5.3.2 化学变化中的能量变化（第2课时）-2023-2024学年度高一化学同步精品讲义（沪科版必修第二册）

5.3.2  化学能与电能的转化  知识点01  铜-锌原电池1．实验现象 图1，铜片上                 ，锌片上                   。图2，铜片上                 ，电流表的指针             。2．铜锌原电池的电极反应式锌片为    极，发生        反应，电极反应式为                        ；铜片为    极，发生        反应，电极反应式为                        。 该反应的总化学方程式为                                 。3．闭合回路：锌失去的电子经      流向铜电极，同时锌离子进入溶液，溶液中的氢离子向铜电极移动，从而形成闭合回路。【即学即练1】某同学按如图所示的装置做实验，并把实验情况归纳成几条，你认为叙述合理的是①锌为正极，铜为负极②电解质溶液的pH值不变③电流表的指针发生偏转④铜极上有气泡产生⑤溶液中的正离子向负极移动⑥电流方向是由铜极经导线流向锌极A．①③⑥          B．②④⑤       C．③④⑥          D．①③⑤ 知识点02  原电池的形成条件和工作原理1．形成条件（1）电极材料由两种金属活泼性不同的金属或由金属与其他导电的材料（非金属或某些氧化物等）组成。（2）有电解质存在。（3）两电极之间有导线连接，形成闭合回路。（4）发生的反应是自发进行的氧化还原反应。2．工作原理负极：失电子，发生氧化反应。正极：得电子，发生还原反应。说明：有的电池形成的原理不一定是氧化还原反应，比如浓差电池，是通过浓度差来产生电流的。【即学即练2】用Zn、Cu片和稀H2SO4组成的原电池装置中，经一段时间工作后，下列说法正确的是A．Zn片是正极，Cu片是负极B．电流方向是从Zn经外电路流向CuC．电解液的pH保持不变D．Cu片上有气泡产生 知识点03  化学电源1．放电之后不可再充电的化学电池叫          ，如            。2．放电之后可再充电，反复使用的化学电池叫          ，如            。3．将燃料和氧化剂反应，使化学能直接转化为电能的化学电池叫          ，如            。【即学即练3】下列有关电池的说法不正确的是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．锌锰干电池中，锌电极是负极 知识点04  电解池原电池与电解池的比较： 原电池电解池示例装置特征无电源，两极材料不同有电源，两极材料可以相同，也可以不同电极名称  溶液中离子流向_____离子移向正极（填“正”或“负”）
_____离子移向负极_____离子移向阴极
_____离子移向阳极电极反应负极发生________反应（填“氧化”或“还原”），正极发生_______反应阴极发生________反应阳极发生________反应能量转化______能转化为_____能______能转化为_____能反应特征自发进行的氧化还原反应非自发进行的氧化还原反应联系两者均发生氧化还原反应说明：判断原电池与电解池最直接的特征——是否有电源。【即学即练4】如下图所示，甲乙两装置的电极材料和电解质溶液均相同，则两装置中相同的是A．在碳电极上所发生的电极反应B．在铁电极附近的溶液先变红色C．铁极与导线连接处的电流方向D．碳电极既不会变大也不会减小   常见考法一  原电池的形成条件和工作原理【例1】某电池总反应为Fe+2Fe3+3Fe2+，下列与此电池总反应不符的原电池是    A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池    B．石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池    C．铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池    D．银片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池必杀技  1．原电池是把化学能转化为电能的装置。2．原电池的构成条件：①两个电极（正极和负极）；②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。【同步练习1】如图各装置中，溶液均为稀硫酸，不能构成原电池的是 常见考法二  原电池原理的应用【例2】把a、b、c、d四种金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若a，b相连，a为负极；c、d相连，d上有气泡溢出；a，c相连，a质量减少；b，d相连，b为正极。则四种金属的活动性顺序由大到小为A．a＞c＞b＞d      B．a＞c＞d＞b      C．b＞d＞c＞a      D．a＞b＞c＞d必杀技 原电池原理有着广泛的应用，如：1．可设计出不同的化学电池。2．判断化学反应的快慢（金属作负极时反应速率加快，做正极时被保护）。3．比较不同金属的活动性强弱（做负极的金属活动性较强）。【同步练习2】100 mL浓度为2 mol·L－1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是A．加入适量的6 mol·L－1的盐酸        B．加入数滴氯化铜溶液C．加入适量蒸馏水                   D．加入适量的氯化钠溶液 常见考法三  其他形式的化学电源【例3】下列说法中错误的是A．燃料电池的反应物必须储存在电池的内部B．锌锰干电池是一次电池,铅酸蓄电池是二次电池C．锂电池是新一代可充电电池D．二次电池的充电是电能转变为化学能必杀技 （1）放电之后不可再充电的化学电池，属于一次电池，如锌锰干电池，锌银纽扣电池。（2）放电之后可再充电反复使用的化学电池，属于二次电池，如铅酸蓄电池，锂离子电池。（3）燃料电池是将氢气、甲醇等燃料的化学能直接转化为电能的化学电池，如氢燃料电池，甲醇燃料电池。燃料电池的反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供。【同步练习3】据报道，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，有望取代锂电池。其放电过程可表示为Ag2O+ZnZnO+2Ag，此电池放电时，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．电子通过外电路从正极流向负极    D．Zn作负极被氧化  题组A  基础过关练1．下列可设计成原电池的化学反应是    A．H2O(l) + CaO(s)＝Ca(OH)2(s)    B．Ba(OH)2·8H2O + 2NH4Cl＝BaCl2+2NH3·H2O+8H2O    C．BaCl2+Na2SO4 = BaSO4↓+2NaCl    D．CH4(g) +2O2(g)CO2(g) +2H2O(l)2．下列类型的反应一定不能设计成原电池的是A．化合反应      B．分解反应      C．置换反应      D．复分解反应3．下列电池工作时能量转化形式与其他三个不同的是4．下面几种情况，能够形成原电池的是 5．某原电池的总反应是，该原电池的正确组成是A．   B．  C．  D．6．用右图所示装置研究原电池原理。下列叙述错误的是A．Cu棒和Zn棒用导线连接时，铜片上有气泡逸出B．Cu棒和Zn棒不连接时，锌片上有气泡逸出 C．无论Cu棒和Zn棒是否用导线连接，装置中所涉及的总反应都相同D．无论Cu棒和Zn棒是否用导线连接，装置都是把化学能转化为电能7．某原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+Zn2++Cu，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CuCl2CuSO4H2SO4ZnCl28．用Zn、Cu片和稀H2SO4组成的原电池装置中，经一段时间工作后，下列说法正确的是A．Zn片是正极，Cu片是负极B．电流方向是从Zn经外电路流向CuC．电解液的pH保持不变D．Cu片上有气泡产生9．在如图所示的装置中，a为锌棒，b为碳棒，关于此装置的叙述不正确的是A．碳棒上有气体放出，溶液的酸性减弱  B．导线中有电子流动，电子从a极流到b极C．a是正极，b是负极  D．a极上的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋10．关于右图所示的番茄电池，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 题组B  能力提升练11．某课外小组利用废旧金属器件制作一个简易的铜锌原电池，为确保实验安全设计了如图装置，则下列说法正确的是   A．该装置将电能转化为化学能    B．电子从电极X转移到电极 Y C．X为阳极，表面产生大量气泡D．Y为负极，电极反应为Zn-2e- = Zn2+12．《RSC Advances》报道了一种固体铁-空气电池（采用铁-石墨电极），是大规模应用于牵引力最有可能的电化学动力源之一。有关该电池工作时说法不正确的是  A．电子由铁电极流向石墨电极       B．石墨电极本身发生还原反应C．电池的负极反应为：Fe-2e-=Fe2+   D． 该电池工作时化学能转化为电能13．如图所示，C为电解质溶液。电流计G发生偏转，同时A极逐渐变细，B极逐渐变粗，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Fe、B是Ag、C为AgNO3溶液C．A是Cu、B是Zn、C为稀硫酸D．A是Ag、B是Fe、C为AgNO3溶液14．在盛有稀 H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X 、Y ，外电路中电子流向如图所示。关于该装置，下列说法正确的是   A．外电路中电流方向为： X→A→Y B．若两电极分别为铁棒和碳棒，则 X为碳棒， Y为铁棒C．X极上发生的是还原反应， Y极上发生的是氧化反应D．若两电极都是金属单质，则它们的活动性顺序为 X > Y 15．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变化是        。(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是                                  。16．某同学利用生活中或实验室中常用的物品，根据氧化还原反应知识和电化学知识，自己动手设计了一个原电池。(1)实验原理：Fe＋2H＋== Fe2＋＋H2↑(2)实验用品：电极(铁钉、铜钉)、稀硫酸、NaOH溶液、烧杯、导线、耳机。(3)实验装置如图。请回答以下问题：①按如图所示装置连接好实验仪器，可以听见耳机发生“嚓嚓……”的声音。其原因是在原电池中，化学能转化为       ，在耳机中又由       转化为声音这种能量。②铁钉是原电池的    极，电极反应式为                            ，发生了        反应；铜钉上的电极反应式为                            。③一段时间后，取烧杯内的溶液少许，滴加足量的NaOH溶液，发生的反应依次有（用化学方程式表示）                      、                        、                       。 题组C  培优拔尖练17．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18．镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛的应用,它的充放电反应按下式进行:Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2;由此可知,该电池放电时的负极材料是A．Cd        B．Ni(OH)2        C．Cd(OH)2        D．NiO(OH)19．燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能直接转化为电能，氢氧燃料电池的电极反应如下：X极：O2+2H2O+4e−=4OH−      Y极：2H2+4OH−-4e−=4H2O下列判断正确的是A．X是正极，发生还原反应       B．该电池可用稀硫酸作为电解质溶液C．供电时Y极附近的酸性减弱     D．使用时若生成1mol H2O则转移1mol电子20．一个完整的氧化还原反应方程式可以拆写成两个“半反应式”，如2Fe3＋＋Cu = 2Fe2＋＋Cu2＋，可拆写为氧化反应式：Cu－2e- = Cu2＋，还原反应式：2Fe3＋＋2e- = 2Fe2＋。并由此实现了化学能与电能的相互转化。据此，回答下列问题。（1）将反应Zn＋2H＋= Zn2＋＋H2↑拆写为两个“半反应式”，氧化反应式为：______________________，还原反应式为：_________________________。（2）由题(1)反应，设计成原电池如图所示：若电极a为Zn，电极b可选择材料：________（只填一种）；电解质溶液甲是________；电极b处的电极反应式：___________________________。（3）由反应2H2＋O22H2O，设计出以稀硫酸为电解质溶液的原电池电极反应式：负极____________________________，正极：____________________________。