高届高级高一高中化学步步高必修2课件学案第二章第二节第1课时.docx
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高届高级高一高中化学步步高必修2课件学案第二章第二节第1课时
第二节 化学能与电能
第1课时 化学能转化为电能
一、能源与火力发电
1.能源分类
2.火力发电——化学能间接转化为电能
(1)过程:
化学能
热能
机械能
电能
(2)缺点:
转换环节多、效率低、能源浪费多、环境污染严重。
(1)根据二次能源的划分,氢气为二次能源(√)
(2)火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程(×)
(3)电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源(√)
(4)在火力发电过程中,化学能转化为热能实际上是氧化还原反应发生的过程,伴随着能量的变化(√)
二、原电池——化学能直接转化为电能
1.实验探究
实验操作
现象
结论
锌片有气泡产生
锌与稀硫酸反应
铜片无明显现象
铜与稀硫酸不反应
锌片逐渐减少,无气泡产生,铜片有气泡产生,电流表指针发生偏转
该装置将化学能转化为电能
2.原电池
(1)定义:
将化学能转变为电能的装置。
(2)工作原理(铜锌原电池)
原电池总反应式:
Zn+2H+===Zn2++H2↑。
原电池的工作原理图示
(1)原电池是一种将电能转化为化学能的装置(×)
(2)正极是电子流出的一极(×)
(3)在原电池中,发生氧化反应的一极是负极(√)
(4)在原电池中,电解质溶液中的阴离子向正极移动(×)
(5)在原电池中,电子从正极流经电解质溶液流向负极(×)
(6)在原电池中,电流经外电路从负极流向正极(×)
1.如图所示装置能够组成原电池的是____________________________(填字母)。
其他不能构成原电池的说明理由:
______________________________________。
答案 EFH
A装置的两个电极的活动性相同,电子不会流动形成电流;B装置为非电解质溶液,不能发生氧化还原反应;C装置电解质溶液在两个分开的装置中,不能形成闭合回路;
D装置无导线连接电极,不能形成闭合回路。
它们均不能构成原电池,G中不存在自发的氧化还原反应
原电池的构成条件
理论上,自发的氧化还原反应均可构成原电池。
具体条件是:
(1)具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)。
(2)溶液:
两电极均插入电解质溶液中。
(3)导线:
两电极用导线相连或相接触,形成闭合回路。
2.在银锌原电池中,以硫酸铜溶液为电解质溶液。
(1)锌为________极,电极上发生的是________(填“氧化”或“还原”)反应。
电极反应式为______________________,锌片上观察到的现象为_________________________。
(2)银为________极,电极上发生的是__________(填“氧化”或“还原”)反应,电极反应式是______________,银片上观察到的现象是____________________。
(3)该电池中,每有2mol电子流过导线,负极________(填“减少”或“增加”)________g,正极________(填“减少”或“增加”)________g。
答案
(1)负 氧化 Zn-2e-===Zn2+ 锌片逐渐溶解
(2)正 还原 Cu2++2e-===Cu 银片上有红色物质析出 (3)减少 65 增加 64
解析
(1)在该电池中,锌为负极,发生氧化反应,逐渐溶解。
(2)银为正极,发生还原反应,有红色的铜析出。
(3)每有2mol电子流过导线,负极锌减少1mol即65g,正极增加1mol即64g。
原电池正负极的判断
1.(2018·天津高一检测)下列设备工作时,将化学能转化为电能的是( )
A
B
C
D
锂离子电池
太阳能集热器
燃气灶
硅太阳能电池
答案 A
解析 A项,锂离子电池是把化学能转化为电能,故正确;B项,太阳能集热器是把太阳能转化为热能,故错误;C项,燃烧是放热反应,是把化学能转化为热能,故错误;D项,硅太阳能电池是把太阳能转化为电能,故错误。
2.(2019·吉安适应性测试)如图为某兴趣小组制作的番茄电池,下列说法正确的是( )
A.电子由铜通过导线流向锌
B.该装置是将电能转化为化学能的装置
C.锌电极发生氧化反应
D.电流由锌通过导线流向铜
答案 C
解析 A项,铜作正极,锌作负极,因此电子由锌通过导线流向铜,故错误;B项,该装置将化学能转化为电能,故错误;C项,锌作负极失去电子,发生氧化反应,故正确;D项,电子与电流的方向相反,因此电流由铜极流向锌极,故错误。
3.下列装置能将化学能转化为电能的是( )
答案 B
解析 A、C项装置中的两个金属电极相同,不能构成原电池,错误;B项,该装置符合原电池的构成条件,Zn作负极,Cu作正极,该装置能将化学能转化为电能,正确;D项,该装置不能形成闭合回路,所以不能构成原电池,错误。
4.下列叙述正确的是( )
①原电池是把化学能转化成电能的一种装置
②原电池的正极发生氧化反应,负极发生还原反应
③能自发进行的氧化还原反应可设计成原电池
④碳棒不能用来作原电池的正极
⑤反应Cu+2Ag+===Cu2++2Ag可以自发进行
A.①③⑤B.①④⑤C.②③④D.②⑤
答案 A
解析 原电池中正极发生还原反应,负极发生氧化反应,碳棒可以作原电池的正极。
5.如图所示的装置,M为活动性顺序位于氢之前的金属,N为石墨棒,关于此装置的下列叙述中,不正确的是( )
A.N上有气体放出
B.M为负极,N为正极
C.稀硫酸中SO
移向M极
D.导线中有电流通过,电流方向是由M到N
考点 原电池工作原理
题点 原电池工作原理
答案 D
解析 原电池中较活泼的金属是负极,失电子,发生氧化反应。
电子经导线传递到正极,所以溶液中的阳离子向正极移动,正极得电子,发生还原反应。
M是活泼金属,所以M是负极,失去电子,N是正极,溶液中氢离子得到电子,生成氢气,所以选项D不正确,其余选项都是正确的。
6.某同学为了探究原电池产生电流的过程,设计了如图所示实验。
(1)打开K,观察到的现象为________________________________。
(2)关闭K,观察到的现象是____________________________________。
此电池的负极的电极反应式为___________________________________。
总反应式为____________________________________。
(3)关闭K,溶液中阳离子向________(填“Zn”或“C”)极移动,外电路中,电子流动方向是___________________________________________________________。
答案
(1)锌棒上附着有红色固体
(2)碳棒上附着有红色固体
Zn-2e-===Zn2+
Zn+Cu2+===Zn2++Cu
(3)C Zn→C(或负极→正极)
解析
(1)打开K,锌与硫酸铜接触,置换出铜,所以可以看到锌棒上附着有红色固体。
(2)关闭K,形成原电池,锌作负极,碳作正极,溶液中的铜离子在碳棒上得到电子生成铜,看到碳棒上附着有红色固体;其正极反应为Cu2++2e-===Cu;负极反应为Zn-2e-===Zn2+;总反应为Zn+Cu2+===Zn2++Cu。
(3)关闭K,溶液中的阳离子向正极移动,即向碳棒移动,电子从锌出来经过导线流向碳。
题组一 一次能源和二次能源
1.能源可分为一次能源和二次能源,自然界中以现成形式提供的能源称为一次能源,需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二次能源。
据此判断,下列叙述正确的是( )
A.天然气是二次能源
B.石油是二次能源
C.电能是一次能源
D.水力是一次能源
答案 D
解析 天然气、石油是化石燃料,都是一次能源;电能如火力发电是通过化石燃料的燃烧,使化学能转化为热能,加热使水转化为蒸汽推动蒸汽轮机,然后带动发电机发电得到的,是二次能源;水力是直接从自然界取得的能源,是一次能源。
2.下面是有关各种形式能量的相互转化途径的叙述,其中错误的是( )
A.家庭液化气灶将化学能转变为热能
B.灯泡将电能全部转变为光能
C.光合作用将光能转变为化学能
D.太阳能电池将光能转变为电能
答案 B
解析 灯泡除了将电能转变为光能之外,还转变为热能等其他形式的能。
题组二 化学能转化为电能
3.“储存”在物质内部的化学能可通过原电池转化为电能,如图所示是某同学设计的几种装置,其中能构成原电池的是( )
A.③⑤⑦B.③④⑤
C.④⑤⑦D.②⑤⑥
答案 A
4.下列关于原电池的叙述,正确的是( )
A.构成原电池的正极和负极材料必须是两种活动性不同的金属
B.原电池是将化学能转变为电能的装置
C.在原电池中,电子流出的一极是负极,该电极被还原
D.原电池放电时,电流的方向是从负极到正极
答案 B
解析 构成原电池的正极和负极可以是两种活动性不同的金属,也可以是导电的非金属(如石墨棒)和金属,A错误;原电池是将化学能转变为电能的装置,B正确;在原电池中,负极上发生失去电子的氧化反应,正极上发生得到电子的还原反应,所以电子从负极沿导线流向正极,C错误;原电池放电时,电子从负极沿导线流向正极,则电流的方向是从正极到负极,D错误。
5.(2018·临汾一中期末)某实验兴趣小组按下图装置实验后,所记录内容合理的是( )
实验记录
①Cu为正极,Zn为负极;
②Zn质量减少,Cu质量增加;
③SO
向Cu极移动;
④电子流向:
由Zn经导线流入Cu片;
⑤Zn电极发生还原反应;
⑥正极反应式:
Cu2++2e-===Cu。
A.②③④B.①②④⑥
C.①②④⑤D.②③⑤⑥
答案 B
解析 ①Zn比Cu活泼,Zn为负极,Cu为正极,故正确;②铜为正极,发生反应:
Cu2++2e-===Cu,铜极质量增大,故正确;③原电池工作时,阴离子向负极移动,故错误;④电子由负极经导线流向正极,即电子由Zn电极经导线流向Cu电极,故正确;⑤Zn电极发生氧化反应,故错误;⑥正极发生还原反应,电极反应方程式为Cu2++2e-===Cu,故正确。
综上所述,B正确。
6.人造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池,其电池的电极反应式:
Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-。
据此判断氧化银是( )
A.负极,被氧化B.正极,被还原
C.负极,被还原D.正极,被氧化
答案 B
解析 电池的电极反应式:
Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O,Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-,从中可以看出锌的化合价升高,所以锌为负极,被氧化,而氧化银中的银化合价降低,故氧化银为正极,被还原。
7.(2019·宜昌高一检测)如图将锌片和铜片用导线连接后放入稀硫酸中,发生原电池反应,下列叙述错误的是( )
A.溶液的pH增大
B.溶液中的Zn2+浓度增大
C.溶液中的SO
浓度增大
D.溶液的密度增大
答案 C
解析 A项,氢离子浓度降低,溶液的pH增大,正确;B项,锌不断溶解,溶液中的Zn2+浓度增大,正确;C项,由于在反应过程中溶液中SO
没有参加反应,所以溶液中c(SO
)不变,错误;D项,原电池放电时,溶液由硫酸溶液逐渐变成硫酸锌溶液,所以溶液的密度增大,正确。
8.如图所示装置,电流表指针发生偏转,同时A极逐渐变粗,B极逐渐变细,C为电解质溶液,则A、B、C应是下列各组中的( )
A.A是Zn,B是Cu,C为稀硫酸
B.A是Cu,B是Zn,C为稀硫酸
C.A是Fe,B是Ag,C为稀AgNO3溶液
D.A是Ag,B是Fe,C为稀AgNO3溶液
答案 D
解析 A极逐渐变粗,说明A极为原电池的正极,溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出;B极逐渐变细,说明B极为原电池的负极,失去电子后变成离子进入溶液中。
A和B两项中的反应为Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑,则A项A极变细,B项A极不变;C和D两项中的反应为Fe+2AgNO3===2Ag+Fe(NO3)2,其中C项A极变细,D项A极变粗。
9.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(SO
)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
答案 C
解析 A项,由锌的活泼性大于铜,可知铜电极为正极,在正极上Cu2+得电子发生还原反应生成Cu,错误;B项,由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,故甲池的c(SO
)不变,错误;C项,在乙池中Cu2++2e-===Cu,同时甲池中的Zn2+通过阳离子交换膜进入乙池中,由于M(Zn2+)>M(Cu2+),故乙池溶液的总质量增加,正确;D项,阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过,电解过程中Zn2+通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡,阴离子是不能通过交换膜的,错误。
10.(2019·武威市期末)某科学探究小组为探究电化学原理,设计了如图所示的装置进行探究实验。
下列对实验中观察到的现象或相关结论的叙述错误的是( )
A.a和b不连接时,该装置不能形成原电池,铁片上有红色的铜析出
B.a和b用导线连接时,铜片为负极,发生的反应为Cu2++2e-===Cu
C.无论a和b是否连接,铁片均会被氧化,溶液中均有Fe2+生成
D.a和b用导线连接时,溶液中的Cu2+向铜电极移动
答案 B
解析 a和b不连接时,没有形成闭合回路,没有构成原电池,发生化学反应,铁把铜置换出来,A项正确;导线连接后,构成原电池,铁比铜活泼,铁作负极,发生的反应为Fe-2e-===Fe2+,B项错误;根据选项A、B分析可知,无论a和b是否连接,铁片均会被氧化,溶液中均有Fe2+生成,C项正确;构成原电池时,阳离子向正极移动,铜作正极,D项正确。
11.小颖同学用如图所示装置研究原电池原理,下列说法错误的是( )
A.若将图1装置的Zn、Cu直接接触,Cu片上能看到气泡产生
B.图2装置中SO
向Cu片移动
C.若将图2中的Zn片改为Mg片,Cu片上产生气泡的速率加快
D.图2与图3中正极生成物的质量比为1∶32时,Zn片减轻的质量相等
答案 B
解析 Zn、Cu直接接触就能构成闭合回路而形成原电池,Cu片上可看到有气泡产生,A项正确;SO
带负电荷,应该向负极Zn片移动,B项错误;由于Mg的失电子能力强于Zn,所以将Zn片改为Mg片后,电子转移速率加快,生成H2的速率也加快,C项正确;假设图2中正极产生2gH2,则转移2mol电子,消耗负极65gZn,而图3中正极析出64gCu,也转移2mol电子,消耗负极65gZn,故Zn片减轻的质量相等,D项正确。
12.按下图装置进行实验,若x轴表示流入正极的电子的物质的量,则y轴可以表示( )
①c(Ag+) ②c(NO
) ③a棒的质量 ④b棒的质量 ⑤溶液的质量
A.①③B.②④
C.①③⑤D.②④⑥
答案 A
解析 根据图中装置可判断,Fe、Ag、AgNO3构成的原电池中,活泼金属Fe为负极,Ag为正极,Fe和硝酸银之间发生氧化还原反应,所以银离子浓度减小,硝酸根浓度不变,①正确、②错误;在负极上金属铁本身失电子,即a棒质量减轻,③正确;正极b棒上析出金属银,即b棒质量增加,④错误;负极上金属铁本身失电子,正极Ag上析出金属银,所以溶液的质量是增加了Fe,但是析出了Ag,在转移电子数相等情况下,析出的金属质量多,所以溶液质量减轻,但不能为零,⑤错误。
13.在盛有水的烧杯中,铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝,使之平衡(如图所示)。
小心地往烧杯中央滴入CuSO4溶液。
(1)片刻后可观察到的现象是(指悬吊的金属圈)____(填字母)。
A.铁圈和银圈左右摇摆不定 B.保持平衡状态不变
C.铁圈向下倾斜 D.银圈向下倾斜
(2)产生上述现象的原因是________________________________________________。
(3)写出反应的化学方程式:
________________________________________________。
答案
(1)D
(2)加入CuSO4溶液后,构成Fe-Ag原电池,铁溶解,质量减轻,Cu2+在银圈上得电子,生成的Cu沉积在银圈上,质量增加 (3)Fe+CuSO4===FeSO4+Cu
解析 加入CuSO4溶液后,构成Fe-Ag原电池,Fe失电子作负极,质量减轻,Cu2+在正极银圈上得电子,生成的金属铜沉积在上面使其质量增加。
14.将Fe片和石墨用导线相连,一组插入稀H2SO4中,一组插入FeCl3溶液中,分别形成了原电池。
(1)这两个原电池中,正极分别是________(填字母)。
A.石墨、石墨B.石墨、Fe片
C.Fe片、Fe片D.Fe片、石墨
(2)写出插入稀H2SO4中形成原电池的正极反应式:
____________________________________
__________________________(用离子方程式表示,下同)。
(3)写出插入FeCl3溶液中形成原电池的总反应式:
____________________________________。
答案
(1)A
(2)2H++2e-===H2↑ (3)2Fe3++Fe===3Fe2+
解析 当电解质溶液为稀H2SO4时,总反应为Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑,则负极为Fe,正极为石墨,正极反应式为2H++2e-===H2↑;当电解质溶液为FeCl3时,总反应为Fe+2FeCl3===3FeCl2,离子方程式为Fe+2Fe3+===3Fe2+,负极为Fe,正极为石墨。
15.某化学兴趣小组同学学习过电化学知识以后,做了以下探究。
[实验目的] 利用所学知识设计原电池装置。
[实验用品] 电极:
镁条、铜片、铁片等。
[电解质溶液] 果汁(橙汁、苹果汁、柠檬汁等)。
[其他] 导线、金属夹、发光二极管、500mL烧杯。
[实验方案] ①Cu—Mg原电池,电解质溶液为橙汁;
②Cu—Fe原电池,电解质溶液为苹果汁。
③Fe—Mg原电池,电解质溶液为柠檬汁。
[实验操作] 用导线分别将三种方案中的金属片连接到金属夹上,分别将金属片两两插入到盛有相应果汁的三个500mL的烧杯中,用发光二极管两端分别接触三种方案中的金属夹。
观察现象,连接方式如图所示。
[实验现象] 三种方案中发光二极管均发光。
[实验结论] 原电池把化学能转变为电能。
请回答下列问题:
(1)连接装置时活泼金属接二极管的______极上,较不活泼金属接二极管的______极上。
(2)在方案①②中铜作电极情况:
________________________________。
(3)在方案①③中镁作电极情况:
___________________________________。
(4)在方案②③中铁作电极情况:
____________________________________。
(5)在方案③中负极反应式为___________________________________________,正极反应式为_____________________,总反应的离子方程式为_____________________________。
答案
(1)负 正
(2)铜均作正极 (3)镁均作负极
(4)方案②中铁作负极,方案③中铁作正极
(5)Mg-2e-===Mg2+ 2H++2e-===H2↑ Mg+2H+===Mg2++H2↑
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- 高级 高中化学 步步高 必修 课件 第二 课时