苏教版高中化学选修4第2讲化学能与电能的转化学生版.docx

1、苏教版高中化学选修4第2讲化学能与电能的转化学生版化学能与电能的转化_1.理解原电池的工作原理.2.了解化学电源.3.理解电解池的工作原理.一、原电池: 1. 概念:化学能转化为电能的装置叫做原电池. 2. 组成条件:两个活泼性不同的电极 电解质溶液 电极用导线相连并插入电解液构成闭合回路3. 电子流向:外电路: 负极导线正极 内电路:盐桥中阴离子移向负极的电解质溶液,盐桥中阳离子移向正极的电解质溶液. 4. 电极反应:以锌铜原电池为例:负极: 氧化反应: Zn2eZn2 （较活泼金属）正极: 还原反应: 2H2eH2 （较不活泼金属）总反应式: Zn+2H+=Zn2+H2 5. 正、负极的判

2、断: （1）从电极材料:一般较活泼金属为负极；或金属为负极,非金属为正极.（2）从电子的流动方向:负极流入正极 （3）从电流方向:正极流入负极 （4）根据电解质溶液内离子的移动方向:阳离子流向正极,阴离子流向负极 （5）根据实验现象溶解的一极为负极增重或有气泡一极为正极 二、一次电池 1. 常见一次电池:碱性锌锰电池、锌银电池、锂电池等三、二次电池1. 二次电池:放电后可以再充电使活性物质获得再生,可以多次重复使用,又叫充电电池或蓄电池.2. 电极反应:铅蓄电池 放电:负极（铅）: Pb2e PbSO4 正极（氧化铅）: PbO24H+2e PbSO42H2O 充电:阴极: PbSO42H2O

3、2e PbO24H+阳极: PbSO42e Pb 两式可以写成一个可逆反应: PbO2Pb2H2SO4 2PbSO42H2O 3. 目前已开发出新型蓄电池:银锌电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池、聚合物锂离子电池四、燃料电池 1. 燃料电池: 是使燃料与氧化剂反应直接产生电流的一种原电池 2. 电极反应:一般燃料电池发生的电化学反应的最终产物与燃烧产物相同,可根据燃烧反应写出总的电池反应,但不注明反应的条件.,负极发生氧化反应,正极发生还原反应,不过要注意一般电解质溶液要参与电极反应.以氢氧燃料电池为例,铂为正、负极,介质分为酸性、碱性和中性.当电解质溶液呈酸性时: 负极:2H24e =4H

4、+ 正极:O24 e 4H+ =2H2O当电解质溶液呈碱性时: 负极: 2H24OH 4e 4H2O 正极:O22H2O4 e 4OH 另一种燃料电池是用金属铂片插入KOH溶液作电极,又在两极上分别通甲烷和氧气.电极反应式为:负极:CH410OH8e CO32-7H2O；正极:4H2O2O28e8OH- .电池总反应式为:CH42O22KOHK2CO33H2O3. 燃料电池的优点:能量转换率高、废弃物少、运行噪音低五、电解原理1. 电解池:把电能转化为化学能的装置也叫电解槽2. 电解:电流(外加直流电)通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应(被动的不是自发的)的过程3. 放电:当离子到达电

5、极时,失去或获得电子,发生氧化还原反应的过程4. 电子流向:（电源）负极（电解池）阴极（离子定向运动）电解质溶液（电解池）阳极（电源）正极5. 电极名称及反应: 阳极:与直流电源的正极相连的电极,发生氧化反应 阴极:与直流电源的负极相连的电极,发生还原反应 6. 电解CuCl2溶液的电极反应:阳极:Cl- -2e-=Cl2 (氧化)阴极:Cu2+2e-=Cu(还原)总反应式:CuCl2 =Cu+Cl2 7.电解本质:电解质溶液的导电过程,就是电解质溶液的电解过程规律总结:电解反应离子方程式书写:放电顺序:阳离子放电顺序Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+（指酸电离的)Pb2+Sn2+Fe2+Zn

6、2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+ 阴离子的放电顺序 是惰性电极时:S2-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-(等含氧酸根离子)F-(SO32-/MnO4-OH-)是活性电极时:电极本身溶解放电注意先要看电极材料,是惰性电极还是活性电极,若阳极材料为活性电极（Fe、Cu)等金属,则阳极反应为电极材料失去电子,变成离子进入溶液；若为惰性材料,则根据阴阳离子的放电顺序,依据阳氧阴还的规律来书写电极反应式.知识点一: 化学能转化为电能 例1下图装置能够组成原电池的是()例2某金属能和盐酸反应生成氢气,该金属与锌组成原电池时,锌为负极,则该金属可能为()A铝 B铜 C锡 D硅知识点二: 化学电

7、源例3常用的纽扣电池为银锌电池,它分别以锌和氧化银为电极.放电时锌极上的电极反应是Zn2OH2e=Zn(OH)2,氧化银极上的反应是Ag2OH2O2e=2Ag2OH,下列判断中,正确的是()A锌是负极,发生氧化反应,氧化银是正极,发生还原反应B锌是正极,发生氧化反应,氧化银是负极,发生还原反应C锌是负极,发生还原反应,氧化银是正极,发生氧化反应D锌是正极,发生还原反应,氧化银是负极,发生氧化反应知识点三: 电能转化为化学能例5原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应分别是()A氧化、还原 B还原、氧化C氧化、氧化 D还原、还原例6用电解法提取氯化铜废液中的铜,方案正确的是()A用铜片连接电源的正

8、极,另一电极用铂片B用碳棒连接电源的正极,另一电极用铜片C用氢氧化钠溶液吸收阴极产物D用带火星的木条检验阳极产物例7如图电解池中装有硫酸铜溶液,选用不同材料的电极进行电解.下列说法正确的是()序号阴极阳极通电后的变化A石墨石墨溶液的pH增大B铜铜阳极质量增加C铁铁两极的质量不发生变化D铂铁阴极质量增加【基础演练】1右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置.通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液.下列实验现象中正确的是()A逸出气体的体积,a电极的小于b电极的B一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体C a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色Da电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色2如

9、图所示,A、B、C三个装置中的三个烧杯分别盛有足量的CuCl2溶液.(1)A、B、C三个装置中属于原电池的是_(填标号,下同),属于电解池的是_.(2)A池中Zn是_极,Cu极发生_反应.(3)B池中C是_极,发生_反应,电极反应为_.(4)C池中Cu是_极,发生_反应,电极反应为_,反应过程中,溶液浓度_(填“变大”、“变小”或“不变”).3.如图所示,电流表G发生偏转,同时A极逐渐变粗,B极逐渐变细,C为电解质溶液.(1)B为原电池的_极,金属活泼性:A_B(填“”或“”)；若电极有:Zn、Fe、Cu、Ag四种金属棒,且已知B为Cu,则A为_.(2)若电解质溶液有稀H2SO4和AgNO3溶

10、液,则C应为_.4汽车的启动电源常用铅蓄电池,放电时其电池反应如下:PbO2+Pb+2H2SO4= 2PbSO4+2H2O.根据此反应判断,下列叙述中正确的是()APb是负极 BPbO2得电子,被氧化C负极反应是Pb+SO422e= PbSO4 D电池放电时,溶液酸性增强5镍镉（NiCd）可充电电池在现代生活中有广泛应用,它的充放电反应按下式进行:Cd(OH)2+2Ni(OH)2Cd+2NiO(OH)+2H2O.由此可知,该电池放电时的负极材料是()ACd(OH)2 BNi(OH)2 CCd DNiO(OH)6.据报道,锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池,因为锌电池容量更大,而且没有铅污染.

11、其电池反应为:2Zn+O2=2ZnO,原料为锌粒、电解质溶液和空气,则下列叙述正确的是()A锌为正极,空气进入负极反应 B负极反应为Zn2e=Zn2+C正极发生氧化反应 D电解液肯定不是强酸7.铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等.（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式 .（2）若将（1）中的反应设计成原电池,请画出原电池的装置图,标出正、负极,并写出电极反应式.指出电解质溶液是_,负极是_,电极反应式为_,正极是_,电极反应式为_.【巩固提高】8（2015新课标卷理综化学）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工

12、作原理如图所示.下列有关微生物电池的说法错误的是（ ）A正极反应中有CO2生成B微生物促进了反应中电子的转移C质子通过交换膜从负极区移向正极区D电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O9（2015浙江理综化学）在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2OCO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示.下列说法不正确的是（ ）AX是电源的负极B阴极的反应式是:H2O2eH2O2CO22eCOO2C总反应可表示为:H2OCO2H2COO2D阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1110(2015天津理综化学)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分

13、子通过,下列有关叙述正确的是（ ）A铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后,甲池的c(SO42)减小C电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加D阴阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡11(2015四川理综化学)用右图所示装置除去含CN、Cl废水中的CN时,控制溶液PH为910,阳极产生的ClO将CN氧化为两种无污染的气体,下列说法不正确的是（ ）A用石墨作阳极,铁作阴极B阳极的电极反应式为:Cl + 2OH2e= ClO + H2OC阴极的电极反应式为:2H2O + 2e = H2 + 2OHD除去CN的反应:2CN+ 5ClO + 2H+ = N2 + 2CO2 +

14、 5Cl+ H2O12.(2015福建理综化学)某模拟人工树叶”电化学实验装置如右图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O).下列说法正确的是（ ）A该装置将化学能转化为光能和电能B该装置工作时,H从b极区向a极区迁移C每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原Da电极的反应为:3CO2 + 16H-18e= C3H8O+4H2O13( 2015江苏化学)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图.下列有关该电池的说法正确的是（ ）A反应CH4H2O3H2CO,每消耗1molCH4转移12mol 电子B电极A上H2参与的电极反应为:H22OH2e=2H2OC电池工作时,CO3

15、2向电极B移动 D电极B上发生的电极反应为:O22CO24e=2CO3214( 2015上海化学)研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示.下列有关说法错误的是（ ）Ad为石墨,铁片腐蚀加快Bd为石墨,石墨上电极反应为:O2 + 2H2O + 4e 4OHCd为锌块,铁片不易被腐蚀Dd为锌块,铁片上电极反应为:2H+ + 2e H21下列说法正确的是( )A原电池是把电能转化为化学能的装置B原电池中电子流出的一极是正极,发生氧化反应C原电池两极板均发生氧化还原反应D原电池内部的阳离子向正极移动2下列装置能够组成原电池的是 （ ） 稀硫酸 AgNO3（aq） 蔗糖 稀硫酸 A B C D3.关于锌、

16、铜和稀硫酸构成的原电池的下列说法中正确的是（ ）A锌是负极、铜是正极B电子从铜片经导线流向锌片C负极的反应式为2H+2e=H2D负极附近c(SO42)逐渐增大 4.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是（ ）A两烧杯中铜片表面均无气泡产生B甲中铜片是正极,乙中铜片是负极C两烧杯中溶液的酸性均减弱D产生气泡的速度甲比乙慢5.一个原电池总反应为:Zn+Cu2+=Zn2+Cu,该原电池材料及电解质可能是（ ）ABCD正极ZnCuCuFe负极CuZnZnZn电解质溶液CuCl2H2SO4CuSO4CuCl26.说出下列过程的能量转化形式:（1）植物的光合作用（2）干电

17、池的放电过程（3）甲烷的燃烧（4）锌铜原电池中的反应（5）高温分解石灰石7X、Y、Z、W四种金属,X、Y组成的原电池两极插入稀H2SO4,Y上有气泡产生；把Y放在Z的硝酸盐溶液中,Y表面有Z析出；W放在冷水中剧烈反应,产生气体.其活动顺序为（ ）AWXYZ BWZYXCXYZW DYXZW8下列事实不能用电化学理论解释的是（ ）A轮船触水线以下的般壳上装一定数量的锌块B铝片不用特殊方法保存C切咸菜后的菜刀不刷易生锈D镀锌铁板比镀锡铁板耐用9.下列关于实验现象的描述不正确的是（ ） A把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中,铜片表面出现气泡B用锌片和铁片相连,一起浸入氯化锌溶液,铁片表面出现一层锌C

18、把铜片插入三氯化铁溶液中,在铜片表面出现一层铁D把锌粒放入盛有盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,气泡放出速率加快10市场上出售的“热敷袋”主要成分是铁屑、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等.在“热敷袋”使用前,用塑料袋使之与空气隔绝；使用时打开塑料袋轻轻揉搓,就会放出热量；使用后你会发现有大量的铁锈存在.（1）“热敷袋”放出的热量是利用铁发生了_反应放出热量.（2）炭粉的主要作用是_.（3）氯化钠的主要作用是_.（4）写出有关的电极反应式:正极:_；负极:_._1.下列反应不可用于设计原电池的是( )A.NaOH+HCl=NaCl+H2OB.2CH3OH+3O22CO2+4H2OC.Zn+2HCl=

19、ZnCl2+H2D.4Al+3O2+6H2O=4Al(OH)32.关于化学电源的说法正确的是（ ）A化学电源是依据原电池原理设计的B化学电源能量转化率比燃料燃烧能量转化率高C. 化学电源有一次电池与二次电池之分D. 普通干电池是二次电池3某电池的总反应离子方程式为2Fe3+Fe=3Fe2+,不能实现该反应的原电池是( )正极负极电解质的溶质ACuFeFeCl3BCFeFe(NO3)3CFeZnFe2(SO4)3DAgFeCuSO44等质量的两份锌粉a、b,分别加入过量的稀H2SO4中,同时向a中加入少量的CuSO4溶液,下图表示产生H2的体积（V）与时间（t）的关系,其中正确的是( )5.实验

20、室中用稀HNO3溶液与Cu反应制取NO气体.已知该反应很慢,欲提高反应速率,下列方法中正确的是( )A加一块锌片,使之与Cu接触B加一块石墨,使之与Cu接触C加少量浓硝酸D加少量浓硫酸6科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池,利用细菌将有机物转化为氢气,氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电.电池负极反应为:( )AH2 + 2OH- =2H2O+2e BO2 + 4H+ + 4e= 2H2OCH2 2e = 2H+ DO2 + 2H2O + 4e= 4OH7.今有2H2+O2 2H2O反应,构成燃料电池,则负极通的应是 ,电极反应式为 ,正极通的应是 ,电极反应式为 .若把KOH改为稀H2SO

21、4作电解质,则电极反应式正极: ,负极: （1）和（2）的电解质不同,反应进行后,其溶液的酸碱性各有什么变化?若把H2改为CH4,用KOH作电解质,则电极反应式负极: ,正极: .8.（1）将锌片和银片浸入稀硫酸中组成原电池,两电极间连接一个电流计.锌片上发生的电极反应: ；银片上发生的电极反应: .（2）若该电池中两电极的总质量为60g,工作一段时间后,取出锌片和银片洗净干燥后称重,总质量为47g,试计算:产生氢气的体积(标准状况)；通过导线的电量.（已知NA6.021023/mol,电子电量为1.601019C）9.如图所示,组成一种原电池试回答下列问题(灯泡功率合适): (1)电解质溶液

22、为稀H2SO4时,灯泡_(填“亮”或“不亮”)若灯泡亮,则Mg电极上发生的反应为:_；Al电极上发生的反应为:_若灯泡不亮,其理由为:_(2)电解质溶液为NaOH(aq)时,灯泡_(填“亮”或“不亮”)若灯泡亮,则Mg电极上发生的反应为:_；Al电极上发生的反应为:_若灯泡不亮,其理由为:_10.A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸.(1)A中反应的离子方程式为 .(2)B中Sn极为 极,电极反应式为 ；Sn极附近溶液的酸性 (填“增大” 、“ 减小” 或“ 不变”) .B中Fe极为 极,电极反应式为 , (3)C中被腐蚀的金属是 ,总反应式为 比较A、B、C中铁被腐蚀的速率,由快到慢的顺序是 .