高中化学-化学反应为人类提供能量-鲁科版必修2.doc

2.3.2 化学反应为人类提供能量
【典例导悟】
【典例1】在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述不正确的是
A.负极附近的离子浓度逐渐增大
B.电子通过导线由铜片流向锌片
C.反应一段时间后，溶液的H+浓度降低
D.铜片上有H2逸出
【规范解答】选B。

【规律方法】原电池工作时，电子经导线从负极流入正极，电解质溶液中的阴离子流向负极，阳离子流向正极。
【变式训练】1.（2010·双鸭山高一检测）根据下列事实：
①X+Y2+=====X2++Y；
②Z+H2O（冷）=====Z（OH）2+H2↑；
③Z2+氧化性比X2+弱；
④由Y、W电极组成的电池，电极反应为W2++2e-===W、
Y-2e-=====Y2+，可知X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序为（ ）
A.X＞Z＞Y＞W B.Z＞W＞X＞Y
C.Z＞Y＞X＞W D.Z＞X＞Y＞W[
【解析】选D。由①知还原性X＞Y；②中Z很活泼；③中金属阳离子氧化性越强，则其对应单质的还原性就越弱，所以还原性Z＞X；④中，Y作负极将W从它的盐溶液中置换出来，所以还原性Y＞W，综上可知还原性Z＞X＞Y＞W。
2.（2010·济宁高一检测）某课外活动小组使用下列用品设计原电池。用品：铜片、铁片、导线、金属夹、发光二极管、果汁（橙汁、苹果汁）500 mL、烧杯。下列说法正确的是（ ）
A.该装置能将电能转化为化学能
B.实验过程中铜片逐渐溶解
C.电子由铁片通过导线流向铜片
D.铁片上会析出红色的铜
【解析】选C。原电池是将化学能转变为电能；该原电池铁片作负极，铜片作正极，铁片逐渐溶解；电子由负极（铁片）通过导线流向正极（铜片）；果汁中所含酸中的H+在铜片上得电子被还原成H2。
【典例2】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，其中可以成立的是

【思路点拨】解答本题要注意以下两点：
（1）先确定原电池的正、负极。
（2）根据原电池的工作原理分析。

【互动探究】若将例题中B项中的稀盐酸换作浓硝酸，能形成原电池吗？若能形成，负极是什么？
提示：能。铁在浓HNO3中发生钝化，而Cu能与浓HNO3反应，所以Cu作负极。
【学业达标训练】
1.下列关于能量转化的认识不正确的是（ ）
A.绿色植物的光合作用是将光能转变为化学能
B.煤燃烧时化学能转变成热能和光能
C.原电池工作时，化学能转变为电能
D.白炽灯工作时，电能全部转变成光能
【解析】选D。白炽灯工作时，并不是电能全部变成光能，而是大部分电能转化成光能，还有一部分电能转化成热能。
2.（2010·连云港高一检测）某原电池的离子方程式是Zn+Cu2+====Zn2++Cu，该原电池正确的组成是（ ）
【解析】选C。A项，应是2Al+3Cu2+====3Cu+2Al3+；B项，Zn作负极，Cu作正极。D项，不能构成原电池。
3.（2009·广东理基）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
【解析】选B。锂离子电池可以充用，再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流为铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错；电池的实质即是化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2+，故作为负极，D项正确。
4.图中装置，构成原电池的是（ ）

【解析】选C。A、D项没有构成闭合回路，B中乙醇为非电解质。
5.由铝、铁、铜和稀硫酸，可以组成原电池的种数是（ ）
A.2种 B.3种 C.4种 D.6种
【解析】选B。由组成原电池的条件可知，铝、铁及稀H2SO4；铝、铜及稀H2SO4；铁、铜及稀H2SO4均可形成原电池，故选B。
6.（2010·新余高一检测）废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是（ ）
A.利用电池外壳的金属材料
B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染C.不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D.回收其中石墨电极
【解析】选B。废电池的危害主要是所含的重金属离子能引起水和土壤污染。
7.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是（ ）
A.2Al+2NaOH+6H2O====2Na［Al（OH）4］+3H2↑
B.2H2+O2====2H2O
C.NaOH+HCl====NaCl+H2O
D.CH4+2O2====CO2+2H2O
【解析】选C。原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，故原电池总反应必须是氧化还原反应。A、B、D为氧化还原反应，C为非氧化还原反应。
8.在银锌原电池中，以硫酸铜为电解质溶液，锌为 ____极，电极上发生的是 _______ 反应（“氧化”或“还原”），电极反应式为 ________ ，锌片上观察到的现象为 ________ ，银为 ______ 极，电极上发生的是 ________ 反应（“氧化”或“还原”），电极反应式是 _________ ；银片上观察到的现象是 _________ 。

9.已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2（SO4）3溶液、盐酸。按要求回答下列问题：
(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因：_______________________。
(2)从上述实验用品中选取合适材料构建一个原电池，并在下面方框内绘出原电池装置图。

(3)若电极材料选铜和铁，电解质溶液选Fe2（SO4）3溶液，外加导线，能否构成原电池？ __________ （填“能”或“否”）。
【解析】(1)若把铜导线和铝导线连接在一起使用，在潮湿的空气中易在接口处形成原电池，此时，铝作负极，铜作正极，加快了铝导线的腐蚀速率，易造成断路。
(2)（3）由形成原电池的条件知，两电极只要是活泼性不同的两金属（或金属与石墨），所选电解质溶液至少与一电极反应，再用导线连接即可。如铜和锌作两电极，与题中所给三种电解质溶液均能构成原电池；铜和铁作两电极，与题中所给三种电解质溶液均能构成原电池；铜和石墨作两电极，与Fe2（SO4）3溶液能构成原电池；银和石墨作两电极，与题中所给三种电解质溶液均不能构成原电池等。

【素能综合检测】
一、选择题（本题包括5小题，每小题4分，共20分）
1.（2010·如东高一检测）下列关于化学能与电能的叙述正确的是（ ）
A.化学能能转变为电能，电能不能转变为化学能
B.原电池能使氧化还原反应释放的能量直接转化为电能
C.原电池能使化学能全部转变为电能
D.新型二次电池对环境无污染，可以不回收
【解析】选B。电能与化学能之间可相互转化；原电池是将部分化学能转化为电能；电池中的电解质溶液可造成土壤污染和水污染。
2.下列关于充电电池的叙述，不正确的是( A.充电电池的化学反应原理是氧化还原反应
B.充电电池可以无限制地反复放电、充电
C.充电是使放电时的氧化还原反应逆向进行
D.较长时间不使用电器时，最好从电器中取出电池，并妥善存放
【解析】选B。充电电池属于二次电池，但并不是可以无限制地反复充电、放电。充电电池的充电和放电过程都有电子得失，都是氧化还原反应，且是相互逆向进行的。
3.（2010·厦门高一检测）有关如图所示原电池（盐桥中装有含琼胶的KCl饱和溶液可构成闭合回路）的叙述，正确的是( )
A.铜片上有气泡逸出
B.取出盐桥后，电流计依然发生偏转
C.反应中，盐桥中的K+会移向CuSO4溶液
D.铜片上发生氧化反应
【解析】选C。铜片为正极，发生还原反应，Cu2+得电子，无气泡产生，A、D错。取出盐桥后，不能构成闭合回路，电流计不再发生偏转，B错。反应中阳离子向正极移动，C正确。
4.a、b的活动性均比氢强，a还可以从b的硝酸盐中置换出b。将a、b用导线相连放入CuSO4溶液，下列叙述中不正确的是（ ）
A.导线上有电流，电流方向由b向a
B.a极质量减小，b棒质量增加
C.b棒上放出氢气
D.a棒发生氧化反应，b棒发生还原反应
【解析】选C。由题意知，a、b、H、Cu的活动性由强到弱的顺序为：a＞b＞H＞Cu,则a、b及CuSO4溶液构成的原电池中，a作负极，b作正极，溶液中的Cu2+在b极上得到电子析出，从而使b棒质量增加，b棒上不会产生H2。
5.下列有关说法不正确的是( )
A.构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属
B.把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡C.把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面不会出现一层铁
D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快
【解析】选A。构成原电池的两极可能是两种金属，也可能一种是金属，另一种是非金属如石墨等；铜片和铁片紧靠在一起浸入稀H2SO4中，氢气在正极铜片上生成；铜片插入FeCl3溶液中，电池总反应的离子方程式为：Cu+2Fe3+====2Fe2++Cu2+,铜片上不会析出铁；D项，形成原电池， 加快反应速率。
二、非选择题（本题包括3小题，共30分）
6.（6分）有两根质量相同的铜棒和锌棒，用导线连接后插入CuSO4溶液中，经过一段时间后，取出洗净并干燥后称量，铜棒和锌棒质量相差6.45 g。试回答：
（1）_________ 棒的质量重。（2）导线中通过的电子的物质的量是多少？
【解析】（1）Cu为正极，Cu2+在该极上变为Cu析出。
（2）设导线中通过的电子的物质的量为x，
则 x=0.10 mol[
答案：（1）铜 （2）0.10 mol
7.（12分）（2009·台州高一检测）分别按如图甲、乙所示装置进行实验，图中两个烧杯里的溶液为同浓度的稀硫酸，甲中G为电流计。请回答下列问题：

(1)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.两烧杯中溶液的H+浓度均减小D.产生气泡的速率甲比乙慢
(2)甲装置中的能量转化方式：_____ 能转化为 ____能，乙装置中的能量转化方式是 ______能转化为 _____能。
(3)在甲实验中，某同学发现不仅在铜片上有气泡产生，而且在锌片上也产生了气体，分析原因可能是 ______。
（4）在甲实验中，如果把稀硫酸换成硫酸铜溶液，请写出铜电极的电极反应方程式： ____________。
【解析】（1）考查原电池的工作原理。甲为原电池，乙为Zn与稀H2SO4接触反应，甲中H+在铜片上得电子被还原为H2，铜片为正极，且形成原电池后放气泡速率比乙快；随着两烧杯中H+不断消耗，溶液的c(H+)均减小。
(2)甲形成原电池，是将化学能转化为电能，乙主要是将化学能转化为热能。
(3)锌片上产生气体，可能是由于锌片不纯，Zn与杂质形成原电池的原因。
（4）若将稀H2SO4换成CuSO4溶液，则铜极上会析出Cu。
答案：(1)C
(2)化学 电 化学 热
（3）锌片不纯，在锌片上就形成原电池
（4）Cu2++2e- Cu
［实验·探究］
8.（12分）（2010·湛江高一检测）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学知识，自己动手设计一个原电池。请填写下列空白：
（1）实验原理：Fe+2H+====Fe2++H2↑。
（2）实验用品：电极（______ 、 ______）、稀硫酸、_________ （填写所缺的实验用品）、耳机（或者电流计）。
（3）实验装置

（4）原电池设计及注意的问题
①按如图所示连接好实验仪器，注意观察（耳朵听）耳机是否有声音发出，如果没有，可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极（注意：接触的同时耳机的另一个极是连接在原电池的另一个电极上的），这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓”声音。其原因是：在原电池中，由化学能转化为 _______ 。
②如果将装置中的耳机改为电流计，则铁钉应该接电流计的极，电极反应是： ________；另一极应该接电流计的 _______极，电极发生了 _______反应。
【解析】原电池的构成条件是：电极、导线、电解质溶液。负极应用铁钉或铁条，正极可选铜棒、铜钉或石墨（如铅笔芯）等，电解质溶液盛放在烧杯中，原电池是将化学能转化为电能的装置，电流计的负极应与电源负极相连，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
答案：（2）铁钉或铁条铜钉（其他的惰性电极如铅笔芯、铂等都正确）烧杯、导线
（4）①电能 ②负 Fe Fe2++2e- 正 还原

9