1、第二节化学能与电能1.了解化学能与电能的转化关系。2.初步了解化学电池的工作原理及应用。3了解研制新型电池的重要性。4.会书写简单的电极反应式。化学能转化为电能1一次能源和二次能源定义举例一次能源直接从自然界取得的能源流水、风力、原煤、天然气、石油等二次能源一次能源经过加工、转换得到的能源电力、蒸汽等2.化学能转化为电能(1)燃煤发电：化学能热能机械能电能。(2)原电池概念：将化学能转变为电能的装置，其本质是氧化还原反应。原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)原电池总反应式：Zn2H=Zn2H2。构成条件a有两种活泼性不同的电极；b电极插入电解质溶液；c电极间形成闭合回路；d能自发进行的氧化还原
2、反应。1下列有关原电池的说法中正确的是()A在外电路中电子由正极流向负极B在原电池中负极发生还原反应C原电池工作时，阳离子向正极方向移动D原电池中正极一定是不活泼金属解析：选C。在原电池中，电子从负极通过导线流向正极；原电池中负极发生氧化反应；随着反应的进行，阳离子在正极被还原，所以电解质溶液中的阳离子向正极移动；原电池中一般正极金属比负极金属活泼性差，但不一定是不活泼金属。2下列叙述不正确的是()A根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源B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C火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程D在火力发电过程中，化学能转化为热能实际
3、上是氧化还原反应发生的过程，伴随着能量的变化解析：选C。氢气不能从自然界直接取得，是二次能源，A正确；电能也是二次能源，且使用方便、污染最小，B正确；以煤为燃料，火力发电的能量转化过程：(煤)化学能热能机械能电能，C错误，D正确。3(2019郴州高一测试)如图为某兴趣小组制作的番茄电池，下列说法正确的是()A电子由铜电极通过导线流向锌电极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电流由锌电极通过导线流向铜电极解析：选C。A项，铜做正极，锌做负极，因此电子由锌电极通过导线流向铜电极，故错误；B项，该装置将化学能转化为电能，故错误；C项，锌做负极失去电子，发生氧化反应，故正确；D项，
4、电子与电流的方向相反，因此电流由铜电极通过导线流向锌电极，故错误。原电池正、负极的判断方法如图所示，电流计指针发生偏转，同时A极质量减少，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是()AB极为原电池的正极BA、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸CC中阳离子向A极移动DA极发生氧化反应解析原电池中，负极金属失去电子，质量减小，故A极是负极，B极是正极，根据构成情况可判断A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸，A、B两项正确；离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，D项正确。答案C(1)上述例题中，电子的移动方向是怎样的？(2)上述例
5、题中，如果该原电池反应是Fe2HCl=FeCl2H2，请写出A、B两极的电极反应式。答案：(1)电子由负极(A极)经导线流向正极(B极)。(2)A极的电极反应式是Fe2e=Fe2，B极的电极反应式是2H2e=H2。1下面是四个化学反应，你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是()A2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2B2H2O22H2OCZnCuSO4=CuZnSO4DNa2CO32HCl=2NaClH2OCO2解析：选D。D项中的反应不属于氧化还原反应，不能设计成原电池。2下列各装置能构成原电池的是()解析：选B。A项中两电极相同，A项错误；C项中蔗糖溶液是非电解质溶液，C项错误
6、；D项中两烧杯中溶液是分开的，没有形成闭合回路，D项错误。3(双选)如图所示，a在金属活动性顺序表中排在氢之前，b为碳棒，下列说法中不正确的是()Aa极上发生还原反应，b极上发生氧化反应B碳棒上有气体逸出C导线上有电流，电子移动方向为baD反应后a极质量减小解析：选AC。由题图知，a、b与稀硫酸构成了原电池，在该原电池中，因活泼性ab(碳棒)，故a为负极，发生氧化反应，b为正极，发生还原反应，选项A错误；b极的电极反应式为2H2e=H2，故碳棒上有气体逸出，选项B正确；a极失去的电子通过导线转移到b极，即电子移动方向为ab，选项C错误；a极失去电子后转变为离子进入溶液，故a极逐渐溶解，质量减小
7、，选项D正确。发展中的化学电源1干电池一次电池(1)特点：放电之后不能充电。(2)实例：锌锰电池(3)电极反应：负极为Zn2e=Zn2，正极为2MnO22NH2e=Mn2O32NH3H2O。(4)为了延长电池寿命和提高其性能，人们将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上做了改进，制成了碱性锌锰电池。2充电电池二次电池(1)特点：放电时所进行的氧化还原反应，充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。(2)实例：电池类型负极正极电解质铅蓄电池PbPbO2H2SO4镍镉电池CdNiO(OH)KOH3.燃料电池(1)特点燃料和氧化剂(如O2)分别在两个电极上反应将化学能直接转化为电能。
8、与火力发电相比，燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。(2)实例：以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：负极：2H24OH4e=4H2O；正极：O22H2O4e=4OH。1下列有关电池的说法中不正确的是()A手机上用的锂离子电池属于二次电池B铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D锌锰电池中，锌电极是负极解析：选B。手机上用的锂离子电池是可充电电池，A对。铜锌原电池中，Cu为正极，Zn为负极，外电路中电子由负极流向正极，B错。燃料电池将化学能转化
9、为电能，C对。锌锰电池中，Zn为负极，D对。2在实验室制取氢气时，最好的方法是()A纯锌与稀硫酸反应B纯锌与浓硫酸反应C纯锌与稀盐酸反应D粗锌(含铜、银)与稀硫酸反应解析：选D。含有铜或银的锌与稀硫酸反应时，由于发生原电池反应，生成氢气的速率加快。3燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料燃烧原理把化学能直接转化为电能，氢氧燃料电池的基本反应是X极：O2(g)H2O(l)2e=2OH；Y极：H2(g)2OH2e=2H2O(l)。下列说法正确的是()AX是负极BY是正极CY极上发生还原反应DY极上发生氧化反应解析：选D。由电极反应式可知，X极上发生得到电子的还原反应，是原电池的正极，Y极上发生失
10、去电子的氧化反应，是原电池的负极。原电池原理的应用1加快氧化还原反应的速率(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中粒子运动相互间的干扰减小，使反应速率增大。(2)应用：实验室用Zn和稀H2SO4(或稀盐酸)反应制取H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4(或稀盐酸)形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。2比较金属的活动性强弱(1)原理：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。(2)应用：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性AB。3设计原电
11、池(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氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应。还原剂ne=氧化产物(负极电极反应)；氧化剂ne=还原产物(正极电极反应)。(3)找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。(4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。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，
12、并写出电极反应式。正极：_；负极：_。解析答案(1)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(2)装置图2Fe32e=2Fe2Cu2e=Cu2请利用反应“Cu2Ag=2AgCu2”设计一个化学电池(正极材料用碳棒)，回答下列问题：(1)该电池的负极材料是_，发生_(填“氧化”或“还原”)反应，电解质溶液是_。(2)正极上出现的现象是_。(3)若导线上转移1 mol电子，则生成银_g。解析：(1)根据电池的总反应式可知，负极一般是失电子的物质，所以负极材料应该是铜，发生氧化反应，电解质溶液是一种可溶性的银盐溶液，所以是AgNO3溶液。(2)正极上发生的反应是溶液中的银离子得到电子变成银单质，所以正极上的现象
13、是碳棒上出现银白色物质。(3)当导线上转移1 mol电子时，正极上会析出1 mol银单质，所以正极上生成的银的质量是108 g。答案：(1)Cu氧化AgNO3溶液(2)碳棒上出现银白色物质(3)108考查发展中的化学电源1下列有关电池的叙述不正确的是()A水果电池是方便实用的家用电池B铅蓄电池是一种常用的二次电池C氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置D锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄解析：选A。水果电池不是方便实用的家用电池，A错误；铅蓄电池是可进行充、放电的二次电池；氢氧燃料电池工作的产物是水，故不会造成环境污染；锌锰干电池中Zn做负极不断溶解，故外壳逐渐变薄。2(2019长春高
14、一检测)人造卫星常用到的一种高能电池银锌蓄电池，它在放电时的电极反应为Zn2OH2e=ZnOH2O、Ag2OH2O2e=2Ag2OH，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，被氧化解析：选B。根据电极反应式中元素的化合价变化可知，电极反应中银元素的化合价降低，被还原；原电池中较活泼的金属(锌)做负极，另一电极(氧化银)做正极，发生还原反应，所以氧化银为正极，得电子被还原。3氢氧燃料电池构造如图所示。其电池总反应式为2H2O2=2H2O。下列说法不正确的是()A多孔金属a做负极B多孔金属b上，O2发生还原反应C电池工作时，电解质溶液中OH移向a极D正极的电极反应为O
15、24e4H=2H2O答案：D考查原电池原理的应用4四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。相连时，外电路电流从流向；相连时，为正极；相连时，上有气泡逸出；相连时，的质量减少。据此判断这四种金属的活动性由大到小的顺序是()ABCD解析：选B。相连时，外电路电流从流向，为负极，金属活动性：；相连时，为正极，金属活动性：；相连时，上有气泡逸出，为正极，金属活动性：；相连时，的质量减少，为负极，金属活动性：。故这四种金属的活动性由大到小的顺序是。5下列各组电极材料和电解质溶液中，不能组成原电池的是()A铜片、石墨棒、稀硫酸B铜片、石墨棒、硝酸银溶液C锌片、铜片、稀盐酸D铜片、铁片、FeCl3溶液
16、解析：选A。原电池的电极材料是活泼性不同的金属或能导电的非金属，同时负极金属要与电解质溶液能发生自发进行的氧化还原反应，A项中铜与稀硫酸不能发生自发进行的氧化还原反应，故A选项符合题意。重难易错提炼1.构成原电池的四个条件(1)具有活泼性不同的两个电极；(2)两电极必须插入电解质溶液中；(3)形成闭合回路；(4)能自发地发生氧化还原反应。2.原电池工作原理口诀原电池分为两极；负极氧化正还原；电子由负流向正；离子阳正阴向负。3原电池正、负极的判断方法化合价升高失去电子发生氧化反应负极；化合价降低得到电子发生还原反应正极。课后达标检测一、单项选择题1(2019海淀高一期中)下列设备工作时，将化学能
17、转化为电能的是()ABCD锂离子电池太阳能集热器燃气灶硅太阳能电池解析：选A。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青岛高一测试)下列各装置露置在空气中，能在外电路获得电流的是()解析：选B。A、D项，两极的材料相同，不能形成原电池；C项，酒精是非电解质，不能形成原电池。3根据国外媒体报道，某公司将推出一种全新的银锌电池，这种银锌电池的续航能力要比锂离子电池强，有望取代锂离子电池。其放电过程可表示为Ag2OZn=ZnO2Ag，此
18、电池放电时，有关说法正确的是()A电能转化为化学能B电解质溶液是稀硫酸C电子通过外电路从Ag2O极流向Zn极DZn做负极被氧化解析：选D。原电池是将化学能转化为电能的装置，A选项错误；从总反应式可以看出，电池放电后生成了ZnO，ZnO在酸性溶液中不能存在，所以电解质溶液为碱性溶液，B选项错误；原电池中，电子通过外电路从负极(Zn)流向正极(Ag2O)，C选项错误；负极发生氧化反应，D选项正确。4如图所示装置中，可观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细。下表所列M、N、P物质中，可以组合成该装置的是()选项MNPA锌铜稀硫酸B铜铁稀盐酸C银锌硝酸银溶液D锌铁硝酸铁溶液解析：选C。M棒变粗，N棒
19、变细，说明M棒是正极，电解质溶液中的阳离子在此极析出；N棒是负极，相对M棒金属活动性更强。综合以上分析可确定C项符合要求。5等质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，下列各图表示的是产生H2的体积V与时间t的关系，其中正确的是()解析：选A。等质量的两份锌粉中，加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量CuSO4溶液，则a中发生的反应有ZnCu2=Zn2Cu，Zn2H=Zn2H2，由于置换出来的Cu与Zn在稀硫酸中构成原电池，所以a中的反应速率比b中的反应速率大，即反应完成所需的时间短，但Cu2消耗了少量的Zn，a中产生的H2比b中产生的H2少。b中只发生反应
20、：Zn2H=Zn2H2。6(2019郑州高一测试)将纯锌片和纯铜片按如图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SO均向铜片移动D产生气泡的速率甲比乙快解析：选D。甲中锌与铜用导线连接后浸入稀H2SO4中，形成原电池，乙中仅发生锌与稀H2SO4的反应，不构成原电池。所以甲中铜片表面有气泡产生，且气泡产生速率比乙快。乙中铜片、锌片都不是电极。甲中SO移向负极(即锌片)。只有D项正确。7(2019宿州高一检测)将两极质量相同的铜棒和锌棒，用导线相连接后插入CuSO4溶液中，经过一段时间后，取出洗净后干燥并称重，两
21、棒质量相差6.45 g，导线中通过的电子的物质的量为()A0.1 molB0.2 molC0.3 mol D0.4 mol解析：选A。负极：Zn2e=Zn2，Zn失去2 mol电子减重65 g；正极：Cu22e=Cu，Cu2得到2 mol电子增重64 g。此时两极质量相差：65 g64 g129 g，若两棒质量相差6.45 g，则参加反应的锌及生成的铜均为0.05 mol，应转移0.1 mol电子。二、不定项选择题8将铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即产生电流，称为甲烷燃料电池。已知甲烷燃料电池两个电极上的反应分别为CH48e10OH=CO7H2O，2O28e4H2O
22、=8OH。下列有关说法中错误的是()ACH4在正极上反应，O2在负极上反应B放电过程中电解质溶液的碱性减弱C此电池属于环境友好型电池D此电池中化学能100%转化为电能解析：选AD。A项，CH4燃料电池中，燃料失电子发生氧化反应，所以CH4在负极上反应，O2得电子发生还原反应，所以O2在正极上反应，错误；B项，根据电池总反应CH42O22OH=CO3H2O知，OH参加反应，所以溶液中OH浓度降低，溶液的碱性减弱，正确；C项，该电池放电时不产生对环境有污染的物质，所以属于环境友好型电池，正确；D项，此电池中化学能转化为电能和少量热能，错误。9甲烷燃料电池的总反应式为CH42O2=CO22H2O，其
23、中一个电极反应式为2O28H8e=4H2O，下列叙述不正确的是()ACH4通入负极BO2通入正极C正极发生氧化反应D正极的电极反应式为CH42H2O8e=CO28H解析：选CD。甲烷燃料电池中O2通入正极，发生还原反应，电极反应式是2O28H8e=4H2O；CH4通入负极，发生氧化反应，利用总反应式减去正极反应式即得到负极反应式是CH42H2O8e=CO28H。10锂电池是一种新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为LiMnO2=LiMnO2，下列说法正确的是()ALi是正极，电极反应式为Lie=LiBLi是负极，电极反应式为Lie=L
24、iCMnO2是负极，电极反应式为MnO2e=MnODLi是负极，电极反应式为Li2e=Li2解析：选B。由总反应LO2=O2可知，Li元素在反应后化合价升高(01)，Mn元素在反应后化合价降低(43)。Li失电子被氧化，在电池中做负极，电极反应式为Lie=Li；MnO2得电子被还原，电极反应式为MnO2e=MnO。11某原电池的总反应的离子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，则该反应的原电池组成正确的是()选项ABCD正极ZnCuAgCu负极CuZnCuFe电解质溶液CuCl2CuSO4H2SO4ZnCl2解析：选B。根据原电池中发生的化学反应可知，负极反应式为Zn2e=Zn2，正极反应式为Cu2
25、2e=Cu。故选项B符合题意。三、非选择题12由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。装置现象二价金属A不断溶解C的质量增加A上有气体产生根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是_。(2)装置乙中正极的电极反应式是_。(3)装置丙中溶液的pH_(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)四种金属的活动性由强到弱的顺序是_。解析：甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活动性AB；乙中C的质量增加，即析出Cu，则B为负极、C为正极，活动性BC；丙中A上有气体即H2产生，则D为负极、A为正极，活动性DA，随着H的消耗，pH变大。答案：(1
26、)A2e=A2(2)Cu22e=Cu(3)变大(4)DABC13目前汽车上使用的铅蓄电池如图所示，根据图示回答下列问题：铅蓄电池的负极是_，负极反应式是_，铅蓄电池的总反应式为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，则正极反应式为_。放电过程中电解液的密度_(填“增大”“减小”或“不变”)。解析：正极反应式等于总反应式减去负极反应式，放电过程中消耗了硫酸，故电解液的密度减小。答案：铅Pb2eSO=PbSO4PbO24HSO2e=PbSO42H2O减小14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Zn2OH2e=Z
27、nOH2O，Ag2OH2O2e=2Ag2OH，总反应式为Ag2OZn=ZnO2Ag。根据反应式回答问题：(1)Zn是_极，Ag2O发生_反应。(2)电子由_极流向_极(填“Zn”或“Ag2O”)，当有1 mol电子通过电路时，负极消耗物质的质量是_g。(3)在使用过程中，电解质溶液中KOH的物质的量_(填“增大”“减小”或“不变”)。解析：(1)根据电极反应式可知，Zn失电子被氧化，Ag2O得电子被还原，发生还原反应。(2)发生原电池反应时，电子由负极经外电路流向正极，即电子从Zn极经外电路流向Ag2O极，当有1 mol电子通过电路时，负极消耗Zn的质量是32.5 g。(3)电池中KOH只起到
28、增强导电的作用，不参与反应，故电池使用过程中KOH的量不变。答案：(1)负还原(2)ZnAg2O32.5(3)不变15某同学为了探究原电池产生电流的过程，设计了如图实验。(1)打开K，观察到的现象为_。(2)关闭K，观察到的现象为_。此电池的负极的电极反应式为_。(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_。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，电流表指针偏转，锌做负极，碳做正极，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；负极反应式为Zn2e=Zn2。(3)关闭K，溶液中的阳离子向正极移动，即向碳棒移动，电子从锌出来经导线流向碳。答案：(1)锌棒上附着有红色固体(2)电流表指针偏转，碳棒上附着有红色固体Zn2e=Zn2(3)CZnC(或负极正极)