化學(xué)反應(yīng)與能量

1、第二章 化學(xué)反應(yīng)與能量 復(fù)習(xí)重點(diǎn)：初步認(rèn)識原電池概念、原理、組成及應(yīng)用。復(fù)習(xí)難點(diǎn)：通過對原電池實(shí)驗(yàn)的探究，引導(dǎo)學(xué)生從電子轉(zhuǎn)移角度理解化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化的本質(zhì)以及這種轉(zhuǎn)化的綜合利用價(jià)值。知識梳理一、化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化1、原電池：(1)概念：。 (2)工作原理：負(fù)極：電子（化合價(jià)），發(fā)生反應(yīng) 正極：電子（化合價(jià)），發(fā)生反應(yīng) (3) 原電池的構(gòu)成條件 ：關(guān)鍵是能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)能形成原電池，a. 有作電極； b. 電極均插入；c. 兩電極形成閉合回路。(4)原電池正、負(fù)極的判斷：負(fù)極：的電極（較的金屬），金屬化合價(jià)；正極：電子的電極（較的金屬、石墨等）：元素化合價(jià) 。2、金屬活潑性的判斷：

2、(1)金屬活動(dòng)性順序表;(2)原電池的負(fù)極（電子流出的電極，質(zhì)量減少的電極）的金屬更活潑 ； (3)原電池的正極（電子流入的電極，質(zhì)量不變或增加的電極，冒氣泡的電極）為較不活潑金屬 3 原電池的電極反應(yīng)： (1) 負(fù)極反應(yīng)：XneXn (2) 正極反應(yīng)：溶液中的陽離子得電子的還原反應(yīng) 二、原電池的設(shè)計(jì)： 根據(jù)電池反應(yīng)設(shè)計(jì)原電池：（三部分導(dǎo)線） (1)負(fù)極為的金屬（即化合價(jià)的物質(zhì)）； (2)正極為的金屬或； (3) 電解質(zhì)溶液含有離子（即化合價(jià)的物質(zhì)）。 三、金屬的電化學(xué)腐蝕 (1)不純的金屬（或合金）在電解質(zhì)溶液中的腐蝕，關(guān)鍵形成了，加速了金屬腐蝕。(2) 金屬腐蝕的防護(hù)： 改變金屬內(nèi)部組成結(jié)

3、構(gòu)，可以增強(qiáng)金屬耐腐蝕的能力。如：不銹鋼。在金屬表面覆蓋一層保護(hù)層，以斷絕金屬與外界物質(zhì)接觸，達(dá)到耐腐蝕的效果。（油脂、油漆、搪瓷、塑料、電鍍金屬、氧化成致密的氧化膜）。 電化學(xué)保護(hù)法：犧牲活潑金屬保護(hù)法，外加電流保護(hù)法。 四、發(fā)展中的化學(xué)電源 1、干電池（鋅錳電池） 負(fù)極：；正極(石墨)：2NH4 +2e-=2NH3+H2OH2+2MnO2=Mn2O3+H2O 4NH3+Zn2= Zn(NH3)42總反應(yīng)式：；2. 充電電池 (1)鉛蓄電池： 鉛蓄電池充電和放電的總化學(xué)方程式 放電時(shí)電極反應(yīng)： 負(fù)極：Pb + SO42-2e-PbSO4 正極：； (2)氫氧燃料電池：它是一種高效、不污染環(huán)境

4、的發(fā)電裝置。它的電極材料一般為活性電極，具有很強(qiáng)的催化活性，如鉑電極，活性炭電極等。 總反應(yīng)：2H2 + O22H2O 電極反應(yīng)為（電解質(zhì)溶液為KOH溶液） 負(fù)極：；正極：；疑難點(diǎn)撥一、原電池的正、負(fù)極的判斷方法： 1、由組成原電池的兩極的電極材料判斷。一般是活潑的金屬是負(fù)極，活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬是正極。注意：如Mg、Al與NaOH溶液形成原電池；Fe、Cu與濃硝酸形成原電池。都是相對不活潑金屬作負(fù)極。 2、根據(jù)電流方向或電子流動(dòng)方向判斷。電流是由正極流向負(fù)極，電子流動(dòng)方向是由負(fù)極流向正極。 3、根據(jù)原電池里電解質(zhì)溶液內(nèi)離子的定向流動(dòng)方向判斷。在原電池的電解質(zhì)溶液內(nèi)，陽離子移向的極

5、是正極，陰離子流向的極為負(fù)極。 4、根據(jù)原電池兩極發(fā)生的變化來判斷。原電池的負(fù)極總是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極總是得電子發(fā)生還原反應(yīng)。 二、原電池電極反應(yīng)的書寫方法原電池反應(yīng)所依托的化學(xué)反應(yīng)原理是氧化還原反應(yīng)，書寫電極反應(yīng)的方法歸納如下：1、寫出總化學(xué)反應(yīng)方程式（即氧化還原反應(yīng)方程式）；2、根據(jù)總反應(yīng)方程式從電子得失（或元素化合價(jià)升降）的角度，將總反應(yīng)分成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)；3、氧化反應(yīng)在負(fù)極發(fā)生，還原反應(yīng)在正極發(fā)生，注意介質(zhì)可能參與反應(yīng)；4、驗(yàn)證；兩電極反應(yīng)式相加所得式子和原化學(xué)方程式相同，則書寫正確。典例剖析【例1】把a(bǔ)、b、c、d四塊金屬浸入稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連組成原電池，若a、b相連

6、時(shí)，a為負(fù)極；c、d相連時(shí)，電流由d到c；a、c相連時(shí)， c極上產(chǎn)生大量氣泡；b、d相連時(shí)，b上有大量氣泡產(chǎn)生，則四種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)?Aabcd B.acdb C.cabd D.bdca解析：根據(jù)原電池原理：作為負(fù)極的金屬活動(dòng)性比正極的金屬活動(dòng)性強(qiáng)，電子流動(dòng)方向是由負(fù)極流向正極，電流方向與電子流動(dòng)方向相反，因此依次作出判斷：活潑性ab;cd;ac;db。答案為B。【例2】在用Zn片、Cu片和稀硫酸組成的原電池裝置中，經(jīng)過一段時(shí)間工作后，下列說法正確的是 A鋅片是正極，銅片上有氣泡產(chǎn)生 B電流方向是從鋅片流向銅片C溶液中硫酸的物質(zhì)的量濃度減小 D電解質(zhì)溶液的pH保持不變解析：活潑金屬鋅為負(fù)極

7、，電流方向由正極到負(fù)極，與電子流動(dòng)方向相反，隨著H+消耗，pH逐漸增大。答案為C【例3】美國阿波羅宇宙飛船上使用的氫氧燃料電池是一種新型的化學(xué)電源，其構(gòu)造如圖所示：a、b兩個(gè)電極均由多孔碳制成，通入的氣體由孔隙中逸出，并在電極表面放電。(1)a是_極，b是_極電極反應(yīng)式分別是_、_。(2)飛船上宇航員的生活用水由燃料電池提供已知這種電池發(fā)1度電能生成350g水，試計(jì)算能量的轉(zhuǎn)化率。（已知： 2H2（g）O2（g）2H2O（1）；572kJ/mol）（3）這種電池的輸出電壓為1.2V，用它使標(biāo)有“1.2V 1.5W”的小燈泡發(fā)光1h，需要消耗標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的 H2多少升？解析：(1)a中的 H2失去

8、電子被氧化，是負(fù)極；b中的 O2得到電子被還原，是正極兩電極的反應(yīng)分別是：(2)由方程式： 2H2（g）O2（g）2H2O（1）；572kJ/mol可知，發(fā)生350g液態(tài)水放出的熱量為：kJ這過程中產(chǎn)生的電能是1度，即 kJ，因此能量轉(zhuǎn)化率為： (3)1.5W燈泡連續(xù)發(fā)光1h，消耗的電能： ，產(chǎn)生這些電能需要消耗化學(xué)能： 這過程中消耗標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氫氣的體積： L【例4】1991年我國首創(chuàng)以鋁空氣海水電池作為能源的新型海水標(biāo)志燈，以海水為電解質(zhì)，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流，只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會(huì)發(fā)出耀眼的白光，其總反應(yīng)方程式為：4Al + 3O2 + 6H2O = 4Al(OH

9、)3,則該電源的負(fù)極材料為 ，正極材料為 ，負(fù)極反應(yīng) 正極反應(yīng) 。解析：Al 、O2（空氣）之間的氧化還原反應(yīng)為：4Al + 3O2 = Al2O3.將該反應(yīng)與原電池原理、鋁的導(dǎo)電性等知識進(jìn)行綜合分析可知，鋁既是負(fù)極產(chǎn)物，又是反應(yīng)材料，O2是正極反應(yīng)物，正極材料應(yīng)該選擇還原性比鋁弱的導(dǎo)電性強(qiáng)的材料，如石墨等鋁、O2的氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)分別為：Al 3e- = Al3+,O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-答案：鋁 石墨 負(fù)極反應(yīng)：Al 3e- = Al3+，O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-【例5】（2005年江蘇高考化學(xué)題）高鐵電池是一種新型可充電電池，與普通高能電池相比，

10、該電池能長時(shí)間保持穩(wěn)定的放電電壓。高鐵電池的總反應(yīng)為：3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2 + 2Fe(OH)3 + 4KOH,下列敘述不正確的是A放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為：Zn-2e+2OH=Zn(OH)2B充電時(shí)陽極反應(yīng)為：Fe(OH)3 -3e+ 5OH=FeO42+ 4H2OC放電時(shí)每轉(zhuǎn)移3mol電子，正極有1molK2FeO4被氧化D放電時(shí)正極附近溶液的堿性增強(qiáng)解析：高鐵電池放電(原電池)時(shí)的負(fù)極反應(yīng)為3Zn+6OH-6e=3Zn(OH)2，正極反應(yīng)為2FeO42+8H2O+6e=2Fe(OH)3+10OH；充電(電解池)時(shí)的陰極反應(yīng)為3Zn(OH)2+6e=3Zn+6OH，陽

11、極反應(yīng)為2Fe(OH)3+10OH-6e=2FeO42+8H2O。從而不難分析出答案為C。知能訓(xùn)練一、選擇題1隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，廢電池必須進(jìn)行集中處理的問題被提到議事日程，其首要原因是A利用電池外殼的金屬材料 B防止電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水源的污染C不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品 D回收其中石墨電極2廢電池處理不當(dāng)不僅造成浪費(fèi)，還會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，對人體健康也存在極大的危害。有同學(xué)想變廢為寶，他的以下想法你認(rèn)為不正確的是A把鋅皮取下洗凈用于實(shí)驗(yàn)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電池內(nèi)部填有氯化銨等化學(xué)物質(zhì)，將廢電池中的黑色糊狀物作化肥用

12、3、下列變化中屬于原電池的是 A.在空氣中金屬鋁表面迅速氧化形成保護(hù)層B.白鐵(鍍鋅)表面有劃損時(shí),也能阻止鐵被氧化C.紅熱的鐵絲與水接觸表面形成藍(lán)黑色保護(hù)層D.鐵與稀硫酸反應(yīng)時(shí),加入少量硫酸銅溶液時(shí),可使反應(yīng)加速4、實(shí)驗(yàn)室中欲制氫氣,最好的方法是 A.純鋅與稀硫酸反應(yīng) B.純鋅與濃硫酸反應(yīng)C.純鋅與稀鹽酸反應(yīng) D.粗鋅(含鉛、銅雜質(zhì))與稀硫酸反應(yīng) 5、鐵制品上的鉚釘應(yīng)該選用下列哪些材料制成A.鋁鉚釘 B.銅鉚釘 C.鋅鉚釘 D.錫鉚釘6、由銅、鋅和稀硫酸組成的原電池工作時(shí)，電解質(zhì)溶液的pH怎樣變化 A不變 B.先變小后變大 C.逐漸變大 D.逐漸變小7、對銅-鋅-稀硫酸構(gòu)成的原電池中,當(dāng)導(dǎo)線

13、中有1mol電子通過時(shí),理論上的兩極變化是鋅片溶解了32.5g鋅片增重了32.5g銅片上析出1g H2銅片上析出1molH2A. B. C. D. 8、 X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硝酸鹽溶液中，X的表面有Z析出，X與Y組成的原電池時(shí)，Y為電池的負(fù)極，則X、Y、Z三種金屬的活動(dòng)順序?yàn)?A.X Y Z B. X Z Y C. Y X Z D. Y Z X9、將銅棒和鋁棒用導(dǎo)線連接后插入濃硝酸溶液中，下列敘述正確的是 A.該裝置能形成原電池，其中鋁是負(fù)極 B該裝置能形成原電池，其中銅是負(fù)極C該裝置不能形成原電池 D.以上說法均不正確10、堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛使用，

14、鋅-錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)為：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)下列說法錯(cuò)誤的是 A電池工作時(shí)，鋅失去電子B電池正極的電極反應(yīng)式為：2MnO2(s)+H2O(l)+2e-Mn2O3(s)+2OH-(aq)C電池工作時(shí)，電子由正極通過外電路流向負(fù)極D外電路中每通過0.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5g11、微型鋰電池可作植入某些心臟病人體內(nèi)的心臟起博器所用的電源，這種電池中的電解質(zhì)是固體電解質(zhì)LiI，其中的導(dǎo)電離子是I-.下列有關(guān)說法正確的是 A正極反應(yīng)：2Li - 2e- = 2Li B負(fù)極反應(yīng)：I2 + 2e- = 2

15、I-C總反應(yīng)是：2Li + I2 = 2LiI D金屬鋰作正極12、某原電池總反應(yīng)離子方程式為2Fe3 + Fe = 3Fe2能實(shí)現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是 A.正極為銅，負(fù)極為鐵，電解質(zhì)溶液為FeCl3溶液B.正極為銅，負(fù)極為鐵，電解質(zhì)溶液為Fe(NO3)2溶液C.正極為鐵，負(fù)極為鋅，電解質(zhì)溶液為Fe2(SO4)3D.正極為銀，負(fù)極為鐵，電解質(zhì)溶液為CuSO413、鋅錳干電池在放電時(shí)，電池總反應(yīng)方程式可以表示為：Zn + 2MnO2 + 2NH4 = Zn2 + Mn2O3 + 2NH3 + H2O在此電池放電時(shí)，正極（碳棒）上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)是 A. Zn B. 碳棒 C. MnO2 和NH4 D.

16、 Zn2 和NH4 14、氫氧燃料電池用于航天飛船，電極反應(yīng)產(chǎn)生的水，經(jīng)過冷凝后可用作航天員的飲用水，其電極反應(yīng)如下：負(fù)極：2H2 + 4OH- - 4e- = 4H2O 正極：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH，當(dāng)?shù)玫?.8L飲用水時(shí)，電池內(nèi)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)約為 二、填空題15、將鋅片和銅片插入某種電解質(zhì)溶液,鋅片和銅片用導(dǎo)線相連,形成原電池裝置。 (1)若電解質(zhì)溶液是稀硫酸,則發(fā)生氧化反應(yīng)的是 極(“鋅”、“銅”),銅極發(fā)生的反應(yīng)是 ,該電池的總反應(yīng)方程式是 。(2)若電解質(zhì)溶液是硫酸銅溶液,在導(dǎo)線中電子是由 極流向 極,銅極上反應(yīng)的電極反應(yīng)方程式是 ,該電池總反應(yīng)方程式是 。16、某

17、同學(xué)想測定A、B、C三種金屬活動(dòng)順序,他把這三種金屬放到相同物質(zhì)的量濃度的鹽酸中,反應(yīng)速率都較慢,不易分辨出三者差異,現(xiàn)只有鹽酸一種化學(xué)試劑,應(yīng)該用什么方法迅速測出三種金屬的活動(dòng)性順序?17、市場上出售的“熱敷袋”其中主要成分是鐵屑、碳粉和少量的NaCl、水等.熱敷袋在啟用前用塑料袋使之與空氣隔絕,啟用時(shí),打開塑料袋輕輕揉搓,就會(huì)放出熱量,使用完后,會(huì)發(fā)現(xiàn)袋內(nèi)有許多鐵銹生成,回答:(1)熱敷袋放出的熱量來源于 放出的熱量.(1)碳粉的作用是 .(3)加入NaCl的作用是 .(4)寫出有關(guān)的電極反應(yīng)式和化學(xué)方程式 .18、請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)原電池,其總反應(yīng)為:Zn + 2FeCl3 ZnCl2 + 2F

18、eCl2。19有A、B兩種金屬分別與鹽酸反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣的速率相近。怎樣設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明A、B兩種金屬的活動(dòng)性？（畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖）三、計(jì)算題20在由銅片、鋅片和200 mL稀硫酸組成的原電池中，若鋅片只發(fā)生電化學(xué)腐蝕，當(dāng)在銅片上放出3.36 L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的H2時(shí)，硫酸恰好用完，則：(1)產(chǎn)生這些氣體消耗的鋅的質(zhì)量是多少？(2) 通過導(dǎo)線的電子的物質(zhì)的量是多少？(3)原稀硫酸的物質(zhì)的量濃度是多少？參考答案：1.B 2.D 3.BD 4.D 5.AC 6.C 7.A 8.C 9.B 10.C 11.C 12.A 13.C 14.D15.(1) 鋅 2H 2e- = H2 Zn 2H = Zn2 H2 (2)鋅 銅 Cu2 2e- = Cu Zn Cu2 = Zn2 Cu16.將A、B、C三種金屬兩兩連接起來，放入鹽酸溶液中，觀察哪種金屬上