高中化學(xué)人教版 (2019)必修第二冊實驗活動6 化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能優(yōu)秀導(dǎo)學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

知識精講
知識點01 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能
1．化學(xué)能間接轉(zhuǎn)化為電能
（1）火力發(fā)電原理：通過化石燃料燃燒，使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為______，加熱水使之汽化為______以推動蒸汽輪機(jī)，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。
（2）能量轉(zhuǎn)換過程
①______能______能______能______能
②能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是可燃物的______，屬于____________反應(yīng)。
（3）火力發(fā)電存在的弊端
①使用的化石燃料屬于____________資源；
②化石燃料的燃燒會產(chǎn)生大量的有害氣體（如______、______等）及______，污染環(huán)境；
③能量經(jīng)過多次轉(zhuǎn)化，能量利用率______。
2．化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能——原電池
（1）實驗探究
（2）原電池：將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)開_____的裝置。
（3）工作原理（以銅-鋅-稀硫酸原電池為例）
【即學(xué)即練1】下列關(guān)于如圖所示原電池裝置的敘述正確的是（）。
A．銅片是正極，電極上發(fā)生氧化反應(yīng)
B．銅片質(zhì)量逐漸減少
C．電流從鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片
D．銅離子移向銅片被還原
知識點02 化學(xué)電池
1．一次電池——鋅錳干電池
2．二次電池
3．燃料電池
【即學(xué)即練2】（2022·湖州高一檢測）某固體堿燃料電池以CsHSO4固體為電解質(zhì)傳遞OH－，其基本結(jié)構(gòu)見下圖，電池總反應(yīng)可表示為：2H2+O2＝2H2O，下列有關(guān)說法不正確的是（）。
A．電子通過外電路從a極流向b極
B．b電極為正極
C．a(chǎn)極上的電極反應(yīng)式為：H2－2e－＝2H+
D．該裝置能將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?br>能力拓展
考法01 原電池原理
【典例1】（2022·湖南張家界高一下期中檢測）電子表中電子計算器的電源常用微型銀鋅原電池，其電極分別為Ag2O和Zn，電解質(zhì)溶液為KOH溶液，放電時鋅極上的電極反應(yīng)是：Zn+2OH－－2e－＝Zn（OH）2；氧化銀電極上的反應(yīng)式為：Ag2O+H2O+2e－＝Ag+2OH－，總反應(yīng)式為：Ag2O+H2O+Zn＝Zn（OH）2+2Ag。下列說法不正確的是（）。
A．鋅是負(fù)極，氧化銀是正極
B．鋅發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化銀發(fā)生還原反應(yīng)
C．溶液中OH－向正極移動，K+、H+向負(fù)極移動
D．隨著電極反應(yīng)的不斷進(jìn)行，電解質(zhì)溶液的pH會增大
【規(guī)律方法】原電池正、負(fù)極的判斷基礎(chǔ)是氧化還原反應(yīng)，如果給出一個方程式判斷正、負(fù)極，可以直接根據(jù)化合價的升降來判斷。發(fā)生氧化反應(yīng)的一極為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的一極為正極。
【知識拓展】
1．原電池的構(gòu)成條件
2．原電池工作原理
（1）反應(yīng)類型：負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。
（2）電子的移動方向：從負(fù)極流出，經(jīng)導(dǎo)線流向正極。
（3）離子的移動方向：陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動。
（4）電流方向：正極→導(dǎo)線→負(fù)極。
3．原電池正、負(fù)極的判斷
考法02 原電池的應(yīng)用
【典例2】（2022·吉林梅河口高一下期中）有a、b、c、d四個金屬電極，有關(guān)的實驗裝置及部分實驗現(xiàn)象如下：
由此可判斷這四種金屬的活動性順序是（）。
A．a(chǎn)＞b＞d＞c B．b＞c＞d＞a
C．a(chǎn)＞b＞c＞d D．d＞a＞b＞c
【規(guī)律方法】根據(jù)原電池原理判斷金屬性強弱
（1）若兩種金屬作電極，負(fù)極的還原性強于正極；
（2）電子是從負(fù)極流向正極，而不是從正極流向負(fù)極；
（3）原電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，而正極發(fā)生還原反應(yīng)；
（4）金屬陽離子的氧化性越弱，對應(yīng)金屬的還原性越強。
【知識拓展】
1．加快化學(xué)反應(yīng)速率
2．比較金屬活潑性強弱
兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑。
3．設(shè)計原電池
（1）依據(jù)：已知一個氧化還原反應(yīng)，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負(fù)極材料（或在負(fù)極上被氧化），氧化劑（一般為電解質(zhì)溶液中的陽離子）在正極上被還原。
（2）選擇合適的材料
①電極材料：電極材料必須導(dǎo)電。負(fù)極材料一般選擇較活潑的金屬材料，或者在該氧化還原反應(yīng)中，本身失去電子的材料；正極材料一般活潑性比負(fù)極的弱，也可以是能導(dǎo)電的非金屬。
②電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液一般能與負(fù)極材料反應(yīng)。
考法03 實用電池分析
【典例3】（2022·湖南省等級考）海水電池在海洋能源領(lǐng)域備受關(guān)注，一種鋰－海水電池構(gòu)造示意圖如下。下列說法錯誤的是（）。
A．海水起電解質(zhì)溶液作用
B．N極僅發(fā)生的電極反應(yīng)：2H2O+2e－2OH－+H2↑
C．玻璃陶瓷具有傳導(dǎo)離子和防水的功能
D．該鋰－海水電池屬于一次電池
【知識拓展】幾種電池的特點
分層提分
題組A 基礎(chǔ)過關(guān)練
1．（陜西省西安市2021~2022學(xué)年高一下學(xué)期期末）下列電池工作時能量轉(zhuǎn)化形式與其它三個不同的是（）。
A．鋅錳堿性電池 B．硅太陽能電池
C．鉛蓄電池 D．銀鋅紐扣電池
2．化學(xué)電池可以直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，化學(xué)電池的本質(zhì)是（）。
A．化合價的升降 B．電子的轉(zhuǎn)移
C．氧化還原反應(yīng) D．電能的儲存
3．在如圖所示的8個裝置中，屬于原電池的是（）。
A．①④ B．③④⑤ C．④⑧ D．②④⑥⑦
4．（2022·湖南醴陵高一下期中檢測）下列可設(shè)計成原電池的化學(xué)反應(yīng)是（）。
A．H2O（液）+CaO（固）＝Ca（OH）2（固）
B．Ba（OH）2·8H2O+2NH4Cl＝BaCl2+2NH3·H2O+8H2O
C．2KClO32KCl+3O2↑
D．CH4（氣）+2O2（氣）CO2（氣）+2H2O（液）
5．（2022·株洲高一檢測）某興趣小組設(shè)計的簡易原電池裝置如下圖所示。該電池工作時，下列說法正確的是（）。
A．鋅片作正極
B．碳棒上有氣泡產(chǎn)生
C．可將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
D．電子由碳棒經(jīng)濾紙流向鋅片
6．（山東省濟(jì)寧市兗州區(qū)2021~2022學(xué)年高一下學(xué)期期中）某原電池總反應(yīng)的離子方程式為：2Fe3++Fe3Fe2+，能實現(xiàn)該反應(yīng)的原電池是（）。
7．（2022·菏澤高一檢測）a、b、c都是金屬，把a浸入c的硝酸鹽溶液中，a的表面有c析出，a、b和酸溶液組成原電池時，b為電池的負(fù)極。a、b、c三種金屬的活動性順序為（）。
A．a(chǎn)＞b＞c B．a(chǎn)＞c＞b C．b＞a＞c D．b＞c＞a
8．（2020·山東合格考）某同學(xué)設(shè)計的原電池裝置如圖，下列說法錯誤的是（）。
A．該電池的總反應(yīng)為Fe+2Fe3+＝3Fe2+
B．Fe極為電池的負(fù)極
C．電子從C極經(jīng)導(dǎo)線流向Fe極
D．Fe3+在C極表面被還原
9．某原電池結(jié)構(gòu)如圖所示，回答下列問題：
（1）銅作原電池的_______極，發(fā)生_______反應(yīng)，電極反應(yīng)式為______________；
（2）銀作原電池的_______極，發(fā)生_______反正，電極反應(yīng)式為______________；
（3）電子從_______經(jīng)外電路流向_______，銀離子向_______極移動，硝酸根離子向_______極移動（填“正極”或“負(fù)極”）。
10．（2022·內(nèi)蒙古赤峰高一下期中檢測）A、B、C三個燒杯中分別盛有相同物質(zhì)的量濃度的稀硫酸。
（1）B中反應(yīng)的離子方程式為____________________________。
（2）A中作正極的金屬是_____，該電極上看到的現(xiàn)象為_________________。
（3）C中作負(fù)極的金屬是_____，該電極反應(yīng)方程式為__________________。
（4）現(xiàn)有未知金屬A，將A與Fe用導(dǎo)線相連后放入稀硫酸溶液中，觀察到A上有氣泡產(chǎn)生，在A上發(fā)生__________（填“氧化”或“還原”）反應(yīng)。
題組B 能力提升練
1．（2022·天津紅橋區(qū)高一檢測）2022年6月5日，神舟十四號載人飛船成功將3名航天員送入空間站，空間站中一種能量儲存系統(tǒng)原理如圖所示，圖中沒有涉及的能量轉(zhuǎn)化形式是（）。
A．電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 B．太陽能轉(zhuǎn)化為電能
C．化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 D．太陽能轉(zhuǎn)化為動能
2．電能是現(xiàn)代社會中應(yīng)用最廣泛的一種能源。下列與電有關(guān)的敘述中，正確的是（）。
A．電能屬于一次能源
B．鋰離子電池屬于一次電池
C．火力發(fā)電將電能間接轉(zhuǎn)化為熱能
D．電池工作時發(fā)生了氧化還原反應(yīng)
3．（2022年1月江蘇合格考模擬）如圖為發(fā)光二極管連接檸檬電池。下列說法不正確的是（）。
A．該裝置的能量轉(zhuǎn)化形式主要為化學(xué)能→電能
B．電子的流向：Zn→導(dǎo)線→Cu→檸檬液→Zn
C．鋅片是負(fù)極，質(zhì)量不斷減小
D．銅片上的電極反應(yīng)為：2H++2e－＝H2↑
4．（2022·福州師大附中高一下期中檢測）某普通鋅錳干電池的結(jié)構(gòu)如下圖所示。下列說法正確的是（）。
A．鋅筒是原電池的正極
B．石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)
C．銨根離子流向石墨電極
D．電子經(jīng)石墨沿電解質(zhì)溶液流向鋅筒
5．（2022·寧波高一檢測）小明利用家中廢舊材料制作了一個可使玩具揚聲器發(fā)出聲音的電池，裝置如圖。下列有關(guān)該電池工作時的說法不正確的是（）。
A．木炭棒是正極材料，發(fā)生還原反應(yīng)
B．電子流向為鋁質(zhì)汽水罐→導(dǎo)線→揚聲器→導(dǎo)線→木炭棒
C．食鹽水中的Na+向木炭棒移動
D．木炭棒上發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e－＝H2↑
6．（2021~2022學(xué)年浙江省寧波市高一下期中）汽車的啟動電源常用鉛蓄電池。放電時的電池反應(yīng)為：PbO2+Pb+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O。根據(jù)此反應(yīng)判斷下列說法正確的是（）。
A．PbO2是電池的負(fù)極
B．電池放電時，溶液的酸性增強
C．PbO2得電子，被氧化
D．負(fù)極電極反應(yīng)式：Pb－2e－+SO42－＝PbSO4
7．（2022·哈爾濱高一下期中檢測）將等質(zhì)量的兩份鋅粉a、b分別加入過量的稀硫酸，同時向a中加少量CuSO4溶液，下圖中產(chǎn)生H2的體積V（L）與時間t（min）的關(guān)系，其中正確的是（）。
8．根據(jù)下圖，可判斷出下列離子方程式中錯誤的是（）。
A．2Ag（s）+Cd2+（aq）＝2Ag+（aq）+Cd（s）
B．C2+（aq）+Cd（s）＝C（s）+Cd2+（aq）
C．2Ag+（aq）+Cd（s）＝2Ag（s）+Cd2+（aq）
D．2Ag+（aq）+C（s）＝2Ag（s）+C2+（aq）
9．甲、乙兩位同學(xué)分別按圖1所示裝置進(jìn)行實驗，甲同學(xué)在虛線框內(nèi)接一個電流計，乙同學(xué)在虛線框內(nèi)沒有做連接，請回答下列問題：
（1）以下敘述正確的是______。
a．甲同學(xué)實驗中，石墨棒上無氣泡產(chǎn)生
b．甲、乙兩同學(xué)實驗中的鐵片都是負(fù)極
c．甲同學(xué)實驗中，電子在溶液中沒有遷移
d．甲、乙同學(xué)在實驗中都發(fā)現(xiàn)有氣泡生成，產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙慢
（2）甲同學(xué)觀察到電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，根據(jù)實驗中的發(fā)現(xiàn)，繪制了圖2，X軸表示實驗時流入正極的電子的物質(zhì)的量，則Y軸可能表示______。
a．石墨棒的質(zhì)量 b．鐵棒的質(zhì)量 c．c（H+）
d．c（SO42－） e．c（Fe2+）
（3）采用甲同學(xué)裝置，實驗時把稀硫酸換成硫酸銅溶液，請寫出鐵電極電極反應(yīng)式：________________，石墨電極觀察到的現(xiàn)象________________，發(fā)生了______反應(yīng)（填“氧化”、“還原”或“非氧化還原”）。
10．（2022·安徽蕪湖高一下期中檢測）科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21世紀(jì)獲得電能的重要途徑。近幾年開發(fā)的甲醇燃料電池是采用鉑作電極催化劑，電池中的質(zhì)子交換膜只允許質(zhì)子（就是H+）和水分子通過。其工作原理的示意圖如下，請回答下列問題：
（1）該裝置的能量轉(zhuǎn)化形式為______________。
（2）Pt（a）電極是電池_____（填“正”或“負(fù)”）極。
（3）電解液中的H+向_________（填“a”或“b”）極移動。
（4）如果該電池工作時消耗1mlCH3OH，則電路中通過____ml電子。
（5）比起直接燃燒燃料產(chǎn)生電力，使用燃料電池有許多優(yōu)點，其中主要有兩點：首先是燃料電池的能量轉(zhuǎn)化率高，其次是_________________________。
題組C 培優(yōu)拔尖練
1．（2022·邯鄲高一檢測）以電池為動力的純電動汽車的普及，更有利于我國的環(huán)境保護(hù)。下列有關(guān)電池的敘述不正確的是（）。
A．水果電池是方便實用的家用電池
B．鉛酸蓄電池是一種常用的二次電池
C．氫氧燃料電池是一種高效、無污染的發(fā)電裝置
D．鋅錳干電池工作一段時間后，鋅外殼逐漸變薄
2．（2022·貴陽高一上學(xué)期期末檢測）鋅與100mL 1ml·L－1鹽酸反應(yīng)的實驗中，若設(shè)想向溶液中分別加入少量的：①醋酸鈉；②溴化銅；③醋酸銅（均為可溶性），并測定生成H2的速率（mL·min－1），預(yù)計三種方案的速率大小是（）。
A．①＞③＞② B．③＞②＞①
C．②＞③＞① D．①＞②＞③
3．（2021·浙江7月學(xué)考）某興趣小組以相同大小的銅片和鋅片為電極研究水果電池，裝置如圖，實驗所得數(shù)據(jù)如下：
電池工作時，下列說法不正確的是（）。
A．化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化為電能
B．負(fù)極電極反應(yīng)式為Zn－2e－＝Zn2+
C．電子從鋅片經(jīng)水果流向銅片
D．水果種類和電極間距離對電流的大小均有影響
4．（2022·安徽六安高一下期中）常溫下，將除去表面氧化膜的鋁、銅片插入濃HNO3中組成的原電池如圖所示，發(fā)現(xiàn)電流計指針偏向鋁，鋁片上有氣體生成，下列說法正確的是（）。
A．鋁比銅活潑，作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)
B．鋁電極上生成的氣體是H2
C．電子從銅電極流出，經(jīng)導(dǎo)線流入鋁電極，經(jīng)過電解質(zhì)溶液回到銅電極
D．銅電極的電極反應(yīng)式：Cu－2e－＝Cu2+
5．（2022·寧夏石嘴山高一下期中）如圖所示，杠桿AB兩端分別掛有體積相同、質(zhì)量相同的空心銅球和空心鐵球，調(diào)節(jié)杠桿使其在水中保持平衡，然后小心地向燒杯中央滴入濃CuSO4溶液，一段時間后，下列有關(guān)杠桿的偏向判斷正確的是（實驗過程中不考慮鐵絲反應(yīng)及兩邊浮力的變化）（）。
A．杠桿為導(dǎo)體和絕緣體時，均為A端高B端低
B．杠桿為導(dǎo)體和絕緣體時，均為A端低B端高
C．當(dāng)杠桿為絕緣體時，A端低B端高；為導(dǎo)體時，A端高B端低
D．當(dāng)杠桿為絕緣體時，A端高B端低；為導(dǎo)體時，A端低B端高
6．（2021·廣東合格考）一種以稀硫酸為電解質(zhì)溶液的釩（V）蓄電池裝置如圖所示，a、b為惰性電極。該電池放電時（）。
A．電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
B．a(chǎn)為電池的正極
C．H+由a極移向b極
D．b的電極反應(yīng)式：V3++e－＝V2+
7．以鐵片和銅片為兩極，以鹽酸為電解質(zhì)溶液組成的原電池，理論上當(dāng)導(dǎo)線中通過0.02ml電子時，下列說法正確的是（）。
A．正極溶解0.01mlFe
B．負(fù)極上析出0.02mlH2
C．兩極上溶解和析出的物質(zhì)的質(zhì)量相等
D．有0.01mlFe發(fā)生氧化反應(yīng)
8．某化學(xué)興趣小組為了探究鋁電極在原電池中的作用，在常溫下，設(shè)計并進(jìn)行了以下一系列實驗，實驗結(jié)果記錄如下。
試根據(jù)表中的實驗現(xiàn)象回答下列問題：
（1）實驗1、2中Al所作的電極（正極或負(fù)極）是否相同？____（填“是”或“否”）。
（2）由實驗3完成下列填空：
①鋁為_____極，電極反應(yīng)式：___________________；
②石墨為_____極，電極反應(yīng)式：________________；
③電池總反應(yīng)式：____________________________。
（3）實驗4中鋁作負(fù)極還是正極？_____，理由是____________________________________。寫出鋁電極的電極反應(yīng)式：______________________________。
（4）解釋實驗5中電流表指針偏向鋁的原因：_________________。
（5）根據(jù)實驗結(jié)果總結(jié)出影響鋁在原電池中作正極或負(fù)極的因素：______________。
課程標(biāo)準(zhǔn)
課標(biāo)解讀
1．以原電池為例認(rèn)識化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能。
2．從氧化還原反應(yīng)的角度初步認(rèn)識原電池的工作原理。
1．培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作能力、觀察能力、科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維與探究能力，以及提出問題、分析問題、解決問題的能力。
2．通過小組探究實驗活動，培養(yǎng)學(xué)生自主探索創(chuàng)新精神和同學(xué)間的交流合作學(xué)習(xí)的協(xié)作精神，并通過實驗不斷體現(xiàn)出由實踐→認(rèn)識→再實踐一再認(rèn)識的認(rèn)知過程。
實驗裝置
實驗現(xiàn)象
實驗結(jié)論
__________________
鋅與稀硫酸______，銅與稀硫酸______
__________________
______參與反應(yīng)，______上產(chǎn)生氫氣
__________________
該裝置將______轉(zhuǎn)化為______
電極材料
電極名稱
電子流向
電極反應(yīng)式
反應(yīng)類型
鋅
______
______
__________________
______反應(yīng)
銅
______
______
__________________
______反應(yīng)
總反應(yīng)
化學(xué)方程式：________________________
離子方程式：________________________
工作原理
負(fù)極
___筒
鋅被氧化，逐漸消耗
正極
_________
______被還原
電解質(zhì)
_________
——
特點
放電后______充電
便于攜帶，價格低
實驗
裝置
部分實
驗現(xiàn)象
a極質(zhì)量減小，b極質(zhì)量增大
b極有氣體產(chǎn)生，c極無變化
d極溶解，c極有氣體產(chǎn)生
電流從a極流向d極
名稱
干電池
（一次電池）
充電電池
（二次電池）
燃料電池
特點
活性物質(zhì)（發(fā)生氧化還原反應(yīng)的物質(zhì)）消耗到一定程度后，不能再使用
①放電后可再充電使活性物質(zhì)獲得再生
②可以多次充電，重復(fù)使用
①電極本身不包含活性物質(zhì)，只是一個催化轉(zhuǎn)換元件
②工作時，燃料和氧化劑連續(xù)由外部供給，在電極上不斷進(jìn)行反應(yīng)，生成物不斷被排出
舉例
普通的鋅錳干電池、堿性鋅錳干電池、銀鋅電池等
鉛酸蓄電池、鋰離子電池、鎳氫電池等
氫氧燃料電池、CH4燃料電池、CH3OH燃料電池等
A
B
C
D
正極
Ag
C
Fe
Cu
負(fù)極
Fe
Fe
Zn
Fe
電解質(zhì)溶液
FeCl3
FeCl2
Fe2（SO4）3
CuSO4
實驗編號
水果種類
電極間距離/cm
電流/μA
1
番茄
1
98.7
2
番茄
2
72.5
3
蘋果
2
27.2
編號
電極材料
電解質(zhì)溶液
電流表指針偏轉(zhuǎn)方向
1
Al、Mg
稀鹽酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀鹽酸
偏向Cu
3
Al、C（石墨）
稀鹽酸
偏向石墨
4
Al、Mg
氫氧化
鈉溶液
偏向Mg
5
Al、Zn
濃硝酸
偏向Al

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