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

资源描述

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

《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》由会员分享，可在线阅读，更多相关《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（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

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

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:

①两个活泼性不同的电极②电解质溶液③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:

Zn－2e＝Zn2＋（较活泼金属）

正极:

还原反应:

2H＋＋2e＝H2↑（较不活泼金属）

总反应式:

Zn+2H+=Zn2++H2↑

5.正、负极的判断:

（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①溶解的一极为负极②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）:

Pb＋

－2e＝PbSO4↓

正极（氧化铅）:

PbO2＋4H+＋

＋2e＝PbSO4↓＋2H2O

充电:

阴极:

PbSO4＋2H2O－2e＝PbO2＋4H+＋

阳极:

PbSO4＋2e＝Pb＋

两式可以写成一个可逆反应:

PbO2＋Pb＋2H2SO42PbSO4↓＋2H2O

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:

2H2－4e=4H+正极:

O2＋4e4H+=2H2O

当电解质溶液呈碱性时:

负极:

2H2＋4OH－4e＝4H2O正极:

O2＋2H2O＋4e＝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:

CH4＋10OH－－8e＝CO32-＋7H2O；

正极:

4H2O＋2O2＋8e＝8OH-.

电池总反应式为:

CH4＋2O2＋2KOH＝K2CO3＋3H2O

3.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+>Zn2+>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Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2,氧化银极上的反应是Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－,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

石墨

溶液的pH增大

铜

阳极质量增加

铁

两极的质量不发生变化

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

D．a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色

2．如图所示,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（　　）

A．Pb是负极B．PbO2得电子,被氧化

C．负极反应是Pb+SO42——2e—==PbSO4D．电池放电时,溶液酸性增强

5．镍镉（Ni—Cd）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）2

Cd+2NiO（OH）+2H2O.由此可知,该电池放电时的负极材料是（　　）

A．Cd（OH）2B．Ni（OH）2C．CdD．NiO（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.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Zn—2e—==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Ⅰ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+6H2O

9．（2015浙江理综化学）在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O—CO2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（）

A．X是电源的负极

B．阴极的反应式是:

H2O＋2eˉ＝H2＋O2ˉ

CO2＋2eˉ＝CO＋O2ˉ

C．总反应可表示为:

H2O＋CO2

H2＋CO＋O2

D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1︰1

10．（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9~10,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－+2OH－－2e－=ClO－+H2O

C．阴极的电极反应式为:

2H2O+2e－=H2↑+2OH－

D．除去CN－的反应:

2CN－+5ClO－+2H+=N2↑+2CO2↑+5Cl－+H2O

12.（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1molO2,有44gCO2被还原

D．a电极的反应为:

3CO2+16H＋-18e－=C3H8O+4H2O

13．（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CH4＋H2O

3H2＋CO,每消耗1molCH4转移12mol电子

B．电极A上H2参与的电极反应为:

H2＋2OH－－2e－=2H2O

C．电池工作时,CO32－向电极B移动

D．电极B上发生的电极反应为:

O2＋2CO2＋4e－=2CO32－

14．（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（）

A．d为石墨,铁片腐蚀加快

B．d为石墨,石墨上电极反应为:

O2+2H2O+4e→4OH–

C．d为锌块,铁片不易被腐蚀

D．d为锌块,铁片上电极反应为:

2H++2e→H2↑

1．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

ABCD

3.关于锌、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—=H2↑

D．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（）

正极

负极

电解质溶液

CuCl2

H2SO4

CuSO4

CuCl2

6.说出下列过程的能量转化形式:

（1）植物的光合作用

（2）干电池的放电过程

（3）甲烷的燃烧

（4）锌铜原电池中的反应

（5）高温分解石灰石

7．X、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（）

A．W＞X＞Y＞ZB．W＞Z＞Y＞X

C．X＞Y＞Z＞WD．Y＞X＞Z＞W

8．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．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+H2O

B.2CH3OH+3O2

2CO2+4H2O

C.Zn+2HCl====ZnCl2+H2

D.4Al+3O2+6H2O====4Al（OH）3

2.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

FeCl3

Fe（NO3）3

Fe2（SO4）3

CuSO4

4．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:

（）

A．H2+2OH-=2H2O+2e—B．O2+4H++4e—=2H2O

C．H2－2e—=2H+D．O2+2H2O+4e—=4OH—

7.⑴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.

⑵若把KOH改为稀H2SO4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?

⑶若把H2改为CH4,用KOH作电解质,则电极反应式负极:

正极:

（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:

①产生氢气的体积（标准状况）；

②通过导线的电量.（已知NA＝6.02×1023/mol,电子电量为1.60×10－19C）

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.

展开阅读全文