2020屆人教版高一化學(xué)必修2講義：第二章 第二節(jié) 化學(xué)能與電能含答案

1、 .第二節(jié) 化學(xué)能與電能課標(biāo)要求1了解化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化關(guān)系。2初步了解原電池的工作原理及應(yīng)用。3了解研制新型電池的重要性。4會(huì)書(shū)寫(xiě)簡(jiǎn)單的電極反應(yīng)式。1構(gòu)成原電池的條件(1)具有活潑性不同的兩個(gè)電極；(2)兩電極必須插入電解質(zhì)溶液中；(3)形成閉合回路；(4)能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)。原電池分為兩極；負(fù)極氧化正還原；電子由負(fù)流向正；離子陽(yáng)正陰向負(fù)。3原電池正、負(fù)極的判斷方法：首先準(zhǔn)確判斷元素化合價(jià)的變化，然后根據(jù)原電池工作原理判斷?；蟽r(jià)升高失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)負(fù)極；化合價(jià)降低得到電子發(fā)生還原反應(yīng)正極?；瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能1一次能源和二次能源2.化學(xué)能間接轉(zhuǎn)化為電能火力發(fā)電. .過(guò)程能量轉(zhuǎn)換關(guān)鍵化

2、石燃 料燃燒 加熱 水蒸氣 推動(dòng) 蒸汽機(jī) 帶動(dòng) 發(fā)電機(jī)化學(xué)能熱能機(jī)械能電能化石燃料的燃燒(氧化還原反應(yīng))3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)象結(jié)論有電流產(chǎn)生，裝置中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能電流表：指針偏轉(zhuǎn)(2)概念：把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置。(3)工作原理電極材料：zn負(fù)極 電極反應(yīng)：zn失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)2電極反應(yīng)式：zn2e =zn電極材料：cu正極 電極反應(yīng)：得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)電極反應(yīng)式：2h 2e =h2電池反應(yīng)：zn2h =zn h 22(4)電子的流向：電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)流向正極。(5)反應(yīng)本質(zhì)：原電池反應(yīng)的本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。特別提醒原電池工作時(shí)電子的流向與電流

3、的方向相反，即電子由負(fù)極流向正極，而電流是由正極流向負(fù)極。1下列裝置中，哪些能構(gòu)成原電池？其他不能構(gòu)成原電池的原因是什么？. .提示：裝置 d 能構(gòu)成原電池；裝置 a 不能構(gòu)成原電池，原因是酒精為非電解質(zhì)；裝置b不能構(gòu)成原電池，原因是沒(méi)有形成閉合回路；裝置 c 不能構(gòu)成原電池，原因是兩個(gè)電極的金屬活潑性相同。2原電池工作時(shí)，電子和離子分別怎樣移動(dòng)？提示：電子是從負(fù)極經(jīng)過(guò)導(dǎo)線(xiàn)移向正極；在原電池電解質(zhì)溶液中，陽(yáng)離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。1構(gòu)成原電池的條件(1)具有活潑性不同的兩個(gè)電極；(2)兩電極插入電解質(zhì)溶液中；(3)形成閉合回路；(4)能自發(fā)地發(fā)生放熱的氧化還原反應(yīng)。2原電池的工作原理(1

4、)反應(yīng)類(lèi)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(xiàn)流向正極。(3)離子的移動(dòng)方向：陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。3原電池正、負(fù)極的判斷. .4電極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)(1)負(fù)極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)活潑金屬作負(fù)極時(shí)，電極本身被氧化：a若生成的陽(yáng)離子不與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，其產(chǎn)物可直接寫(xiě)為金屬陽(yáng)離子，如：zn2e =zn ，cu2e =cu 。22b若生成的金屬陽(yáng)離子與電解質(zhì)溶液反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為兩反應(yīng)合并后的反應(yīng)式。如 mg-al(koh)原電池，負(fù)極反應(yīng)式為 al3e 4oh =alo 2h o；鉛蓄電池負(fù)極反應(yīng)式：22pb2e so =pbso 。244負(fù)極本身不反

5、應(yīng)時(shí)，常見(jiàn)書(shū)寫(xiě)方法為：氫氧(酸性)燃料電池，負(fù)極反應(yīng)式為 h 2e =2h 。2氫氧(堿性)燃料電池，負(fù)極反應(yīng)式為h 2e 2oh =2h o。22(2)正極反應(yīng)式的書(shū)寫(xiě)首先根據(jù)化合價(jià)變化或氧化性強(qiáng)弱判斷得電子的微粒；其次確定該微粒得電子后變成哪種形式。如氫氧(酸性)燃料電池，正極反應(yīng)式為o 4h 4e =2h o。22氫氧(堿性)燃料電池，正極反應(yīng)式為o 2h o4e =4oh 。22鉛蓄電池正極反應(yīng)式：. .pbo 2e 4h so =pbso 2h o。242421判斷正誤(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”)。(1)原電池是一種電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置()(2)負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)()(3)

6、正極是電子流出極()(4)用導(dǎo)線(xiàn)連接的銅片和鋅片插入到稀 h so 中，鋅片上有大量氣泡產(chǎn)生()242(1)下列裝置屬于原電池的是_。(2)在選出的原電池中，_是負(fù)極，發(fā)生_反應(yīng)，_是正極，該極的現(xiàn)象是_；(3)此原電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)。解析：(1)依據(jù)構(gòu)成原電池的條件判斷，只有符合。(2)在裝置中，較為活潑的金屬鐵作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)：fe2e =fe ；不活潑2的金屬銅作正極，正極上發(fā)生還原反應(yīng)：2h 2e =h ，所以看到的現(xiàn)象是正極產(chǎn)生氣2泡。(3)由上述分析，可確定此原電池的電池總反應(yīng)是 feh so =feso h 。2442答案：(1) (2)fe 氧化 cu 電極上產(chǎn)生氣泡

7、 (3)feh so =feso h 2442原電池原理的應(yīng)用1加快氧化還原反應(yīng)的速率(1)原理：在原電池中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進(jìn)行，使溶液中粒子運(yùn)動(dòng)相互間的干擾減小，使反應(yīng)速率增大。(2)應(yīng)用：實(shí)驗(yàn)室用 zn 和稀 h so (或稀鹽酸)反應(yīng)制 h ，常用粗鋅，它產(chǎn)生 h 的速率快。2242原因是粗鋅中的雜質(zhì)和鋅、稀 h so 形成原電池，加快了鋅的腐蝕，使產(chǎn)生 h 的速率加快。2242比較金屬的活動(dòng)性強(qiáng)弱. .(1)原理：原電池中，一般活動(dòng)性強(qiáng)的金屬為負(fù)極，活動(dòng)性弱的金屬為正極。(2)應(yīng)用：有兩種金屬 a 和 b，用導(dǎo)線(xiàn)連接后插入到稀硫酸中，觀(guān)察到 a 極溶解，b 極上有氣泡產(chǎn)生

8、，由原電池原理可知，金屬活動(dòng)性 ab。3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(電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)離子)在正極上被還原。(2)實(shí)例：以 fecuso =fesocu 為例44裝置材料選擇電極反應(yīng)負(fù)極：fe正極：cu 或 c 等(活潑性比 fe差的金屬或?qū)щ姷氖艟?正極：cu 2e =cu2電解質(zhì)溶液：cuso 溶液41有 a、b、c、d 四個(gè)金屬電極，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：實(shí)驗(yàn)裝置部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象a 極質(zhì)量減小，b b 極有氣體產(chǎn)生， d 極溶解，c 極有 電流從 a 極流向極質(zhì)量增大 c 極無(wú)變化

9、氣體產(chǎn)生 d極由此可判斷這四種金屬的活動(dòng)性順序是()aabcdcdabcbbcdadabdc解析：選 c 裝置一是原電池，a 極質(zhì)量減小，說(shuō)明 a 極金屬失電子形成離子，故 a 極金屬比 b 極金屬活潑；裝置二沒(méi)有形成原電池，可知 b 比 c 活潑，且 c 位于金屬活動(dòng)性順序表中氫的后面；裝置三形成原電池，易知 d 比 c 活潑；裝置四中，電流從 a 極流向 d 極，則電子是從 d 極流向 a 極，知 d 比 a 活潑。因此四種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)?dabc。2鐵及鐵的化合物應(yīng)用廣泛，如 fecl 可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止3血?jiǎng)┑取?1)寫(xiě)出 fecl 溶液腐蝕印刷電路銅板的離子

10、方程式：3_。. .(2)若將(1)中的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，請(qǐng)畫(huà)出原電池的裝置圖，標(biāo)出正、負(fù)極，并寫(xiě)出電極反應(yīng)式。正極反應(yīng)：_；負(fù)極反應(yīng)：_。解析：負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)式為 cu2e =cu ，正極發(fā)生還原反應(yīng)，反應(yīng)式為22fe 2e =2fe 。負(fù)極：cu；正極：c 或鉑；電解質(zhì)溶液：fecl 溶液。233答案：(1)2fe cu=2fe cu232(2)裝置圖正極反應(yīng)：2fe 2e =2fe32負(fù)極反應(yīng)：cu2e =cu2發(fā)展中的化學(xué)電源1干電池(1)鋅錳電池(2)堿性鋅錳電池將鋅錳干電池中的電解質(zhì) nh cl 換成濕的 koh，并在構(gòu)造上作了改進(jìn)。42充電電池充電電池又稱(chēng)二次電池，它在放

11、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，使電池恢復(fù)到放電前的狀態(tài)。(1)鉛蓄電池. .(2)鎳鎘電池正極材料為 nio(oh)，負(fù)極材料為 cd，電解質(zhì)為 koh。(3)鋰離子電池新一代可充電的綠色電池，低功耗電器的主流電源。3燃料電池(1)原理利用原電池的工作原理將燃料和氧化劑反應(yīng)所放出的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。(2)與其他電池的區(qū)別反應(yīng)物由外設(shè)裝備提供，如燃料和氧化劑等。1相對(duì)于普通鋅錳電池來(lái)講，堿性鋅錳電池有什么優(yōu)點(diǎn)？提示：堿性鋅錳電池是將普通鋅錳電池中的 nh cl 換成濕的 koh，這樣可延長(zhǎng)電池的壽4命和提高其性能。2寫(xiě)出氫氧燃料電池反應(yīng)的化學(xué)方程式，由此分析兩極反應(yīng)物分別是

12、什么？提示：在2h o =2ho 反應(yīng)中，化合價(jià)變化hh o，氫由01，oh o，氧由 022222222，h 發(fā)生氧化反應(yīng)，o 發(fā)生還原反應(yīng)，h 為負(fù)極反應(yīng)物，o 為正極反應(yīng)物。22221廢舊電池中的鎘、鎳、汞、鉛等重金屬陽(yáng)離子會(huì)對(duì)土壤和水造成污染，因此，要回收處理。2二次電池可循環(huán)使用，但充、放電次數(shù)仍有限制，有一定的使用壽命。3燃料電池的燃料可隨時(shí)添加，電池可持續(xù)放電，這是其他電池?zé)o法比擬的。4氫氧燃料電池：酸性電池222o 4h 4e =2h oo 4e 2h o=4oh2222電池總反應(yīng)2h o =2ho2221判斷正誤(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”)。(1)手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二

13、次電池(). .(2)鋅錳干電池中，鋅電極是正極()(3)甲烷燃料電池中通入甲烷的一極為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)()(4)廢舊電池需回收集中處理的原因是為了利用電池外殼的金屬材料()2人造衛(wèi)星常用到的一種高能電池銀鋅蓄電池，它在放電時(shí)的電極反應(yīng)為 zn2oh2e =znoh o ag oh o2e =2ag2oh ，據(jù)此判斷氧化銀是()222a負(fù)極，被氧化c負(fù)極，被還原b正極，被還原d正極，被氧化解析：選 b 由電極反應(yīng)式可知，ag o 得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，做原電池的正極。2三級(jí)訓(xùn)練節(jié)節(jié)過(guò)關(guān)1如下圖所示裝置，能夠組成原電池的是()解析：選 c a 項(xiàng)，兩電極材料相同，且不能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，不能組

14、成原電池，錯(cuò)誤；b 項(xiàng)，兩電極材料相同，不能組成原電池，錯(cuò)誤；c 項(xiàng)，裝置為原電池，zn 為負(fù)極，cu為正極，發(fā)生反應(yīng) zncu =zn cu，正確；d 項(xiàng)，乙醇溶液不是電解質(zhì)溶液，不能組22成原電池，錯(cuò)誤。2下列有關(guān)電池的說(shuō)法正確的是(a鉛蓄電池不屬于二次電池)b原電池工作時(shí)一定有氧化還原反應(yīng)發(fā)生c廢舊電池可埋入土壤，作為肥料d氫氧燃料電池，通入氫氣的電極為電池的正極解析：選 b 鉛蓄電池屬于二次電池；原電池工作時(shí)一定有電子轉(zhuǎn)移，一定有氧化還原反應(yīng)發(fā)生；廢舊電池中含重金屬，埋入土壤，會(huì)污染環(huán)境；氫氧燃料電池中通入 h 的電極2為負(fù)極，通入 o 的一極為正極。23.如圖裝置所示，銅片上發(fā)生的反

15、應(yīng)為(azn 2e =zn)2b2h 2e =h2czn2e =zn2dcu 2e =cu2解析：選 b 根據(jù)圖示可知，該裝置為原電池，由于還原性 zncu，所以 zn 是負(fù)極，. .發(fā)生氧化反應(yīng)，cu 是正極，h 在正極上得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式是2h 2e=h。24.如圖是鉛蓄電池構(gòu)造示意圖，下列說(shuō)法不正確的是()a鉛蓄電池，充電時(shí)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能b電池工作時(shí)，電子由 pb 板通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)流向 pbo 板2c電池工作時(shí)，pb 發(fā)生還原反應(yīng)d電池工作時(shí)，h 移向 pbo 板2解析：選 c a 項(xiàng)，鉛蓄電池充電時(shí)把電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，正確；b 項(xiàng)，電池工作時(shí)，電子從負(fù)極經(jīng)外電路流向正極，即電子由 pb 流向 pbo ，正確；c 項(xiàng)，電池中 pb 作負(fù)極，發(fā)2生氧化反應(yīng)，錯(cuò)誤；d 項(xiàng)，電池工作時(shí)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，正確。5把 a、b、c、d 四種金屬按下表中裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。裝置現(xiàn)象二價(jià)金屬 a 不斷溶解c 的質(zhì)量增加a 上有氣體產(chǎn)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答下列問(wèn)題：(1)裝置甲中負(fù)極的電