第07講-化學反應與電能(講義)(學生版)(新教材人教版)

第第07講化學反應與電能知識導航知識導航模塊一模塊一原電池的基本原理與應用知識精講知識精講實驗探究——鋅銅原電池實驗裝置實驗裝置實驗操作實驗現(xiàn)象實驗結論將鋅片和銅片插入盛有稀硫酸的燒杯中鋅片上有氣泡冒出，銅片上無現(xiàn)象裝置中有電流產生，化學能轉化為電能用導線連接鋅片和銅片銅片上有氣泡冒出用導線在鋅片和銅片之間串聯(lián)一個電流表電流表指針發(fā)生偏轉一、原電池的基本概念1．概念：原電池是將化學能轉化為電能的裝置。2．本質：氧化反應和還原反應分別在兩個不同的區(qū)域進行。3．電極：（1）負極：________電子，發(fā)生________反應； （2）正極：________電子，發(fā)生________反應。4．構成原電池的條件：（1）自發(fā)進行的氧化還原反應；（2）兩個活動性不同的電極；（3）電解質溶液（或熔融電解質）；（4）形成閉合回路。二、鋅銅原電池的工作原理工作原理（反應方程式）負極（Zn）正極（Cu）總反應離子方程式：。電子移動方向由極經導線流向極（電流方向相反）。離子移動方向陽離子向極移動，陰離子向極移動。思考與交流（（1）判斷下列原電池的負極材料是什么？a極b極電解質溶液負極AlFe稀鹽酸AlMg稀H2SO4AlMg濃HNO3AlCu濃HNO3AlMgNaOH溶液FeCCuSO4（2）如何判斷原電池的負極？經典例題經典例題原電池的工作原理【例1】理論上不能設計為原電池的化學反應是（）A．CH4+2O2eq\o(=,\s\up7(點燃))CO2+2H2OB．2FeCl3+Fe3FeCl2C．2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑D．HNO3+NaOHNaNO3+H2O【變1】下列關于原電池的敘述，正確的是（）A．構成原電池的正極和負極材料必須是兩種活動性不同的金屬B．原電池是將化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置C．在原電池中，電子流出的一極是負極，該電極被還原D．原電池放電時，電流的方向是從負極到正極原電池的構成條件及電極反應式的書寫【例2】下列裝置能構成原電池的是________，能構成原電池的，寫出其電極反應式。ABCDEFG原電池的具體工作原理【例3】下圖是Zn和Cu形成的原電池，某實驗興趣小組做完實驗后，記錄如下：①Zn為正極，Cu為負極；②H+向負極移動；③電子流動方向，從Zn經外電路流向Cu；④Cu極上有H2產生；⑤若有1mol電子流過導線，則產生0.5molH2；⑥正極的電極反應式為Zn-2e-Zn2+。描述合理的是（）A．①②③ B．③④⑤ C．④⑤⑥ D．②③④【變3-1】在如圖所示的裝置中，a的金屬性比氫要強，b為碳棒，關于此裝置的各種敘述不正確的是（）A．碳棒上有氣體放出，溶液酸性變弱B．a極上發(fā)生了氧化反應C．導線中有電子流動，電子從a極到b極D．a是正極，b是負極【變3-2】小穎同學用如圖所示裝置研究原電池原理，下列說法錯誤的是（）A．若將圖1裝置的Zn、Cu直接接觸，Cu片上能看到氣泡產生B．圖2裝置中SO42-向Cu片移動C．若將圖2中的Zn片改為Mg片，Cu片上產生氣泡的速率加快D．圖2與圖3中正極生成物的質量比為1∶32時，Zn片減輕的質量相等帶離子交換膜的原電池【例4】鋅銅原電池裝置如圖所示，其中陽離子交換膜只允許陽離子和水分子通過，下列有關敘述正確的是（）A．銅電極上發(fā)生氧化反應B．電池工作一段時間后，甲池的c(SO42C．電池工作一段時間后，乙池溶液的總質量增加D．陰離子、陽離子分別通過交換膜向負極和正極移動，保持溶液中電荷平衡知識精講知識精講三、原電池的應用1．比較金屬活動性兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負極的金屬比正極的金屬活潑。2．加快氧化還原反應的速率一個自發(fā)進行的氧化還原反應，設計成原電池時反應速率增大。3．設計原電池利用原電池原理設計和制造原電池，將化學能直接轉化為電能。經典例題經典例題利用原電池比較金屬活動性【例5】有a、b、c、d四種金屬，將a與b用導線連結起來浸入電解質溶液中，b不易腐蝕。將a、d分別投入等濃度的鹽酸中，d比a反應劇烈。將Cu浸入b的鹽溶液里，無明顯變化。如果把Cu浸入c的鹽溶液里，有c的單質析出。據(jù)此判斷它們的活動性由強到弱的順序是（）A．d、c、a、b B．d、a、b、c C．d、b、a、c D．b、a、d、c【變5-1】X、Y、Z、W四種金屬片浸在稀鹽酸中，用導線連接，可以組成原電池，實驗結果如圖所示：則四種金屬的活動性由強到弱的順序為（）A．Z＞Y＞X＞W B．Z＞X＞Y＞WC．Z＞Y＞W＞X D．Y＞Z＞X＞W【變5-2】有a、b、c、d四個金屬電極，有關的反應裝置及部分反應現(xiàn)象如下：實驗裝置部分實驗現(xiàn)象a極質量減小

b極質量增加b極有氣體產生

c極無變化d極溶解

c極有氣體產生電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活動性順序是（）A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c利用原電池加快反應速率【例6】實驗室中制取氫氣，化學反應速率最快的方法是（）A．純鐵與稀硫酸反應 B．純鋅與稀硫酸反應C．純鋅與稀鹽酸反應 D．粗鋅（含銅、銀）與稀硫酸反應【變6-1】欲提高Cu粉與1.2mol/L的HNO3溶液的反應速度，可加入下列什么試劑（）A．蒸餾水 B．碳酸鈉固體 C．食鹽水 D．AgNO3溶液（少量）【變6-2】鐵在下列情況下腐蝕最快的是（）A．鐵放入海水中 B．將鐵和鋅連接后放入到海水中C．將鐵和鋅連接后放入到淡水中 D．將鐵和錫連接后放入到海水中設計原電池【例7】如圖所示的裝置中，鐵棒上析出銅，而鐵的質量不變，符合要求的原電池是（）A．鐵棒作負極，銅棒作正極，電解質溶液是CuSO4溶液B．鎂棒作負極，鐵棒作正極，電解質溶液是CuSO4溶液C．鎂棒作負極，鐵棒作正極，電解質溶液是FeCl3溶液D．鐵棒作負極，銅棒作正極，電解質溶液是H2SO4溶液【例8】鐵及鐵的化合物應用廣泛，如FeCl3可用于催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血劑等。（1）寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式：_________________________________。（2）若將（1）中的反應設計成原電池，請畫出你所設計的原電池簡易裝置圖，并寫出電極反應式：正極___________________________；負極___________________________。（3）該電池向外提供0.2mol電子，負極材料的質量變化為________________________。（4）利用反應2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O可制備CuSO4，若將該反應設計為原電池，其正極的反應式為____________________________________________。模塊模塊二常見的化學電池知識精講知識精講一、鋅錳干電池（一次電池）常見的鋅錳干電池的構造如圖所示。其中，石墨棒作正極，氯化銨糊作電解質溶液，鋅筒作負極。在使用過程中，電子由鋅筒（負極）流向石墨棒（正極），鋅逐漸消耗，二氧化錳不斷被還原，電池電壓逐漸降低，最后失效。這種電池放電之后不能充電（內部的氧化還原反應無法逆向進行），屬于一次電池?？偡磻猌n+2MnO2+2NH4+=Zn2++2MnO(OH)+2NH負極Zn﹣2e-=Zn2+正極2MnO2+2NH4++2e-=2MnO(OH)+2NH二、鉛酸蓄電池（二次電池）有些電池放電時所進行的氧化還原反應，在充電時可以逆向進行，使電池恢復到放電前的狀態(tài)，從而實現(xiàn)放電（化學能轉化為電能）與充電（電能轉化為化學能）的循環(huán)。這種充電電池屬于二次電池。常見的充電電池有鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等，目前汽車上使用的大多是鉛酸蓄電池。總反應Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O負極Pb+SO42-﹣2e-=正極PbO2+4H++SO42-+2e-=PbSO4+2H三、燃料電池燃料電池是一種將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑（如氧氣）的化學能直接轉化為電能的電化學反應裝置，具有清潔、安全、高效等特點。燃料電池的能量轉化率可以達到80%以上。當以氫氣為燃料時，產物為水；以甲烷為燃料時，產物為水和二氧化碳。1．氫氧燃料電池電解質H2SO4溶液KOH溶液總反應2H2+O2=2H2O負極反應式正極反應式2．甲烷燃料電池甲烷電池H2SO4作電解質KOH作電解質負極反應式正極反應式總反應式經典例題經典例題一次電池【例9】堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應用。堿性鋅錳電池以氫氧化鉀溶液為電解質溶液，電池總反應式為：Zn+2MnO2+H2OZn(OH)2+Mn2O3。下列說法錯誤的是（）A．電池工作時，鋅失去電子B．電池正極的電極反應式為2MnO2+H2O+2e-Mn2O3+2OH-C．外電路中每通過0.2mol電子，鋅的質量理論上減少6.5gD．電池工作時，電流由Zn電極流出【變9】被稱之為“軟電池”的紙質電池，采用一個薄層紙片（在其一邊鍍鋅，而在其另一邊鍍二氧化錳）作為傳導體。在紙內的離子“流過”水和氧化鋅組成的電解液。電池總反應為：Zn+2MnO2+H2O=ZnO+2MnO(OH)，下列說法正確的是（）A．電池工作時，鋅失去電子，做正極B．該電池反應中二氧化錳起催化劑作用C．當生成0.1molZnO時，轉移電子個數(shù)為1.204×1024D．外電路中每通過0.2mol電子，鋅的質量理論上減少6.5g二次電池【例10】鉛蓄電池的兩極分別是Pb、PbO2，電解質溶液為30%硫酸，工作時反應為：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。當其放電時，下列結論正確的是（）A．PbO2為正極，被氧化 B．電池電解質溶液的密度不斷減小C．c(H+)逐漸增大 D．H+向負極移動【變10】化學電源在日常生活和高科技領域中都有廣泛應用，下列說法正確的是（）A．甲：標準狀況下每消耗44.8LH2，理論上轉移電子的電量為3.85×105C(一個電子電量1.6×10?19C)B．乙：負極的電極反應式為Zn?2e－=Zn2+C．丙：MnO2在石墨電極上失電子生成MnO(OH)D．丁：鉛蓄電池比能量高，成本低，且符合“綠色化學”思想燃料電池【例11】某固體酸燃料電池以Ca(HSO4)2固體為電解質傳遞H+，其基本結構見下圖，電池總反應可表示為2H2+O22H2O。下列有關說法正確的是（）A．電子通過外電路從b極流向a極B．b極上的電極反應式為O2+2H2O+4e-4OH-C．每轉移0.1mol電子，消耗1.12L的H2D．H+由a極通過固體酸電解質傳遞到b極【變11】燃料電池是燃料（例如CO、H2、CH4等）跟氧氣或空氣起反應，將此反應的化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置，電解質溶液通常是KOH溶液。下列關于甲烷燃料電池的說法不正確的是（）A．負極反應式為CH4+10OH-﹣8e-=CO32-B．正極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-C．隨著不斷放電，電解質溶液堿性不變D．甲烷燃料電池的能量利用率比甲烷燃燒的能量利用率大提分作業(yè)提分作業(yè)【練1】下列關于原電池的敘述中，正確的是（）A．原電池的電極一定要由兩種不同的金屬組成B．原電池的負極得電子，發(fā)生還原反應C．原電池工作時，其正極不斷產生電子并經外電路流向負極D．原電池能將化學能轉變?yōu)殡娔堋揪?】根據(jù)Zn+Cu2+=Zn2++Cu的反應原理設計一個原電池，當Zn為負極時，正極可以選用的金屬材料是（）A．鎂 B．石墨 C．鋁 D．鉛【練3】某科學探究小組為探究電化學原理，設計了如圖所示的裝置進行探究實驗。下列對實驗中觀察到的現(xiàn)象或相關結論的敘述錯誤的是（）A．a和b不連接時，該裝置不能形成原電池，鐵片上有紅色的銅析出B．a和b用導線連接時，銅片為負極，發(fā)生的反應為Cu2＋＋2e－=CuC．無論a和b是否連接，鐵片均會被氧化，溶液中均有Fe2＋生成D．a和b用導線連接時，溶液中的Cu2＋向銅電極移動【練4】下列幾種化學電池中，不屬于可充電電池的是（）A.堿性鋅錳電池 B.手機用鋰電池C.汽車用鉛蓄電池 D.玩具用鎳氫電池【練5】LED產品的使用為城市增添色彩。下圖是氫氧燃料電池驅動LED發(fā)光的一種裝置示意圖。下列有關敘述正確的是（）A.a處通入氧氣，b處通入氫氣B.通入H2的電極發(fā)生反應：H2－2e-==2H+C.通入O2的電極為電池的正極D.該裝置將化學能最終轉化為電能【練6】有A、B、C、D四塊金屬片，進行如下實驗：①A、B用導線相連后，同時浸入稀硫酸中，A極為負極；②C、D用導線相連后，同時浸入稀硫酸中，電流由D→導線→C；③B、C相連后，同時浸入稀硫酸中，C極產生大量氣泡；④B、D相連后，同時浸入硫酸銅溶液中，片刻取出電極稱量，D極質量增加據(jù)此，判斷四種金屬活動性順序（）A．C＞A＞B＞D B．A＞C＞D＞B C．B＞D＞C＞A D．A＞B＞C＞D【練7】已知空氣—鋅電池的電極反應為鋅片：Zn+2OH-﹣2e-=ZnO+H2O；石墨：O2+2H2O+4e-=4OH-。根據(jù)此判斷，鋅片是（）A．負極，并被氧化 B．負極，并被還原C．正極，并被氧化 D．正極，并被還原【練8】有甲、乙兩位同學均想利用原電池反應檢測金屬的活動性強弱，兩人均使用鎂片與鋁片作電極，但甲同學將電極放入6mol·L-1的H2SO4溶液中，乙同學將電極放入6mol·L-1的NaOH溶液中，如下圖所示：（1）寫出甲池中負極的電極反應式：____________________________。

（2）寫出乙池中負極的電極反應式和總反應的離子方程式：負極____________________________；總反應的離子方程式______________________________。

（3）如果甲與乙同學均認為“構成原電池的電極材料如果都是金屬，則構成負極材料的金屬應比構成正極材料的金屬活潑”，則甲會判斷出_______活動性更強，而乙會判斷出_______活動性更強。(填寫元素符號)

（4）由此實驗，可得到如下哪些正確結論____________。

A．利用原電池反應判斷金屬活動性順序時應注意選擇合適的介質B．鎂的金屬性不一定比鋁的金屬性強C．該實驗說明金屬活動性順序已過時，已沒有實用價值D．該實驗說明化學研究對象復雜，反應受條件的影響較大，因此應具體問題具體分析（5）丙同學依據(jù)甲、乙同學的思路，設計如下實驗：將鋁片和銅片用導線相連，一組插入濃硝酸中，一組插入稀NaOH溶液中，分別形成了原電池。①在這兩個原電池中，負極分別為__________。

A．鋁片、銅片B．銅片、鋁片C．鋁片、鋁片D．銅片、銅片②寫出插入濃硝酸中形成原電池的電極反應式______________________________________。【練9】原電池原理的發(fā)現(xiàn)是儲能和供能技術的巨大進步，是化學對人類的一項重大貢獻。（1）現(xiàn)有如下兩個反應：A．NaOH+HCl=NaCl+H2O；B．Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑。上述反應中能設計成原電池的是______（選填字母代號），