2.2 课时2 化学反应能量转化的重要应用——化学电池 学案（含答案） 2023-2024学年高一化学鲁科版（2019）必修第二册
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| 名称 | 2.2 课时2 化学反应能量转化的重要应用——化学电池 学案（含答案） 2023-2024学年高一化学鲁科版（2019）必修第二册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 563.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-06 21:06:09 | ||
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文档简介
2.2 课时2 化学反应能量转化的重要应用——化学电池
【学习目标】
1.能分析原电池的工作原理,能书写简单的电极反应。
2.能辨识简单原电池的构成要素。
3.能举出化学能转化为电能的实例。
4.能举例说明化学电源对提高生活质量的重要意义。
【自主预习】
一、原电池的构造
1.原电池
一种利用 将 直接转化成电能的装置。
2.初识氢氧燃料电池
负极反应: 。
正极反应: 。
总反应: 。
此装置中的能量变化: 能转化为 能。
稀硫酸的作用: 。导线的作用: 。
3.原电池的构造
二、设计原电池(以Zn+2H+Zn2++H2↑为例)
1.基本思路
2.实例
(1)原电池设计
依据 Zn+2H+Zn2++H2↑ 实验现象
确定负极 选择负极反应物: 锌片 ;正极材料
选择负极材料:
确定正极 选择正极反应物:
选择正极材料:
构成闭 合回路 选择离子导体:
选择电子导体:
(2)装置
【微点拨】
正极材料最好选择不与正极反应物和离子导体发生反应且能导电的固体。
三、常见化学电池分类
【微点拨】
(1)原电池中电极不一定参加化学反应,如氢氧燃料电池中电极不参加反应。
(2)金属K、Na、Ca活泼性强,一般不作原电池电极。
【答案】一、1.氧化还原反应 化学能
2.2H2-4e-4H+ O2+4e-+4H+2H2O
2H2+O22H2O 化学 电 传导电荷 传导电子
3.导电的固体 导线 氧化还原
二、2.(1)Zn Zn H+ Cu 稀H2SO4 导线 逐渐溶解 表面有气泡产生
(2)Zn-2e-Zn2+ 2H++2e-H2↑
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)原电池是电能转化为化学能的装置。 ( )
(2)铅蓄电池是常见的二次电池。 ( )
(3)锌、铜、稀硫酸组成的原电池中,溶液中的Zn2+、H+均向正极移动。 ( )
(4)构成原电池的两个电极必须是活动性不同的两种金属。 ( )
(5)把铜片插入氯化铁溶液中,在铜片表面出现一层铁。 ( )
(6)把锌粒放入盛有盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,气泡放出的速率增大。 ( )
(7)镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池。 ( )
(8)燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池。 ( )
【答案】(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)√ (7)× (8)×
2.水果电池的示意图如图所示,判断负极材料、电子流向和能量转化形式。
【答案】锌片作负极,电子由锌片沿导线流向铜片,该装置能将化学能转化为电能。
3.现有如下两个反应:
①KOH+HNO3KNO3+H2O ②H2SO4+ZnZnSO4+H2↑。
(1)根据两个反应的本质判断其能否设计成原电池:
① ,② 。
(2)如果不能,说明其原因: 。
(3)如果可以,则写出作原电池正极的材料名称: 。负极反应: ;正极反应: 。
【答案】(1)不能 能
(2)反应①是非氧化还原反应,没有电子转移
(3)石墨或铜片(合理即可) Zn-2e-Zn2+ 2H++2e-H2↑
【合作探究】
任务1 原电池的原理及形成条件
情境导入 冰心的《小桔灯》里曾有一句话:“天黑了,路滑,这盏小桔灯照你上山吧!”文章里的小桔灯(下图左)是用蜡烛放在桔皮里做成的。你知道吗 利用化学知识可以用桔子来制作真正的“小桔灯”(下图右)。原理很简单:把一个桔子的桔瓣并联,将镀锌铁钉、铜线插到桔瓣上,并与放在中心的LED灯珠相连接,就制成了一个真正的小桔灯,据说这盏小桔灯亮了14个小时。
问题生成
1.“小桔灯”中,桔瓣里的桔子汁的作用是什么
【答案】桔子汁的作用是作电解质溶液。
2.镀锌铁钉、铜线在“小桔灯”工作中起到什么作用
【答案】镀锌铁钉作负极,铜线作正极。
3.请分析“小桔灯”中能量转化形式。
【答案】化学能转化为电能。
4.如果将镀锌铁钉、铜线分开插入两瓣桔子中,LED灯珠能否被点亮 为什么
【答案】不能被点亮,因为没有形成闭合回路。
5.若将问题4中两瓣桔子紧贴在一起,LED灯珠能否被点亮 请归纳原电池的构成条件。
【答案】能被点亮,因为两瓣桔子中间的膜能让离子通过,离子定向移动构成了闭合回路。原电池构成的条件:①有活泼性不同的两个电极;②有电解质溶液;③形成闭合回路;④能自发进行的氧化还原反应。
6.原电池的电极材料都必须是金属吗
【答案】原电池的电极材料可以是两种金属活动性不同的金属,也可以是一种金属与一种可导电的惰性材料(如石墨);在燃料电池中,电极本身均不发生反应,故两极均可用惰性材料。
【核心归纳】
1.原电池工作原理图解
2.原电池正、负极的判断方法
【典型例题】
【例1】 如图所示的8个装置中,属于原电池的是( )。
A.①④⑤ B.②③⑥ C.④⑥⑦ D.⑥⑦⑧
【答案】C
【解析】构成原电池要有四个基本条件:a.电解质溶液;b.两个电极,其中一个相对较活泼,另一个相对较不活泼,两个电极直接或间接地连接在一起,并插入电解质溶液中;c.能自发进行氧化还原反应;d.形成闭合电路。
【例2】 某课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置如图所示。下列说法错误的是( )。
A.铜片表面有气泡生成
B.装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
C.如果将硫酸换成柠檬汁,导线中不会有电子流动
D.如果将锌片换成铁片,电路中的电流方向不变
【答案】C
【解析】铜锌原电池中,Cu作正极,溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气,故Cu上有气泡生成,A项正确;原电池中化学能转化为电能,LED灯发光时,电能转化为光能,B项正确;柠檬汁显酸性,能作电解质溶液,将硫酸换成柠檬汁,仍然构成原电池,导线中会有电子流动,C项错误;金属活动性Cu比Zn、Fe弱,Cu作正极,电路中的电流方向不变,仍然由Cu流向负极,D项正确。
任务2 原电池原理的应用
【活动探究】
活动1 有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:
实验 装置
部分 实验 现象 a极质量减小,b极质量增大 b极有气泡产生,c极无明显变化 c极有气泡产生,d极溶解 电流从a极流向d极
由此判断这四种金属的活动性顺序。
【答案】d>a>b>c。
活动2 锌片与稀H2SO4反应时,加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快,试分析其原因。
【答案】Zn与CuSO4反应生成的Cu覆盖在锌片表面,Zn、Cu、稀H2SO4构成原电池,加快反应速率。
活动3 将氧化还原反应Fe+Cu2+Fe2++Cu设计成原电池,画出原电池装置图,并标出电极材料及电解质溶液(要求:画出两个原电池装置,一个不带盐桥,另一个带有盐桥)。
【答案】
【核心归纳】
1.增大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,使溶液中的粒子运动时相互间的干扰减小,反应速率增大。
(2)应用:实验室常用粗锌和稀H2SO4(或稀盐酸)反应制取H2,产生H2的速率比纯锌快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4(或稀盐酸)形成原电池,加快了锌的反应,使产生H2的速率增大。
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,活动性较弱的金属为正极。
(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A>B。
3.设计原电池的一般步骤
理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。
(1)拆反应
将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池的负极和正极。
(2)确定电极材料
若发生氧化反应的物质为金属单质,则可用该金属直接作负极;若为气体(如H2)或溶液中的还原性离子,则可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。一般情况下,发生还原反应的电极材料的活泼性弱于负极材料。
(3)确定电解质溶液
一般选用反应物中的电解质溶液即可。
(4)构成闭合回路
【典型例题】
【例3】 某原电池总反应为Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+,下列能实现该反应的原电池是( )。
A B C D
电极材料 Cu、C Cu、Ag Cu、Zn Fe、Zn
电解质溶液 Fe(NO3)3 FeSO4 FeCl3 CuSO4
【答案】A
【解析】根据原电池的总反应可知,Cu的化合价升高,Cu作负极,电解质溶液应含有Fe3+,另一个电极应是活动性比Cu弱的导电物质。B项,电解质溶液中不含Fe3+;C项,Zn比Cu活泼,Zn作负极;D项,发生的电池总反应是Zn+Cu2+Zn2++Cu。
【例4】 有甲、乙两个装置,下列说法错误的是( )。
A.甲、乙装置中,Zn的质量均减小
B.甲、乙装置中,Cu上均有气泡产生
C.化学反应速率:乙>甲
D.甲中H+移向Zn,乙中H+移向Cu
【答案】B
【解析】甲、乙装置中锌都失电子生成锌离子进入溶液,所以锌的质量均减小,A项正确;甲装置中,锌和氢离子发生置换反应生成氢气,所以锌棒上产生气泡,乙装置构成原电池,氢离子在正极铜上得电子生成氢气,B项错误;甲不能构成原电池,乙能构成原电池,作原电池负极的金属被腐蚀速率大于金属直接和电解质溶液反应的速率,所以反应速率:乙大于甲,C项正确;甲中氢离子在锌上得电子发生还原反应,乙中氢离子在铜上得电子发生还原反应,所以甲中H+移向Zn,乙中H+移向Cu,D项正确。
任务3 化学电源
情境导入 随着经济的发展、人民生活水平的提高以及科技的进步,电池已经深入我们工作、学习和生活中的每一个角落。例如,手电筒上的干电池、手机上的锂电池、汽车上的蓄电池,还有新型环保公交车上的燃料电池等。电池的种类繁多,你知道电池是怎样分类的吗 各类电池的应用前景如何呢
问题生成
1.生活中电动车、手机的电池属于一次电池还是二次电池 可充电电池的反应是可逆反应吗
【答案】电动车、手机的电池都可以反复充电使用,都属于二次电池;可充电电池有充电和放电两个过程,但这两个过程是在不同条件下进行的,所以并不属于可逆反应。
2.充电电池在充电和放电时,能量是如何转化的 燃料电池中能量是如何转化的
【答案】充电电池放电时是化学能转化为电能,充电时是电能转化为化学能;燃料电池中能量的转化是直接将化学能转化为电能。
3.氢燃料电池中是不是氢气直接燃烧
【答案】不是。
4.充电电池与一次电池在我们生活中都非常普遍,结合知识和生活实际,思考充电电池与一次电池相比有何优点。如何科学合理地使用充电电池
【答案】充电电池比一次电池更持久耐用,更方便实惠,可以节约资源,减少废电池的处理量等。使用充电电池时需注意要合理充电,不能过充,使用时不要亏电,不使用时要从用电器中取出,密封贮存于干燥处等。
【核心归纳】
可充电电池电极与外接电源正负极的连接方式及发生的变化如下:
【典型例题】
【例5】 下列说法正确的是( )。
A.碱性锌锰电池是二次电池
B.铅酸蓄电池是一次电池
C.二次电池又叫蓄电池,它放电后可以再充电使活性物质获得再生
D.燃料电池的活性物质储存在电池内
【答案】C
【解析】蓄电池是二次电池,放电后可以充电重新使用,C项符合题意。
【例6】 银锌电池放电过程可表示为Ag2O+ZnZnO+2Ag,此电池放电时,下列有关说法正确的是( )。
A.电能转化为化学能
B.电解质溶液是稀硫酸
C.电子通过外电路从正极流向负极
D.Zn作负极被氧化
【答案】D
【解析】原电池是将化学能转化为电能的装置,A项错误;从总反应的化学方程式可以看出,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项错误;原电池中,电子从负极流向正极,C项错误;Zn作负极发生氧化反应,D项正确。
【随堂检测】
1.下列化学反应在理论上不能用于设计原电池的是( )。
A.HCl+NaOHNaCl+H2O
B.2CH3OH+3O22CO2+4H2O
C.4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3
D.2H2+O22H2O
【答案】A
【解析】原电池的化学反应原理是自发的氧化还原反应,有电子的转移,而盐酸和氢氧化钠的反应是中和反应,没有电子的转移,A项符合题意。
2.下列各组材料中,不能组成原电池的是( )。
选项 A B C D
两极材料 Zn片, 石墨 Cu片, Ag片 Zn片, Cu片 Fe片, Cu片
插入溶液 稀硫酸 AgNO3 溶液 蔗糖溶液 稀盐酸
【答案】C
【解析】构成原电池要有四个基本条件:a.电解质溶液;b.两个电极,其中一个相对较活泼,另一个相对较不活泼,两个电极直接或间接地连接在一起,并插入电解质溶液中;c.能自发进行氧化还原反应;d.形成闭合电路。C项中蔗糖是非电解质,不能构成原电池。
3.一种氢能的制取、贮存及利用的示意图如图所示,其中能量转化方式不涉及的是( )。
A.电能→化学能 B.光能→化学能
C.化学能→电能 D.电能→机械能
【答案】A
【解析】光催化分解水时光能转化为化学能,H2被燃料电池车利用时,化学能转化为电能,汽车将电能转化为机械能。
4.有甲、乙两个电极,用导线连接一个电流表,放入盛有丙溶液的烧杯中,电极乙的质量增加,则装置中可能的情况是( )。
A.甲作负极,丙溶液是硫酸铜溶液
B.甲作负极,丙溶液是硫酸溶液
C.乙作负极,丙溶液是硫酸铜溶液
D.乙作正极,丙溶液是硫酸溶液
【答案】A
【解析】电极乙的质量增加,则说明乙为正极,即金属阳离子在该极转化为金属单质析出,所以甲为负极,丙溶液为不活泼的金属盐溶液。
5.A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验。
(Ⅰ) 甲 (Ⅱ) 乙 (Ⅲ) 丙
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)装置甲中负极反应是 。
(2)装置乙中正极反应是 ,
溶液中Cu2+向 (填“B”或“C”)极移动。
(3)装置丙中溶液的c(H+)变化是 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是 。
【答案】(1)A-2e-A2+
(2)Cu2++2e-Cu C
(3)变小 (4)D>A>B>C
【解析】据图(Ⅰ)知,金属活动性:A>B,A作负极,电极反应为A-2e-A2+;据图(Ⅱ)知,金属活动性:B>C,正极反应为Cu2++2e-Cu,由阳离子向正极移动可知,Cu2+向C极移动;据图(Ⅲ)知,金属活动性:D>A,正极反应为2H++2e-H2↑,故c(H+)减小。据图(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)知,金属活动性:D>A>B>C。
2
【学习目标】
1.能分析原电池的工作原理,能书写简单的电极反应。
2.能辨识简单原电池的构成要素。
3.能举出化学能转化为电能的实例。
4.能举例说明化学电源对提高生活质量的重要意义。
【自主预习】
一、原电池的构造
1.原电池
一种利用 将 直接转化成电能的装置。
2.初识氢氧燃料电池
负极反应: 。
正极反应: 。
总反应: 。
此装置中的能量变化: 能转化为 能。
稀硫酸的作用: 。导线的作用: 。
3.原电池的构造
二、设计原电池(以Zn+2H+Zn2++H2↑为例)
1.基本思路
2.实例
(1)原电池设计
依据 Zn+2H+Zn2++H2↑ 实验现象
确定负极 选择负极反应物: 锌片 ;正极材料
选择负极材料:
确定正极 选择正极反应物:
选择正极材料:
构成闭 合回路 选择离子导体:
选择电子导体:
(2)装置
【微点拨】
正极材料最好选择不与正极反应物和离子导体发生反应且能导电的固体。
三、常见化学电池分类
【微点拨】
(1)原电池中电极不一定参加化学反应,如氢氧燃料电池中电极不参加反应。
(2)金属K、Na、Ca活泼性强,一般不作原电池电极。
【答案】一、1.氧化还原反应 化学能
2.2H2-4e-4H+ O2+4e-+4H+2H2O
2H2+O22H2O 化学 电 传导电荷 传导电子
3.导电的固体 导线 氧化还原
二、2.(1)Zn Zn H+ Cu 稀H2SO4 导线 逐渐溶解 表面有气泡产生
(2)Zn-2e-Zn2+ 2H++2e-H2↑
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)原电池是电能转化为化学能的装置。 ( )
(2)铅蓄电池是常见的二次电池。 ( )
(3)锌、铜、稀硫酸组成的原电池中,溶液中的Zn2+、H+均向正极移动。 ( )
(4)构成原电池的两个电极必须是活动性不同的两种金属。 ( )
(5)把铜片插入氯化铁溶液中,在铜片表面出现一层铁。 ( )
(6)把锌粒放入盛有盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,气泡放出的速率增大。 ( )
(7)镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池。 ( )
(8)燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池。 ( )
【答案】(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)× (6)√ (7)× (8)×
2.水果电池的示意图如图所示,判断负极材料、电子流向和能量转化形式。
【答案】锌片作负极,电子由锌片沿导线流向铜片,该装置能将化学能转化为电能。
3.现有如下两个反应:
①KOH+HNO3KNO3+H2O ②H2SO4+ZnZnSO4+H2↑。
(1)根据两个反应的本质判断其能否设计成原电池:
① ,② 。
(2)如果不能,说明其原因: 。
(3)如果可以,则写出作原电池正极的材料名称: 。负极反应: ;正极反应: 。
【答案】(1)不能 能
(2)反应①是非氧化还原反应,没有电子转移
(3)石墨或铜片(合理即可) Zn-2e-Zn2+ 2H++2e-H2↑
【合作探究】
任务1 原电池的原理及形成条件
情境导入 冰心的《小桔灯》里曾有一句话:“天黑了,路滑,这盏小桔灯照你上山吧!”文章里的小桔灯(下图左)是用蜡烛放在桔皮里做成的。你知道吗 利用化学知识可以用桔子来制作真正的“小桔灯”(下图右)。原理很简单:把一个桔子的桔瓣并联,将镀锌铁钉、铜线插到桔瓣上,并与放在中心的LED灯珠相连接,就制成了一个真正的小桔灯,据说这盏小桔灯亮了14个小时。
问题生成
1.“小桔灯”中,桔瓣里的桔子汁的作用是什么
【答案】桔子汁的作用是作电解质溶液。
2.镀锌铁钉、铜线在“小桔灯”工作中起到什么作用
【答案】镀锌铁钉作负极,铜线作正极。
3.请分析“小桔灯”中能量转化形式。
【答案】化学能转化为电能。
4.如果将镀锌铁钉、铜线分开插入两瓣桔子中,LED灯珠能否被点亮 为什么
【答案】不能被点亮,因为没有形成闭合回路。
5.若将问题4中两瓣桔子紧贴在一起,LED灯珠能否被点亮 请归纳原电池的构成条件。
【答案】能被点亮,因为两瓣桔子中间的膜能让离子通过,离子定向移动构成了闭合回路。原电池构成的条件:①有活泼性不同的两个电极;②有电解质溶液;③形成闭合回路;④能自发进行的氧化还原反应。
6.原电池的电极材料都必须是金属吗
【答案】原电池的电极材料可以是两种金属活动性不同的金属,也可以是一种金属与一种可导电的惰性材料(如石墨);在燃料电池中,电极本身均不发生反应,故两极均可用惰性材料。
【核心归纳】
1.原电池工作原理图解
2.原电池正、负极的判断方法
【典型例题】
【例1】 如图所示的8个装置中,属于原电池的是( )。
A.①④⑤ B.②③⑥ C.④⑥⑦ D.⑥⑦⑧
【答案】C
【解析】构成原电池要有四个基本条件:a.电解质溶液;b.两个电极,其中一个相对较活泼,另一个相对较不活泼,两个电极直接或间接地连接在一起,并插入电解质溶液中;c.能自发进行氧化还原反应;d.形成闭合电路。
【例2】 某课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置如图所示。下列说法错误的是( )。
A.铜片表面有气泡生成
B.装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
C.如果将硫酸换成柠檬汁,导线中不会有电子流动
D.如果将锌片换成铁片,电路中的电流方向不变
【答案】C
【解析】铜锌原电池中,Cu作正极,溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气,故Cu上有气泡生成,A项正确;原电池中化学能转化为电能,LED灯发光时,电能转化为光能,B项正确;柠檬汁显酸性,能作电解质溶液,将硫酸换成柠檬汁,仍然构成原电池,导线中会有电子流动,C项错误;金属活动性Cu比Zn、Fe弱,Cu作正极,电路中的电流方向不变,仍然由Cu流向负极,D项正确。
任务2 原电池原理的应用
【活动探究】
活动1 有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:
实验 装置
部分 实验 现象 a极质量减小,b极质量增大 b极有气泡产生,c极无明显变化 c极有气泡产生,d极溶解 电流从a极流向d极
由此判断这四种金属的活动性顺序。
【答案】d>a>b>c。
活动2 锌片与稀H2SO4反应时,加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快,试分析其原因。
【答案】Zn与CuSO4反应生成的Cu覆盖在锌片表面,Zn、Cu、稀H2SO4构成原电池,加快反应速率。
活动3 将氧化还原反应Fe+Cu2+Fe2++Cu设计成原电池,画出原电池装置图,并标出电极材料及电解质溶液(要求:画出两个原电池装置,一个不带盐桥,另一个带有盐桥)。
【答案】
【核心归纳】
1.增大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,使溶液中的粒子运动时相互间的干扰减小,反应速率增大。
(2)应用:实验室常用粗锌和稀H2SO4(或稀盐酸)反应制取H2,产生H2的速率比纯锌快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4(或稀盐酸)形成原电池,加快了锌的反应,使产生H2的速率增大。
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,活动性较弱的金属为正极。
(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A>B。
3.设计原电池的一般步骤
理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。
(1)拆反应
将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池的负极和正极。
(2)确定电极材料
若发生氧化反应的物质为金属单质,则可用该金属直接作负极;若为气体(如H2)或溶液中的还原性离子,则可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。一般情况下,发生还原反应的电极材料的活泼性弱于负极材料。
(3)确定电解质溶液
一般选用反应物中的电解质溶液即可。
(4)构成闭合回路
【典型例题】
【例3】 某原电池总反应为Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+,下列能实现该反应的原电池是( )。
A B C D
电极材料 Cu、C Cu、Ag Cu、Zn Fe、Zn
电解质溶液 Fe(NO3)3 FeSO4 FeCl3 CuSO4
【答案】A
【解析】根据原电池的总反应可知,Cu的化合价升高,Cu作负极,电解质溶液应含有Fe3+,另一个电极应是活动性比Cu弱的导电物质。B项,电解质溶液中不含Fe3+;C项,Zn比Cu活泼,Zn作负极;D项,发生的电池总反应是Zn+Cu2+Zn2++Cu。
【例4】 有甲、乙两个装置,下列说法错误的是( )。
A.甲、乙装置中,Zn的质量均减小
B.甲、乙装置中,Cu上均有气泡产生
C.化学反应速率:乙>甲
D.甲中H+移向Zn,乙中H+移向Cu
【答案】B
【解析】甲、乙装置中锌都失电子生成锌离子进入溶液,所以锌的质量均减小,A项正确;甲装置中,锌和氢离子发生置换反应生成氢气,所以锌棒上产生气泡,乙装置构成原电池,氢离子在正极铜上得电子生成氢气,B项错误;甲不能构成原电池,乙能构成原电池,作原电池负极的金属被腐蚀速率大于金属直接和电解质溶液反应的速率,所以反应速率:乙大于甲,C项正确;甲中氢离子在锌上得电子发生还原反应,乙中氢离子在铜上得电子发生还原反应,所以甲中H+移向Zn,乙中H+移向Cu,D项正确。
任务3 化学电源
情境导入 随着经济的发展、人民生活水平的提高以及科技的进步,电池已经深入我们工作、学习和生活中的每一个角落。例如,手电筒上的干电池、手机上的锂电池、汽车上的蓄电池,还有新型环保公交车上的燃料电池等。电池的种类繁多,你知道电池是怎样分类的吗 各类电池的应用前景如何呢
问题生成
1.生活中电动车、手机的电池属于一次电池还是二次电池 可充电电池的反应是可逆反应吗
【答案】电动车、手机的电池都可以反复充电使用,都属于二次电池;可充电电池有充电和放电两个过程,但这两个过程是在不同条件下进行的,所以并不属于可逆反应。
2.充电电池在充电和放电时,能量是如何转化的 燃料电池中能量是如何转化的
【答案】充电电池放电时是化学能转化为电能,充电时是电能转化为化学能;燃料电池中能量的转化是直接将化学能转化为电能。
3.氢燃料电池中是不是氢气直接燃烧
【答案】不是。
4.充电电池与一次电池在我们生活中都非常普遍,结合知识和生活实际,思考充电电池与一次电池相比有何优点。如何科学合理地使用充电电池
【答案】充电电池比一次电池更持久耐用,更方便实惠,可以节约资源,减少废电池的处理量等。使用充电电池时需注意要合理充电,不能过充,使用时不要亏电,不使用时要从用电器中取出,密封贮存于干燥处等。
【核心归纳】
可充电电池电极与外接电源正负极的连接方式及发生的变化如下:
【典型例题】
【例5】 下列说法正确的是( )。
A.碱性锌锰电池是二次电池
B.铅酸蓄电池是一次电池
C.二次电池又叫蓄电池,它放电后可以再充电使活性物质获得再生
D.燃料电池的活性物质储存在电池内
【答案】C
【解析】蓄电池是二次电池,放电后可以充电重新使用,C项符合题意。
【例6】 银锌电池放电过程可表示为Ag2O+ZnZnO+2Ag,此电池放电时,下列有关说法正确的是( )。
A.电能转化为化学能
B.电解质溶液是稀硫酸
C.电子通过外电路从正极流向负极
D.Zn作负极被氧化
【答案】D
【解析】原电池是将化学能转化为电能的装置,A项错误;从总反应的化学方程式可以看出,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项错误;原电池中,电子从负极流向正极,C项错误;Zn作负极发生氧化反应,D项正确。
【随堂检测】
1.下列化学反应在理论上不能用于设计原电池的是( )。
A.HCl+NaOHNaCl+H2O
B.2CH3OH+3O22CO2+4H2O
C.4Fe(OH)2+2H2O+O24Fe(OH)3
D.2H2+O22H2O
【答案】A
【解析】原电池的化学反应原理是自发的氧化还原反应,有电子的转移,而盐酸和氢氧化钠的反应是中和反应,没有电子的转移,A项符合题意。
2.下列各组材料中,不能组成原电池的是( )。
选项 A B C D
两极材料 Zn片, 石墨 Cu片, Ag片 Zn片, Cu片 Fe片, Cu片
插入溶液 稀硫酸 AgNO3 溶液 蔗糖溶液 稀盐酸
【答案】C
【解析】构成原电池要有四个基本条件:a.电解质溶液;b.两个电极,其中一个相对较活泼,另一个相对较不活泼,两个电极直接或间接地连接在一起,并插入电解质溶液中;c.能自发进行氧化还原反应;d.形成闭合电路。C项中蔗糖是非电解质,不能构成原电池。
3.一种氢能的制取、贮存及利用的示意图如图所示,其中能量转化方式不涉及的是( )。
A.电能→化学能 B.光能→化学能
C.化学能→电能 D.电能→机械能
【答案】A
【解析】光催化分解水时光能转化为化学能,H2被燃料电池车利用时,化学能转化为电能,汽车将电能转化为机械能。
4.有甲、乙两个电极,用导线连接一个电流表,放入盛有丙溶液的烧杯中,电极乙的质量增加,则装置中可能的情况是( )。
A.甲作负极,丙溶液是硫酸铜溶液
B.甲作负极,丙溶液是硫酸溶液
C.乙作负极,丙溶液是硫酸铜溶液
D.乙作正极,丙溶液是硫酸溶液
【答案】A
【解析】电极乙的质量增加,则说明乙为正极,即金属阳离子在该极转化为金属单质析出,所以甲为负极,丙溶液为不活泼的金属盐溶液。
5.A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验。
(Ⅰ) 甲 (Ⅱ) 乙 (Ⅲ) 丙
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)装置甲中负极反应是 。
(2)装置乙中正极反应是 ,
溶液中Cu2+向 (填“B”或“C”)极移动。
(3)装置丙中溶液的c(H+)变化是 (填“变大”、“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是 。
【答案】(1)A-2e-A2+
(2)Cu2++2e-Cu C
(3)变小 (4)D>A>B>C
【解析】据图(Ⅰ)知,金属活动性:A>B,A作负极,电极反应为A-2e-A2+;据图(Ⅱ)知,金属活动性:B>C,正极反应为Cu2++2e-Cu,由阳离子向正极移动可知,Cu2+向C极移动;据图(Ⅲ)知,金属活动性:D>A,正极反应为2H++2e-H2↑,故c(H+)减小。据图(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)知,金属活动性:D>A>B>C。
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