蘇教版高中化學必修二第6講：化學能與電能的轉(zhuǎn)化(學生版)

化學能與電能____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．理解原電池的原理及其應用2．電極反應和電池反應的書寫3．了解鋼鐵的電化學腐蝕4．電解池中兩極電極反應的書寫5．電解池、原電池的區(qū)別6．電解飽和食鹽水、電鍍、電解法冶煉金屬的原理知識點一．原電池原理1.實驗探究實驗裝置實驗現(xiàn)象結(jié)論或反應式鋅片：不斷溶解銅片：有氣泡產(chǎn)生電流計：指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)鋅片上的反應：Zn－2e－===Zn2＋銅片上的反應：2H＋＋2e－===H2↑反應過程中有電流產(chǎn)生2.原電池(1)定義：將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。(2)工作原理：(以鋅—銅—稀硫酸原電池為例)Zn電極Cu電極現(xiàn)象鋅片逐漸溶解銅片上產(chǎn)生氣泡得失電子失電子得電子正負極判斷負極正極電子流向流出流入反應類型氧化反應還原反應電極反應式Zn－2e－===Zn2＋2H＋＋2e－===H2↑總反應式Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑(3)構(gòu)成條件：①能進行自發(fā)的氧化還原反應；②兩個活潑性不同的金屬(或金屬與非金屬)；③電極插入電解質(zhì)溶液中；④構(gòu)成閉合回路。3．鋼鐵的電化學腐蝕(1)電化學腐蝕：金屬跟電解質(zhì)溶液接觸eq\o(――→,\s\up15(發(fā)生),\s\do5())原電池反應eq\o(――→,\s\up15(結(jié)果),\s\do5())比較活潑的金屬失去電子而被氧化。(2)鋼鐵的腐蝕：①構(gòu)成條件：電極-鐵與少量的碳形成兩電極電解質(zhì)溶液-鋼鐵表面水膜中溶有少量H＋和OH－，還溶解了氧氣等氣體。②電極反應：負極(鐵)-2Fe－4e－===2Fe2＋正極(碳)-O2＋4e－＋2H2O===4OH－總反應-2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2后續(xù)反應：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)3易分解生成鐵銹(Fe2O3·xH2O)。4．正負極的判斷判斷依據(jù)負極正極電極材料活潑性較強的金屬(一般情況)活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬反應類型發(fā)生氧化反應發(fā)生還原反應電子流動方向電子流出極電子流入極電解質(zhì)溶液中離子定向移動方向陰離子移向的極陽離子移向的極電極現(xiàn)象不斷溶解或質(zhì)量不斷減少質(zhì)量不斷增加或有氣泡產(chǎn)生知識點二．化學電源1．原理及優(yōu)點化學電源依據(jù)原電池反應原理，能量轉(zhuǎn)化率是燃料燃燒無法比擬的。2．常見化學電源(1)一次電池：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)，負極：Zn；正極：碳棒，電解質(zhì)溶液：NH4Cl等。(2)二次電池：①銀鋅紐扣電池：Zn＋Ag2O＋H2Oeq\o(,\s\up15(放電),\s\do15(充電))Zn(OH)2＋2Ag，負極：Zn；正極：Ag2O；電解質(zhì)溶液：KOH。②鉛蓄電池：Pb＋PbO2＋2H2SO4eq\o(,\s\up15(放電),\s\do15(充電))2PbSO4＋2H2O，負極：Pb；正極：PbO2；電解質(zhì)溶液：硫酸。③鎳氫電池：NiO(OH)＋MHeq\o(,\s\up15(放電),\s\do15(充電))NiO＋M＋H2O負極：貯氫合金；正極：泡沫氧化鎳；電解質(zhì)溶液：氫氧化鉀溶液。(3)燃料電池：①氫氧燃料電池：2H2＋O2===2H2O負極：H2失電子；正極：O2得電子；電解質(zhì)溶液：氫氧化鉀或稀硫酸。②甲醇—空氣燃料電池：2CH3OH＋O2＋4OH－===2COeq\o\al(2－,3)＋6H2O負極：CH3OH失電子；正極：O2得電子；電解質(zhì)溶液：KOH。知識點三．電解原理1．電解實例(1)電解飽和食鹽水、電解水、電解Al2O3的化學方程式分別為2NaCl＋2H2Oeq\o(=====,\s\up15(電解),\s\do5())2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，2H2Oeq\o(=====,\s\up15(電解),\s\do5())2H2↑＋O2↑，2Al2O3eq\o(=====,\s\up15(電解),\s\do15(熔融))4Al＋3O2↑。(2)電解CuCl2溶液實驗(3)電解池①將電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置叫電解池。②陰極接電源的負極極，發(fā)生還原反應；陽極接電源的正極極，發(fā)生氧化反應。③電解時，電流流向陽極，流出陰極。2．電解原理的應用(1)制備某些單質(zhì)，如Na、Mg、F2等。如電解熔融的氯化鎂獲得鎂的方程式：MgCl2eq\o(=====,\s\up15(電解))Mg＋Cl2↑。(2)電鍍：如鍍鋅、鍍銅等。(3)電解精煉銅。銅的電解精煉示意圖陽極材料：含雜質(zhì)的銅，電極反應為Cu－2e－===Cu2＋陰極材料：純銅，電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu電解質(zhì)溶液：硫酸銅溶液類型一．原電池的原理及電極判斷例1．如圖所示的裝置中，M為活動性順序位于氫之前的金屬，N為石墨棒，關(guān)于此裝置的下列敘述中，不正確的是A．N上有氣體放出B．M為負極，N為正極C．是化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置D．導線中有電流通過，電流方向是由M到N解析：原電池中活潑金屬為負極，失去電子，即M為負極，溶液中的氫離子在正極得到電子被還原為H2，則N為正極。電流方向與電子流向相反，應由正極(N)流向負極(M)。答案：D例2．(2013·湖北孝感一中月考)下列裝置能形成原電池的是A．①②③⑦⑧B．①②C．①②③D．①②③⑦解析：裝置④不能形成閉合回路；裝置⑤沒有兩個活動性不同的電極，只是發(fā)生了氧化還原反應；裝置⑥中酒精不是電解質(zhì)溶液。答案：A類型二．原電池原理的簡單應用例1．利用反應Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2設(shè)計一個原電池。在圖中方格內(nèi)畫出實驗裝置圖，并指出正極為________，電極反應式為____________________________；負極為________，電極反應式為__________________。解析：首先將已知的反應拆成兩個半反應(即失去電子和得到電子的反應)：Zn－2e－===Zn2＋，2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋；然后結(jié)合原電池的工作原理分析可知，該電極的負極應用鋅作材料，正極要保證Fe3＋得到負極失去的電子，一般可用不能還原Fe3＋的材料(如鉑、碳棒等)作正極，電解質(zhì)溶液只能用FeCl3溶液。答案：裝置如圖Pt2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ZnZn－2e－===Zn2＋例2．把a、b、c、d四塊金屬板浸入稀硫酸中，用導線兩兩相連，可以形成原電池。若a、b相連時，a為負極；c、d相連時，c溶解；a、c相連時，c極上產(chǎn)生大量氣泡；b、d相連時，b極上有大量氣泡。四塊金屬的活動性順序是A．a(chǎn)>c>d>bB．c>a>b>dC．a(chǎn)>c>b>dD．c>a>d>b解析：較活潑的金屬為負極，被氧化溶解；相對不活潑的金屬為正極，冒氣泡或析出金屬。所以，四塊金屬的活動性順序是a>c>d>b。答案：A類型三．新型化學電源例1．(2011·福建高考)研究人員研制出一種鋰水電池，可作為魚雷和潛艇的儲備電源。該電池以金屬鋰和鋼板為電極材料，以LiOH為電解質(zhì)，使用時加入水即可放電。關(guān)于該電池的下列說法不正確的是A．水既是氧化劑又是溶劑B．放電時正極上有氫氣生成C．放電時OH－向正極移動D．總反應為：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑解析：金屬鋰比鐵活潑，作原電池的負極，電極反應式為：Li－e－===Li＋，LiOH溶液中的陽離子有Li＋和H＋，由于氧化性H＋>Li＋，所以正極反應是：2H＋＋2e－===H2↑，由于H＋來自于水的電離，所以H＋放電的同時溶液時產(chǎn)生了OH－，即該反應的總反應為：2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，水既是氧化劑又是溶劑。在原電池的放電過程中，陽離子向正極移動，陰離子向負極移動，所以O(shè)H－向負極移動，C選項錯誤。答案：C例2．茫茫黑夜中，航標燈為航海員指明了方向。航標燈的電源必須長效、穩(wěn)定。我國科技工作者研制出以鋁合金、Pt－Fe合金網(wǎng)為電極材料的海水電池。在這種電池中①鋁合金是正極②鋁合金是負極③海水是電解質(zhì)溶液④鋁合金電極發(fā)生還原反應A．②③B．②④C．①②D．①④解析：因為活動性：Al>Fe，Al>Pt，則此電池中鋁合金是負極，①錯誤、②正確。海水是電解質(zhì)溶液，③正確。鋁合金電極(負極)發(fā)生氧化反應，④錯。答案為A。答案：A類型四．原電池和電解池的比較例1．圖中，兩電極上發(fā)生的電極反應為：a極：Cu2＋＋2e－===Cu；b極：Fe－2e－===Fe2＋，下列說法中不正確的是A．該裝置可能是電解池B．a(chǎn)極上一定發(fā)生還原反應C．a(chǎn)、b可能是同種電極材料D．該過程中能量的轉(zhuǎn)換一定是化學能轉(zhuǎn)化為電能解析：根據(jù)電極反應，該裝置可能是原電池，a為正極，b為負極，化學能轉(zhuǎn)化為電能；該裝置也可能是電解池，a極為陰極，發(fā)生還原反應，b為陽極，電能轉(zhuǎn)化為化學能。答案：D例2．(2013?無錫高一檢測)在原電池和電解池的電極上所發(fā)生的反應，同屬還原反應的是()A．原電池正極和電解池陽極所發(fā)生的反應B．原電池正極和電解池陰極所發(fā)生的反應C．原電池負極和電解池陽極所發(fā)生的反應D．原電池負極和電解池陰極所發(fā)生的反應解析：原電池的正極和電解池的陰極均發(fā)生還原反應；原電池的負極和電解池的陽極均發(fā)生氧化反應。答案：B基礎(chǔ)演練一．選擇題1．在盛有稀硫酸的燒杯中放入用導線連接的鋅片和銅片，下列敘述正確的是A．正極附近的SOeq\o\al(2－,4)離子濃度逐漸增大B．電子通過導線由銅片流向鋅片C．反應一段時間后，溶液的c(H＋)增大D．銅片發(fā)生的反應為：2H＋＋2e－===H2↑2．(2015·江蘇南京高一檢測)李明在學完了原電池的知識之后，設(shè)計了如圖所示的檸檬水果電池，觀察到外電路上的電流從電極X流向電極Y。已知他選擇了鐵為X極，則Y極應該是A．鋅B．石墨C．銀D．銅3．下列關(guān)于實驗現(xiàn)象的描述不正確的是A．把銅片和鐵片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅片表面出現(xiàn)氣泡B．用導線連接鋅片、銅片，一起浸在硫酸銅溶液中，銅片表面析出單質(zhì)銅C．把銅片插入氯化鐵溶液中，在銅片表面出現(xiàn)一層鐵D．把鋅粒放入盛有鹽酸的試管中，滴入幾滴氯化銅溶液，氣泡放出速率加快4．(雙選)據(jù)報道，鋅電池可能取代目前廣泛使用的鉛蓄電池，因為鋅電池容量更大，而且沒有鉛污染。其電池反應為：2Zn＋O2===2ZnO，原料為鋅粒、電解質(zhì)溶液和空氣。則下列敘述中正確的是A．鋅為正極，空氣進入負極反應B．負極反應為Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2OC．正極發(fā)生氧化反應D．電解質(zhì)溶液肯定不是強酸5．如圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極。則下列有關(guān)的判斷正確的是A．a(chǎn)為負極，b為正極B．a(chǎn)為陽極，b為陰極C．電解過程中，d電極質(zhì)量增加D．c極反應為Cu2＋＋2e－===Cu6．下列關(guān)于電解池的敘述中，正確的是A．電解池中的閉合回路僅是由電子的定向移動形成的B．金屬導線中，電子從電源的負極流向電解池的陽極，從電解池的陰極流向電源的正極C．在電解池溶液中，陰離子向陰極移動，陽離子向陽極移動D．相同時間內(nèi)，陽離子在陰極上得到的電子與陰離子在陽極上失去的電子數(shù)相等7．如下圖所示裝置中，屬于電解池的是8．下列說法正確的是A．電解熔融氧化鋁制取金屬鋁，氧化鋁只被還原B．電解熔融NaCl制Na，Na在陰極得到C．電解水時，在相同條件下，陽極和陰極產(chǎn)生的氣體體積比為2∶1D．電解食鹽水制H2、Cl2的過程是把化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程二．填空題9．(2015·煙臺高一檢測)在由銅片、鋅片和150mL稀硫酸組成的原電池中，當在銅片上放出6.72L(標準狀況)的H2時，硫酸恰好用完，則：(1)產(chǎn)生這些氣體消耗的鋅的質(zhì)量是________g；(2)通過導線的電子的物質(zhì)的量是________mol；(3)該原電池正極的電極反應式為__________。10．如圖所示，A、B兩個裝置中的兩個燒杯分別盛有足量的CuCl2溶液。(1)A、B兩個裝置中屬于原電池的是________(填標號，下同)，屬于電解池的是________。(2)A池中Zn是________極，發(fā)生________反應(填“氧化”或“還原”，下同)電極反應式為_________________________________________；Cu是________極，發(fā)生____________反應，電極反應式為______________________，A中總反應的化學方程式為_________________________________。(3)B池中C是________極，發(fā)生________反應，電極反應式為___________________________________；Pt是________極，發(fā)生____________反應，電極反應式為______________________。B池中總反應的化學方程式為_______________________________。鞏固提高一．選擇題1．X、Y、Z、W四塊金屬分別用導線兩兩相連浸入稀硫酸中組成原電池。X、Y相連時，X為負極；Z、W相連時，電流方向是W→Z；X、Z相連時，Z極上產(chǎn)生大量氣泡；W、Y相連時，W極發(fā)生氧化反應。據(jù)此判斷金屬的活動性順序是A．X＞Z＞W(wǎng)＞YB．Z＞X＞Y＞W(wǎng)C．X＞Y＞Z＞W(wǎng)D．Y＞W(wǎng)＞Z＞X2．在實驗室制取氫氣時，最好的方法是A．純鋅與稀硫酸反應B．純鋅與濃硫酸反應C．純鋅與稀鹽酸反應D．粗鋅(含銅、銀)與稀硫酸反應3．Cu2O是一種半導體材料，基于綠色化學理念設(shè)計的制取Cu2O的電解池示意圖如圖所示，電解總反應為：2Cu＋H2Oeq\o(=====,\s\up15(通電))Cu2O＋H2↑。下列說法正確的是A．石墨電極上產(chǎn)生氫氣B．銅電極發(fā)生還原反應C．銅電極接直流電源的負極D．當有0.1mol電子轉(zhuǎn)移時，有0.1molCu2O生成4．某溶液中含有兩種溶質(zhì)NaCl和H2SO4，它們的物質(zhì)的量之比為3∶1。用石墨作電極電解該混合溶液時，根據(jù)電解產(chǎn)物可明顯分為三個階段。下列敘述中不正確的是A．陰極只析出H2B．陽極先析出Cl2，后析出O2C．電解最后階段為電解水D．溶液pH不斷增大，最后為75．（2015·紹興模擬）我國第五套人民幣中的一元硬幣材料為鋼芯鍍鎳，依據(jù)你所掌握的電鍍原理，你認為在硬幣制作時，鋼芯應做A．陰極B．陽極C．正極D．負極6．如圖所示裝配儀器，接通直流電源，電解飽和食鹽水，則電解開始時，在碳棒和鐵釘表面都有氣體生成，其中碳棒表面生成的氣體是A．Cl2B．O2C．H2D．HCl7．原電池的正極和電解池的陰極所發(fā)生的反應分別是A．氧化、還原B．還原、氧化C．氧化、氧化D．還原、還原8．（2015·唐山模擬）廢舊的電池不可以隨意丟棄，某同學希望將廢舊的電池回收利用，他的以下想法不正確的是A．把鋅皮取下洗凈用于實驗室制取氫氣B．碳棒取下洗凈用作電極C．把銅帽取下洗凈回收利用D．廢電池中的黑色糊狀物含有氯化銨等物質(zhì)，可作化肥二．填空題9．工業(yè)上用電解熔融的氯化鈉的方法制取金屬鈉，試回答下列問題：(1)金屬鈉在__________極上產(chǎn)生。(2)寫出產(chǎn)生氯氣的電極方程式__________。(3)該反應是否是離子反應_______（填“是”或“不是”），若是則該反應的離子方程式為__________（若不是則該空不填）。10．一個原電池總反應為：Zn＋M2＋===Zn2＋＋M。(1)該原電池電極材料及電解質(zhì)可能是________。正極負極電解質(zhì)溶液AZnMMCl2BMZnH2SO4CMZnMSO4DFeZnNaOH(2)M可以是下列金屬中________。A．MgB．FeC．CuD．Ag一．選擇題1．(雙選)能夠組成原電池裝置的是2．下列關(guān)于原電池的說法中正確的是A．原電池中的電極一定要由兩種不同的金屬組成B．流出電子的一極是正極C．兩極均發(fā)生氧化反應D．原電池中的陽離子向正極移動3．下圖各容器中盛有稀硫酸，能形成原電池且鐵(純鐵)為正極的是4．鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生原電池反應而被腐蝕。以下說法正確的是A．負極發(fā)生的反應為Fe－2e－===Fe2＋B．正極發(fā)生的反應為2H2O＋O2＋2e－===4OH－C．原電池是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置D．鋼柱在水下部分比在空氣與水交界處更容易腐蝕5．（多選）工業(yè)上用電解熔融的氧化鋁的方法冶煉金屬鋁，下列電極反應式正確的是A．陰極：2H++2e－====H2↑B．陰極：Al3++3e－====AlC．陽極：4OH－+4e－====2H2O+O2↑D．陽極：2O2－－4e－====O2↑6．取一定體積、由等物質(zhì)的量濃度的硫酸銅、硫酸鐵組成的溶液，用石墨電極進行電解，電解時，陰極最先發(fā)生的反應為A．Fe3++e－====Fe2+B．2H++3e－====H2↑C．Fe2++2e－====FeD．Cu2++2e－====Cu7．以鉑為陽極，銅為陰極，電解硫酸銅水溶液，在陽極和陰極上析出物質(zhì)的質(zhì)量比是A．1∶8B．8∶1C．1∶4D．4∶1二．填空題8．電解原理在化學工業(yè)中有廣泛應用。如圖表示是一個電解裝置，其中盛有飽和食鹽水，X、Y是兩塊石墨電極，通過導線與直流電源相連，實驗開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，請回答以下問題：（1）在X電極附近溶液中觀察到的現(xiàn)象是___________。（2）檢驗Y電極上產(chǎn)物的方法是___________。（3）電解的化學方程式是___________。9．對圖中加以必要的連接并填空：(1)現(xiàn)有如圖所示兩個燒杯，畫出必要的連線，使連接后的裝置能達到在鐵棒上鍍上一層銅的目的。（2）分別寫出石墨棒和銅棒的電極反應式：石墨棒：_________________________；銅棒：__________________________；（3）若鋅減少了6.5g，則在鐵棒上鍍上Cu的質(zhì)量為____________________。10．現(xiàn)有如下兩個反應：(A)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O(B)Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋(1)根據(jù)兩反應本質(zhì)，分別判斷能否設(shè)計成原電池________。(2)如果不能，說明其原因__________________________。(3)如果可以，則寫出正、負極材料、電極反應式、反應類型(“氧化反應”或“還原反應”)：負極：________，________________，________。正極：________，________________，________。若導線上轉(zhuǎn)移電子1mol，則正極質(zhì)量增加________g，電解質(zhì)溶液為________。__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________一．選擇題1．下列關(guān)于原電池的敘述，錯誤的是A．構(gòu)成原電池的正極和負極必須是兩種不同的金屬B．原電池是將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置C．在原電池中，電子流出的一極是負極，發(fā)生氧化反應D．原電池放電時，電子的方向是從負極到正極2．根據(jù)右圖，下列判斷中正確的是A．向燒杯a中加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，有藍色沉淀生成B．燒杯b中發(fā)生反應為Zn?2eˉ＝Zn2+C．電子從Zn極流出，流入Fe極，經(jīng)鹽橋回到Zn極D．燒杯a中發(fā)生反應O2＋4H+＋4eˉ＝2H2O，溶液pH降低3．鎂錳干電池的電化學反應式為：Mg+2MnO2+H2O＝Mg(OH)2+Mn2O3。下列說法不正確的是A．鎂為負極，發(fā)生氧化反應B．可以選擇堿性溶液作為電解質(zhì)C．反應后正極和負極附近溶液的pH均升高D．正極的電極反應為：2MnO2＋H2O＋2e－＝Mn2O3＋2OH－4．下列對指定電極的反應式書寫不正確的是A．銅鋅（稀硫酸作電解質(zhì)溶液）