极反应不一定是负极材料本身的反应，有的原电池的负极既是导体又是负极反应物（如铜锌原电池），有的原电池负极的作用是导体（如H2、O2燃料电池），它不参与化学反应。
1．将铁片、镁片用导线连接插入稀硫酸中，则铁片上发生什么反应，电极反应式如何书写？
提示：
镁比铁活泼，镁作负极，铁作正极，铁电极上发生还原反应，电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑。
2．原电池的电极材料都必须是金属吗？
提示：
原电池的电极材料可以是两种活泼性不同的金属，也可以是一种金属与一种可导电的惰性材料（如石墨），在燃料电池中，电极本身均不发生反应，故两极均可用惰性材料。
3．原电池内部阴、阳离子是如何移动的？
提示：
阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。
1．原电池的判断
2．原电池正负极的判断
1．如图所示的装置，能够组成原电池产生电流的是________。
2．（2015·浙江10月考试）如图所示进行实验，下列说法不正确的是（ ）
A．装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生
B．甲、乙装置中的能量变化均为化学能转化为电能
C．装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转
D．装置乙中负极的电极反应式：
Zn－2e－===Zn2＋
原电池原理的应用
1．钢铁的电化学腐蚀
（1）电化学腐蚀
金属跟电解质溶液接触，发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化的腐蚀。
（2）钢铁的电化学腐蚀
电解质
溶液
钢铁表面水膜中含有H＋和OH－，还溶有O2等气体
电极
负极
材料：
Fe，电极反应：
Fe－2e－===Fe2＋
正极
材料：
C，电极反应：
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2，进一步被氧化，4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3，Fe（OH）3易分解生成铁锈（Fe2O3·xH2O）
2．金属活动性强弱的判断
由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验
装置
现象
二价金属A不断溶解
C的质量增加
A上有气体产生
（1）装置甲中负极的电极反应式是A－2e－===A2＋。
（2）装置乙中正极的电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu。
（3）四种金属活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C。
1．锌与稀硫酸反应时，若滴几滴硫酸铜溶液，反应速率会加快，试分析其原因。
提示：
滴加硫酸铜溶液后，会有少量锌与硫酸铜反应置换出铜，生成的铜、锌分别作为原电池的两个电极而形成原电池，从而加快锌与稀硫酸的反应。
2．已知反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，请将该反应设计成原电池，画出原电池装置图并标出正、负极。
提示：
先确定两个电极，负极失电子化合价升高，所以铜作负极，再找活泼性比铜弱的碳棒或银棒作正极；从反应中可以看出电解
质溶液中必须含有银离子，所以用硝酸银溶液作电解质溶液。
装置图见右图。
原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应的速率
（1）原理：
在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中的粒子运动时相互间干扰减小，使反应速率增大。
（2）应用：
实验室用Zn和稀H2SO4（或稀盐酸）反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。
原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。
2．比较金属的活动性强弱
（1）原理：
原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。
（2）应用：
有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性A>B。
3．设计原电池
（1）首先将已知氧化还原反应拆分为两极反应式。
氧化反应：
还原剂－ne－===氧化产物（负极反应式）；
还原反应：
氧化剂＋ne－===还原产物（正极反应式）；
正极反应式＋负极反应式＝电池的总反应式。
（2）根据原电池的电池反应特点，结合两极反应式找出正负极材料及电解质溶液。
①电解质溶液的选择：
电解质溶液一般要能够与负极发生反应或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如空气中的氧气）。
②电极材料的选择：
在原电池中，一般选择活泼性较强的金属作为负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。
负极材料或还原性物质在负极上失去电子被氧化，氧化性物质在正极上得到电子被还原。
（3）实例：
原理
装置图
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
负极反应：
Zn－2e－===Zn2＋
正极反应：
2H＋＋2e－===H2↑
1．100mL浓度为2mol·L－1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成H2的总量，可采用的方法是（ ）
A．加入适量6mol·L－1的盐酸
B．加入几滴CuCl2溶液
C．加入适量蒸馏水
D．加入适量的NaCl溶液
2．有A、B、D、E四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B；当A、D组成原电池时，A为正极；B与E构成原电池时，电极反应式为E2＋＋2e－===E，B－2e－===B2＋。
则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为（ ）
A．A>B>E>D B．A>B>D>E
C．D>E>A>BD．D>A>B>E
化学电源
1．原理
2．优点
化学电源的能量转化率比燃料燃烧大的多。
3．分类
4．常见化学电源的组成
电池名称
电极材料
电解质溶液
负极
正极
锌锰干电池
锌
碳棒
氯化铵等
银锌纽扣电池
锌
氧化银
氢氧化钾溶液
铅蓄电池
铅
二氧化铅
硫酸
镍氢电池
贮氢合金
泡沫氧化镍
氢氧化钾溶液
氢氧燃料电池
H2放电
O2放电
氢氧化钾溶液
甲醇－空气燃料电池
甲醇放电
O2放电
氢氧化钾溶液
1．铅蓄电池的正、负极材料是什么？
电解质溶液是什么？
提示：
负极：
Pb，正极：
PbO2，电解质溶液：
稀H2SO4。
2．氢氧燃料电池在酸性条件和碱性条件下的正极反应式相同吗？
若不同，请分别写出反应式。
提示：
不相同；酸性条件下正极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O，碱性条件下正极反应式：
2H2O＋O2＋4e－===4OH－。
3．除氢氧燃料电池外，其他燃料电池的负极反应物通常还有哪些？
正极放电的是什么物质？
提示：
负极还可以是烃（如甲烷、乙烷等）、醇（如甲醇、乙醇等）、氨、煤气等可燃性气体
或液体。
正极放电的是氧气。
1．常见化学电源的反应原理
（1）锌锰干电池
Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn（NH3）2Cl2＋2MnO（OH）
（2）铅蓄电池
PbO2＋Pb＋2H2SO4
2PbSO4＋2H2O
（3）甲醇－空气燃料电池
2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO
＋6H2O
2．氢氧燃料电池
电极材料
铂
铂
电解质溶液
氢氧化钾溶液
盐酸
电池反应原理
电极反应
负极：
2H2＋4OH－
－4e－===4H2O
正极：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
负极：
2H2－4e－===4H＋
正极：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
总反应
2H2＋O2===2H2O
[特别提醒]
（1）燃料电池的本质是燃料与氧化剂之间能够发生自发的氧化还原反应，且能够对外放出能量。
（2）燃料电池在使用过程中，并没有发生燃料的燃烧，而是燃料和氧化剂分别在两极放电，将化学能转化为电能。
（3）燃料的燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，而燃料电池中发生的氧化还原反应则是缓和平稳的。
（4）燃料燃烧时，大量的热能释放到空气中，能量利用率低，燃料电池工作时，能量转化率较高，是一种高效、环境友好的发电装置。
1．燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料燃烧原理把化学能直接转化为电能，氢氧燃料电池的基本反应是：
X极：
O2＋H2O＋2e－===2OH－
Y极：
H2＋2OH－－2e－===2H2O
下列说法正确的是（ ）
A．X是负极 B．Y是正极
C．Y极上发生还原反应D．Y极上发生氧化反应
2．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。
某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是（ ）
A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋
B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋
C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO
D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋
[方法技巧]
给出总反应，写电极反应式的方法
（1）逐步分析法
（2）寻找易写电极反应突破法
根据总反应方程式和电解质特点，写出较易写的电极反应，然后用总反应减去该电池反应可得另一极的电极反应。
＝
－
如CH4酸性燃料电池中：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式
CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式
[三级训练·节节过关]
1．如下图所示装置，能够组成原电池的是（ ）
2．下列有关电池的说法中不正确的是（ ）
A．手机上用的锂离子电池属于二次电池
B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D．锌锰干电池中，锌电极是负极
3.如图装置所示，铜片上发生的反应为（ ）
A．Zn2＋＋2e－===Zn
B．2H＋＋2e－===H2↑
C．Zn－2e－===Zn2＋
D．Cu2＋＋2e－===Cu
4.（2016·绍兴一中期中）如图是铜锌原电池示意图。
当该原电池工作时，下列描述不正确的是（ ）
A．溶液逐渐变蓝
B．锌片逐渐溶解
C．铜片上有气泡产生
D．电流计指针发生偏转
5．原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献。
（1）现有如下两个反应：
A.NaOH＋HCl===NaCl＋H2O；B.Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，判断能否设计成原电池：
A.________，B.________（填“能”或“不能”）。
（2）将纯锌片和纯铜片按图方式插入100mL相同浓度的稀硫酸中一段时间，回答下列问题：
①下列说法正确的是__________。
a．甲、乙均为化学能转变为电能的装置
b．乙中铜片上没有明显变化
c．甲中铜片质量减少，乙中锌片质量减少
d．两烧杯中溶液中的H＋的浓度均减小
②在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速率：
甲______乙（填“>”“<”或“＝”）。
③请写出图中构成原电池的负极反应式______________________。
电池工作时，溶液中的SO
向______极移动，电池工作完成后，溶液中SO
浓度________（填“增大”“减小”或“不变”）。
1.如图是铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中形成的原电池，则锌片是（ ）
A．阴极：
得到电子，发生氧化反应
B．正极：
得到电子，发生还原反应
C．阳极：
失去电子，发生还原反应
D．负极：
失去电子，发生氧化反应
2.（2016·宁波效实中学期中）“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极，向极板上滴加食盐水后电池便可工作，电池反应为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg（OH）2。
下列关于该电池的说法错误的是（ ）
A．镁片作为正极
B．食盐水作为电解质溶液
C．电池工作时镁片逐渐被消耗
D．电池工作时实现了化学能向电能的转化
3．已知空气－锌电池的电极反应如下：
锌电极：
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；
石墨电极：
O2＋H2O＋2e－===2OH－。
可以判断石墨电极是（ ）
A．负极，发生还原反应 B．正极，发生氧化反应
C．负极，发生氧化反应D．正极，发生还原反应
4.如图是氢氧燃料电池构造示意图。
下列说法不正确的是（ ）
A．a极是负极
B．电子由b通过溶液流向a
C．该电池总反应是2H2＋O2===2H2O
D．氢氧燃料电池是环保电池
5．（2016·余杭中学等四校联考）关于如图装置的叙述中正确的是（ ）
A．电流由铁钉经过导线流向石墨棒
B．该装置是一个简易的电解饱和食盐水的装置
C．石墨棒上发生的电极反应式：
2H＋＋2e－===H2↑
D．石墨棒上发生的电极反应式：
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
6．（2016·桐乡高级中学期中）将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，下列叙述正确的是（ ）
A．装置甲中铜片表面产生气泡
B．装置甲溶液中SO
向铜片做定向移动
C．装置乙中电子从铜片经导线流向锌片
D．装置乙中正极的电极反应式：
2H＋＋2e－===H2↑
7．一个原电池的总反应方程式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池可能为（ ）
选项
A
B
C
D
正极
Cu
Al
Zn
Fe
负极
Zn
Zn
Cu
Zn
电解质溶液
H2SO4
CuSO4
ZnCl2
CuCl2
8．有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下：
实验装置
部分实验现象
a极质量减小b极质量增加
溶液中的SO
向b极移动
d极溶解c极有气体产生
电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是（ ）
A．a>b>c>dB．b>c>d>a
C．d>a>b>cD．a>b>d>c
9．将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计。
（1）锌片上发生的电极反应式为______________________________________________；
银片上发生的电极反应式为_______________________________________________。
（2）若起始时该电池中两电极的总质量为60g，工作一段时间后，取出锌片和银片洗净干燥后称重，总质量为47g，则生成H2体积（标准状况）为__________，电子转移数目是________。
10.依据氧化还原反应：
2Ag++Cu===Cu2++2Ag设计的原电池如图所示。
请回答下列问题：
（1）电极X的材料是 ；电解质溶液Y是 。
（2）银电极为电池的 极，发生的电极反应为 ；X电极上发生的电极反应为 （填“氧化”或“还原”）反应。
（3）外电路中的电子 （填“流出”或“流向”）Ag电极。
（4）当有1.6g铜溶解时，银电极增重 g。
1．利用化学反应：
Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，可以设计出一种原电池。
该原电池工作时（ ）
A．Fe为正极 B．Cu为负极
C．负极上发生氧化反应D．正极上发生氧化反应
2.（2016·舟山中学期中）如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．铁电极的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
B．溶液中的H＋移向Fe电极
C．该装置中能量转化方式为电能转化为化学能
D．电子从铁棒经导线流入石墨棒
3．我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流，电解总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al（OH）3，下列说法不正确的是（ ）
A．正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积
D．该电池通常只需要更换铝板就可能继续使用
4.如图所示，电流表指针发生偏转，同时A极质量减少，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可能分别为Zn、Cu、稀盐酸
C．C中阳离子向A极移动
D．A极发生氧化反应
5.如图所示，两电极一为碳棒，一为铁片，若电流表的指针发生偏转，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
6．（2016·浙江4月考试）MgH2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如图。
下列说法不正确的是（ ）
A．石墨电极是该电池的正极
B．石墨电极上发生还原反应
C．Mg电极的电极反应式：
Mg－2e－===Mg2＋
D．电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再从石墨电极经电解质溶液流向Mg电极
7．（2016·温州普通高中联考）以锌片和铜片为两极、稀硫酸为电解液组成原电池如图所示，当导线中通过2mol电子时，下列说法正确的是（ ）
A．锌片溶解1mol，铜片上析出22.4L氢气
B．两极上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．电解质溶液pH升高
8．（2016·桐乡高级中学期中）肼（N2H4）空气燃料电池是一种环保型碱性燃料电池（如图所示），电解质溶液是20%～30%的KOH溶液。
电池总反应为N2H4＋O2===N2＋2H2O。
下列关于该燃料电池工作时的说法正确的是（ ）
A．负极的电极反应式是
N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑
B．正极的电极反应式是O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．溶液中阴离子向正极移动
D．放电后电解质溶液的碱性增强
9．A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸，如下图所示：
（1）A中反应的离子方程式为________________________________________________。
（2）B中Sn极的电极反应式为_______________________________________________，
Sn极附近溶液的c（H＋）________（填“升高”“降低”或“不变”）。
（3）C中被氧化的金属是________，总反应式为___________________________________
10．化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
（1）锌锰干电池是应用最普遍的电池之一（如图所示），锌锰干电池的负极材料是 ，负极发生的电极反应式为 。
若反应消耗16.25g负极材料，则电池中转移电子的物质的量为 mol。
（2）目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池其电池总反应式可以表示为Cd＋2NiO（OH）＋2H2O
2Ni（OH）2＋Cd（OH）2，已知Ni（OH）2和Cd（OH）2均难溶于水，但能溶于酸，以下说法中正确的是________。
A．NiO（OH）作负极
B．Cd作负极
C．此电池是一次电池
D．放电时化学能转变为电能
（3）如图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向可知，则X极为电池的 （填“正”或“负”）极，Y极的电极反应式为_________________
2.3.2 电能转化为化学能
1.电解池的两极中，阳极与电源正极相连，发生氧化反应；阴极与电源负极相连，发生还原反应。
2．电解池内部，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。
3．离子的放电顺序（惰性电极）：
（1）阳极：
S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子（还原性强弱）；
（2）阴极：
Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>……（氧化性强弱）。
4．电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，含Cu2＋的盐溶液作电解质溶液，反应后，比铜活泼的金属以阳离子形式存在于溶液中，比铜不活泼的金属形成阳极泥。
电解池及其工作原理
1．电解反应实例
（1）电解H2O：
2H2O
2H2↑＋O2↑。
（2）电解NaCl溶液：
2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
2．电解池
（1）电解：
使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
（2）电解池：
将电能转化为化学能的装置。
（3）电解原理
①实验探究
以石墨作电极电解CuCl2溶液
实验装置
实验现象
阴极：
有红色固体析出
阳极：
产生黄绿色气体，湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
反应方程式
阴极：
Cu2＋＋2e－===Cu
阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑
总反应：
CuCl2
Cu＋Cl2↑
②电解原理图示
（4）电解池构成条件
1．电解食盐水得到的产物是什么？
反应中能量是如何转化的？
提示：
电解食盐水制得NaOH、Cl2和H2。
反应中能量的转化形式是电能转化为化学能。
2．用石墨作电极电解CuCl2溶液，通电后溶液中的离子如何移动？
其中阳极和阴极发生反应的类型是什
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