2019-2020学年高中化学 专题2 化学反应与能量转化 第三单元 化学能与电能的转化 第1课时

第三单元化学能与电能的转化第1课时化学能转化为电能化学电源专题2化学反应与能量转化1.通过实验探究认识化学能可以转化为电能。2.从电子转移的角度理解化学能向电能转化的本质及原电池的构成条件。3.会书写简单的原电池的电极反应式及电池总反应方程式(离子方程式)。4.了解常见的化学电源以及它们在生产和生活中的应用。5.了解金属的电化学腐蚀。专题2化学反应与能量转化化学能转化为电能——原电池一、原电池的定义把将__________转变为______的装置称为原电池。二、原电池的构成条件1．电极材料，两种活动性______的金属或金属和其他导电的材料(非金属或某些氧化物等)。化学能电能不同2．两电极必须浸在_______________中，两电极之间要用导线连接，形成___________。3．_____________反应自发进行(较活泼的金属电极材料能与电解质溶液发生氧化还原反应)。三、原电池的工作原理1．外电路中：较活泼金属材料作____极，失去电子，电子经外电路流向较不活泼金属或导体(正极)，而使外电路中产生电流。2．内电路中：电解质溶液内，阳离子向______极移动，阴离子向______极移动，使电流通过电解质溶液。电解质溶液闭合回路氧化还原负正负四、电极反应以铜­锌(稀硫酸)原电池为例，如图所示。负极(锌)反应式：__________________，发生氧化反应；现象：________________。正极(铜)反应式：____________________，发生还原反应；现象：有气泡逸出。总反应式：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。Zn－2e－===Zn2＋锌不断溶解2H＋＋2e－===H2↑五、金属的电化学腐蚀1．电化学腐蚀(1)条件：不纯的金属跟________________接触。(2)反应：发生__________反应。(3)结果：较活泼的金属失去电子而被________。电解质溶液原电池氧化2．钢铁的腐蚀(1)条件①电极：铁和少量_______形成两个电极。②电解质溶液：水膜中含有少量_____________及O2等气体。(2)电极反应(以吸氧腐蚀为例)①负极(Fe)反应式：2Fe－4e－===2Fe2＋。②正极(C)反应式：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。碳H＋和OH－1．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；D项，没有形成闭合回路，不能获得电流。2．已知锌­空气电池的电极反应如下：锌电极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；石墨电极：12O2＋H2O＋2e－===2OH－。可以判断石墨电极是()A．负极，发生还原反应B．正极，发生氧化反应C．负极，发生氧化反应D．正极，发生还原反应解析：选D。锌­空气电池中，失去电子的一极是负极，发生氧化反应，得到电子的一极是正极，发生还原反应。3．家用炒菜铁锅用水清洗放置后，出现红棕色的锈斑，在此过程中不能发生的化学反应是()A．4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3B．2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2C．O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．Fe－3e－===Fe3＋解析：选D。只考虑到Fe与O2在室温下不反应而错选B。洗过的铁锅在空气中放置，可发生吸氧腐蚀。电极反应式分别为负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；总反应式：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，而Fe(OH)2在空气中又易被氧化为Fe(OH)3。1．构成原电池的必要条件(1)具有活泼性不同的两个电极，或者是金属与石墨构成的两个电极，而且要求其中较活泼的金属能与电解质溶液发生氧化还原反应。(2)电解质溶液：根据电极的性质选择合适的酸、碱或者盐作为电解质溶液，以利于电极发生化学反应。电解质溶液的作用：一是参与氧化还原反应，二是在溶液中构成闭合回路，起到导电的作用。(3)形成闭合回路：外电路有导线导电，内电路有电解质溶液和电极导电(有时两个电极直接接触可以省略外部导线)。2．原电池正、负极的判断方法(1)根据组成原电池的两极材料判断一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(2)根据电流方向或电子流动方向判断在外电路中，电流是由正极流向负极，电子流动方向是由负极流向正极。(3)根据原电池中电解质溶液内离子的定向流动方向判断在原电池的电解质溶液内，阳离子移向的极是正极，阴离子移向的极是负极。(4)根据原电池两极发生的反应来判断原电池的负极总是失电子发生氧化反应，正极总是得电子发生还原反应。(5)根据现象判断溶解的一极为负极，增重或有气泡放出的一极为正极。正确理解电极反应(1)负极：还原剂－ne－===氧化产物，正极：氧化剂＋ne－===还原产物；(2)正极上得电子发生还原反应的物质可能是溶液中的阳离子，也可能是电解质溶液中溶解的O2，而正极本身不损耗；(3)负极上失电子的物质可能是电极本身，也可能是其他物质发生氧化反应。3．原电池的应用(1)加快氧化还原反应速率如实验室用Zn和稀硫酸(或稀盐酸)反应制H2，常用粗锌，粗锌中的杂质和锌、稀硫酸(或稀盐酸)形成原电池，加快了锌的氧化，使产生H2的速率加快。(2)比较金属的活动性强弱原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。(3)判断金属腐蚀快慢原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。(4)设计原电池从理论上说，任何一个自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。例如：利用Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2的氧化还原反应就可设计成原电池。当原电池的负极材料与电解质溶液不能直接反应时，正极上发生的反应一般为溶解在溶液中的氧气得电子生成氢氧根离子的反应，类似于钢铁的电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。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(SO2－4)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[解析]A．Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO2－4不参加电极反应，故甲池的c(SO2－4)基本不变，错误；C.电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64gCu析出，则进入乙池的Zn2＋为65g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。[答案]C(1)上述例题的原电池装置中，ZnSO4(aq)与CuSO4(aq)能否互换？(2)上述例题的原电池装置中，电子如何流动？答案：(1)不能。(2)电子从Zn电极经导线流向Cu电极。原电池的工作原理(以铜锌原电池为例)工作过程中电解质溶液中阳离子向正极移动(如H＋向Cu片定向移动)，阴离子向负极移动(如SO2－4向Zn片定向移动)；与外电路构成闭合回路。原电池的工作原理1．某原电池结构如图所示，下列有关该原电池的说法正确的是()A．总电池反应为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑B．镁棒发生还原反应C．电子从铜棒经外电路流向镁棒D．铜棒为负极解析：选A。A.镁比铜活泼，镁作负极，其总电池反应为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，故正确；B.镁失去电子，化合价升高，被氧化，发生氧化反应，故错误；C.根据原电池工作原理，电子从镁经外电路流向铜，故错误；D.镁化合价升高，作负极，故错误。2．图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示()A．铜棒的质量B．c(Zn2＋)C．c(H＋)D．c(SO2－4)解析：选C。图2显示，在铜锌原电池中，随着流入正极的电子的物质的量(x)的增加，y逐渐减小。该铜锌原电池中发生的电池反应：负极(Zn)：Zn－2e－===Zn2＋；正极(Cu)：2H＋＋2e－===H2↑；随着流入正极的电子的物质的量的增加，铜棒质量不变、c(Zn2＋)增加、c(H＋)减小、c(SO2－4)不变。3．Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是()A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋B．正极反应式为Ag＋＋e－===AgC．电池放电时Cl－由正极向负极迁移D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑解析：选B。该电池中Mg作负极，失去电子发生氧化反应，生成Mg2＋，A项正确；正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B项错误；电池放电时，Cl－从正极向负极移动，C项正确；在负极，Mg会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，D项正确。原电池的电极判断4．下列关于原电池的说法，正确的是()A．在正极上发生氧化反应B．一般化学性质较活泼的电极为负极C．在外电路中电子流出的一极为正极D．原电池中的阳离子向负极移动解析：选B。原电池负极发生氧化反应，A错误；外电路中电子流出的一极为负极，C错误；原电池中阳离子向正极移动，D错误。5．如图所示装置均为原电池。下列说法错误的是()A．在金属活动性顺序中，Mg在Al之前B．电池a中，Al是负极C．电池b中，Al是正极D．电池a和b中，都是铝片上产生H2解析：选D。在金属活动性顺序中，Mg排在Al之前。在b中，镁为负极，但在a中，铝为负极。6．如图所示的装置中可观察到电流计的指针发生偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的组合是()选项MNPA锌铜稀硫酸B铜铁稀盐酸C银锌AgNO3溶液D锌铁Fe(NO3)3溶液解析：选C。该原电池中M棒变粗，N棒变细，说明原电池反应时N棒溶解作负极，在M棒上有金属析出，M棒作正极。A选项中，负极为M棒且反应为Zn－2e－===Zn2＋，没有金属析出；B选项中，电解质溶液为稀盐酸，原电池工作时，不会有金属析出；C选项中，正极为M棒且反应为Ag＋＋e－===Ag，符合题意；D选项中，正极为N棒且反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，没有金属析出。原电池原理的应用7．有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置图及部分反应现象如下：a极质量减小，b极质量增大b极有气泡产生，c极无变化d极溶解，c极有气泡产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性由强到弱的顺序是()A．abcdB．bcdaC．dabcD．abdc解析：选C。装置甲中，a极质量减小，b极质量增大，a极为负极，b极为正极，所以金属的活动性顺序：ab；装置乙中，b极有气泡产生，c极无变化，所以金属的活动性顺序：bc；装置丁中，电流从a极流向d极，a极为正极，d极为负极，所以金属的活动性顺序：da；装置丙中，d极溶解，所以d是负极，c极有气泡产生，所以c是正极，所以金属的活动性顺序：dc，故这四种金属的活动性顺序：dabc。8．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，请在方框内画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。正极反应式：_________________________________________；负极反应式：__________________________________________。解析：首先分析Fe3＋与Cu反应中的氧化剂、还原剂，然后依据原电池原理，再设计成原电池。依据反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，Cu失电子，应为原电池的负极，正极材料选用比铜不活泼的铂丝，或导电的非金属如石墨棒，电解质溶液选用FeCl3溶液。答案：