第03讲 化学能与电能的转化（寒假预习讲义）高一化学苏教版

第03讲 化学能与电能的转化 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练（6大考点） 模块五 小试牛刀过关测 1.能理解化学能与其它形式能量的转化。根据电子转移和化学能的转化为电能相结合的视角分析原电池的构成条件。 2.以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。 3.认识化学能转化为电能的原理及其在生产、生活中的应用，形成化学有利于提高人类生活质量的观念。 4.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电源的特点。 第1课时 化学能转化为电能 一、化学能与电能的转化 1．化学能与电能的转化（火力发电） （1）我国目前电能的主要来源：我国目前电能主要来自火力发电，其次来自水力发电、风力发电、核能、水力发电、生物质能等。 （2）火力发电过程中能量的转化：化学能热能 机械能电能 ； （3）火力发电的优点 ①我国煤炭资源丰富； ②电能清洁、安全，又快捷方便。 （4）火力发电的缺点 ①化石燃料属于不可再生资源，用化石燃料发电会造成资源的浪费； ②火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大； ③化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如SO2、CO、NO2、粉尘等)，污染环境。 2．原电池的工作原理及构成条件 （1）实验探究 实验步骤 装置图 实验现象 原因解释 ①将锌片和铜片插入盛有 稀硫酸的烧杯中，观察现象 Zn片：锌片溶解，表面产生无色气泡 Cu片：无变化 反应的离子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；Cu片表面无明显变化的原因：铜排在金属活动性顺序表氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气 ②用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象 Zn片：锌片溶解 Cu片：铜片表面有气泡 锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生 ③用导线连接锌片和铜片，并在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表指针是否偏转 Zn片：锌片溶解 Cu片：铜片表面有气泡 电流表A指针偏转 电流表指针偏转说明：导线中有电流；Cu片上有气泡说明：溶液中的氢离子在铜片表面获得电子发生还原反应产生氢气，从铜片上放出 （2）原理分析： 装置示意图 电极材料 电极名称 电子转移 电极反应式 反应类型 锌片 负极 电子流出 Zn－2e－===Zn2＋ 氧化反应 铜片 正极 电子流入 2H＋＋2e－===H2↑ 还原反应 电子的流向 电子由负极经导线流向正极 反应本质 自发进行的氧化还原反应 总反应式 Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ 结论 当用导线连接铜片和锌片一同进入稀硫酸时，由于锌比铜活泼，容易失去电子，锌被氧化成Zn2+而进入溶液，电子则有锌片经导线流向铜片，溶液中的H+从铜片中获得电子被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上析出。由于导线上有电子通过，因此产生了电流，电流表的指针会发生偏转。 （3）原电池的工作原理 ①反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应； ②电子流向：电子的移动方向是从负极流出，经导线流向正极（电子不下水）； ③离子移动：离子的移动方向是阳离子向正极移动，阴离子向负极移动（离子不上岸）。 （4）原电池的概念：将化学能转化为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应 （5）原电池的构成条件 ①具有活泼性不同的两个电极，其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼； ②两电极插入电解质溶液（或者熔融的电解质）中； ③电极用导线相连并插入电解液形成闭合回路； ④能自发地发生氧化还原反应。 （6）原电池正、负极的判断方法 ①一般是较活泼金属作负极，较不活泼金属作正极，但也要注意电解质溶液的性质。 ②镁铝用导线连接插入稀硫酸中，镁作负极，铝作正极；若电解质是氢氧化钠，则镁作正极，铝作负极。 ③铜铝用导线连接插入稀硫酸中，铝作负极，铜作正极；若插入浓硝酸中，铝作正极，铜作负极。 【温馨提示】①构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。 ②两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。 ③在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼的强弱也要考虑电解质溶液的性质。如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。 二、 原电池原理的应用 1．加快氧化还原反应的速率：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率 2．比较金属活动性的强弱 （1）方法：一般情况下，负极的金属活动性比正极的金属活动性强。 （2）常见规律：电极质量较少，作负极较活泼，有气体生成、电极质量不断增加或不变作正极，较不活泼。 3．解释生活中的现象 （1）潮湿的空气里钢铁容易生锈（形成原电池） 负极反应：2Fe－4e-＝2Fe2+ 正极反应： O2＋2H2O＋4e-＝4OH- 总反应：2Fe＋ O2 ＋ 2H2O ＝2Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2 ＋ 2H2O ＝4Fe(OH)3 2Fe(OH)3Fe2O3•nH2O（铁锈）失水 （2）暖贴（原电池原理） ①主要成分：铁粉、碳、食盐、水、吸水布（吸水棉） ②使用方法：撕开后进入空气（提供氧气，供吸氧腐蚀用） ③主要原理： 负极反应：2Fe－4e-＝2Fe2+ 正极反应： O2＋2H2O＋4e-＝4OH- 总反应：2Fe＋ O2 ＋ 2H2O ＝2Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2 ＋ 2H2O ＝4Fe(OH)3 在此反应过程中放热，因此成为“暖宝宝”“热敷袋”。 4．制造化学电源：如各种干电池、蓄电池、燃料电池等 【温馨提示】①构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。 ②两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发地发生氧化还原反应。 第2课时　化学电源 一、化学电源 1．原电池设计 （1）依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原 （2）选择合适的材料 ①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料 ②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应 等。 【温馨提示】原电池设计思路 ①定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应； ②拆：将氧化还原反应拆分为两个半反应 负极：还原剂－ne－==氧化产物；正极：氧化剂＋ne－==还原产物； ③找：正、负极材料和电解质溶液； ④画：形成闭合回路，画出原电池示意图。 2．探究影响电池效果的因素 提出问题　影响自制电池效果的因素有哪些？ 查阅资源　电极材料，电极间距，水果种类对自制水果电池的效果可能有影响。 实验探究　Ⅰ.按如图连接水果电池； Ⅱ.实验记录如下： 序号 电极 电极间距 种类 电流 (μA) ① Cu—Al 2.0 cm 西红柿 78.5 ② Cu—Fe 2.0 cm 西红柿 70.3 ③ Al—Al 2.0 cm 西红柿 0 ④ Cu—Al 2.0 cm 柠檬 45.7 ⑤ Cu—Al 1.0 cm 柠檬 98.4 ⑥ 石墨—Al 1.0 cm 柠檬 104.5 解释与结论 （1） 实验①②③的目的是探究电极材料对电池效果的影响，对比实验①②③得出的结论是在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电池效果越好。 （2）欲得出“水果种类对电池效果有影响”的结论，需要对比实验①④，对比④⑤得出结论是其他条件相同，电极间距越小，电流越大，电池效果越好。 （3）水果电池中，水果的作用是作电解质溶液。 （4）对比实验①②③可知，构成水果电池的电极必须具备的条件为两极金属活动性不同，构成水果电池的其他要素还有自发的氧化还原反应、形成闭合回路、有电解质溶液。 二、常见的化学电源 1．生活中常见电池 普通干电池 笔记本电脑专用电池 摄像机专用电池 “神六”的太阳能电池 2．化学电源的分类：一次电池、二次电池、燃料电池 （1）一次电池：一次电池的特点是活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗一定程度后，就不能再重复使用。即：放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。常见的一次电池有锌锰干电池、锌银电池 ①酸性锌锰干电池 结构 酸性锌锰干电池是以锌筒为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质 电极反应 负极 Zn－2e－===Zn2＋ 正极 2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O 总反应 Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===ZnCl2＋Mn2O3＋2NH3↑＋H2O 缺陷 酸性锌锰干电池即使不用，放置过久，锌筒也会因酸性的NH4Cl溶液腐蚀，造成漏液而失效，还会导致电器设备的腐蚀 改进措施 a.在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池 b.将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池 ②碱性锌锰干电池 结构 碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，其负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液 电极反应 负极 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极 2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 总反应 Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 特点 比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电 ③锌银电池 电极反应 负极 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极 Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 总反应 Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag 特点 比能量大、电压稳定、储存时间长 （2）二次电池：充电电池又称二次电池。充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时期内循环进行。充电电池中能量的转化关系是： 化学能电能，常见的二次电池有铅蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等蓄电池等。 ①铅蓄电池 结构 铅蓄电池是用橡胶或微孔塑料制成的长方形外壳，正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极板是海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开 电极反应 总反应 Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l) 负极 Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s) 正极 PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l) 特点 常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全 ②镍镉电池 结构 以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质 电极反应 总反应 Cd +2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+ Cd(OH)2 负极 Cd+2OH－－2e－=Cd(OH)2 正极 2NiO(OH)+2H2O+2e－=2Ni(OH)2+2OH－ 特点 寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境 ③碱金属中的Li是最轻的金属，活动性极强，是制造电池的理想物质。锂离子充电电池 锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。 三、发展中的燃料电池 1．燃料电池的构成及特点 燃 料 电 池 的 构 成 燃料电池是一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)与氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的 电化学反应装置。 燃料气可以是氢气、甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇、葡萄糖、肼等可燃性气体， 电解质通常有四种情况： ①稀硫酸 ②KOH溶液 ③Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，其导电粒子是CO32－ ④固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，高温下能传导O2－离子 燃料电池装置示意图 特 点 ①清洁、安全、高效 ②料的利用率高、能量转化率高，能量转化率达到80%以上 ③与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低 ④与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池 起着类似试管、烧杯等反应器的作用 ⑤供电量易于调节，能适应于电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间，在航天、军事和交 通等领域有广阔的应用情景 2．氢氧燃料电池 氢氧燃料电池在不同的介质中的总反应式相同，均为2H2＋O2===2H2O。但正、负极反应式与电解质溶液有关，正、负极反应式归纳如下： 电解质溶液 负极 正极 酸性(H＋) H2－2e－===2H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O 中性(Na2SO4) H2－2e－===2H＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 碱性(OH－) H2－2e－＋2OH－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 3．电池的优点和应用 （1）优点：能量转化率较高，供能稳定可靠，可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作 （2）应用：在现代生活、生产、国防和科学技术的发展中，电池发挥着越来越重要的作用，大至火箭、人造卫星、空间电视转播站、飞机、轮船，小至电脑、收音机、照相机、电话、助电器、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各式各样的电池 【温馨提示】 ①几种电池的特点比较： 名称 干电池(一次电池) 充电电池(二次电池) 燃料电池 特点 ①活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用 ②电解质溶液为胶状，不流动 ①放电后可再充电使活性物质获得再生 ②可以多次充电，重复使用 ①电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件 ②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出 举例 普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等 铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池 氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等 ②一般的，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池（比能量和比功率大），更适合使用者的需要。 ③废旧电池中含有汞、镉、铬、铅等大量的重金属和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染，1节1号干电池会使1m2的耕地失去使用价值，并通过食物链给人体健康造成危害。另一方面，废弃电池中的有色金属是宝贵的资源，如果能回收再利用这些废旧电池，不仅可以减少对我们生存环境的破坏，而且也是对资源的节约。 教材习题01 在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的铁片和铜片，下列叙述中正确的是（ ） A. 铜片上有H2逸出 B. 电子通过导线由铜片流向铁片 C. 溶液中的H+ 向铁片附近定向迁移 D. 铁片发生的反应是Fe - 3e-- ==Fe3+ 解题思路 本题考查原电池的构成及原理，在Fe—H2SO4—Cu构成的原电池中，Fe作原电池的负极，发生氧化反应：Fe—2e-==Fe2+,D错误；Cu作原电池的正极，硫酸溶液中的H+离子得到电子发生还原反应：2H++e-==H2，总反应式：Fe+2H+==Fe2++H2。H2在正极Cu片上析出，A正确；负极Fe失去电子经导线流向正极Cu，B错误；电解质溶液中的阳离子（H+）移向正极（Cu），C错误。 【答案】A 教材习题04 右下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法中正确 的是（ ） A. 该系统中只存在3种形式的能量转化 B. 装置Y中在负极发生反应的物质是O2 C. 装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D. 装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化 解题思路 本题考查化学电源及太阳能、化学能、电能等能量的转化。装置X为电解水制H2和O2，装置Y为氢氧燃料电池。该系统中存在太阳能、化学能、电能、热能的能量转化，A错误；装置Y燃料电池中H2为负极，发生氧化反应，O2为正极，发生还原反应，B错误；装置X产生燃料电池中的燃料H2和氧化剂O2，C正确；装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，但并不能实现化学能与电能间的完全转化，D错误。 【答案】C 核心考点一：能量转化类型的判断 【例1】下列设备工作时，将化学能转化为电能的是（ ） A B C D 硅太阳能电池 锂离子电池 太阳能集热器 燃气灶 核心考点二：原电池的构成条件 【例2】图中装置能形成原电池的是（ ） A． B． C． D． 核心考点三：原电池的工作原理 【例3】如图所示的两个装置中，溶液的体积均为200mL，开始时电解质溶液的浓度均为0.1mol/L。工作一段时间后，测得导线中均通过0.02mol电子。下列有关Cu电极的说法正确的是（ ） A. ①中Cu极发生氧化反应 B. ②中Cu极有气泡产生 C. ①、②中Cu极质量均不变 D. ①中Cu极有电子流出，②中Cu极有电子流入 核心考点四：原电池电极反应式的书写与判断 【例4】原电池的电极名称不仅与电极的性质有关，也与电解质溶液有关，下列说法不正确的是（ ） A．由Zn、Cu、稀H2SO4组成原电池，其负极反应式为：Zn－2e-＝Zn2+ B．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为：Fe－2e-＝Fe2+ C．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为：Al－3e-＝Al3+ D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为：Cu－2e-＝Cu2+ 核心考点五：正、负极和粒子移动方向的判断 【例5】利用反应6NO2+8NH3==7N2+12H2O构成的电池，既能实现有效减少氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。下列说法不正确的是（ ） A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极 B．电极A上发生氧化反应，电极B为正极 C．当有(标准状况)被处理时，转移电子的物质的量为0.4mol D．A电极的电极反应式为 核心考点六：化学电源 【例6】水系锌离子电池是一种新型二次电池，工作原理如图。该电池以粉末多孔锌电极锌粉、活性炭及粘结剂等为负极，V2O5为正极，三氟甲磺酸锌[Zn(CF3SO3)2]为电解液。下列叙述错误的是（ ） A. 放电时，Zn2+向V2O5电极移动 B. 充电时，阳极区电解液的浓度变大 C. 充电时，粉末多孔锌电极发生还原反应 D. 放电时，V2O5电极上的电极反应式为V2O5+xZn2++2xe-==ZnxV2O5 核心考点七：原电池原理的应用 【例7】有A、B、C、D四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B；当A、D组成原电池时，A为正极；B与C构成原电池时，电极反应式为：C2-+2e-→C，B-2e-→B2+则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为（ ） A．A＞B＞C＞D B．A＞B＞D＞C C．D＞C＞A＞B D．D＞A＞B＞C 【基础练】 1．电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发展是化学对人类的一大贡献。下列有关电池的叙述正确的是（ ） A. 原电池反应均是自发的氧化还原反应 B. 氢氧燃料电池工作时氢气在正极被氧化 C. 氢氧燃料电池是将热能转化为电能的装置 D. 铅蓄电池在放电过程中，负极质量减少，正极质量增加 2．有a、b、c、d四种金属。将a与b用导线连接起来，浸入电解质溶液中，a不断腐蚀；将a、d分别投入同浓度的盐酸中，d比a反应剧烈；将铜浸入b的盐溶液中，无明显变化；如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。根据以上现象判断，它们的活动性由强到弱的顺序是（ ） A．d c a b B．d a b c C．d b a c D．b a d c 3．如图所示，电流计G发生偏转，同时a极逐渐变细，b极放出无色气体，X为电解质溶液，则a、b、X应是下列各组中的（ ） a电极 b电极 X溶液 A Zn Fe B Fe 石墨 C Zn 石墨 稀硫酸 D Fe Cu 浓硝酸 A．A B．B C．C D．D 4．下列有关化学电池装置的叙述中，不正确的是（ ） 图Ⅰ碱性锌锰电池 图Ⅱ铅-硫酸蓄电池 图Ⅲ原电池 图Ⅳ银锌纽扣电池 A．图Ⅰ所示电池工作时，锌粉失电子 B．图Ⅱ所示电池放电过程中，电解质溶液中的移向极 C．图Ⅱ所示装置工作过程中，电解质溶液的质量增大 D．图Ⅳ所示电池中，是氧化剂，电池工作过程中被还原为 5．将锌片和铜片按图示方式插入柠檬中，电流计指针发生偏转。下列关于该装置的说法中错误的是（ ） A．铜片为正极，发生还原反应 B．一段时间后，锌片质量减小 C．电子通过柠檬汁液由锌片流向铜片 D．柠檬汁液中的向铜片定向迁移 6．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是（ ） A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2++2e－=Cu C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色直接变成黄色 D．a和b用导线连接后，Fe片上发生氧化反应，溶液中的Cu2+向铜电极移动 7．铜锌电池原理如图所示，下列说法正确的是（ ） A．b电极反应式为Cu2＋＋2e-= Cu B．盐桥中K＋移向a电极 C．a电极发生还原反应 D．电子由Zn电极流出，经盐桥溶液流向b电极 8．燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，某氢氧燃料电池的构造示意图如下，该电池工作时，下列说法正确的是（ ） A．O2在b电极上发生氧化反应 B．电解质溶液中OH-向正极移动 C．该装置实现了电能到化学能的转化 D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 9．蛟龙号载人潜水器由我国自行设计、自主集成研制，是目前世界上下潜能力最深的作业型载人潜水器。给某潜水器提供动力的电池如图所示。下列有关说法正确的是（ ） A. Zn电极发生了还原反应 B. 电池中的Cl-向Pt电极移动 C. Pt电极反应式为 H2O2+2e-=2OH- D. 电子从Zn电极沿导线流向Pt电极，再经溶液回到Zn电极 10．下列图示都是原电池原理在化学电源中的应用。下列有关说法中正确的是（ ) A．铅蓄电池在放电时，其负极是铅电极 B．氢氧燃料电池中，H2所在电极发生的反应为H2-2e-+2OH-=2H2O C．氢氧燃料电池中，通入的一极为负极 D．铅蓄电池放电后，PbO2极质量减小 【提升练】 1．电化学法处理SO2是目前研究的热点。利用双氧水氧化吸收SO2可消除SO2污染，并制备硫酸。设计装置如图所示已知电极为石墨电极，只起导电作用，交换膜是只允许阳离子通过或只允许阴离子通过的离子交换膜。下列叙述中错误的是（ ） A. 该交换膜为阳离子交换膜 B. 若11.2L标准状况SO2参与反应，则A池中增加2molH+ C. B池中的反应为 H2O2+2e-+2H-+=2H2O D. 导线上箭头方向表示电流方向 2．镁-锂双离子新型二次电池如图所示，下列关于该电池的说法正确的是（ ） A．放电时，Mg作负极，溶液中Li+由右向左移动 B．充电时，阳极的电极反应式为 C．充电时，Y应与外加电源的正极相连，此电极上的物质发生了还原反应 D．放电时，导线上每通过，左室溶液质量增重 3．铅酸蓄电池、镍镉碱性电池都是重要的二次电池。已知镍镉碱性电池放电时，正极反应为：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-，负极反应为：Cd+2OH---2e-=Cd(OH)2。下列有关说法不正确的是（ ） A．铅酸蓄电池放电时，PbSO4在两个电极上生成 B．若用铅酸蓄电池为镍镉碱性电池充电，则PbO2电极与Cd电极相连接且两电极附近的pH值均增大 C．镍镉碱性电池在充电时的反应为Cd(OH)2+2Ni(OH)2=Cd+2NiO(OH)+2H2O D．放电一段时间后镍镉碱性电池内c(OH-)变大 4．如图是中国天宫空间站的关键技术“再生式生命保障系统”(简称“再生生保”)的示意图，该系统实现了和等物质的再生。 空间站水电解系统的电能来自可充电电池锂电池是可充电电池中的一种，如图为锂电池工作原理示意图，下列有关说法错误的是（ ） A．锂电池既可充电又可放电 B．放电时电子由正极移向负极 C．放电时Li+由负极移向正极 D．放电时负极的电极反应：Li—e- = Li+ 5．电化学在生产生活中都具有重要的作用和意义。 （1）研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池反应可表示为：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl ①该电池的负极反应式为___________； ②在电池中，Na+不断移动到“水”电池的___________极(填“正”或“负”)； ③外电路每通过4 mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是___________； （2）中国科学院应用化学研究所在二甲醚(CH3OCH3)燃料电池技术方面获得新突破。二甲醚燃料电池的工作原理如图所示。 ①该电池工作时，b口通入的物质为___________； ②该电池负极的电极反应式为___________； ③工作一段时间后，当9.2 g二甲醚完全反应生成CO2时，有___________ 个电子转移。 6．I．硅是无机非金属材料的主角，请回答下列问题： （1）埋在地下的光导纤维如果裸露在碱性土壤中，会导致短路，用离子方程式说明原因： 。 Ⅱ．晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，如图所示流程是工业上制取纯硅的一种方法。 请回答下列问题： （2）在上述生产过程中，属于置换反应的有 (填标号)；反应②和③是否为可逆反应并说明理由： 。 （3）写出反应①的化学方程式： 。 （4）化合物W的用途很广，可用于制备硅胶和木材防火剂等，可作肥皂的填充剂，是天然水的软化剂。将石英砂和纯碱按一定比例混合加热至1373～1623K反应，可生成化合物W，其化学方程式是 。 （5）微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应式为，。根据上述反应式，完成下列题目。 ①判断下列叙述中正确的是 。 A．在使用过程中，电解质KOH不断被消耗 B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极 C．Zn是负极，Ag2O是正极 D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应 ②写出电池的总反应式： 。 ③使用时，负极区的c(OH-) (填“增大”“减小”或“不变”，下同)，电解质溶液中的c(OH-) 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！8 学科网 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第03讲 化学能与电能的转化 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练（6大考点） 模块五 小试牛刀过关测 1.能理解化学能与其它形式能量的转化。根据电子转移和化学能的转化为电能相结合的视角分析原电池的构成条件。 2.以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。 3.认识化学能转化为电能的原理及其在生产、生活中的应用，形成化学有利于提高人类生活质量的观念。 4.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电源的特点。 第1课时 化学能转化为电能 一、化学能与电能的转化 1．化学能与电能的转化（火力发电） （1）我国目前电能的主要来源：我国目前电能主要来自火力发电，其次来自水力发电、风力发电、核能、水力发电、生物质能等。 （2）火力发电过程中能量的转化：化学能热能 机械能电能 ； （3）火力发电的优点 ①我国煤炭资源丰富； ②电能清洁、安全，又快捷方便。 （4）火力发电的缺点 ①化石燃料属于不可再生资源，用化石燃料发电会造成资源的浪费； ②火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大； ③化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如SO2、CO、NO2、粉尘等)，污染环境。 2．原电池的工作原理及构成条件 （1）实验探究 实验步骤 装置图 实验现象 原因解释 ①将锌片和铜片插入盛有 稀硫酸的烧杯中，观察现象 Zn片：锌片溶解，表面产生无色气泡 Cu片：无变化 反应的离子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；Cu片表面无明显变化的原因：铜排在金属活动性顺序表氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气 ②用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象 Zn片：锌片溶解 Cu片：铜片表面有气泡 锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生 ③用导线连接锌片和铜片，并在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表指针是否偏转 Zn片：锌片溶解 Cu片：铜片表面有气泡 电流表A指针偏转 电流表指针偏转说明：导线中有电流；Cu片上有气泡说明：溶液中的氢离子在铜片表面获得电子发生还原反应产生氢气，从铜片上放出 （2）原理分析： 装置示意图 电极材料 电极名称 电子转移 电极反应式 反应类型 锌片 负极 电子流出 Zn－2e－===Zn2＋ 氧化反应 铜片 正极 电子流入 2H＋＋2e－===H2↑ 还原反应 电子的流向 电子由负极经导线流向正极 反应本质 自发进行的氧化还原反应 总反应式 Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ 结论 当用导线连接铜片和锌片一同进入稀硫酸时，由于锌比铜活泼，容易失去电子，锌被氧化成Zn2+而进入溶液，电子则有锌片经导线流向铜片，溶液中的H+从铜片中获得电子被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上析出。由于导线上有电子通过，因此产生了电流，电流表的指针会发生偏转。 （3）原电池的工作原理 ①反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应； ②电子流向：电子的移动方向是从负极流出，经导线流向正极（电子不下水）； ③离子移动：离子的移动方向是阳离子向正极移动，阴离子向负极移动（离子不上岸）。 （4）原电池的概念：将化学能转化为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应 （5）原电池的构成条件 ①具有活泼性不同的两个电极，其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼； ②两电极插入电解质溶液（或者熔融的电解质）中； ③电极用导线相连并插入电解液形成闭合回路； ④能自发地发生氧化还原反应。 （6）原电池正、负极的判断方法 ①一般是较活泼金属作负极，较不活泼金属作正极，但也要注意电解质溶液的性质。 ②镁铝用导线连接插入稀硫酸中，镁作负极，铝作正极；若电解质是氢氧化钠，则镁作正极，铝作负极。 ③铜铝用导线连接插入稀硫酸中，铝作负极，铜作正极；若插入浓硝酸中，铝作正极，铜作负极。 【温馨提示】①构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。 ②两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。 ③在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼的强弱也要考虑电解质溶液的性质。如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。 二、 原电池原理的应用 1．加快氧化还原反应的速率：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率 2．比较金属活动性的强弱 （1）方法：一般情况下，负极的金属活动性比正极的金属活动性强。 （2）常见规律：电极质量较少，作负极较活泼，有气体生成、电极质量不断增加或不变作正极，较不活泼。 3．解释生活中的现象 （1）潮湿的空气里钢铁容易生锈（形成原电池） 负极反应：2Fe－4e-＝2Fe2+ 正极反应： O2＋2H2O＋4e-＝4OH- 总反应：2Fe＋ O2 ＋ 2H2O ＝2Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2 ＋ 2H2O ＝4Fe(OH)3 2Fe(OH)3Fe2O3•nH2O（铁锈）失水 （2）暖贴（原电池原理） ①主要成分：铁粉、碳、食盐、水、吸水布（吸水棉） ②使用方法：撕开后进入空气（提供氧气，供吸氧腐蚀用） ③主要原理： 负极反应：2Fe－4e-＝2Fe2+ 正极反应： O2＋2H2O＋4e-＝4OH- 总反应：2Fe＋ O2 ＋ 2H2O ＝2Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2 ＋ 2H2O ＝4Fe(OH)3 在此反应过程中放热，因此成为“暖宝宝”“热敷袋”。 4．制造化学电源：如各种干电池、蓄电池、燃料电池等 【温馨提示】①构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。 ②两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发地发生氧化还原反应。 第2课时　化学电源 一、化学电源 1．原电池设计 （1）依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原 （2）选择合适的材料 ①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料 ②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应 等。 【温馨提示】原电池设计思路 ①定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应； ②拆：将氧化还原反应拆分为两个半反应 负极：还原剂－ne－==氧化产物；正极：氧化剂＋ne－==还原产物； ③找：正、负极材料和电解质溶液； ④画：形成闭合回路，画出原电池示意图。 2．探究影响电池效果的因素 提出问题　影响自制电池效果的因素有哪些？ 查阅资源　电极材料，电极间距，水果种类对自制水果电池的效果可能有影响。 实验探究　Ⅰ.按如图连接水果电池； Ⅱ.实验记录如下： 序号 电极 电极间距 种类 电流 (μA) ① Cu—Al 2.0 cm 西红柿 78.5 ② Cu—Fe 2.0 cm 西红柿 70.3 ③ Al—Al 2.0 cm 西红柿 0 ④ Cu—Al 2.0 cm 柠檬 45.7 ⑤ Cu—Al 1.0 cm 柠檬 98.4 ⑥ 石墨—Al 1.0 cm 柠檬 104.5 解释与结论 （1） 实验①②③的目的是探究电极材料对电池效果的影响，对比实验①②③得出的结论是在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电池效果越好。 （2）欲得出“水果种类对电池效果有影响”的结论，需要对比实验①④，对比④⑤得出结论是其他条件相同，电极间距越小，电流越大，电池效果越好。 （3）水果电池中，水果的作用是作电解质溶液。 （4）对比实验①②③可知，构成水果电池的电极必须具备的条件为两极金属活动性不同，构成水果电池的其他要素还有自发的氧化还原反应、形成闭合回路、有电解质溶液。 二、常见的化学电源 1．生活中常见电池 普通干电池 笔记本电脑专用电池 摄像机专用电池 “神六”的太阳能电池 2．化学电源的分类：一次电池、二次电池、燃料电池 （1）一次电池：一次电池的特点是活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗一定程度后，就不能再重复使用。即：放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。常见的一次电池有锌锰干电池、锌银电池 ①酸性锌锰干电池 结构 酸性锌锰干电池是以锌筒为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质 电极反应 负极 Zn－2e－===Zn2＋ 正极 2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O 总反应 Zn＋2MnO2＋2NH4Cl===ZnCl2＋Mn2O3＋2NH3↑＋H2O 缺陷 酸性锌锰干电池即使不用，放置过久，锌筒也会因酸性的NH4Cl溶液腐蚀，造成漏液而失效，还会导致电器设备的腐蚀 改进措施 a.在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池 b.将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池 ②碱性锌锰干电池 结构 碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，其负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液 电极反应 负极 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极 2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 总反应 Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 特点 比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电 ③锌银电池 电极反应 负极 Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极 Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－ 总反应 Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag 特点 比能量大、电压稳定、储存时间长 （2）二次电池：充电电池又称二次电池。充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时期内循环进行。充电电池中能量的转化关系是： 化学能电能，常见的二次电池有铅蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等蓄电池等。 ①铅蓄电池 结构 铅蓄电池是用橡胶或微孔塑料制成的长方形外壳，正极板上有一层棕褐色的PbO2，负极板是海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中，且两极间用橡胶或微孔塑料隔开 电极反应 总反应 Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l) 负极 Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s) 正极 PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l) 特点 常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全 ②镍镉电池 结构 以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质 电极反应 总反应 Cd +2NiO(OH)+2H2O2Ni(OH)2+ Cd(OH)2 负极 Cd+2OH－－2e－=Cd(OH)2 正极 2NiO(OH)+2H2O+2e－=2Ni(OH)2+2OH－ 特点 寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境 ③碱金属中的Li是最轻的金属，活动性极强，是制造电池的理想物质。锂离子充电电池 锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。 三、发展中的燃料电池 1．燃料电池的构成及特点 燃 料 电 池 的 构 成 燃料电池是一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)与氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的 电化学反应装置。 燃料气可以是氢气、甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇、葡萄糖、肼等可燃性气体， 电解质通常有四种情况： ①稀硫酸 ②KOH溶液 ③Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质，其导电粒子是CO32－ ④固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，高温下能传导O2－离子 燃料电池装置示意图 特 点 ①清洁、安全、高效 ②料的利用率高、能量转化率高，能量转化率达到80%以上 ③与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低 ④与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池 起着类似试管、烧杯等反应器的作用 ⑤供电量易于调节，能适应于电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间，在航天、军事和交 通等领域有广阔的应用情景 2．氢氧燃料电池 氢氧燃料电池在不同的介质中的总反应式相同，均为2H2＋O2===2H2O。但正、负极反应式与电解质溶液有关，正、负极反应式归纳如下： 电解质溶液 负极 正极 酸性(H＋) H2－2e－===2H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O 中性(Na2SO4) H2－2e－===2H＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 碱性(OH－) H2－2e－＋2OH－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 3．电池的优点和应用 （1）优点：能量转化率较高，供能稳定可靠，可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便，易于维护，并可在各种环境下工作 （2）应用：在现代生活、生产、国防和科学技术的发展中，电池发挥着越来越重要的作用，大至火箭、人造卫星、空间电视转播站、飞机、轮船，小至电脑、收音机、照相机、电话、助电器、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各式各样的电池 【温馨提示】 ①几种电池的特点比较： 名称 干电池(一次电池) 充电电池(二次电池) 燃料电池 特点 ①活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用 ②电解质溶液为胶状，不流动 ①放电后可再充电使活性物质获得再生 ②可以多次充电，重复使用 ①电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件 ②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出 举例 普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等 铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池 氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等 ②一般的，质量轻、体积小而输出电能多、功率大、储存时间长的电池（比能量和比功率大），更适合使用者的需要。 ③废旧电池中含有汞、镉、铬、铅等大量的重金属和酸碱等有害物质，随处丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染，1节1号干电池会使1m2的耕地失去使用价值，并通过食物链给人体健康造成危害。另一方面，废弃电池中的有色金属是宝贵的资源，如果能回收再利用这些废旧电池，不仅可以减少对我们生存环境的破坏，而且也是对资源的节约。 教材习题01 在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的铁片和铜片，下列叙述中正确的是（ ） A. 铜片上有H2逸出 B. 电子通过导线由铜片流向铁片 C. 溶液中的H+ 向铁片附近定向迁移 D. 铁片发生的反应是Fe - 3e-- ==Fe3+ 解题思路 本题考查原电池的构成及原理，在Fe—H2SO4—Cu构成的原电池中，Fe作原电池的负极，发生氧化反应：Fe—2e-==Fe2+,D错误；Cu作原电池的正极，硫酸溶液中的H+离子得到电子发生还原反应：2H++e-==H2，总反应式：Fe+2H+==Fe2++H2。H2在正极Cu片上析出，A正确；负极Fe失去电子经导线流向正极Cu，B错误；电解质溶液中的阳离子（H+）移向正极（Cu），C错误。 【答案】A 教材习题04 右下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法中正确 的是（ ） A. 该系统中只存在3种形式的能量转化 B. 装置Y中在负极发生反应的物质是O2 C. 装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D. 装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化 解题思路 本题考查化学电源及太阳能、化学能、电能等能量的转化。装置X为电解水制H2和O2，装置Y为氢氧燃料电池。该系统中存在太阳能、化学能、电能、热能的能量转化，A错误；装置Y燃料电池中H2为负极，发生氧化反应，O2为正极，发生还原反应，B错误；装置X产生燃料电池中的燃料H2和氧化剂O2，C正确；装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，但并不能实现化学能与电能间的完全转化，D错误。 【答案】C 核心考点一：能量转化类型的判断 【例1】下列设备工作时，将化学能转化为电能的是（ ） A B C D 硅太阳能电池 锂离子电池 太阳能集热器 燃气灶 【答案】B 【解析】A．硅太阳能电池将太阳能转化为电能，A不选；B．锂离子电池的放电过程是将化学能转化为电能，B选；C．太阳能集热器的原理是光透过透明盖板照射到表面涂有吸收层的吸热体上，其中大部分太阳辐射能被吸收体所吸收，转化为热能，C不选；D．燃气灶通过天然气的燃烧将化学能转化成热能，D不选。答案选B。 核心考点二：原电池的构成条件 【例2】图中装置能形成原电池的是（ ） A． B． C． D． 【答案】B 【解析】A．该图中两个电极都是金属锌，活泼性相同，构不成原电池，故A错误；B．该图中金属铜可以与硝酸银发生氧化还原反应，两个电极材料活泼性不同，可以构成原电池，故B正确；C．该图中烧杯中的液体为酒精，酒精是非电解质不导电，所以构不成原电池，故C错误；D．该装置没有形成闭合回路，构不成原电池，故D错误；故答案为B。 核心考点三：原电池的工作原理 【例3】如图所示的两个装置中，溶液的体积均为200mL，开始时电解质溶液的浓度均为0.1mol/L。工作一段时间后，测得导线中均通过0.02mol电子。下列有关Cu电极的说法正确的是（ ） A. ①中Cu极发生氧化反应 B. ②中Cu极有气泡产生 C. ①、②中Cu极质量均不变 D. ①中Cu极有电子流出，②中Cu极有电子流入 【答案】B 【解析】A.①有外接电源，所以是电解池，电解池工作时，与直流电源的正极相连的电极为电解池的阳极，与直流电源的负极相连的电极为电解池的阴极，则铜为电解池的阴极，发生还原反应，故A错误；B.②为原电池，铜为原电池的正极，正极反应为2H++2e==H2↑，有气泡产生，故B正确；C.①中铜电极发生还原反应，电极反应方为Cu2++2e-=Cu，②中铜电极发生的电极反应为2H++2e==H2↑，①中铜极质量变大，②中极质量不变，故C错误；D.电解池工作时，电子从电源负极沿导线流入电解池的阴极，故①中极有电子流入，原电池工作时，电子沿着导线从负极流向正极，故②中极有电子流入，故D错误。   核心考点四：原电池电极反应式的书写与判断 【例4】原电池的电极名称不仅与电极的性质有关，也与电解质溶液有关，下列说法不正确的是（ ） A．由Zn、Cu、稀H2SO4组成原电池，其负极反应式为：Zn－2e-＝Zn2+ B．由Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为：Fe－2e-＝Fe2+ C．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为：Al－3e-＝Al3+ D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为：Cu－2e-＝Cu2+ 【答案】C 【解析】A. 该原电池中，Zn易失电子作负极，Cu作正极，负极上Zn失电子生成Zn2+，负极反应式为Zn－2e-＝Zn2+，故A正确；B. 该原电池中，Fe易失电子作负极，Cu作正极，负极反应式为Fe－2e-＝Fe2+，故B正确；C. 该原电池中，Al易失电子作负极，Mg作正极，负极反应式为Al-3e-+4OH-==AlO2-+2H2O，故C错误；D. Al和浓硝酸发生钝化现象，所以Cu易失电子作负极，Al作正极，负极反应式为Cu－2e-＝Cu2+，故D正确。故答案选：C。 核心考点五：正、负极和粒子移动方向的判断 【例5】利用反应6NO2+8NH3==7N2+12H2O构成的电池，既能实现有效减少氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。下列说法不正确的是（ ） A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极 B．电极A上发生氧化反应，电极B为正极 C．当有(标准状况)被处理时，转移电子的物质的量为0.4mol D．A电极的电极反应式为 【答案】D 【解析】A．该原电池中，通入NH3的A电极为负极，通入NO2的B电极为正极，则电流从右侧B电极经过负载后流向左侧A电极，A正确；B．该原电池中，A电极为负极，2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O ，发生氧化反应，B电极为正极，正极上NO2得电子生成N2，发生还原反应，B正确；C．通入NO2的B电极为正极，电极反应式为2NO2+8e-+4H2O=N2+8OH-，消耗标准状况下体积为2.24L，即消耗2.24L/22.4L/mol=0.1molNO2，所以转移0.4mol电子时，C正确；D．通入NH3的A电极上，NH3发生失电子的氧化反应生成N2，碱性条件下的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，D错误；故答案为：D。 核心考点六：化学电源 【例6】水系锌离子电池是一种新型二次电池，工作原理如图。该电池以粉末多孔锌电极锌粉、活性炭及粘结剂等为负极，V2O5为正极，三氟甲磺酸锌[Zn(CF3SO3)2]为电解液。下列叙述错误的是（ ） A. 放电时，Zn2+向V2O5电极移动 B. 充电时，阳极区电解液的浓度变大 C. 充电时，粉末多孔锌电极发生还原反应 D. 放电时，V2O5电极上的电极反应式为V2O5+xZn2++2xe-==ZnxV2O5 【答案】B 【解析】A.放电时，Zn2+向V2O5电极移动，参与该极的反应+xZn2++2xe-==Znx，故A正确；B.充电时，阳极区发生氧化反应，电极反应式为：Znx—2xe-=V2O5+Zn2+，锌离子通过阳离子交换膜向左移动，电解质溶液浓度没有变大，故B错误；C.充电时，粉末多孔锌电极是阴极发生还原反应，故C正确；D.放电时，V2O5电极是正极发生还原反应，电极反应式为+xZn2++2xe-==Znx，故D正确。故选B。   核心考点七：原电池原理的应用 【例7】有A、B、C、D四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B；当A、D组成原电池时，A为正极；B与C构成原电池时，电极反应式为：C2-+2e-→C，B-2e-→B2+则A、B、D、E金属性由强到弱的顺序为（ ） A．A＞B＞C＞D B．A＞B＞D＞C C．D＞C＞A＞B D．D＞A＞B＞C 【答案】D 【解析】原电池中，电子由负极流向正极，活泼金属作负极，负极上失去电子发生氧化，以此分析。当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B，则金属活泼性为A>B；当A、D组成原电池时，A为正极，则金属活泼性为D>A；B与C构成原电池时，电极反应式为：C2-+2e-→C，B-2e-→B2+，B失去电子，则金属活泼性为B>C；综上所述，这四种金属的活泼性为：D＞A＞B＞C。答案选D。 【基础练】 1．电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电池的发展是化学对人类的一大贡献。下列有关电池的叙述正确的是（ ） A. 原电池反应均是自发的氧化还原反应 B. 氢氧燃料电池工作时氢气在正极被氧化 C. 氢氧燃料电池是将热能转化为电能的装置 D. 铅蓄电池在放电过程中，负极质量减少，正极质量增加 【答案】A 【解析】A.构成原电池的条件之一是：能自发的进行氧化还原反应，所以原电池反应均是自发的氧化还原反应，故A正确；B.氢氧燃料电池工作时氢气在负极上失电子被氧化，故B错误；C.氢氧燃料电池也是原电池，所以氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，故C错误；D.根据铅蓄电池放电时，负极电极反应式为：；正极电极反应式为：，所以正负极质量都增加，故D错误。故选A。 2．有a、b、c、d四种金属。将a与b用导线连接起来，浸入电解质溶液中，a不断腐蚀；将a、d分别投入同浓度的盐酸中，d比a反应剧烈；将铜浸入b的盐溶液中，无明显变化；如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。根据以上现象判断，它们的活动性由强到弱的顺序是（ ） A．d c a b B．d a b c C．d b a c D．b a d c 【答案】B 【详解】 将 a 与 b 用导线连接起来，浸入电解质溶液中，a 不断腐蚀，说明b是正极，因此活泼性是a＞b；将 a、d 分别投入等浓度盐酸中，d比 a 反应剧烈，说明金属活动性d＞a；活泼的金属可以将不活泼的金属从其盐溶液中置换出来，所以活泼性是b＞c，综合以上可知活动性由强到弱顺序是：d>a>b> c，答案选B。 3．如图所示，电流计G发生偏转，同时a极逐渐变细，b极放出无色气体，X为电解质溶液，则a、b、X应是下列各组中的（ ） a电极 b电极 X溶液 A Zn Fe B Fe 石墨 C Zn 石墨 稀硫酸 D Fe Cu 浓硝酸 A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【解析】电流计G发生偏转，同时a极逐渐变细，b极放出无色气体，则a极为负极，b极为正极，总反应为a极材料与电解质溶液X反应并且有无色气体产生。A．锌的活动性比铁强，锌作负极，铁作正极，锌与硫酸铜溶液反应生成铜和硫酸锌，正极看不到气体产生，A错误；B．铁作负极，石墨作正极，铁与氯化铁反应生成氯化亚铁，正极看不到气体产生，B错误；C．锌作负极，石墨作正极，锌与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，锌极逐渐变细，石墨极放出无色气体，C正确；D．铁与浓硝酸常温下发生钝化，铜作负极，铜极变细，D错误；答案选C。 4．下列有关化学电池装置的叙述中，不正确的是（ ） 图Ⅰ碱性锌锰电池 图Ⅱ铅-硫酸蓄电池 图Ⅲ原电池 图Ⅳ银锌纽扣电池 A．图Ⅰ所示电池工作时，锌粉失电子 B．图Ⅱ所示电池放电过程中，电解质溶液中的移向极 C．图Ⅱ所示装置工作过程中，电解质溶液的质量增大 D．图Ⅳ所示电池中，是氧化剂，电池工作过程中被还原为 【答案】C 【解析】A．碱性锌锰电池中，锌作负极，失电子，发生氧化反应，故A正确；B．原电池中，阳离子向正极移动，铅-硫酸蓄电池中PbO2极为正极，电解质溶液中的H+移向PbO2极，故B正确；C．铜-铁-硫酸铜原电池中铁为负极，溶解，铜为正极，析出铜，电池反应为Fe+ Cu2+ =Fe2+ + Cu，工作过程中，电解质溶液的质量减小，故C错误；D．银锌纽扣电池中Ag2O为正极，得电子，作氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag，故D正确；故选C。 5．将锌片和铜片按图示方式插入柠檬中，电流计指针发生偏转。下列关于该装置的说法中错误的是（ ） A．铜片为正极，发生还原反应 B．一段时间后，锌片质量减小 C．电子通过柠檬汁液由锌片流向铜片 D．柠檬汁液中的向铜片定向迁移 【答案】C 【解析】A．该装置可将化学能转化为电能，是原电池，铜片不活泼为正极，发生还原反应，A项正确；B．原电池中Zn为负极，发生氧化反应，锌片逐渐溶解，质量减轻， B项正确；C．原电池中Zn为负极，Cu为正极，电子由锌片流出经导线到铜片，C项错误；D． 原电池中Cu为正极，电解质中的H+向铜片定向迁移、并在铜片上得电子生成H2，D项正确；答案选C。 6．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是（ ） A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2++2e－=Cu C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色直接变成黄色 D．a和b用导线连接后，Fe片上发生氧化反应，溶液中的Cu2+向铜电极移动 【答案】C 【解析】A．a和b不连接时，铁片和铜离子发生置换反应，因此铁片上会有金属铜析出，故A正确；B．a和b用导线连接时，铁作负极，铜作正极，因此铜片上发生的反应为Cu2++2e－=Cu，故B正确；C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液中铜离子都会减少，铁变为亚铁离子，溶液颜色变浅，故C错误；D．a和b用导线连接后，Fe为负极，发生氧化反应，铜为正极，根据离子“同性相吸”原理，因此溶液中的Cu2+向正极即铜电极移动，故D正确。综上所述，答案为C。 7．铜锌电池原理如图所示，下列说法正确的是（ ） A．b电极反应式为Cu2＋＋2e-= Cu B．盐桥中K＋移向a电极 C．a电极发生还原反应 D．电子由Zn电极流出，经盐桥溶液流向b电极 【答案】A 【解析】A．b电极上铜离子得到电子被还原，电极反应式为Cu2＋＋2e-=Cu，A正确；B． a电极为负极，盐桥中K＋移向正极即b电极，B错误；C． a电极为Zn，失去电子转变为Zn2＋，锌化合价升高，发生氧化反应，C错误；D． 电子由Zn电极流出，沿着导线流向b电极，D错误；答案选A。 8．燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置，某氢氧燃料电池的构造示意图如下，该电池工作时，下列说法正确的是（ ） A．O2在b电极上发生氧化反应 B．电解质溶液中OH-向正极移动 C．该装置实现了电能到化学能的转化 D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 【答案】D 【解析】A．O2在b电极上得到电子发生还原反应，A错误；B．该燃料电池工作时，电解质溶液中OH-向正电荷较多的负极移动，B错误；C．该装置通过两个电极分别发生氧化反应、还原反应，实现了化学能到电能的转化，C错误；D．氢氧燃料电池反应产物水不会对环境造成污染，且水又是生产燃料H2的原料，比H2直接燃烧能量利用率大大提高，因此是一种具有应用前景的绿色电源，D正确；故合理选项是D。 9．蛟龙号载人潜水器由我国自行设计、自主集成研制，是目前世界上下潜能力最深的作业型载人潜水器。给某潜水器提供动力的电池如图所示。下列有关说法正确的是（ ） A. Zn电极发生了还原反应 B. 电池中的Cl-向Pt电极移动 C. Pt电极反应式为 H2O2+2e-=2OH- D. 电子从Zn电极沿导线流向Pt电极，再经溶液回到Zn电极 【答案】C 【解析】本题考查原电池原理。A项，锌电极作负极发生氧化反应，错误；B项，原电池中Cl-向负极锌移动，Pt是正极，错误；C项，Pt电极是正极，发生得电子的还原反应： H2O2+2e-=2OH-，正确；D项，电子不能经过电解质溶液，错误。 10．下列图示都是原电池原理在化学电源中的应用。下列有关说法中正确的是（ ) A．铅蓄电池在放电时，其负极是铅电极 B．氢氧燃料电池中，H2所在电极发生的反应为H2-2e-+2OH-=2H2O C．氢氧燃料电池中，通入的一极为负极 D．铅蓄电池放电后，PbO2极质量减小 【答案】A 【解析】A．铅蓄电池在放电时，铅是负极，由铅变成硫酸铅，A正确；B．氢氧燃料电池中，电解质溶液为酸性，所以H2所在电极发生的反应为H2-2e-=2H+，B错误；C．氢氧燃料电池中，通入O2的一极为正极，C错误；D．铅蓄电池放电后，PbO2极变成PbSO4，质量增重，D错误；故选A。 【提升练】 1．电化学法处理SO2是目前研究的热点。利用双氧水氧化吸收SO2可消除SO2污染，并制备硫酸。设计装置如图所示已知电极为石墨电极，只起导电作用，交换膜是只允许阳离子通过或只允许阴离子通过的离子交换膜。下列叙述中错误的是（ ） A. 该交换膜为阳离子交换膜 B. 若11.2L标准状况SO2参与反应，则A池中增加2molH+ C. B池中的反应为 H2O2+2e-+2H-+=2H2O D. 导线上箭头方向表示电流方向 【答案】B 【解析】A项，由池中硫酸浓度变化可推得，氢离子从左向右进入池，该交换膜为阳离子交换膜，正确；B项，池中电极反应式为，若11.2L标准状况SO2参与反应，则A池中生成，根据池中的反应可知，有通过阳离子交换膜进入B池，所以池中净增，错误；C项，B池中得电子发生还原反应，反应为，正确；D项，导线上箭头方向由正极指向负极，表示电流方向，正确。 2．镁-锂双离子新型二次电池如图所示，下列关于该电池的说法正确的是（ ） A．放电时，Mg作负极，溶液中Li+由右向左移动 B．充电时，阳极的电极反应式为 C．充电时，Y应与外加电源的正极相连，此电极上的物质发生了还原反应 D．放电时，导线上每通过，左室溶液质量增重 【答案】D 【解析】放电时，Mg电极失电子，X为负极，Y为正极。A. 放电时，Mg电极失电子，Mg作负极，阳离子移向正极，所以Li+由左向右移动，故A错误；B. 充电时是电解池原理，阳极失去电子，电极反应式为LiFePO4-xe-xLi++Li1-xFePO4，故B错误；C. 充电时，外加电源的正极与二次电池的正极相连，所以外加电源的正极与Y相连，作阳极，阳极发生氧化反应，故C错误；D. 放电时，导线上每通过1mole-，左室中将溶解12gMg成为Mg2+进入溶液，但同时将有1molLi+从左室移入右室，减轻7g，故溶液质量只增重5g，故D正确；故选D。 3．铅酸蓄电池、镍镉碱性电池都是重要的二次电池。已知镍镉碱性电池放电时，正极反应为：2NiO(OH)+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-，负极反应为：Cd+2OH---2e-=Cd(OH)2。下列有关说法不正确的是（ ） A．铅酸蓄电池放电时，PbSO4在两个电极上生成 B．若用铅酸蓄电池为镍镉碱性电池充电，则PbO2电极与Cd电极相连接且两电极附近的pH值均增大 C．镍镉碱性电池在充电时的反应为Cd(OH)2+2Ni(OH)2=Cd+2NiO(OH)+2H2O D．放电一段时间后镍镉碱性电池内c(OH-)变大 【答案】B 【解析】A．铅酸蓄电池负极电极反应为：Pb+SO-2e-=PbSO4，正极电极反应为：PbO2+4H++SO+2e-=PbSO4+2H2O，由此可知，硫酸铅在两个电极上产生，A正确；B．若用铅酸蓄电池为镍镉碱性电池充电，则铅酸蓄电池的PbO2电极为正极，应与镍镉碱性电池的正极相连，而不是Cd电极，B错误；C．由题意可知，镍镉碱性电池在放电时的反应为：Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2，则充电时的反应为：Cd(OH)2+2Ni(OH)2=Cd+2NiO(OH)+2H2O，C正确；D．镍镉碱性电池在放电时的反应为：Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2，反应过程中消耗水，使得电解液浓度增大，氢氧根离子浓度变大，D正确；答案选B。 4．如图是中国天宫空间站的关键技术“再生式生命保障系统”(简称“再生生保”)的示意图，该系统实现了和等物质的再生。 空间站水电解系统的电能来自可充电电池锂电池是可充电电池中的一种，如图为锂电池工作原理示意图，下列有关说法错误的是（ ） A．锂电池既可充电又可放电 B．放电时电子由正极移向负极 C．放电时Li+由负极移向正极 D．放电时负极的电极反应：Li—e- = Li+ 【答案】B 【解析】可充电电池锂电池是二次电池，即可充电又可放电，在放电过程中，金属锂作负极，失去电离生成锂离子，电子由负极沿着导线流向正极。A．根据分析，锂电池是二次电池，即可充电又可放电，A正确；B．放电时电子由负极沿着导线流向正极，B错误；C．放电时，阳离子移向正极，C正确；D．放电时负极为金属锂失去电子生成锂离子，电极反应式正确，D正确；故选B。 5．电化学在生产生活中都具有重要的作用和意义。 （1）研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池反应可表示为：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl ①该电池的负极反应式为___________； ②在电池中，Na+不断移动到“水”电池的___________极(填“正”或“负”)； ③外电路每通过4 mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是___________； （2）中国科学院应用化学研究所在二甲醚(CH3OCH3)燃料电池技术方面获得新突破。二甲醚燃料电池的工作原理如图所示。 ①该电池工作时，b口通入的物质为___________； ②该电池负极的电极反应式为___________； ③工作一段时间后，当9.2 g二甲醚完全反应生成CO2时，有___________ 个电子转移。 【答案】（1） Ag-e-+Cl-=AgCl     正     2 mol （2）二甲醚(CH3OCH3)     CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+     2.4NA 【解析】（1）①由总方程式分析可知：Ag在反应中失电子作原电池的负极，电极反应为Ag-e-+Cl-=AgCl；②在电池中，阳离子向负电荷较多的正极移动，故Na+移向电池的正极；③根据①可知负极电极反应为Ag-e-+Cl-=AgCl，故反应中转移4 mol电子，消耗4 mol Ag，由总反应方程可知：每生成1 mol的Na2Mn5O10，反应转移2 mol电子，则现在反应转移4 mol电子，因此生成Na2Mn5O10的物质量为2 mol； （2）①在原电池反应中阳离子向负电荷较多的正极移动。根据图示可知H+移向右侧电极，说明右侧电极为正极，左侧电极为负极。故该电池工作时。b口通入的物质是燃料二甲醚；②在负极上燃料失去电子发生氧化反应产生CO2、H+，故负极的电极反应式为：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+；③9.2 g二甲醚的物质的量n(二甲醚)=9.2g/46g/mol=0.2mol，根据负极反应式可知：每有1 mol二甲醚发生反应，转移12 mol电子，则当有9.2 g(即有0.2 mol)二甲醚发生反应时转移电子的物质的量为n(e-)=0.2 mol×12=2.4 mol，则反应过程中转移的电子数目为N(e-)=2.4 mol ×NA/mol=2.4NA。 6．I．硅是无机非金属材料的主角，请回答下列问题： （1）埋在地下的光导纤维如果裸露在碱性土壤中，会导致短路，用离子方程式说明原因： 。 Ⅱ．晶体硅是信息科学和能源科学中的一种重要材料，如图所示流程是工业上制取纯硅的一种方法。 请回答下列问题： （2）在上述生产过程中，属于置换反应的有 (填标号)；反应②和③是否为可逆反应并说明理由： 。 （3）写出反应①的化学方程式： 。 （4）化合物W的用途很广，可用于制备硅胶和木材防火剂等，可作肥皂的填充剂，是天然水的软化剂。将石英砂和纯碱按一定比例混合加热至1373～1623K反应，可生成化合物W，其化学方程式是 。 （5）微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应式为，。根据上述反应式，完成下列题目。 ①判断下列叙述中正确的是 。 A．在使用过程中，电解质KOH不断被消耗 B．使用过程中，电子由Ag2O极经外电路流向Zn极 C．Zn是负极，Ag2O是正极 D．Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应 ②写出电池的总反应式： 。 ③使用时，负极区的c(OH-) (填“增大”“减小”或“不变”，下同)，电解质溶液中的c(OH-) 。 【答案】（1）SiO2+2OH-=SiO+H2O （2） ①②③ 否，因为②和③的反应不是在同一条件下进行的 （3）SiO2+2C Si+2CO↑ （4） SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑ （5）C Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag 减小 增大 【解析】（1）埋在地下的光导纤维如果裸露在碱性土壤中，会导致短路，是因为二氧化硅能与碱反应生成硅酸盐，用离子方程式可表示为SiO2+2OH-=SiO+H2O。故答案为：SiO2+2OH-=SiO+H2O； （2）在上述生产过程中，①②③都是置换反应，只有④不属于置换反应；可逆反应在同一条件下反应既向正反应方向进行，又向逆反应方向进行，②和③的反应不在同一条件下进行，所以不属于可逆反应。故答案为：①②③；否，因为②和③的反应不是在同一条件下进行的； （3）反应①为石英砂和焦炭生成粗硅和一氧化碳的反应：SiO2+2C Si+2CO↑。故答案为：SiO2+2C Si+2CO↑； （4）根据反应原理可得，SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑，故答案为：SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑； （5）①A. 根据电极反应式可写出总反应式： Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag ，KOH没有被消耗，故A错误；B. 根据原电池工作原理，电子从负极经外电路流向正极，纽扣电池中，Zn为负极，Ag2O为正极，电子从Zn极经外电路流向Ag2O极，故B错误；C. 原电池中，负极失去电子，有元素化合价升高，根据电极反应式可知，Zn为负极，正极得到电子，有元素化合价降低，Ag2O极为正极，故C正确；D. Zn为负极，失去电子，发生氧化反应，Ag2O极为正极，得到电子，发生还原反应，故D错误；故答案为：C；②由①中分析可知电池总反应式： Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag ，故答案为： Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag ；③负极反应式：Zn+2OH---2e-=Zn(OH)2，消耗OH-，c(OH-)减小，根据电池总反应，可知，反应中会消耗水，则KOH的物质的量浓度增大，即电解质溶液中c(OH-)增大。故答案为：减小；增大。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！8 学科网 学科网（北京）股份有限公司 $$