高一化學(xué)學(xué)案：第三單元化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精典題精講例1把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬板浸入稀H2SO4中，用導(dǎo)線兩兩相連，可以形成原電池。若a、b相連時(shí),a為負(fù)極；c、d相連時(shí)，c溶解;a、c相連時(shí)，c極上產(chǎn)生大量氣泡；b、d相連時(shí)，b極上有大量氣泡。則四塊金屬的活動(dòng)順序是（）A。a＞c＞d＞bB.c＞a＞b＞dC。a＞c＞b＞dD.c＞a＞d＞b思路解析：該題考查根據(jù)原電池原理比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱。較活潑的金屬為負(fù)極，被氧化溶解；相對(duì)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(dòng)順序是a＞c＞d＞b。答案：A綠色通道：金屬活動(dòng)性的判斷依據(jù):(1)單質(zhì)與水或酸反應(yīng)難易:反應(yīng)越劇烈，該金屬越活潑.（2)最高價(jià)氧化物水化物的堿性強(qiáng)弱:堿性越強(qiáng)，金屬越活潑。（3)金屬間的置換反應(yīng)：若A能置換出B，則A的活潑性比B強(qiáng)。（4)簡(jiǎn)單陽(yáng)離子氧化性強(qiáng)弱:氧化性越強(qiáng),該金屬的活動(dòng)性越弱。（5）兩金屬構(gòu)成原電池時(shí)，作負(fù)極(或電子流出,電流流入或發(fā)生氧化反應(yīng)等)的金屬比作正極(或電子流入，電流流出或發(fā)生還原反應(yīng)等)的金屬活動(dòng)性強(qiáng)。變式訓(xùn)練有A、B、C、D四塊金屬片，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：①A、B用導(dǎo)線相連后,同時(shí)浸入稀硫酸溶液中，A為負(fù)極；②C、D用導(dǎo)線相連后，同時(shí)浸入稀硫酸溶液中，電流由D導(dǎo)線C；③A、C相連后,同時(shí)浸入稀硫酸溶液中，C極產(chǎn)生大量氣泡；④B、D用導(dǎo)線相連后,同時(shí)浸入稀硫酸溶液中,D極發(fā)生氧化反應(yīng)。據(jù)此，判斷四種金屬的活動(dòng)性順序是(）A.A＞B＞C＞DB.A＞C＞D＞BC.C＞A＞B＞DD。B＞D＞C＞A思路解析：金屬與稀硫酸溶液組成原電池，活潑金屬為負(fù)極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng),較不活潑的金屬為正極，H+在正極表面得到電子生成氫氣，電子運(yùn)動(dòng)方向由負(fù)極到正極。題中由①知A＞B；由②知C＞D;由③知A＞C；由④知D＞B。綜合以上信息可知金屬活動(dòng)性A＞C＞D＞B。答案:B例2如圖所示,在裝有水的燒杯中,用線(絕緣線）懸掛一個(gè)呈水平方向的由鐵和銀焊接而成的柱形金屬棒，處于平衡狀態(tài)。向水中加入（溶液的密度變化不考慮).(1)片刻后可觀察到的現(xiàn)象是(指懸吊的金屬圈)(）A。鐵圈和銀圈左右搖擺不定B。保持平衡狀態(tài)不變C.鐵圈向下傾斜D。銀圈向下傾斜（2）產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是_________________________________。思路解析:該題考查的是對(duì)原電池原理的認(rèn)識(shí)，以及思維的發(fā)散性的培養(yǎng)。鐵、銀相連并同時(shí)浸入CuSO4溶液中，滿足了構(gòu)成原電池的所有要素，鐵是負(fù)極,銅將在銀上析出，所以應(yīng)該是銀棒下沉鐵棒上升。答案：（1）D（2）因原電池反應(yīng)，銅將在銀棒（正極)上析出而不是在鐵棒上黑色陷阱:解答本題時(shí),一些同學(xué)容易誤認(rèn)為銅離子與鐵發(fā)生置換反應(yīng)，鐵棒增重向下沉。實(shí)際上此時(shí)發(fā)生的是原電池反應(yīng)。變式訓(xùn)練以下現(xiàn)象與電化學(xué)腐蝕無關(guān)的是（）A.黃銅（銅鋅合金）制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠B.生鐵比軟鐵芯(幾乎為純鐵)容易生銹C。鐵質(zhì)器件附有銅質(zhì)配件，在接觸處易生鐵銹D。銀質(zhì)獎(jiǎng)牌長(zhǎng)期放置后在其獎(jiǎng)牌的表面變暗思路解析:選項(xiàng)A中黃銅是銅鋅合金，可以構(gòu)成原電池,但銅不如鋅活潑，被腐蝕的是鋅而不是銅，所以不易產(chǎn)生銅綠；選項(xiàng)B中生鐵是鐵碳合金，可以構(gòu)成原電池而使鐵腐蝕生銹，軟鐵芯幾乎是純鐵，不構(gòu)成原電池；選項(xiàng)C中鐵與銅接觸構(gòu)成原電池，鐵比銅活潑,鐵被腐蝕生成鐵銹；選項(xiàng)D中銀質(zhì)獎(jiǎng)牌是由較純的銀制作的，不構(gòu)成原電池，久置后表面變暗是跟空氣中的多種物質(zhì)反應(yīng)造成的.答案:D例3用惰性電極實(shí)現(xiàn)電解，下列說法正確的是（）A.電解稀硫酸溶液,實(shí)質(zhì)上是電解水，故溶液pH不變B.電解稀氫氧化鈉溶液，要消耗OH-，故溶液pH減小C。電解硫酸鈉溶液,在陰極上和陽(yáng)極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2D。電解氯化銅溶液，在陰極上和陽(yáng)極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶1思路解析：本題考查電解規(guī)律，考查離子的放電規(guī)律，pH的變化分析等。電解實(shí)際上是離子反應(yīng)，解答時(shí),首先明確離子有哪些，再弄清離子放電順序,才能判斷電解產(chǎn)物。電解H2SO4、Na2SO4、NaOH溶液都是電解水,溶質(zhì)的濃度都會(huì)發(fā)生變化，所以pH也應(yīng)相應(yīng)地改變，硫酸溶液濃度變大，所以pH變小，故A錯(cuò)；氫氧化鈉溶液濃度變大，pH應(yīng)變大，故B錯(cuò);電解硫酸鈉溶液時(shí)，陰極和陽(yáng)極產(chǎn)物分別是氫氣和氧氣，二者物質(zhì)的量之比應(yīng)為2∶1，故C也錯(cuò);電解氯化銅溶液，在陰極上和陽(yáng)極上析出產(chǎn)物分別是銅和氯氣,物質(zhì)的量之比為1∶1(可按電子守恒判斷)，D對(duì)。答案：D綠色通道：常見離子放電的規(guī)律：陽(yáng)極產(chǎn)物的判斷:如果是活性電極，則電極材料失電子，電極溶解。如果是惰性電極(Pt、Au、石墨），則溶液中的陰離子失電子能力，放電順序是S2-＞I—＞Br-＞Cl—＞OH—＞＞＞F-.陰極產(chǎn)物的判斷:直接根據(jù)陽(yáng)離子放電順序進(jìn)行判斷，陽(yáng)離子放電順序是Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞（H+）＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。變式訓(xùn)練下圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極,則下列有關(guān)判斷正確的是（)A。a為負(fù)極，b為正極B.a為陽(yáng)極，b為陰極C.電解過程中,d電極質(zhì)量增加D.電解過程中，氯離子濃度不變思路解析：電流從電源的正極流出,故a為電源的正極,b為負(fù)極；與電源正極相連的c為陽(yáng)極，與電源負(fù)極相連的d為陰極。在電解過程中，因Cu2+是陽(yáng)離子，移向陰極d，在陰極放電析出Cu，所以d電極質(zhì)量增加；Cl—是陰離子，移向陽(yáng)極c，在陽(yáng)極放電析出Cl2,會(huì)導(dǎo)致溶液中氯離子濃度降低。答案：C例4某學(xué)生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時(shí),為使Cl2被完全吸收，制得有較強(qiáng)殺菌能力的消毒液，設(shè)計(jì)了如圖所示的裝置,則對(duì)電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是（）A。a為正極,b為負(fù)極;NaClO和NaClB。a為負(fù)極，b為正極；NaClO和NaClC.a為陽(yáng)極，b為陰極；HClO和NaClD。a為陰極，b為陽(yáng)極；HClO和NaCl思路解析：此題考查電解的原理和應(yīng)用。用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液發(fā)生的反應(yīng)是2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,副反應(yīng)為2NaOH+Cl2====NaCl+NaClO+H2O,則可推知使Cl2被完全吸收而制得有較強(qiáng)殺菌能力的消毒液的主要成分是NaClO和NaCl溶液，其中起消毒作用的是NaClO溶液。電解過程中陰極產(chǎn)生H2，結(jié)合圖示，消毒液發(fā)生器的液體上部空間充滿的是H2，故電源a極是負(fù)極，b為正極。因?yàn)殡姵胤终⒇?fù)極，而不分陰、陽(yáng)極,可先排除C、D選項(xiàng)?？捎眉僭O(shè)法進(jìn)行電極判斷，若b為負(fù)極，則電解過程中與此電極相連的電極上生成氫氣，上部生成氯氣,這樣不利于氯氣的吸收，并且容易使氫氣和氯氣混合發(fā)生爆炸。所以B正確。答案：B變式訓(xùn)練(2004全國(guó)高考）在玻璃圓筒中盛有兩種無色的互不相溶的中性液體。上層液體中插入兩根石墨電極,圓筒內(nèi)還放有一根下端彎成環(huán)狀的玻璃攪棒，可以上下攪動(dòng)液體，裝置如圖所示。接通電源,陽(yáng)極周圍的液體呈現(xiàn)棕色，且顏色由淺變深，陰極上有氣泡生成。停止通電，取出電極，用攪棒上下劇烈攪動(dòng)。靜置后液體又分成兩層，下層液體呈紫紅色，上層液體幾乎無色。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)完成下列問題：（1)陽(yáng)極上的電極反應(yīng)式為_____________________________________________。（2）陰極上的電極反應(yīng)式為_____________________________________________。(3)原上層液體是_____________________________________________________.（4)原下層液體是_____________________________________________________。（5）攪拌后兩層液體顏色發(fā)生變化的原因是_________________________________________。(6)要檢驗(yàn)上層液體中含有的金屬離子，其方法是_____________________________________,現(xiàn)象是_________________________________________________________________________。思路解析：運(yùn)用學(xué)過的電解原理相關(guān)知識(shí)，推知在陽(yáng)極周圍生成了I2，證明電解質(zhì)溶液中含有I-；在陰極上有H2生成；所以上層液體為KI溶液（或NaI溶液)，下層液體密度大于水且與水不相溶，能從上層溶液中將I2萃取出來，說明下層液體為CCl4溶液(或CHCl3溶液）；再應(yīng)用金屬離子的檢驗(yàn)方法——焰色反應(yīng)，即可給出正確答案.答案：(1)2I--2e-====I2(2）2H++2e—====H2↑（3）KI(或NaI)等水溶液（4）CCl4(或CHCl3等)(5)I2在CCl4中的溶解度大于在水中的溶解度，所以絕大部分I2都轉(zhuǎn)移到CCl4中（6）焰色反應(yīng)透過藍(lán)色鈷玻璃觀察火焰呈紫色〔其他合理答案同樣給分，例如若(3）中答NaI水溶液,這里火焰呈黃色〕例5如圖所示,可形成氫氧燃料電池。通常氫氧燃料電池有酸式（當(dāng)電解質(zhì)溶液為H2SO4時(shí))和堿式〔當(dāng)電解質(zhì)溶液為NaOH(aq）或KOH（aq）時(shí)〕兩種。試完成下列問題：氫氧燃料電池示意圖(1）酸式電池的電極反應(yīng)：負(fù)極為_________，正極為_________；電池總反應(yīng)為______________；電解質(zhì)溶液pH的變化_________(填“變大”“變小”或“不變”）。(2）堿式電池的電極反應(yīng)：負(fù)極為_________,正極為_________；電池總反應(yīng)為______________；電解質(zhì)溶液pH的變化：_________(填“變大”“變小”或“不變”).思路解析：本題考查在題目創(chuàng)設(shè)的新情景中運(yùn)用所學(xué)電化學(xué)知識(shí)，解決具體問題的能力.燃料電池所用的介質(zhì)（電解質(zhì)溶液或相當(dāng)于電解質(zhì)溶液)不同，相應(yīng)的電極反應(yīng)就不同；但無論如何書寫，兩電極反應(yīng)相疊加始終等于燃料的燃燒反應(yīng)。這也是驗(yàn)證電極反應(yīng)是否正確的一種方法。（1）正極上,O2得電子變?yōu)镺2-，溶液中O2—不能單獨(dú)存在，酸性條件下與H+結(jié)合生成H2O。負(fù)極上,H2失電子變?yōu)镠+,H+進(jìn)入電解質(zhì)溶液。電池總反應(yīng)為H2在O2中燃燒的反應(yīng)，由于有水生成,溶液將逐漸變稀，故pH增大.(2)正極上,O2得電子變?yōu)镺2-，溶液中O2—不能單獨(dú)存在，堿性條件下與H2O分子結(jié)合生成OH—；負(fù)極上，H2失去電子變?yōu)镠+，堿性條件下H+不能大量存在,與OH-結(jié)合生成水。電池總反應(yīng)也是H2在O2中的燃燒反應(yīng).同樣,由于有水生成，c(OH—）變小，pH變小。答案：（1）2H2-4e—====4H+O2+4e—+4H+====2H2O2H2+O2====2H2O變大（2)2H2—4e-+4OH—====4H2OO2+4e—+2H2O====4OH—2H2+O2====2H2O變小變式訓(xùn)練（1）氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會(huì)產(chǎn)生鎘污染的鎳鎘電池.鎳氫電池的總反應(yīng)式是：H2+NiO(OH)Ni（OH）2.根據(jù)此反應(yīng)式判斷，下列敘述正確的是（）A.電池放電時(shí)，電池負(fù)極周圍溶液的堿性增強(qiáng)B。電池放電時(shí),鎳元素被氧化C.電池充電時(shí)，氫元素被還原D.電池放電時(shí),氫氣是負(fù)極(2）我國(guó)首創(chuàng)的以鋁空氣海水電池為能源的新型海水標(biāo)志燈已研制成功。這種燈以取之不盡的海水為電解質(zhì)溶液,靠空氣中的氧使鋁不斷氧化而源源產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中,數(shù)分鐘后就會(huì)發(fā)出耀眼的閃光,其能量比干電池高20—50倍。試推測(cè)此種新型電池可能的基本結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)式：①__________是負(fù)極，電極反應(yīng)式為______________________________。②__________是正極，電極反應(yīng)式為______________________________。思路解析：(1）充電電池在放電時(shí)是一個(gè)電源（原電池），發(fā)生原電池反應(yīng)，在這個(gè)反應(yīng)方程式中從左到右是放電，根據(jù)發(fā)生氧化反應(yīng)的是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的是正極,所以D正確，B錯(cuò)誤；而H2作為電池的負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是：H2—2e—====2H+，溶液中應(yīng)該是H+濃度增大，OH-濃度減小，所以A錯(cuò)誤；充電反應(yīng)是從右到左，所以H2被還原，C正確。(2)題干已經(jīng)指明,該電池的電極總反應(yīng)是Al與O2的反應(yīng)。反應(yīng)中Al失電子，應(yīng)為原電池的負(fù)極；O2得電子，應(yīng)為原電池的正極.由于正極本身不參加反應(yīng)，故正極材料應(yīng)為廉價(jià)的惰性電極。答案:（1）CD（2)①Al4Al—12e—====4Al3+②石墨3O2+12e-+6H2O====12OH-問題探究問題1隨著便攜式電器的發(fā)展，電池已深入到人們生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域。我國(guó)電池業(yè)1997年突破了130億只大關(guān)，而且電池種類也在急劇增加。廢電池中的重金屬離子如滲入土壤或水中將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。有關(guān)資料顯示,一節(jié)一號(hào)電池爛在地里,能使１平方米的土壤永久失去利用價(jià)值；一粒紐扣電池可使600噸水無法飲用,相當(dāng)于一個(gè)人一生的飲水量.1997年，北京開始回收舊電池時(shí)，曾有七八家企業(yè)進(jìn)入廢舊電池處理行業(yè)，但后來均退出了。我國(guó)是電池生產(chǎn)與用量都很大的國(guó)家，但目前尚未有一家正規(guī)的廢電池回收處理企業(yè).你認(rèn)為對(duì)廢電池進(jìn)行回收的原因是什么？導(dǎo)思：要樹立全民意識(shí)，全民動(dòng)員，從我做起；放眼未來，放眼人類家園.從“可持續(xù)發(fā)展"思想,走“可持續(xù)發(fā)展之路”的角度來分析.探究：對(duì)自然環(huán)境威脅最大的五種物質(zhì)，電池里就包含了三種:汞、鉛、鎘。廢電池若不進(jìn)行任何回收處理,直接將廢舊電池混入生活垃圾一起填埋，經(jīng)過長(zhǎng)期機(jī)械磨損和腐蝕，內(nèi)部的重金屬和酸堿等泄露出來，滲透入土壤，污染地下水，通過各種途徑進(jìn)入人的食物鏈，在某些器官中積蓄造成慢性中毒，會(huì)威脅到人類的健康.因而對(duì)廢電池進(jìn)行回收并集中處理是十分必要的。綜上所述，我們有必要建立健全系統(tǒng)的廢舊電池自愿及強(qiáng)制