【教材實驗熱點】09-化學能與電能-(學生版)

【教材實驗熱點】09化學能與電能專題09化學能與電能【教材實驗梳理】1.原電池(1)雙液鋅銅原電池(2)原電池工作原理圖解在原電池內(nèi)部，兩電極浸入電解質(zhì)溶液中，并通過陰、陽離子的定向移動形成內(nèi)電路。放電時，負極上的電子通過導線流向正極，再通過溶液中的離子形成的內(nèi)電路構(gòu)成閉合回路。具體原理示意圖如下：(2)對原電池裝置的認識①從反應角度認識原電池原電池中有電流通過，因此其中一定存在電子的得失，其總反應一定是氧化還原反應。當原電池工作時，負極失電子被氧化，發(fā)生氧化反應；正極得電子被還原，發(fā)生還原反應。因此，只有氧化還原反應才能被設(shè)計成原電池，但是要注意，原電池中存在的氧化反應與還原反應是分開進行的。②從能量角度認識原電池氧化還原反應有放熱反應和吸熱反應，一般放熱反應才能將化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，產(chǎn)生電流。③從組成角度認識原電池a.要有兩個電極。這兩個電極的活潑性一般是不同的，一般情況下，負極是活潑性較強的金屬，正極是活潑性較弱的金屬或能導電的材料(包括非金屬或某些氧化物，如石墨、氧化鉛等)，但只要求負極能與電解質(zhì)溶液自發(fā)發(fā)生氧化還原反應，與正極能否發(fā)生反應無關(guān)。b.兩電極必須插入電解質(zhì)溶液中。非電解質(zhì)由于不導電，不能參與形成原電池。c.必須形成閉合回路。閉合回路的形式是多種多樣的，最常見的是通過導電將正、負極相連，也可以將兩種金屬材料相接觸再插入電解質(zhì)溶液中，日常生活中的合金則是兩種材料相互熔合在一起形成正、負極。因此在判斷是否形成閉合回路時，不能只看是否有導線。如閉合回路可以有如下形式：d.能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應，若不能自發(fā)發(fā)生反應，則不能形成原電池。而自發(fā)發(fā)生的氧化還原反應不一定是電極與電解質(zhì)溶液反應，也可能是電極與電解質(zhì)溶液中溶解的氧氣反應，如將鐵與碳棒插入硫酸銅溶液中與食鹽水中的反應不一樣。④從轉(zhuǎn)移角度認識原電池原電池工作時，能夠發(fā)生電子、離子的定向移動，能夠形成外電路與內(nèi)電路。在原電池中，外電路通過電子的定向移動形成電流，電子從負極流出，從正極流入，電流的方向與電子移動的方向相反；在原電池內(nèi)部則由電解質(zhì)溶液與電極構(gòu)成內(nèi)電路，內(nèi)電路中的電流通過離子的定向移動來形成(陽離子移向正極，陰離子移向負極)。因此，電子的流向僅限在外電路，而電解質(zhì)溶液中沒有電子流過，但電流在內(nèi)、外電路同時形成。(5)原電池原理的應用①比較不同金屬的活潑性比較方法：a.一般作負極的金屬比作正極的金屬活潑。b.一般電極質(zhì)量減少，作負極，較活潑。c.一般有氣體生成、電極質(zhì)量不斷增加，作正極，較不活潑。②加快反應速率構(gòu)成原電池往往能加快反應速率。如實驗室制H2時，粗鋅比純鋅反應快；或向溶液中滴入幾滴硫酸銅溶液，反應速率加快。③用于金屬的防護如要保護鐵制閘門，可用導線將其與鋅塊相連，使鋅作負極，鐵制閘門作正極，從而使鐵制閘門受到保護。④設(shè)計化學電源設(shè)計原電池時要緊扣構(gòu)成原電池的條件，首先將已知氧化還原反應拆分為兩個半反應，然后根據(jù)原電池的電極反應特點，結(jié)合兩個半反應找出正、負極材料(負極是失電子的物質(zhì)，正極用比負極活動性差的金屬或?qū)щ姷姆墙饘偃缡?及電解質(zhì)溶液。2.電解池(1)電解氯化銅溶液(2)電解池工作原理圖解(3)電解池陰、陽極的判斷①由電源的正、負極判斷：與電源負極相連的是電解池的陰極；與電源正極相連的是電解池的陽極。②由電極現(xiàn)象確定：通常情況下，在電解池中某一電極若不斷溶解或質(zhì)量不斷減少，則該電極發(fā)生氧化反應，為陽極；某一電極質(zhì)量不斷增加或電極質(zhì)量不變，則該電極發(fā)生還原反應，為陰極。③由反應類型判斷：失去電子發(fā)生氧化反應的是陽極；得到電子發(fā)生還原反應的是陰極。(4)電解產(chǎn)物的判斷①陽極產(chǎn)物的判斷a.若陽極由活性材料(除Pt、Au外的其他金屬)做成，則陽極反應是陽極金屬失去電子而被氧化成陽離子的反應；b.若陽極由C、Pt、Au等惰性材料做成，則陽極反應是電解液中的陰離子在陽極失去電子被氧化的反應。陰離子失去電子能力的大小順序為S2?>I?>Br?>Cl?>OH?>含氧酸根離子。②陰極產(chǎn)物的判斷陰極反應一般是溶液中的陽離子得到電子的還原反應，陽離子得到電子能力的大小順序為Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。(4)電解原理的應用①電解飽和食鹽水——制取燒堿、氯氣和氫氣陽極(石墨)：2Cl??2e?=Cl2↑(氧化反應)陰極(鐵或石墨)：2H＋＋2e?=H2↑(還原反應)總反應：2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑②電鍍應用電解原理，在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的過程。實例——電鍍銅陽極(銅片)：Cu?2e?=Cu2+陰極(待鍍鐵件)：Cu2++2e?=Cu③銅的精煉陽極(粗銅)：Cu?2e?=Cu2+(雜質(zhì)金屬的溶解：Fe?2e?=Fe2+，Zn?2e?=Zn2+，Ni?2e?=Ni2+等)陰極(純銅)：Cu2++2e?=Cu④電冶金a.電解熔融NaCl制取金屬鈉NaCl在高溫下熔融，并發(fā)生電離：NaCl=Na++Cl?。通直流電后，陰極：2Na++2e?=2Na，陽極：2Cl??2e?=Cl2↑，總反應：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。b.電解熔融MgCl2制取金屬鎂陰極：Mg2++2e?=Mg，陽極：2Cl??2e?=Cl2↑，總反應：MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑c.電解熔融Al2O3制取金屬鋁陰極：4Al3++12e?=4Al，陽極：6O2??12e?=3O2↑，總反應：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑【例題講解】1．電化學方法是化工生產(chǎn)及生活中常用的一種方法?；卮鹣铝袉栴}：(1)二氧化氯(ClO2)為一種黃綠色氣體，是國際上公認的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑。目前已開發(fā)出用電解法制取ClO2的新工藝如圖所示。①圖中用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2。產(chǎn)生ClO2的電極應連接電源的________(填“正極”或“負極”)，對應的電極反應式為_______。②a極區(qū)pH______(填“增大”“減小”或“不變”)。③圖中應使用______(填“陰”或“陽”)離子交換膜。(2)電解K2MnO4溶液制備KMnO4。工業(yè)上，通常以軟錳礦(主要成分是MnO2)與KOH的混合物在鐵坩堝(熔融池)中混合均勻，小火加熱至熔融，即可得到綠色的K2MnO4，化學方程式為_______。用鎳片作陽極(鎳不參與反應)，鐵板為陰極，電解K2MnO4溶液可制備KMnO4。上述過程用流程圖表示如下：則D的化學式為_______；陽極的電極反應式為_______?！眷柟叹毩暋?．NaCl是我們生活中必不可少的物質(zhì)。將NaCl固體溶于水，溶解過程如圖1所示，下列說法不正確的是A．圖1中水合鈉離子的圖示不科學B．NaCl溶液導電的原因是溶液中有自由移動的Na＋和Cl－C．NaCl溶液通電后才發(fā)生電離D．熔融NaCl通電后離子移動方向如圖23．以石墨作電極，電解AgNO3溶液，可在兩極分別得到Ag和O2，下列說法正確的是A．氧化性：Ag+>H+，還原性：NO>OH－B．Ag附著在陽極：Ag++e－=AgC．電解過程中溶液的酸性將逐漸減弱D．電路中每轉(zhuǎn)移1mol電子，可生成1molAg和0.25molO24．熱激活電池(又稱熱電池)可用作火箭、導彈的工作電源。一種熱激活電池的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，其中作為電解質(zhì)的無水LiCl?KCl混合物一旦受熱熔融，電池瞬間即可輸出電能。該電池總反應為：PbSO4+2LiCl+Ca＝CaCl2+Li2SO4+Pb。關(guān)于該電池的下列說法中，不正確的是A．負極的電極反應：Ca?2e－＝Ca2+B．放電時，K+向硫酸鉛電極移動C．硫酸鉛作正極材料，LiCl為正極反應物D．常溫時，在正負極之間連上檢流計，指針不偏轉(zhuǎn)5．鉛蓄電池的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，其充、放電時的電池反應為：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O。下列說法正確的是A．放電時Pb為負極，發(fā)生反應：Pb-2e-=Pb2+B．放電時H+向正極移動，正極區(qū)域酸性增強C．充電時PbO2與外電源的負極相連D．充電時陽極發(fā)生反應：PbSO4-2e-+2H2O=PbO2+SO+4H＋6．銀鋅電池廣泛用作各種電子儀器的電源，其電極分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，總反應式為Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，下列說法中不正確的是（

）A．原電池放電時，負極上發(fā)生反應的物質(zhì)是ZnB．正極發(fā)生的反應是Ag2O+2e?+H2O=2Ag+2OH-C．工作時，負極區(qū)溶液c(OH-)減小D．溶液中OH-向正極移動，K+、H+向負極移動7．控制合適的條件，將反應2Fe3++2I-2Fe2++I2設(shè)計成如圖所示原電池，下列判斷不正確的是A．反應開始時，電流方向是從甲池石墨棒流向乙池石墨棒B．反應開始時，甲中石墨電極上Fe3+被還原C．電流計讀數(shù)為零時，反應達到化學平衡狀態(tài)D．電流計讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固體，乙中石墨電極為負極8．將如圖所示實驗裝置的K閉合(已知：鹽橋中裝有瓊脂凝膠，內(nèi)含KCl)，下列判斷正確的是A．Cu電極上發(fā)生氧化反應B．電子沿Zn→a→b→Cu路徑移動C．片刻后甲池中c(Cl-)增大D．片刻后可觀察到濾紙b處變紅色9．科學家近年發(fā)明了一種新型Zn?CO2水介質(zhì)電池。電池示意圖如圖，電極為金屬鋅和選擇性催化材料，放電時，溫室氣體CO2被轉(zhuǎn)化為儲氫物質(zhì)甲酸等，為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯誤的是A．放電時，負極反應為B．放電時，1molCO2轉(zhuǎn)化為HCOOH，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為2molC．充電時，電池總反應為D．充電時，正極溶液中OH?濃度升高10．一定條件下，碳鋼腐蝕與溶液pH的關(guān)系如下：pH2466.5813.514腐蝕快慢較快慢較快主要產(chǎn)物Fe2+Fe3O4Fe2O3下列說法不正確的是A．在pH＜4的溶液中，碳鋼主要發(fā)生析氫腐蝕B．在pH＞6的溶液中，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕C．在pH＞14的溶液中，碳鋼腐蝕的反應為O2+4OH-+4e-===2H2OD．在煮沸除氧氣后的堿性溶液中，碳鋼腐蝕速率會減慢11．執(zhí)法交警最常用的一種酒精檢測儀的工作原理示意圖如圖所示，其反應原理為CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O，被測者呼出氣體中所含的酒精被輸送到電池中反應產(chǎn)生微小電流，該電流經(jīng)電子放大器放大后在液晶顯示屏上顯示其酒精含量。下列說法不正確的是（

）A．電解質(zhì)溶液中的移向a電極B．b為正極，電極反應式為O2+2H2O+4e-=4OH-C．呼出氣體中酒精含量越高，微處理器中通過的電流越大D．a(chǎn)極上的電極反應式為CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+12．如圖裝置(Ⅰ)為一種可充電電池的示意圖，其中的離子交換膜只允許K+通過，該電池放電、充電時的電池反應為。裝置(Ⅱ)為電解池的示意圖當閉合開關(guān)K時，電極X附近溶液先變紅。則閉合K時，下列說法正確的是A．K+從右到左通過離子交換膜B．電極A上發(fā)生的反應為I+2e-=3I-，C．電極Y上發(fā)生的反應為2Cl--2e-=Cl2↑，D．當有0.1molK+通過離子交換膜時，X電極上產(chǎn)生1.12L氣體13．天津理工大學劉喜正等人利用Na2S2O4的生成和分解，研制出Na-SO2可充電電池，電解質(zhì)溶液為乙二胺的乙醚溶液。該電池放電時的工作原理如圖所示。下列關(guān)于放電時的說法正確的是（

）A．該裝置是將電能轉(zhuǎn)化為化學能B．電子從Na極經(jīng)電解質(zhì)流向石墨極C．石墨電極反應式為2Na++2SO2+2e-=Na2S2O4D．若轉(zhuǎn)移3mol電子，則消耗33.6L（標準狀況下）SO214．電鍍行業(yè)產(chǎn)生的酸性含鉻廢水對環(huán)境有污染，其中所含的+6價鉻(以Cr2O形式存在)是主要污染物，可采用電解法將其除去。向酸性含鉻廢水中加入適量NaCl固體，以Fe為陰、陽電極進行電解。經(jīng)過一段時間，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，從而使廢水中鉻含量低于排放標準。裝置如圖所示。已知：pH=3.2時Fe3+完全轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3；pH=5.6時Cr3+完全轉(zhuǎn)化為Cr(OH)3(1)向酸性含鉻廢水中加入適量NaCl固體的作用是___________。(2)B極上有大量氫氣產(chǎn)生，電極反應為___________。(3)結(jié)合化學用語分析酸性廢水中Cr2O轉(zhuǎn)化為Cr(OH)3的主要原因___________。15．某小組同學利用原電池裝置探究物質(zhì)的性質(zhì)。資料顯示：原電池裝置中，負極反應物的還原性越強，或正極反應物的氧化性越強，原電池的電壓越大。（1）同學們利用下表中裝置進行實驗并記錄。裝置編號電極A溶液B操作及現(xiàn)象ⅠFepH=2的H2SO4連接裝置后，石墨表面產(chǎn)生無色氣泡；電壓表指針偏轉(zhuǎn)ⅡCupH=2的H2SO4連接裝置后，石墨表面無明顯現(xiàn)象；電壓表指針偏轉(zhuǎn)，記錄讀數(shù)為a①同學們認為實驗Ⅰ中鐵主要發(fā)生了析氫腐蝕，其正極反應式是_____________。②針對實驗Ⅱ現(xiàn)象：甲同學認為不可能發(fā)生析氫腐蝕，其判斷依據(jù)是_______；乙同學認為實驗Ⅱ中應發(fā)生吸氧腐蝕，其正極的電極反應式是___________。（2）同學們?nèi)杂蒙鲜鲅b置并用Cu和石墨為電極繼續(xù)實驗，探究實驗Ⅱ指針偏轉(zhuǎn)原因及影響O2氧化性因素。編號溶液B操作及現(xiàn)象Ⅲ經(jīng)煮沸的pH=2的H2SO4溶液表面用煤油覆蓋，連接裝置后，電壓表指針微微偏轉(zhuǎn)，記錄讀數(shù)為bⅣpH=2的H2SO4在石墨一側(cè)緩慢通入O2并連接裝置，電壓表指針偏轉(zhuǎn)，記錄讀數(shù)為c；取出電極，向溶液中加入數(shù)滴濃Na2SO4溶液混合后，插入電極，保持O2通入，電壓表讀數(shù)仍為cⅤpH=12的NaOH在石墨一側(cè)緩慢通入O2并連接裝置，電壓表指針偏轉(zhuǎn)，記錄讀數(shù)為d①丙同學比較實驗Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的電壓表讀數(shù)為：c＞a＞b，請解釋原因是_____________。②丁同學對Ⅳ、Ⅴ進行比較，其目的是探究_____________________對O2氧化性的影響；實驗Ⅳ中加入Na2SO4溶液的目的是_____________。16．Ⅰ．利用下列給出的試劑與材料，將氧化還原反應設(shè)計成一個帶有鹽橋的原電池。試劑：溶液、溶液、溶液、溶液、蒸餾水等。材料：鋅棒、鐵棒、銅棒、石墨棒、500mL燒杯2個、鹽橋(裝有含瓊膠的KCl飽和溶液)等?；卮鹣铝袉栴}：(1)選用________作正極，此電極的電極反應式是

____________________________________________________________。(2)在答題卡方框中畫出一個符合上述要求的原電池的裝置圖(標出電解質(zhì)溶液及外電路中電子流動方向)__________________。Ⅱ．如圖所示，E為浸過含酚酞的Na2SO4溶液的濾紙。A、B分別為鉑片，壓在濾紙兩端，R、S為電池的電極。M、N是用多微孔的Ni制成的電極，在堿溶液中可視為惰性電極。G為電流計，K為開關(guān)。C、D和電解池中都充滿濃KOH溶液。若在濾紙中央滴一滴紫色的KMnO4溶液，將開關(guān)K打開，接通電源一段時間后，C、D中有氣體產(chǎn)生，氣體的體積見圖。請回答下列問題：(1)R為________(填“正”或“負”)極。(2)A附近溶液的現(xiàn)象是_________________________________________，B附近發(fā)生的電極反應式為_____________________________________。(3)濾紙上的紫色點向________(填“A”或“B”)方向移動。(4)當C、D中的氣體產(chǎn)生到一定量時，切斷外電源并接通開關(guān)K，經(jīng)過一段時間后，C、D中的氣體逐漸減少，C中的電極為________(填“正”或“負”)極，電極反應式為__________________。Ⅲ．若一開始Ⅱ中的電源選用了Ⅰ中自己設(shè)計的原電池，連接起來工作一段時間后，測得Ⅱ中C和D試管氣體總體積為336mL（已折算成標準狀況），則你設(shè)計的原電池Ⅰ的負極質(zhì)量至少要減輕_________________克？（結(jié)果保留兩位小數(shù)）17．某小組同學利用下圖所示裝置進行鐵的電化學腐蝕原理的探究實驗：裝置分別進行的操作現(xiàn)象i.連好裝置一段時間后，向燒杯中滴加酚酞ii.連好裝置一段時間后，向燒杯中滴加K3[Fe(CN)6]溶液鐵片表面產(chǎn)生藍色沉淀(1)小組同學認為以上兩種檢驗方法，均能證明鐵發(fā)生了吸氧腐蝕。①實驗i中的現(xiàn)象是_____。②用化學用語解釋實驗i中的現(xiàn)象：_____。(2)查閱資料：K3[Fe(CN)6]具有氧化性。①據(jù)此有同學認為僅通過ii中現(xiàn)象不能證明鐵發(fā)生了電化學腐蝕，理由是_____。②進行下列實驗，在實驗幾分鐘后的記錄如下：實驗滴管試管現(xiàn)象0.5mol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液iii.蒸餾水無明顯變化iv.1.0mol·L-1NaCl溶液鐵片表面產(chǎn)生大量藍色沉淀v.0.5mol·L-1Na2SO4溶液無明顯變化a．以上實驗表明：在_____條件下，K3[Fe(CN)6]溶液可以與鐵片發(fā)生反應。b．為探究Cl-的存在對反應的影響，小組同學將鐵片酸洗(用稀硫酸浸泡后洗凈)后再進行實驗iii，發(fā)現(xiàn)鐵片表面產(chǎn)生藍色沉淀。此補充實驗表明Cl-的作用是_____。(3)有同學認為上述實驗仍不嚴謹。為進一步探究K3[Fe(CN)6]的氧化性對實驗ii結(jié)果的影響，又利用(2)中裝置繼續(xù)實驗。其中能證實以上影響確實存在的是_____(填字母序號)。實驗試劑現(xiàn)象A酸洗后的鐵片、K3[Fe(CN)6]溶液(已除O2)產(chǎn)生藍色沉淀B酸洗后的鐵片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(未除O2)產(chǎn)生藍色沉淀C鐵片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(已除O2)產(chǎn)生藍色沉淀D鐵片、K3[Fe(CN)6]和鹽酸混合溶液(已除O2)產(chǎn)生藍色沉淀18．實驗室有如下材料：銅片、鐵片、石墨棒、CuCl2溶液、FeCl3溶液、導線、電流表、鹽橋(裝有瓊脂-KCl的U形管)、燒杯等。甲同學