6.1.2化學(xué)反應(yīng)與電能-高一化學(xué)講義（人教版2019）（原卷版）

第六章化學(xué)反應(yīng)與能量第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)與電能[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.能辨識簡單原電池的構(gòu)成要素，并能分析原電池的工作原理。2.認(rèn)識原電池反應(yīng)的本質(zhì)是自發(fā)的氧化還原反應(yīng)；并伴有能量的轉(zhuǎn)化；能多角度、動(dòng)態(tài)地分析原電池中物質(zhì)的變化及能量的轉(zhuǎn)換。3.能利用典型的原電池裝置，分析原電池原理，建立解答原電池問題的思維模型，并利用模型揭示其本質(zhì)及規(guī)律。4.能舉例說明化學(xué)電源對提高生活質(zhì)量的重要意義。課前預(yù)習(xí)課前預(yù)習(xí)知識點(diǎn)01化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能1．化學(xué)能間接轉(zhuǎn)化為電能（1）火力發(fā)電原理：通過化石燃料燃燒，使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為，加熱水使之汽化為以推動(dòng)蒸汽輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。（2）能量轉(zhuǎn)換過程①能能能能②能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是可燃物的，屬于反應(yīng)。（3）火力發(fā)電存在的弊端①使用的化石燃料屬于資源；②化石燃料的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體（如、等）及，污染環(huán)境；③能量經(jīng)過多次轉(zhuǎn)化，能量利用率。2．化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能——原電池（1）實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論鋅與稀硫酸，銅與稀硫酸參與反應(yīng)，上產(chǎn)生氫氣該裝置將轉(zhuǎn)化為（2）原電池：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)榈难b置。（3）工作原理（以銅鋅稀硫酸原電池為例）電極材料電極名稱電子流向電極反應(yīng)式反應(yīng)類型鋅反應(yīng)銅反應(yīng)總反應(yīng)化學(xué)方程式：離子方程式：知識點(diǎn)02化學(xué)電池1．一次電池——鋅錳干電池工作原理負(fù)極筒鋅被氧化，逐漸消耗正極被還原電解質(zhì)——特點(diǎn)放電后充電便于攜帶，價(jià)格低2．二次電池3．燃料電池知識點(diǎn)總結(jié)知識點(diǎn)總結(jié)知識點(diǎn)一：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能1．火力發(fā)電(1)火力發(fā)電原理：通過化石燃料燃燒時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，加熱水使之汽化為蒸汽以推動(dòng)蒸汽輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。間接實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。(2)能量轉(zhuǎn)換過程：化學(xué)能eq\o(→,\s\up9(燃料燃燒))熱能eq\o(→,\s\up9(蒸汽輪機(jī)))機(jī)械能eq\o(→,\s\up9(發(fā)電機(jī)))電能。其中能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是燃燒(氧化還原反應(yīng))?；瘜W(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能——原電池知識點(diǎn)二：原電池的工作原理及應(yīng)用1．原電池的概念及構(gòu)成條件(1)定義：將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。(2)原電池的形成條件①能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。②兩個(gè)活潑性不同的電極(燃料電池的兩個(gè)電極可以相同)。③形成閉合回路，需滿足三個(gè)條件：a.存在電解質(zhì)；b.兩電極直接或間接接觸；c.兩電極插入電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)中。2．工作原理(以鋅銅原電池為例)(1)裝置變遷2．原電池的工作原理(1)電極反應(yīng)負(fù)極：Zn－2e－=Zn2＋，氧化反應(yīng)。正極：Cu2＋＋2e－=Cu，還原反應(yīng)?？偡磻?yīng)：Zn＋Cu2＋=Cu＋Zn2＋。(2)三方向：①電流方向：正極→負(fù)極；②電子流動(dòng)方向(導(dǎo)線中)：負(fù)極→正極；③陰、陽離子移動(dòng)方向(電解質(zhì)溶液中)；陽離子：負(fù)極→正極；陰離子：正極→負(fù)極。(3)鹽橋的組成和作用①鹽橋中裝有含KCl飽和溶液的瓊膠。②鹽橋的作用：a.連接內(nèi)電路，形成閉合回路；b.平衡電荷，使原電池不斷產(chǎn)生電流。③鹽橋中離子移向：陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極。3．原電池的應(yīng)用(1)設(shè)計(jì)制作化學(xué)電源(2)比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱：原電池中，負(fù)極一般是活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬，正極一般是活動(dòng)性較弱的金屬(或能導(dǎo)電的非金屬)。(3)加快化學(xué)反應(yīng)速率：氧化還原反應(yīng)形成原電池時(shí)，反應(yīng)速率加快。(4)用于金屬的防護(hù)：將需要保護(hù)的金屬制品作原電池的正極而受到保護(hù)。4．原電池的生活示例——水果電池(1)水果電池中，水果的作用是提供電解質(zhì)溶液。(2)水果電池中，選擇電極材料時(shí)應(yīng)注意兩電極不能相同，其中有一電極為活潑金屬如Al、Fe等，另一電極可以是Cu片或石墨棒等。(2)人們比較關(guān)注的新能源：太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能和氫能等。知識點(diǎn)三：常見的化學(xué)電源1．分類2．電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)一是看電池單位質(zhì)量或體積輸出的電能多少(比能量)或輸出功率多少(比功率)，二是電池儲(chǔ)存的時(shí)間長短。3．一次電池——干電池(1)堿性鋅錳電池堿性鋅錳電池的負(fù)極是Zn，正極是MnO2，電解質(zhì)是KOH，其電極反應(yīng)如下：負(fù)極：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2；正極：2MnO2＋2e－＋2H2O=2MnOOH＋2OH－；總反應(yīng)：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2。(2)銀鋅電池銀鋅電池的負(fù)極是Zn，正極是Ag2O，電解質(zhì)是KOH，其電極反應(yīng)如下：負(fù)極：Zn－2e－＋2OH－=Zn(OH)2；正極：Ag2O＋2e－＋H2O=2Ag＋2OH－；總反應(yīng)：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag。4．二次電池——充電電池或蓄電池充電電池屬于二次電池。有些充電電池在放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時(shí)可以逆向進(jìn)行，生成物重新轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物，使充電、放電可在一定時(shí)間內(nèi)循環(huán)進(jìn)行。充電電池中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系是化學(xué)能eq\o(,\s\up11(放電),\s\do4(充電))電能。即正極接正極，負(fù)極接負(fù)極。(1)可充電電池原理示意圖二次電池充電時(shí)的電極連接①充電時(shí)，原電池負(fù)極與外接電源負(fù)極相連，原電池正極與外接電源正極相連，記作：“正接正，負(fù)接負(fù)”。②可充電電池有充電和放電兩個(gè)過程，放電時(shí)是原電池反應(yīng)，充電時(shí)是電解池反應(yīng)。充電、放電不是可逆反應(yīng)。③放電時(shí)的負(fù)極反應(yīng)和充電時(shí)的陰極反應(yīng)相反，放電時(shí)的正極反應(yīng)和充電時(shí)的陽極反應(yīng)相反。將負(fù)(正)極反應(yīng)式變換方向并將電子移項(xiàng)即可得出陰(陽)極反應(yīng)式。eq\o(,\s\up11(放電),\s\do4(充電))則充電時(shí)陰極的電極反應(yīng)式為Fe(OH)2＋2e－=Fe＋2OH－。(2)常見充電電池：鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。①鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池是最常見的二次電池，負(fù)極材料是Pb，正極材料是PbO2?？偡磻?yīng)為Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up11(放電),\s\do4(充電))2PbSO4＋2H2O②鋰離子電池一種鋰離子電池，其負(fù)極材料為嵌鋰石墨(LixCy)，正極材料為LiCoO2(鈷酸鋰)，電解質(zhì)溶液為LiPF6(六氟磷酸鋰)的碳酸酯溶液(無水)，其總反應(yīng)為LixCy＋Li1－xCoO2eq\o(,\s\up11(放電),\s\do4(充電))LiCoO2＋Cy，其放電時(shí)電極反應(yīng)式為負(fù)極：LixCy－xe－=xLi＋＋Cy；正極：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2。5．發(fā)展中的燃料電池(1)特點(diǎn)：連續(xù)地將燃料和氧化劑的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。常見燃料有H2、烴、肼、烴的衍生物、NH3、煤氣等。電能轉(zhuǎn)化率超過80%。(2)氫氧燃料電池酸性堿性負(fù)極反應(yīng)式2H2－4e－=4H＋2H2＋4OH－－4e－=4H2O正極反應(yīng)式O2＋4H＋＋4e－=2H2OO2＋2H2O＋4e－=4OH－電池總反應(yīng)式2H2＋O2=2H2O【大招總結(jié)】1.①若有鹽橋，鹽橋中的陰離子移向負(fù)極區(qū)，陽離子移向正極區(qū)。②若有交換膜，離子可選擇性通過交換膜，如陽離子交換膜，陽離子可通過交換膜移向正極。2.判斷電極的方法(1)通過反應(yīng)類型判斷①失去電子的電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；②得到電子的電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)。(2)通過電子定向移動(dòng)方向和電流方向判斷①電子流出的電極為負(fù)極，電子經(jīng)外電路流入正極；②電流流出的電極為正極，電流經(jīng)外電路流入負(fù)極。(3)根據(jù)離子移動(dòng)方向判斷陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽離子向正極移動(dòng)。(4)根據(jù)電極現(xiàn)象判斷一般不斷溶解、質(zhì)量減輕的電極為負(fù)極；有固體析出、質(zhì)量增加或不變或有氣體產(chǎn)生的電極為正極。3.確定原電池正、負(fù)極應(yīng)注意的問題(1)構(gòu)成原電池的兩電極材料不一定都是金屬，兩極材料可以為導(dǎo)電的非金屬，例如石墨。兩極材料可能參與反應(yīng)，也可能不參與反應(yīng)。(2)兩個(gè)活潑性不同的金屬電極用導(dǎo)線連接，共同插入電解質(zhì)溶液中不一定構(gòu)成原電池，必須有一個(gè)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。(3)在判斷原電池正、負(fù)極時(shí)，既要考慮金屬的活潑性強(qiáng)弱也要考慮電解質(zhì)溶液性質(zhì)。如Mg—Al—HCl溶液構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Al，正極為Mg。對于Cu—Fe(或Al)—濃硝酸構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Cu。4.電極反應(yīng)式書寫的一般步驟類似氧化還原反應(yīng)方程式的書寫方法一：直接書寫方法二：間接書寫第一步，寫出電池總反應(yīng)式。第二步，寫出電極的正極反應(yīng)式。第三步，負(fù)極反應(yīng)式＝總反應(yīng)式－正極反應(yīng)式。5.①H＋在堿性環(huán)境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性環(huán)境中結(jié)合H＋，生成H2O，在中性或堿性環(huán)境結(jié)合H2O，生成OH－；③若已知總反應(yīng)式時(shí)，可先寫出較易書寫的一極的電極反應(yīng)式，然后在電子守恒的基礎(chǔ)上，總反應(yīng)式減去較易寫出的一極的電極反應(yīng)式，即得到較難寫出的另一極的電極反應(yīng)式。6.原電池正、負(fù)極的判斷基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng)，如果給出一個(gè)方程式判斷正、負(fù)極，可以直接根據(jù)化合價(jià)的升降來判斷。發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的一極為正極。7．原電池的構(gòu)成條件8．原電池工作原理（1）反應(yīng)類型：負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。（2）電子的移動(dòng)方向：從負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線流向正極。（3）離子的移動(dòng)方向：陽離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。（4）電流方向：正極→導(dǎo)線→負(fù)極。9．原電池正、負(fù)極的判斷10.根據(jù)原電池原理判斷金屬性強(qiáng)弱（1）若兩種金屬作電極，負(fù)極的還原性強(qiáng)于正極；（2）電子是從負(fù)極流向正極，而不是從正極流向負(fù)極；（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，而正極發(fā)生還原反應(yīng)；（4）金屬陽離子的氧化性越弱，對應(yīng)金屬的還原性越強(qiáng)。11．加快化學(xué)反應(yīng)速率12．比較金屬活潑性強(qiáng)弱兩種金屬分別作原電池的兩極時(shí)，一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑。13．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（一般為電解質(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；正極材料一般活潑性比負(fù)極的弱，也可以是能導(dǎo)電的非金屬。②電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液一般能與負(fù)極材料反應(yīng)。14.幾種電池的特點(diǎn)名稱干電池（一次電池）充電電池（二次電池）燃料電池特點(diǎn)活性物質(zhì)（發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)）消耗到一定程度后，不能再使用①放電后可再充電使活性物質(zhì)獲得再生②可以多次充電，重復(fù)使用①電極本身不包含活性物質(zhì)，只是一個(gè)催化轉(zhuǎn)換元件②工作時(shí)，燃料和氧化劑連續(xù)由外部供給，在電極上不斷進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷被排出舉例普通的鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、銀鋅電池等鉛酸蓄電池、鋰離子電池、鎳氫電池等氫氧燃料電池、CH4燃料電池、CH3OH燃料電池等15.【研究與實(shí)踐】《了解車用能源》【研究任務(wù)】參考答案：（1）汽車發(fā)展的過程和車用能源種類：蒸汽機(jī)汽車，所用能源為礦物燃料；內(nèi)燃機(jī)汽車，所用能源有礦物燃料、乙醇等；燃料電池汽車，所用能源有氫氣、甲烷等；電動(dòng)汽車，所用能源是電能；太陽能汽車，所用能源是太陽能。（2）①2H2+O22H2OCH4+2O2CO2+2H2O2C8H18+25O216CO2+18H2OC2H5OH+3O22CO2+3H2O②幾種燃料燃燒相同質(zhì)量時(shí)放出熱量多少（用熱值表示）的比較物質(zhì)熱值（103kJ/mol）酒精30.2柴油42.7汽油46.1氫氣142.5甲烷55.6在儲(chǔ)存和運(yùn)輸方面，液態(tài)燃料優(yōu)于氣態(tài)燃料。③從來源方面說，氫氣和酒精都是可再生能源，柴油、汽油和甲烷都是不可再生能源；從環(huán)保方面來看，最好的是氫氣，其次是酒精和甲烷，柴油和汽油較差。(3)蒸汽機(jī)：化學(xué)能→內(nèi)能→機(jī)械能；內(nèi)燃機(jī)：化學(xué)能→內(nèi)能→機(jī)械能；燃料電池：化學(xué)能→電能。這三種能量轉(zhuǎn)化，在技術(shù)上都是可行的，但能量轉(zhuǎn)化效率是然料電池最大，蒸汽機(jī)最小。16.【結(jié)果與討論】參考答案：(1)選擇氫氣作為燃料，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。選擇燃料時(shí)應(yīng)考慮以下因素：①是否產(chǎn)生污染性氣體；②是否易于點(diǎn)燃；③價(jià)格是多少；④使用是否安全；⑤是否易于貯存和運(yùn)輸；⑥能釋放多少熱量等。(2)啟示：隨著人類需求、社會(huì)發(fā)展與環(huán)境要求之間的矛盾，我們在提高人類生活水平的同時(shí)，既要考慮生活質(zhì)量、生產(chǎn)成本，又要兼顧環(huán)境污染和可持續(xù)發(fā)展的“綠色化學(xué)”理念。17.規(guī)避原電池工作原理的3個(gè)失分點(diǎn)(1)原電池閉合回路的形成有多種方式，可以是導(dǎo)線連接兩個(gè)電極，也可以是兩電極相接觸。(2)電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的定向移動(dòng)，與導(dǎo)線中電子的定向移動(dòng)共同組成了一個(gè)完整的閉合回路。(3)無論在原電池還是在電解池中，電子均不能通過電解質(zhì)溶液。18.判斷原電池正、負(fù)極的方法說明：原電池的正極和負(fù)極與電極材料的性質(zhì)有關(guān)，也與電解質(zhì)溶液有關(guān)，不要形成活潑電極一定作負(fù)極的思維定勢。19.利用原電池原理比較A、B兩種金屬活潑性的方法：將A、B兩種金屬用導(dǎo)線連接后，插入到稀硫酸中，一段時(shí)間后，若觀察到A溶解，而B上有氣體放出，則說明A作負(fù)極，B作正極，即可以斷定金屬活潑性A>B。20.方面突破可充電電池21.特定燃料電池電極反應(yīng)式的書寫與判斷第一步：寫出電池總反應(yīng)式。燃料電池的總反應(yīng)與燃料的燃燒反應(yīng)一致，若產(chǎn)物能和電解質(zhì)反應(yīng)則總反應(yīng)為加和后的反應(yīng)。如甲烷燃料電池(電解質(zhì)：NaOH溶液)的反應(yīng)式為CH4＋2O2=CO2＋2H2O①CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O②①式＋②式得燃料電池總反應(yīng)式為CH4＋2O2＋2NaOH=Na2CO3＋3H2O。第二步：寫出電池的正極反應(yīng)式。根據(jù)燃料電池的特點(diǎn)，一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O2，電解質(zhì)溶液不同，其電極反應(yīng)有所不同，其實(shí)，我們只要熟記以下四種情況：(1)酸性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2＋4H＋＋4e－=2H2O。(2)堿性電解質(zhì)溶液環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2＋2H2O＋4e－=4OH－。(3)固體電解質(zhì)(高溫下能傳導(dǎo)O2－)環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2＋4e－=2O2－。(4)熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3)環(huán)境下電極反應(yīng)式：O2＋2CO2＋4e－=2COeq\o\al(2－,3)。第三步：根據(jù)電池總反應(yīng)式和正極反應(yīng)式，寫出負(fù)極反應(yīng)式。電池的總反應(yīng)式－電池正極反應(yīng)式＝電池負(fù)極反應(yīng)式。注意在將兩個(gè)反應(yīng)式相減時(shí)，要約去正極的反應(yīng)物O2。注：在燃料電池中，通入燃料的電極均為負(fù)極，通入空氣或氧氣的電極均為正極；對于燃料電池，要注意的是：即使燃料相同，如電解質(zhì)溶液不同，電極反應(yīng)式可能不同，如氫氧燃料電池，在酸性介質(zhì)和堿性介質(zhì)中的電極反應(yīng)式就不同。典型例題典型例題【例1】下列有關(guān)原電池的說法中正確的是A．在外電路中，電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線流向正極B．在內(nèi)電路中，電子由正極經(jīng)電解質(zhì)溶液流向負(fù)極C．原電池工作時(shí)，正極表面一定有氣泡產(chǎn)生D．原電池工作時(shí)，一定不會(huì)伴隨著熱能變化【解析】A．外電路中電子由負(fù)極流向正極，A正確；B．在內(nèi)電路中,是陰、陽離子移動(dòng)，B錯(cuò)誤；C．原電池工作時(shí)，正極上一般是溶液中的陽離子得電子，則正極表面可能有氣泡產(chǎn)生，也可能生成金屬單質(zhì)，C錯(cuò)誤；D．原電池工作時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)可能會(huì)伴隨著熱能變化，D錯(cuò)誤。故選A?！敬鸢浮緼【例2】分析下圖所示的四個(gè)原電池裝置，其中結(jié)論正確的是A．①②中Mg作負(fù)極B．③④中Fe作負(fù)極C．②中正極的電極反應(yīng)式為D．④中正極的電極反應(yīng)式為【解析】A．鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，鎂與氫氧化鈉溶液不反應(yīng)，裝置②中鋁做原電池的負(fù)極，鎂做正極，故A錯(cuò)誤；B．鐵在濃硝酸中發(fā)生鈍化，阻礙反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行，銅能與濃硝酸反應(yīng)，裝置③中銅做原電池的負(fù)極，鐵做正極，故B錯(cuò)誤；C．裝置②中鋁做原電池的負(fù)極，鎂做正極，水在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧根離子和氫氣，電極反應(yīng)式為，故C正確；D．裝置④中，金屬性強(qiáng)的的鐵做原電池的負(fù)極，銅做正極，水在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氧根離子和氫氣，電極反應(yīng)式為，故D錯(cuò)誤；故選C?！敬鸢浮緾【例3】某?；瘜W(xué)研究性學(xué)習(xí)小組欲設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Fe、Cu的金屬活動(dòng)性，他們提出了以下兩種方案。請你幫助他們完成有關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。(1)方案Ⅰ：有人提出將大小相等的鐵片和銅片同時(shí)放入稀硫酸(或稀鹽酸)中，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，據(jù)此確定它們的活動(dòng)性。該原理的離子方程式為_________________________。(2)方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作電極設(shè)計(jì)成原電池，以確定它們的活動(dòng)性。試在下面的方框內(nèi)畫出原電池裝置圖，標(biāo)出原電池的電極材料和電解質(zhì)溶液，并寫出電極反應(yīng)式______________________________________。方案Ⅲ：結(jié)合你所學(xué)的知識，幫助他們再設(shè)計(jì)一個(gè)驗(yàn)證Fe、Cu活動(dòng)性的簡單實(shí)驗(yàn)方案(與方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：_________________________________________________；用離子方程式表示其反應(yīng)原理：_______________________________________________?！窘馕觥?1)方案Ⅰ：根據(jù)鐵與酸的反應(yīng)分析并寫出離子方程式；(2)方案Ⅱ：根據(jù)正負(fù)極上得失電子寫出電極反應(yīng)式；(3)方案Ⅲ：根據(jù)鐵、銅之間的置換反應(yīng)設(shè)計(jì)。(1)方案Ⅰ：金屬的活動(dòng)性越強(qiáng)，與酸反應(yīng)越劇烈，產(chǎn)生H2的速率越快，F(xiàn)e能與H＋反應(yīng)生成H2：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，Cu不與H＋反應(yīng)，無明顯現(xiàn)象，所以Fe的活動(dòng)性大于Cu的。(2)方案Ⅱ：利用原電池中相對活潑金屬失去電子為原電池負(fù)極，相對不活潑的金屬為原電池的正極來判斷金屬活動(dòng)性的相對強(qiáng)弱，正極上氫離子得電子生成氫氣，反應(yīng)還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H++2e?===H2↑；負(fù)極上鐵失電子生成二價(jià)鐵離子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Fe?2e?===Fe2+；用鐵、銅作電極，稀硫酸作電解質(zhì)溶液設(shè)計(jì)原電池，鐵的金屬性比銅強(qiáng)，所以鐵作負(fù)極，銅作正極，電子從負(fù)極沿導(dǎo)線流向正極：；(3)方案Ⅲ：可根據(jù)活動(dòng)性強(qiáng)的金屬能將活動(dòng)性弱的金屬從其鹽溶液中置換出來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)方法如下：將鐵片置于CuSO4溶液中，一段時(shí)間后觀察Fe表面有紅色的金屬銅析出，即可以證明金屬鐵的活潑性強(qiáng)于金屬銅的；反應(yīng)原理為：鐵和銅離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成銅和二價(jià)鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：Fe+Cu2+═Fe2++Cu?！敬鸢浮?1)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

(2)正極反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑；負(fù)極反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋

(3)把鐵片插入CuSO4溶液中，一段時(shí)間后，觀察鐵片表面是否生成紅色物質(zhì)

Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu【例4】科學(xué)家近年發(fā)明了一種新型Zn－CO2水介質(zhì)可充電電池，放、充電時(shí)可以實(shí)現(xiàn)CO2和HCOOH的互相轉(zhuǎn)化。其電池結(jié)構(gòu)如圖所示，電池中間由反向放置的雙極膜分隔兩極的電解質(zhì)溶液，雙極膜中的H2O可解離為H+和OH，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列關(guān)于該電池的說法錯(cuò)誤的是A．放電時(shí)鋅箔電極的反應(yīng)式為：Zn2e+4OH=Zn(OH)B．若放電時(shí)外電路通過1mol電子，則理論上通過雙極膜向兩極遷移的離子數(shù)為2NAC．若膜A和A'、B和B'分別為陽、陰離子交換膜，則放電時(shí)膜A、B工作D．充電時(shí)Pd電極的反應(yīng)式為：HCOOH+2OH2e=CO2+2H2O【解析】該電池放電時(shí)鋅箔作為原電池負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為，Pd作為電池正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為。充電時(shí)，原來的負(fù)極作為充電時(shí)的陰極，正極作為充電時(shí)的陽極。A．放電時(shí)鋅箔作負(fù)極，失電子，電極反應(yīng)式為，故A正確；B．若放電時(shí)外電路通過1mol電子，則理論上有1mol移向負(fù)極，1mol移向正極，總計(jì)移向兩極的離子總數(shù)為，故B正確；C．若膜A和A'、B和B'分別為陽、陰離子交換膜，放電時(shí)為原電池，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽離子向正極移動(dòng)，雙極膜中解離的通過A'(陽離子膜)向正極移動(dòng)和通過B'(陰離子膜)向負(fù)極移動(dòng)，此時(shí)工作的為膜A'、B'，故C錯(cuò)誤；D．充電時(shí)為電解池，Pd電極作陽極，雙極膜中水解離的向陽極移動(dòng)，其電極反應(yīng)式為，故D正確；故選C?！敬鸢浮緾【例5】如圖所示為氫氧燃料電池原理示意圖。下列敘述不正確的是A．a(chǎn)電極(通入氫氣)是負(fù)極B．b電極(通入氧氣)是負(fù)極C．氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的電源D．氫氧燃料電池是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲(chǔ)藏在電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置【解析】氫氧燃料電池中通入燃料H2的一極為負(fù)極，電極反應(yīng)為：H22e=2H+，通入O2等氧化劑的一極為正極，電極反應(yīng)為：O2+4e+2H2O=4OH。A．由分析可知，a電極(通入氫氣)是負(fù)極，A正確；B．由分析可知，b電極(通入氧氣)是正極，B錯(cuò)誤；C．氫氧燃料電池的產(chǎn)物是水，環(huán)保無污染，能源利用率高，且氫來源廣泛，是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源，C正確；D．由圖可知，氫氧燃料電池可以在正負(fù)極分別通氧氣和氫氣，則是一種不需要將還原劑和氧化劑全部儲(chǔ)藏電池內(nèi)的新型發(fā)電裝置，D正確；故答案為：B。【答案】B強(qiáng)化訓(xùn)練強(qiáng)化訓(xùn)練1．如圖是興趣小組同學(xué)設(shè)計(jì)的電池裝置，下列敘述錯(cuò)誤的是A．鐵片是該電池的負(fù)極B．電子的流動(dòng)方向是：鐵片→電子導(dǎo)體(金屬導(dǎo)線)→石墨棒C．離子導(dǎo)體中的Fe3+向鐵電極方向移動(dòng)D．該電池的總反應(yīng)是：2Fe3++Fe＝3Fe2+2．電池結(jié)構(gòu)如圖，a和b為兩個(gè)電極，其中之一為單質(zhì)鉀片。關(guān)于該電池，下列說法錯(cuò)誤的是A．電極a的反應(yīng)式為：B．電流由a電極沿導(dǎo)線流向b電極C．隔膜允許通過D．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1molK參與反應(yīng)，消耗22.4L3．下列反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)的是A．Na與H2O反應(yīng) B．NH4Cl與Ba(OH)2·8H2O反應(yīng)C．C與CO2高溫反應(yīng)生成CO D．NaOH固體溶于水4．化學(xué)能與熱能、電能等能相互轉(zhuǎn)化。關(guān)于化學(xué)能與其它能相互轉(zhuǎn)化的說法正確的是A．圖Ⅰ所示裝置能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能B．圖Ⅱ所示反應(yīng)為吸熱反應(yīng)C．化學(xué)反應(yīng)中能量變化的大小與反應(yīng)物的質(zhì)量多少無關(guān)D．化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因是化學(xué)鍵的斷裂與形成5．化學(xué)與科技、生產(chǎn)、生活息息相關(guān)。下列敘述錯(cuò)誤的是A．T－碳是一種新型三維碳結(jié)構(gòu)晶體，所含碳元素存在多種同素異形體B．工業(yè)上用焦炭在電爐中還原SiO2得到含有少量雜質(zhì)的粗硅C．一次電池中的鋅錳干電池可實(shí)現(xiàn)反復(fù)充電和放電D．保暖貼通過吸收空氣中的氧氣形成無數(shù)微電池釋放熱量6．氫氧燃料電池已用于航天飛機(jī)。以30%KOH溶液為電解質(zhì)溶液的這種電池在使用時(shí)的電極反應(yīng)如下：2H2+4OH－?4e－=4H2O，O2+2H2O+4e－=4OH－，據(jù)此作出判斷，下列說法中錯(cuò)誤的是A．H2在負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)B．供電時(shí)的總反應(yīng)為2H2+O2=2H2OC．產(chǎn)物為無污染的水，屬于環(huán)境友好電池D．燃料電池可以把化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能7．不同條件下，發(fā)生反應(yīng)，，反應(yīng)過程中的能量變化如圖所示。下列說法正確的是（

）A．是放熱反應(yīng)B．、、三種物質(zhì)中最不穩(wěn)定的是C．反應(yīng)中反應(yīng)物的能量小于生成物的能量D．若可轉(zhuǎn)化為，則轉(zhuǎn)化為的反應(yīng)是放熱反應(yīng)8．一般情況下，下列化學(xué)(或離子)方程式正確且能設(shè)計(jì)成原電池的是A．KOH+HCl=KCl+H2O B．Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+C．Cu+H2SO4=CuSO4+H2↑ D．Na2O+H2O=2NaOH9．據(jù)《XMOL》報(bào)道：RobertPipes等設(shè)計(jì)的添加PDS()的LiCO2電池，正極物質(zhì)轉(zhuǎn)化原理如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是（

）A．PDS起增強(qiáng)導(dǎo)電性作用B．負(fù)極反應(yīng)式為Lie=Li+C．電池總反應(yīng)為4Li＋3CO2=2Li2CO3＋CD．正極上發(fā)生的反應(yīng)之一為+2CO2+2e=210．鉀離子電池資源豐富，在非水基電解液中具有更高的離子導(dǎo)電率等優(yōu)點(diǎn)。一種鉀離子電池的工作原理如圖所示，已知該電池負(fù)極在KC24KC16KC8之間變化，正極在K2MnFe(CN)6KMnFe(CN)6MnFe(CN)6之間變化，下列說法不正確的是（

）A．如圖所示為鉀離子電池的放電過程B．放電時(shí)負(fù)極可發(fā)生反應(yīng)：2KC8e=KC16+K+C．充電時(shí)正極反應(yīng)式為K2MnFe(CN)6e=KMnFe(CN)6+K+D．若充電前正負(fù)極質(zhì)量相同，則充電時(shí)每轉(zhuǎn)移0.lmole，理論上正負(fù)極質(zhì)量差將增加7.8g11．下列各組變化中，前者是放熱反應(yīng)，后者是吸熱反應(yīng)的是A．生石灰溶于水；鋅粒和稀硫酸反應(yīng)B．稀釋濃硫酸；氯化銨和Ba(OH)2·8H2O的反應(yīng)C．氫氧化鈉和鹽酸反應(yīng)；二氧化碳和碳反應(yīng)D．工業(yè)煅燒石灰石；化石燃料燃燒12．合成氨反應(yīng)過程中的能量變化如圖所示，下列說法正確的是A．NH3的能量較低，比N2、H2更穩(wěn)定B．2NH3(g)→2N(g)＋6H(g)－2346kJC．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)－92kJD．加入催化劑，可以減小反應(yīng)的熱效應(yīng)13．被稱為“軟電池”的紙質(zhì)電池，采用一個(gè)薄層紙片作為傳導(dǎo)體，在其一邊鍍鋅，另一邊鍍二氧化錳，在紙內(nèi)的離子“流過”水和氧化鋅組成電解液。電池總反應(yīng)為。下列說法正確的是A．該電池的負(fù)極為鋅，發(fā)生還原反應(yīng)B．該電池反應(yīng)中二氧化錳起催化劑作用C．電池工作時(shí)，電子流入電解液中D．正極反應(yīng)式為14．化學(xué)電源在日常生活和高科技領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。下列說法不正確的是A．甲：向Cu電極方向移動(dòng)B．乙：正極的電極反應(yīng)式為Ag2O+2e?+H2O=2Ag+2OH?C．丙：鋅筒作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，鋅筒會(huì)變薄D．丁：電池放電過程中，硫酸濃度不斷減少15．鎳鈷錳三元材料是近年來開發(fā)的一類新型鋰離子電池正極材料，具有容量高、循環(huán)穩(wěn)定性好、成本適中等重要優(yōu)點(diǎn)。鎳鈷錳三元材料中Ni為主要活潑元素，通?？梢员硎緸椋篖iNiaCobMncO2，其中a+b+c=1，可簡寫為LiAO2。充電時(shí)總反應(yīng)為LiAO2+nC=Li1xAO2+LixCn（0<x<1），工作原理如下圖所示，則以下說法正確的是（

）A．放電時(shí)Ni元素最先失去電子B．放電時(shí)電子從a電極由導(dǎo)線移向b電極C．充電時(shí)的陰極反應(yīng)式為LiAO2xe=Li1xAO2+xLi+D．充電時(shí)轉(zhuǎn)移1mol電子，理論上陰極材料質(zhì)量增加7g16．化學(xué)反應(yīng)中存在兩大變化，即變化和變化。由于斷開不同的化學(xué)鍵的能量不同，形成不同的化學(xué)鍵的能量也不同，所以化學(xué)反應(yīng)中總會(huì)伴有的變化，最終的反應(yīng)結(jié)果表現(xiàn)為能量和能量。17．原電池是直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。(1)如圖所示：按照構(gòu)成原電池的基本要素來看，Zn的作用是(填字母，下同)；稀硫酸的作用是。a．負(fù)極反應(yīng)物

b．負(fù)極材料

c．正極反應(yīng)物

d．正極材料

e．離子導(dǎo)體

f．電子導(dǎo)體(2)在CuZn原電池中，能證明化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為。(3)某原電池的總反應(yīng)為Zn+Cu2+=Cu+Zn2+，該原電池正確的組成是___________。A． B． C． D．(4)從化學(xué)的角度分析，原電池裝置產(chǎn)生電流的原因是：原電池可將，并通過能導(dǎo)電的物質(zhì)形成閉合回路，產(chǎn)生電流。18．有甲、乙兩位同學(xué)均想利用原電池反應(yīng)檢測金屬的活動(dòng)性順序，兩人均用鎂片和鋁片作電極，但甲同學(xué)將電極放入6mol·L1的H2SO4溶液中，乙同學(xué)將電極放入6mol·L1的NaOH溶液中，如圖所示。(1)寫出甲中正極的電極反應(yīng)：，總反應(yīng)的離