2019版高中化学 第2章第3节 化学反应的利用 第2课时 化学反应为人类提供能量学案 鲁科版必修2.doc

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1、1第第 2 2 课时课时 化学反应为人类提供能量化学反应为人类提供能量一、化学反应为人类提供能量1物质发生化学反应的实质与能量变化的原因2化学反应中能量转化的主要形式(1)即热饭盒、铝热反应：化学能主要转化为热能；(2)电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气：电能主要转化为化学能。(3)绿色植物进行光合作用时，光能转化为化学能。(4)煤燃烧时，化学能主要转化为热能和光能。例 1 下列说法中正确的是( )A化学反应中的能量变化，其表现形式除热能外还可能是光能和电能等B化学反应中的能量变化不一定遵循能量守恒定律C在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量与生成物的总能量可能相同D在一个确定的化学反应关

2、系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量考点 化学能与热能的相互转化题点 化学反应中能量变化的相关综合答案 A解析 化学反应中的能量变化一定遵循能量守恒定律；物质发生化学反应都伴随着能量的变化，所以反应物的总能量与生成物的总能量一定不同；在一个确定的化学反应中，反应物的2总能量(E1)与生成物的总能量(E2)之间的关系：E1E2，化学反应为放热反应，E1E2，化学反应为吸热反应。思维启迪 任何化学反应除遵循质量守恒定律外，同样也遵循能量守恒定律，不同形式的能量之间可以转化，但总能量保持不变。反应物与生成物的能量差若以热能形式表现出来，即为放热反应或吸热反应。二、化学能转化为电能1实验探究实验

3、步骤现象结论锌片逐渐溶解，表面有气泡；铜片表面无气泡锌与稀硫酸发生置换反应产生H2，而铜则不能锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，检流计指针发生偏转导线中有电流，化学反应中化学能转化为电能两锌片逐渐溶解且表面都有气泡，检流计指针不偏转锌与稀硫酸反应，导线中无电流无现象乙醇是非电解质，导线中无电流2.原电池的概念原电池是将化学能转化为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应。3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，形成闭合回路。34原

4、电池的工作原理(1)分析下图并填空原电池总反应式：Zn2H=Zn2H2；(2)能量转化：化学能转变为电能。5原电池工作原理的应用(1)比较金属活动性原电池中，做负极的金属活动性一般比做正极的金属活动性强。(2)改变化学反应速率如：在 Zn 和稀硫酸反应时，滴加少量 CuSO4溶液，则 Zn 置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快 Zn 与稀硫酸反应的速率。(3)设计原电池如：把 Fe2Fe3=3Fe2设计成原电池，可用 Fe 做负极，铜(或石墨)做正极，FeCl3溶液做电解质溶液。(4)制造多种化学电源干电池(又称一次电池)：如锌锰电池；蓄电池(又称二次电池)：如铅蓄电池、镍氢电池、锂电

5、池(手机用)；燃料电池：如氢氧燃料电池，其能量转化率高，对环境无污染。(1)电子只能在导体中定向移动，不能通过溶液。(2)电解质溶液中离子移动方向：阳离子移向正极、阴离子移向负极。例 2 如图所示装置能够组成原电池的是_。其他不能构成原电池的说明理由：_。4考点 能源与构成原电池的条件题点 原电池的形成条件与判断方法答案 EFGA 装置的两个电极的活泼性相同，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，不成形成闭合回路；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思维启迪原电池的判断方法一看反应原理(能否自发地进行

6、氧化还原反应)；二看构成条件(两极一液成回路：两个活泼性不同的电极，插入电解质溶液中，装置形成闭合回路)。例 3 如图所示检流计的指针发生偏转，同时 A 极的质量减小，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 分别可以为 Zn、Cu 和稀盐酸CC 中阳离子向 A 极移动DA 极发生氧化反应考点 原电池工作原理及正负极的判断题点 原电池工作原理答案 C解析 原电池中，负极金属失去电子，发生氧化反应溶解，质量减小，故 A 极为负极，B 极为正极，A、D 项正确；A、B、C 分别为 Zn、Cu 和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B 项正

7、确；电解质溶液中阳离子移向正极，C 项错误。5思维启迪多个角度判断原电池的正极和负极例 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活泼性由大到小的顺序是( )A BC D答案 B解析 相连时，外电路电流从流向，则金属活泼性大于；相连时，为正极，则金属活泼性大于；相连时，上有气泡逸出，则金属活泼性大于；相连时，的质量减少，则金属活泼性大于，故金属活泼性由大到小的顺序为。思维启迪形成原电池、比较金属活动性根据原电池原理比较金属活动性，做负极的金属活动性较强，做正极的金属活动性较弱。例 5

8、某原电池的离子方程式是 ZnCu2=Zn2Cu，该原电池正确的组成是( )选项正极负极电解质溶液ACuZnHClBZnCuCuSO4CCuZnCuSO4DCuZnZnCl2考点 原电池原理的应用题点 设计原电池答案 C解析 将 ZnCu2=Zn2Cu 拆成两个半反应：氧化反应(负极反应)：Zn2e=Zn2。还原反应(正极反应)：Cu22e=Cu。则电池的负极是 Zn，正极是比锌不活泼的金属或导电的非金属，电解质溶液中含 Cu2。6方法技巧设计原电池的方法(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上

9、被还原。(2)选择合适的材料电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料。电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应。原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是1判断正误(正确的打“” ，错误的打“”)(1)用导线连接铜片和锌片插入到稀 H2SO4中，锌片上有大量气泡( )(2)原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应( )(3)NaOHHCl=NaClH2O 是放热反应，可以设计成原电池( )(4)原电池中的阳离子由负极区向正极区移动( )(5)在 Zn|稀硫酸|Cu 原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌(

10、 )(6)把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴 CuCl2溶液，气泡放出速率加快( )答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6)2(2017北京 101 中学期中)下列设备工作时，将化学能转化为电能的是( )ABCD锂离子电池太阳能集热器燃气灶硅太阳能电池考点 能源与构成原电池的条件题点 能量的转化方式7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。3(2017合肥高一检测)某学生将检流计用导线与两个电极连接在一起，

11、再将两个电极同时插入某种电解质溶液中，能观察到有电流产生的是( )A用铜片、铅笔芯做电极插入稀硫酸中B用两个铜片做电极插入硝酸银溶液中C用锌片、铜片做电极插入番茄中D用铜片、铁片做电极插入酒精中答案 C解析 要构成原电池，除要形成闭合回路外，还需要有两个活动性不同的电极材料，一般其中一个电极要能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。A 项，铜和石墨与稀硫酸均不反应；B 项，电极材料相同；D 项，酒精是非电解质；C 项，一些水果中含有有机酸，可做电解质溶液。4(2017湖南郴州适应性测试)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

12、置C锌电极发生氧化反应D电流由锌通过导线流向铜考点 原电池工原理和正负极的判断题点 原电池工作原理答案 C解析 A 项，铜做正极，锌做负极，因此电子由锌流向铜，故错误；B 项，该装置将化学能转化为电能，故错误；C 项，锌做负极失去电子，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。5如图所示装置，检流计指针发生偏转，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( )8AA 是 Zn，B 是 Cu，C 为稀硫酸BA 是 Cu，B 是 Zn，C 为稀硫酸CA 是 Fe，B 是 Ag，C 为稀 AgNO3溶液DA 是

13、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 ZnH2SO4=ZnSO4H2，则在 A 选项中 A 极变细，B 选项中 A 极不变。C和 D 两项中的反应为 Fe2AgNO3=2AgFe(NO3)2，其中 C 选项中 A 极变细，D 选项中 A 极变粗。6在铜锌原电池中(如下图)，以硫酸铜为电解质溶液，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_

14、；铜为_极，电极上发生的是_(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式_；铜片上观察到的现象为_，原电池总反应的离子方程式为_。考点 原电池工作原理和正负极的判断题点 常考多变的锌铜原电池答案 负 氧化 Zn2e=Zn2 锌片溶解 正 还原 Cu22e=Cu 铜极变粗 ZnCu2=Zn2Cu解析 CuSO4溶液为电解质溶液时，铜锌原电池的负极为锌，电极反应式为Zn2e=Zn2，所以锌片不断溶解，正极为铜，电极反应式为 Cu22e=Cu，所以铜极不断变粗，原电池总反应式为 ZnCu2=Zn2Cu。9对点训练题组一 原电池的构成条件1下列各组的电极材料和电解液，不能组成原电池的是( )A铜片、石墨棒

15、，乙醇B铜片、石墨棒，硝酸银溶液C锌片、铜片，稀盐酸D铜片、铂片，FeCl3溶液答案 A2如图所示各装置中，不能构成原电池的是(烧杯中所盛液体都是稀硫酸)( )考点 能源与构成原电池的条件题点 原电池的形成条件与判断答案 D解析 原电池的形成条件包括活动性不同的电极、电解质溶液、形成闭合回路、自发进行氧化还原反应。对图示各个装置进行观察，发现只有 D 不能形成闭合回路，因此不能形成原电池。题组二 原电池工作原理3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泼性不同的金属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

16、时，电流的方向是从负极到正极考点 原电池工作原理和正负极的判断题点 原电池构成和原理的理解答案 B解析 构成原电池的正极和负极可以是两种活泼性不同的金属，也可以是导电的非金属(如10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。4如图所示，两电极一为碳棒，一为铁片，若检流计的指针发生偏转，且 a 极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是( )Aa 为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸Bb

17、 为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液Ca 为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸Db 为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液答案 C解析 Fe、C 形成的原电池中，负极铁失去电子，变成2 价的亚铁离子，由于 a 极上有大量气泡产生，所以为正极(C)：2H2e=H2，a 为正极，是碳棒；b 为负极，是铁片；电解质溶液为硫酸溶液。5某实验兴趣小组按如图装置实验后，所记录内容合理的是( )实验记录Zn 片为负极，质量减少，Cu 为正极，质量不变；外电路电流方向是：由 CuZn；SO向 Zn 极移动，Cu2向 Cu 极移动；24Zn 电极发生氧化反应；正极反应式：Cu22eCu；电子流动方向：锌极

18、导线铜极电解质溶液锌极A. BC D答案 C解析 该装置为原电池，锌片为负极，发生氧化反应，电极反应为 Zn2e=Zn2，铜片11为正极，铜片上发生还原反应，电极反应为 Cu22e=Cu，电子由锌片经导线流向铜片，电解质溶液中没有电子通过，SO向负极 Zn 极移动，Cu2向正极 Cu 极移动，电流由铜片24经导线流向锌片。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：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，被氧化考点 原电池工作原理和正负极的判断题点 正、负极的判断答案 B解析

19、 电池的电极反应式：Zn2OH2e=ZnOH2O，Ag2OH2O2e=2Ag2OH，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，被还原，故氧化银为正极，被还原，故 B 符合题意。7(2017武汉高一检测)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24D溶液的密度增大考点 原电池的工作原理和正负极的判断题点 常考多变的锌铜原电池答案 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

20、应过程中溶液中的 SO没有参加反应，所以溶液中c(SO24)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24密度增大，正确。8(2018哈六中期中)有关电化学知识的描述正确的是( )ACaOH2O=Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能B某原电池反应为 Cu2AgNO3=Cu(NO3)22Ag，装置中一定是银作正极12C因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中，若能组成原电池，必是铁作负极、铜作正极D理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池答案 D解析 所给反应不是氧化还原反应，没有

21、电子转移，虽然为放热反应，但不能将该反应设计成原电池，A 项错误；根据所给反应，负极材料应该是 Cu，但正极材料可以用 Ag，也可以用碳棒等惰性电极，B 项错误；当铁和铜作为电极放入浓硝酸中时，铁因钝化瞬间停止反应，而铜可持续被浓硝酸溶解，所以铜是负极，C 项错误。题组三 原电池工作原理的应用9X、Y、Z、W 四种金属片浸在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示：则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为( )AZYXW BZXYWCZYWX DYZXW考点 原电池工作原理的应用题点 比较金属活泼性的强弱答案 A10(2018南宁六中 5 月考试)下面是四个化学反应，你认为理论上不可用

22、于设计原电池的化学反应是( )A2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2B2H2O22H2O=点燃CMg3N26H2O=3Mg(OH)22NH3DCH42O2CO22H2O=点燃考点 原电池原理的应用题点 能否设计原电池的化学反应分析13答案 C解析 只有属于氧化还原反应，才能用于设计原电池；A、B、D 属于氧化还原反应，均可以设计为原电池。C 不属于氧化还原反应，不能设计成原电池，C 正确。11(2018北京四中 4 月月考)为将反应 2Al6H=2Al33H2的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是(铝条均已除去氧化膜)( )考点 原电池原理的应用题点 原电池的设计答案 B解析 A

23、 项为原电池，铝为负极，但总反应为 2Al2OH6H2O=2Al(OH)43H2，不符合；C 项为原电池，但硝酸是氧化性酸，则总反应为Al4HNO=Al3NO2H2O，不符合；D 项装置中有外接电源，不属于原电池，不 3符合。12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24C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 132 时，Zn 片减轻的质量相等考点 原电池原理的应用题点 原电池工作原理的探究答

24、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，2414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 2 g H2，则转移 2 mol 电子，消耗负极 65 g Zn，而图 3 中正极析出 64 g Cu，也转移 2 mol 电子，消耗负极 65 g Zn，故 Zn 片减轻的质量相等，D 项正确。15综合强化13(2017南宁高一检测)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

25、)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_。(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_。考点 原电池原理的应用题点 原电池的综合探究实验答案 (1)锌棒上附着有红色固体(2)碳棒上附着有红色固体 Zn2e=Zn2(3)C ZnC(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；负极反应为 Zn2e=Zn2。(3)关闭 K，溶液中的阳离子向正极移

26、动，即向碳棒移动，电子从锌出来经过导线流向碳。14(2017咸宁高一检测)理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。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)若导线上转移电子 1 mol，则生成银_ g。考点 原电池原理的应用题点 原电池的设计16答案 (1)Cu 氧化 AgNO3溶液(2)碳棒上出现银白色物质(3)108解析 (1)根据电池的总反应，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

27、一种可溶性的银盐溶液，所以是 AgNO3溶液。(2)正极上是溶液中的银离子得到电子变成银单质，所以正极上的现象是碳棒上出现银白色物质。(3)当导线上转移 1 mol 电子的时候，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。15某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，在常温下，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下。编号电极材料电解质溶液检流计指针偏转方向1Al、Mg稀盐酸偏向 Al2Al、Cu稀盐酸偏向 Cu3Al、C(石墨)稀盐酸偏向石墨4Al、Mg氢氧化钠溶液偏向 Mg5Al、Zn浓硝酸偏向 Al试根据上表中的实验现象回答下列问题：(1)实验 1、

28、2 中 Al 所做的电极(正极或负极)是否相同？_(填“是”或“否”)。(2)由实验 3 完成下列填空：铝为_极，电极反应式：_；石墨为_极，电极反应式：_；电池总反应式：_。(3)实验 4 中铝做负极还是正极？_，理由是_。写出铝电极的电极反应式：_。(4)解释实验 5 中检流计指针偏向铝的原因：_。(5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中做正极或负极的因素：17_。考点 原电池工作原理和正负极的判断题点 多角度判断正、负极答案 (1)否 (2)负 2Al6e=2Al3 正6H6e=3H2 2Al6HCl=2AlCl33H2(3)负极 在 NaOH 溶液中，活动性：AlMg Al4OH3e=

29、Al(OH)4(4)Al 在浓硝酸中发生钝化，Zn 在浓硝酸中发生反应，被氧化，即在浓硝酸中，活动性：ZnAl，Al 是原电池的正极(5)另一个电极材料的活动性；电解质溶液解析 在稀盐酸中的活动性：MgAlCu。由实验 1 和 2 可知，原电池中检流计指针是偏 向正极。在实验 3 中检流计指针偏向石墨，由上述规律可知，Al 是负极，石墨是正极，化 学反应是 Al 失去电子被氧化为 Al3，盐酸中的 H得到电子被还原为 H2。在 NaOH 溶液中 活动性：AlMg，则 Al 是负极，Mg 是正极。Al 在浓硝酸中发生钝化，Zn 在浓硝酸中被 氧化，即在浓硝酸中活动性：ZnAl，Zn 是负极，Al 是正极，所以在实验 5 中检流计指针 偏向铝。