2020年高中化學(xué)新教材同步必修第二冊 第6章 第一節(jié) 第2課時　化學(xué)反應(yīng)與電能

第2課時化學(xué)反應(yīng)與電能[核心素養(yǎng)發(fā)展目標(biāo)]1.設(shè)計實驗認識構(gòu)成原電池的條件。2.理解原電池的概念及工作原理，能正確判斷原電池的正負極。一、火力發(fā)電——化學(xué)能間接轉(zhuǎn)化為電能1.我國目前電能主要來自火力發(fā)電，其次來自水力發(fā)電。2.火力發(fā)電的原理首先通過化石燃料燃燒，使化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽訜崴怪癁檎羝酝苿诱羝啓C，然后帶動發(fā)電機發(fā)電。3.能量轉(zhuǎn)換過程化學(xué)能eq\o(→,\s\up7(燃料燃燒))熱能eq\o(→,\s\up7(蒸汽輪機))機械能eq\o(→,\s\up7(發(fā)電機))電能燃煤發(fā)電是目前我國主要的火力發(fā)電形式，思考回答下列問題：(1)寫出碳完全燃燒的化學(xué)方程式并用雙線橋標(biāo)出上述反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目：________________。(2)上述燃燒反應(yīng)中發(fā)生氧化反應(yīng)的是________，氧化劑是________。(3)碳燃燒過程中化學(xué)能主要轉(zhuǎn)變?yōu)開_______能和________能。(4)試從資源、能效、對環(huán)境的影響等方面，闡述火力發(fā)電的弊端有哪些？________________________________________________________________________。答案(1)(2)碳氧氣(3)熱光(4)①化石燃料屬于不可再生資源，用化石燃料發(fā)電會造成資源的浪費；②火力發(fā)電的過程中，能量經(jīng)過多次轉(zhuǎn)化，利用率低，能量損失大；③化石燃料燃燒會產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)(如SO2、CO、NO2、粉塵等)，污染環(huán)境二、原電池——化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能1.實驗探究實驗操作實驗現(xiàn)象原因解釋(1)Zn片：鋅片溶解，表面產(chǎn)生無色氣泡Cu片：無變化反應(yīng)的離子方程式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑Cu片表面無明顯變化的原因：銅排在金屬活動性順序表氫的后面，不能從酸溶液中置換出氫氣(2)Zn片是否溶解：溶解Cu片上是否有氣泡：有氣泡電流表A指針偏轉(zhuǎn)電流表指針偏轉(zhuǎn)說明：導(dǎo)線中有電流Cu片上有氣泡說明：溶液中的氫離子在銅片表面獲得電子發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，從銅片上放出2.原電池的概念原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置；原電池的反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。3.原電池的工作原理(1)分析下圖并填空原電池總反應(yīng)式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑。(2)能量轉(zhuǎn)化：化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?.原電池的構(gòu)成條件理論上，放熱的氧化還原反應(yīng)均可構(gòu)成原電池。裝置條件：(1)具有活動性不同的兩個電極(金屬與金屬或金屬與能導(dǎo)電的非金屬)。(2)溶液：兩電極均插入電解質(zhì)溶液中。(3)導(dǎo)線：兩電極用導(dǎo)線相連，形成閉合回路。(1)火力發(fā)電是化學(xué)能間接轉(zhuǎn)化為電能的過程()(2)HCl＋NaOH=NaCl＋H2O是放熱反應(yīng)，可以設(shè)計成原電池()(3)將銅片和鋅片用導(dǎo)線連接插入酒精中，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)()(4)在銅—鋅—稀硫酸原電池中，電子由鋅通過導(dǎo)線流向銅，再由銅通過電解質(zhì)溶液到達鋅()(5)原電池中陽離子向正極移動()(6)原電池中的負極反應(yīng)一定是電極材料失電子()答案(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)×1.(原電池的構(gòu)成條件)下列裝置中能夠組成原電池的是________(填序號)，其他不能構(gòu)成原電池的試分別說明理由：________________________________。答案③⑤①只有一個電極，②中兩個電極的活潑性相同，④中為非電解質(zhì)溶液，不能導(dǎo)電，⑥電解質(zhì)溶液(內(nèi)電路)未形成閉合回路原電池的判定方法一看反應(yīng)原理(能否自發(fā)地進行氧化還原反應(yīng))；二看構(gòu)成條件(兩極一液成回路：兩個活潑性不同的電極，插入電解質(zhì)溶液中，裝置形成閉合回路)。2.(電極名稱的判斷)根據(jù)原電池原理，結(jié)合裝置圖，按要求解答問題：(1)若X為Zn，Y為硫酸銅溶液，則X為________(填電極名稱)，判斷依據(jù)________________；銅電極的名稱是________，溶液中的Cu2＋移向________(填“Cu”或“X”)電極。(2)若X為銀，Y為硝酸銀溶液，則X為________(填電極名稱)，判斷依據(jù)________________；銅電極的名稱是________，溶液中的Ag＋移向________(填“Cu”或“X”)電極。(3)若X為Fe，Y為濃硝酸，則Cu為________(填電極名稱)，銅電極可能觀察到的現(xiàn)象是________________；X電極的名稱是________________。答案(1)負極鋅的活潑性比銅強(或Zn的還原性比Cu強)正極Cu(2)正極銅的活潑性比銀強(或Cu的還原性比Ag強)負極X(3)負極銅電極逐漸溶解，溶液變藍正極3.利用原電池原理可比較金屬的活潑性，原電池中，作負極的金屬活動性一般比作正極的金屬活動性強。結(jié)合相關(guān)知識解答下列問題。由A、B、C三種金屬按表中裝置進行實驗：裝置甲乙現(xiàn)象A不斷溶解，B上產(chǎn)生氣泡C的質(zhì)量增加，B的質(zhì)量減輕(1)在甲中，金屬片________(填“A”或“B”)發(fā)生氧化反應(yīng)。(2)在乙中，金屬片________(填“B”或“C”)作負極。(3)如果把B、C用導(dǎo)線連接后同時浸入稀硫酸溶液中，有一電極產(chǎn)生氣泡。則金屬片________(填“B”或“C”)上有氣泡產(chǎn)生。(4)上述三種金屬的活動性順序是________。答案(1)A(2)B(3)C(4)A＞B＞C提醒：利用原電池還可加快化學(xué)反應(yīng)，如：在用Zn和稀硫酸反應(yīng)制取H2時，滴加少量CuSO4溶液，可加快Zn與稀硫酸反應(yīng)制取H2的速率。1.下列設(shè)備工作時，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是()ABCD鋰離子電池太陽能集熱器燃氣灶硅太陽能電池答案A解析A項，鋰離子電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，故正確；B項，太陽能集熱器是把太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，故錯誤；C項，燃燒是放熱反應(yīng)，是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，故錯誤；D項，硅太陽能電池是把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，故錯誤。2.下列裝置能形成原電池的是()A.①②③⑦ B.①②⑤⑥C.①②③④ D.①②③⑥⑦答案A解析根據(jù)構(gòu)成原電池的“兩極一液一線一反應(yīng)”判斷，裝置④不能形成閉合回路；裝置⑤不具有兩個活動性不同的電極，只能發(fā)生氧化還原反應(yīng)；裝置⑥中酒精不是電解質(zhì)溶液。3.如圖所示，下列對于該原電池的敘述正確的是()A.銅是負極，銅片上有氣泡產(chǎn)生B.銅片質(zhì)量逐漸減小C.電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片D.氫離子在銅片表面被還原答案D解析由圖可知，Zn為原電池負極，失去電子被氧化，電子經(jīng)導(dǎo)線流向正極銅電極；溶液中的氫離子在正極得到電子而被還原為H2；電子流向與電流方向相反。4.某原電池的離子方程式是Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，該原電池正確的組成是()選項正極負極電解質(zhì)溶液ACuZnHClBZnCuCuSO4CCuZnCuSO4DCuZnZnCl2答案C解析將Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu拆開兩個半反應(yīng)：氧化反應(yīng)(負極反應(yīng))：Zn－2e－=Zn2＋。還原反應(yīng)(正極反應(yīng))：Cu2＋＋2e－=Cu。則電池的負極是Zn，正極是比鋅不活潑的金屬或能導(dǎo)電的非金屬，電解質(zhì)溶液中含Cu2＋。課時對點練A組基礎(chǔ)對點練題組一獲取電能的途徑1.下列敘述不正確的是()A.用天然氣火力發(fā)電時，每一步都需要化學(xué)反應(yīng)來完成B.利用太陽能等清潔能源代替化石燃料，有利于節(jié)約資源，保護環(huán)境C.原電池反應(yīng)一定為氧化還原反應(yīng)D.在火力發(fā)電時，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的過程實際上是氧化還原反應(yīng)發(fā)生的過程，伴隨著能量的變化答案A解析火力發(fā)電的過程包括，化學(xué)能eq\o(→,\s\up7(燃料燃燒))熱能eq\o(→,\s\up7(蒸汽輪機))機械能eq\o(→,\s\up7(發(fā)電機))電能，后兩個階段都未發(fā)生化學(xué)變化。題組二原電池概念及構(gòu)成2.下面是四個化學(xué)反應(yīng)，你認為理論上不可用于設(shè)計原電池的化學(xué)反應(yīng)是()A.Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2AgB.Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2OC.Zn＋CuSO4=Cu＋ZnSO4D.C＋CO2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO答案D解析D是吸熱的氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)過程中吸收能量，不能設(shè)計為原電池。3.(2018·長春外國語學(xué)校月考)下列關(guān)于原電池的敘述中，不正確的是()A.原電池的負極發(fā)生的反應(yīng)是氧化反應(yīng)B.原電池的電極只能由兩種不同的金屬構(gòu)成C.原電池能將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔蹹.原電池中電子流入的一極是正極答案B解析原電池的負極失去電子被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)，A正確；構(gòu)成原電池正負極的材料不一定是兩種不同的金屬，可能是非金屬和金屬，B錯誤；根據(jù)原電池的工作原理，原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，C正確；原電池放電時，電子轉(zhuǎn)移的方向是從負極沿導(dǎo)線流向正極，所以正極為電子流入的電極，D正確。4.下列各組的電極材料和電解液，不能組成原電池的是()A.銅片、石墨棒、蔗糖溶液B.鋅片、石墨棒、硫酸銅溶液C.鋅片、銅片、稀鹽酸D.銅片、銀片、硝酸銀溶液答案A解析蔗糖為非電解質(zhì)。5.下列裝置可以構(gòu)成原電池的是()答案C題組三原電池的原理及應(yīng)用6.下圖是原電池示意圖。當(dāng)該電池工作時，下列描述不正確的是()A.溶液由無色逐漸變?yōu)樗{色B.銅片表面有氣泡C.電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)D.鋅是負極，其質(zhì)量逐漸減小答案A解析因Zn的活潑性大于Cu，則Zn為負極，Cu為正極，Cu不能反應(yīng)生成Cu2＋，所以溶液不會變?yōu)樗{色，故A錯誤；Cu為正極，H＋在Cu電極上得電子生成氫氣，所以銅片表面有氣泡產(chǎn)生，故B正確；在該原電池中，Zn失去電子、電子由Zn片經(jīng)導(dǎo)線流向Cu片，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故C正確；Zn為負極，Zn失去電子生成Zn2＋，其質(zhì)量逐漸減小，故D正確。7.某原電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu，下列有關(guān)描述正確的是()A.Fe為正極B.Cu為負極C.負極發(fā)生還原反應(yīng)D.電解質(zhì)溶液是CuSO4溶液答案D解析根據(jù)金屬活動順序表知，鐵比銅活潑，結(jié)合原電池原理知，鐵作負極，銅作正極，負極上電極材料失電子變成離子進入溶液，發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上，溶液中銅離子得電子生成銅單質(zhì)，發(fā)生還原反應(yīng)，電解質(zhì)溶液是CuSO4溶液，故A、B、C錯誤，D正確。8.(2019·山東城陽第三高級中學(xué)高一期中)A、B、C都是金屬，B中混有C時，只有C能被鹽酸溶解；A、B與稀硫酸組成原電池時，A為電池的正極。A、B、C三種金屬的活動性順序為()A.A＞B＞C B.A＞C＞BC.C＞B＞A D.B＞C＞A答案C解析B中混有C，只有C能被鹽酸溶解，根據(jù)金屬活動順序表，推出C比B活潑，A、B與稀硫酸構(gòu)成原電池，A為正極，則B為負極，根據(jù)原電池工作原理，推出B比A活潑，綜上所述，金屬活動性大小順序是C＞B＞A，故C正確。9.如圖是某同學(xué)學(xué)習(xí)原電池后整理的學(xué)習(xí)筆記，錯誤的是()A.①電子流動方向 B.②電流方向C.③電極反應(yīng) D.④溶液中離子移動方向答案B解析鋅為負極，銅為正極，電子由鋅片流向銅片，A正確；電流與電子運動方向相反，則電流由銅片經(jīng)導(dǎo)線流向鋅片，B錯誤；鋅失電子生成鋅離子，H＋在銅片上得電子被還原生成H2逸出，C正確；原電池工作時，陰離子移向負極，陽離子移向正極，D正確。10.某同學(xué)為了探究原電池產(chǎn)生電流的過程，設(shè)計了如圖實驗。(1)打開K，觀察到的現(xiàn)象為__________________________________________________。(2)關(guān)閉K，觀察到的現(xiàn)象是__________________________________________________。此電池的負極的電極反應(yīng)式為________________________________________________?？偡磻?yīng)式為________________________________________________________________。(3)關(guān)閉K，溶液中陽離子向________(填“Zn”或“C”)極移動，外電路中，電子流動方向是________________________________________________________________________。答案(1)鋅棒上附著有紅色固體(2)碳棒上附著有紅色固體Zn－2e－=Zn2＋Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu(3)CZn→C(或負極→正極)解析(1)打開K，鋅與硫酸銅接觸，置換出銅，所以可以看到鋅棒上附著有紅色固體。(2)關(guān)閉K，形成原電池，鋅作負極，碳作正極，溶液中的銅離子在碳棒上得到電子生成銅，看到碳棒上附著有紅色固體；其正極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－=Cu；負極反應(yīng)為Zn－2e－=Zn2＋；總反應(yīng)為Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu。(3)關(guān)閉K，溶液中的陽離子向正極移動，即向碳棒移動，電子從鋅出來經(jīng)過導(dǎo)線流向碳。B組綜合強化練1.美國化學(xué)家諾塞拉研制出一種可以將水分解成氫氣和氧氣的催化劑，這將使氫氣生產(chǎn)成為可能，并使太陽能使用步入新的時代，被稱為“水發(fā)電技術(shù)”。下列有關(guān)說法正確的是()A.“水發(fā)電技術(shù)”是指水分解生成氫氣和氧氣，同時放出能量來發(fā)電B.“水發(fā)電技術(shù)”可實現(xiàn)發(fā)電過程中的零污染物排放C.若水分解產(chǎn)生的H2、O2分別通入燃料電池的兩極，通H2的電極上發(fā)生還原反應(yīng)D.“水發(fā)電技術(shù)”的能量轉(zhuǎn)換形式為：化學(xué)能→電能→熱能答案B解析水分解的過程是吸熱過程，選項A錯誤；“水發(fā)電技術(shù)”可實現(xiàn)發(fā)電過程中的零污染物排放，選項B正確；“水發(fā)電技術(shù)”的能量轉(zhuǎn)換形式為太陽能→化學(xué)能→電能，選項D錯誤；氫氧燃料電池中，通H2的為電源負極，失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，選項C錯誤。2.下列有關(guān)原電池的說法正確的是()A.將反應(yīng)2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋設(shè)計為原電池，則可用Zn為負極，F(xiàn)e為正極，F(xiàn)eCl3為電解質(zhì)B.銅片和鋁片用導(dǎo)線連接后插入濃硝酸中，銅作負極C.銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極D.鋁片和鎂片用導(dǎo)線連接后插入NaOH溶液中，Mg較活潑作負極答案B解析Fe作負極，活潑性比Fe弱的作正極，所以不能用Zn作負極，故A錯誤；Al遇到濃硝酸會鈍化，Cu與濃硝酸反應(yīng)，Cu作負極，故B正確；電子由負極(鋅)流向正極(銅)，故C錯誤；由Al、Mg、NaOH組成的原電池，Al作負極失電子生成AlOeq\o\al(－,2)，故D錯誤。3.(2019·長沙高一下學(xué)期期中)如圖所示，兩電極一極為碳棒，一極為鐵片，若電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且a極上有大量氣泡生成，則以下敘述正確的是()A.a為負極，是鐵片，燒杯中的溶液為硫酸B.b為負極，是鐵片，燒杯中的溶液為硫酸銅溶液C.a為正極，是碳棒，燒杯中的溶液為硫酸D.b為正極，是碳棒，燒杯中的溶液為硫酸銅溶液答案C解析Fe、C形成的原電池中，負極鐵失去電子，變成Fe2＋，由于a極上有大量氣泡生成，所以正極(C)電極反應(yīng)：2H＋＋2e－=H2↑，a為正極，是碳棒；b為負極，是鐵片；電解質(zhì)溶液為硫酸。4.(2019·醴陵市期中)如圖所示的原電池裝置，X、Y為兩電極，電解質(zhì)溶液為稀硫酸，外電路中的電子流向如圖所示，對此裝置的下列說法正確的是()A.外電路的電流方向為：X→外電路→YB.若兩電極分別為Zn和石墨棒，則X為石墨棒，Y為ZnC.SOeq\o\al(2－,4)移向X電極，Y電極上有氫氣產(chǎn)生D.X極上發(fā)生的是還原反應(yīng)，Y極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)答案C解析由外電路中的電子流向可知，X為負極，Y為正極，由圖可知電子的流動方向是X→外電路→Y，則電流的方向應(yīng)該是Y→外電路→X，故A錯誤；X為原電池的負極，Y為正極，則X應(yīng)為Zn，故B錯誤；X為負極，Y電極上生成氫氣，SOeq\o\al(2－,4)移錯誤。5.(2019·白山市第十九中學(xué)高一期中)a、b的活動性均比氫強，a還可以從b的硝酸鹽中置換出b。將a、b用導(dǎo)線相連放入CuSO4溶液中，下列敘述中不正確的是()A.導(dǎo)線上有電流，電流方向由a到bB.a極質(zhì)量減少，b極質(zhì)量增加C.b棒上析出氫氣D.a棒發(fā)生氧化反應(yīng)，b棒發(fā)生還原反應(yīng)答案A解析將a、b用導(dǎo)線相連放入CuSO4溶液中，構(gòu)成原電池，a是負極，b是正極，導(dǎo)線上有電流，電流方向由b到a，故A錯誤；在原電池中，負極a發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，質(zhì)量減輕，不活潑金屬b為正極，發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，質(zhì)量增加或者是產(chǎn)生氫氣，故B、C正確；在原電池中，負極a發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，正極b極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)，故D正確；選A。6.汽車廣泛使用的鉛蓄電池的兩極分別為Pb、PbO2，電解液為硫酸，工作時，電極反應(yīng)分別是：Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4，PbO2＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,