2018届一轮复习苏教版第十三单元化学能与电能的转化常见能源的利用教案

2018届一轮复习苏教版第十三单元化学能与电能的转化常见能源的利用教案

‎[学考标准]‎ ‎1．原电池的概念(a)。2.铜锌原电池的原理及电极反应式(b)。3.原电池的构成条件(a)。4.常见化学电源(b)。5.太阳能开发利用的途径和方式(a)。6.生物质能的利用途径(a)。7.氢能的优点、开发与利用(a)。8.了解化石燃料的不可再生性及其给环境带来的问题(a)。‎ 一、原电池 ‎1．原电池 把化学能转化成电能的装置称为原电池，在原电池中发生的化学反应是氧化还原反应。‎ ‎2．构成条件 ‎(1)活泼性不同的两电极。‎ ‎(2)电解质溶液。‎ ‎(3)形成闭合回路(导线连接或直接接触且电极插入电解质溶液)。‎ ‎ (4)自发进行的氧化还原反应(本质条件)。‎ ‎3．工作原理： (以Zn|H2SO4|Cu原电池为例)‎ 电 极： 　　 正极　　　　　 　　　负极 电极材料： 　　 Cu 　　　　 　　 　Zn ‎ 电极反应：　2H＋＋2e－ ===H2↑　　　 　Zn－2e－===Zn2＋ ‎ 反应类型： 还原反应 　　　 氧化反应 电极变化： 质量不变 　　　 质量减小 ‎ 电子流向： 流入 　　　 流出 ‎ 电池总反应： 2H＋ ＋Zn ===H2↑＋Zn2＋‎ 示图：‎ 二、常见化学电源 ‎1．锌锰干电池 ‎(1)负极是锌筒，正极是石墨电极，还有填充MnO2黑色粉末(吸收正极放出的H2)，电解质是NH4Cl和淀粉糊。‎ ‎(2)总反应为：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)。‎ ‎2．铅蓄电池 ‎(1)铅蓄电池是可充电电池。正极为PbO2，负极是Pb，电解质溶液是30%H2SO4溶液。‎ ‎(2) 放电过程：‎ 负极：Pb－2e－＋SO===PbSO4；‎ 正极：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O; ‎ 总反应式：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。‎ ‎3．氢氧燃料电池 ‎(1)两个惰性电极(铂碳电极)，负极上通H2，正极上通O2，电解质溶液是KOH溶液。‎ ‎(2)电极反应：‎ 负极：2H2－4e－＋4OH－===2H2O；‎ 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－；‎ 总反应式：2H2＋O2===2H2O。‎ ‎4．新型燃料电池—甲醇/空气燃料电池 ‎(1)负极是钯碳/甲醇，正极是铂烧结镍/空气，电解质溶液是KOH溶液。‎ ‎(2)电极反应：‎ 负极：2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO＋12H2O；‎ 正极：3O2＋12e－＋6H2O===12OH－；‎ 总反应式：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。‎ 三、太阳能、生物质能和氢能的利用 ‎1．太阳能的利用 能源是人类生活和社会发展的基础，地球上最基本的能源是太阳能。‎ ‎(1)直接利用：太阳能以光和热的形式传送到地面，人们可以直接利用太阳辐射获得光和热。‎ ‎(2)植物的光合作用：在太阳光的作用下，绿色植物把光能转化为化学能。‎ ‎(3)间接利用 ‎①人类所需的能源大多来自于石油、天然气、煤，它们所蕴藏的能量就是远古生物吸收利用的太阳能。‎ ‎②动物食用植物体内的淀粉、纤维素、蛋白质是间接利用太阳能。‎ ‎2．生物质能的利用 生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量。‎ ‎(1)直接燃烧：用纤维素代表植物枝叶的主要成分，燃烧反应为：‎ ‎(C6H10O5)n＋6nO26nCO2＋5nH2O。‎ ‎ (2)生物化学转换：用含糖类、淀粉较多的农作物，制乙醇的反应化学方程式为： ‎ ‎ (C6H10O5)n＋nH2OnC6H12O6、C6H12O62C2H5OH＋2CO2↑。制得的乙醇可作为燃料。‎ ‎(3)热化学转换：使生物质能在一定条件下转换为热值较高的可燃气体。‎ ‎3．氢能的开发与利用 ‎(1)氢能的三大优点。①热值高；②来源广；③无污染。‎ ‎(2)制取氢气的方法：‎ ‎①以天然气、石油和煤为原料，高温下与水蒸气反应：‎ CH4＋H2O(g)CO＋3H2；C＋H2O(g)CO＋H2。‎ ‎②电解水：2H2O2H2↑＋O2↑。‎ ‎③使用催化剂，利用太阳能分解水：2H2O2H2↑＋O2↑。‎ ‎④利用蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用下使水分解产生氢气。‎ ‎(3)利用氢能的途径 ‎①氢气燃烧放热(如以液态氢作为火箭的燃料)；②用高压氢气、氧气制作氢氧燃料电池；③利用氢的热核反应释放的核能(如氢弹)。‎ ‎1．下列设备工作时，将化学能转化为热能的是(　　)‎ A B C D 硅太阳能电池 锂离子电池 太阳能集热器 燃气灶 解析　硅太阳能电池工作时将光能转化为电能，A项错误；锂离子电池是化学电池，工作时将化学能转化为电能，B项错误；太阳能集热器工作时将光能转化为热能，C项错误；燃气灶工作时将化学能转化为热能，D项正确。‎ 答案　D ‎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 H2SO4溶液 AgNO3溶液 蔗糖溶液 稀盐酸 解析　蔗糖溶液不导电。‎ 答案　C ‎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．甲烷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　电池中电子由负极流向正极，B项应从Zn电极流向Cu电极。‎ 答案　B ‎4．随着人们生活质量的不断提高，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．防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品 D．回收其中的石墨电极 解析　回收电池的主要目的是防止对环境的污染。‎ 答案　B ‎5．将纯锌片和纯铜片按图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，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．甲中铜被氧化，乙中锌被氧化 ‎ D．产生气泡的速率甲比乙快 解析　甲装置构成原电池，锌是负极，铜是正极，锌发生氧化反应，铜片上有气泡产生；乙装置不能构成原电池，锌与稀H2SO4发生反应：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，铜不反应，故A、B、C项均不正确；因为原电池能够加快反应速率，故D项正确。‎ 答案　D ‎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为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2↑，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。据此判断氧化银是(　　)‎ A．负极，并被氧化 B．正极，并被还原 C．负极，并被还原 D．正极，并被氧化 解析　Ag2O得电子，被还原，作正极，故B项正确。‎ 答案　B ‎7．(萧山月考)‎ 氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水，经冷凝后可作为航天员的饮用水，其电极反应如下：‎ 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 当得到1.8 L饮用水时，电池内转移的电子数约为(　　)‎ A．1.8 mol B．3.6 mol C．100 mol D．200 mol 解析　n(H2O)＝＝100 mol，，即每生成1 mol H2O则转移2 mol e－，当生成100 mol H2O时，转移200 mol e－。‎ 答案　D ‎8．生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是2PbSO4＋2H2OPbO2＋Pb＋2H2SO4。下列对铅蓄电池的说法错误的是(　　)‎ A．需要定期补充硫酸 B．工作时铅是负极，PbO2是正极 C．工作时负极上发生的反应是Pb－2e－＋SO===PbSO4‎ D．工作时电解质的密度减小 解析　铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb是负极，PbO2是正极，负极发生的反应是铅失去电子生成Pb2＋，Pb2＋与溶液中的SO生成PbSO4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4的量是一定的，制成膏状的PbSO4干燥后再安装，说明H2SO4不用补充；放电时，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。‎ 答案　A ‎9．下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是(　　)‎ A．a电极是负极，发生还原反应 B．b电极的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C．总反应方程式为：2H2＋O2===2H2O D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 解析　a极通入H2，为负极，发生氧化反应，A项错误；B极通入O2，为正极，发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B项正确；根据正负极反应式可知，C项正确；氢氧燃料电池的产物是水，无污染，具有良好的应用前景， D项正确。‎ 答案　A ‎10．锂电池反应原理如下：FePO4＋LiLiFePO4，内部为能够导电的固体电解质。下列有关该电池说法正确的是(　　)‎ A．可加入硫酸以提高电解质的导电性 B．放电时电池内部Li＋向负极移动 C．放电时，Li发生还原反应 D．放电时电池正极反应为：‎ FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4‎ 解析　若加入H2SO4，则Li与H2SO4发生反应，A项错误；放电时，原电池内部阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，B项错误；放电时，Li为负极，失电子发生氧化反应，C项错误；放电时，原电池正极反应为：FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4，D项正确。‎ 答案　D ‎11．某原电池反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，则下列说法正确的是(　　)‎ A．HNO3为电解质溶液 B．锌为原电池正极 C．铁极质量不变 D．铜可做该原电池正极 解析　由原电池反应可知，负极应为铁，正极为比铁活动性差的电极，电解质溶液应为非氧化性酸。A项中，HNO3为电解质溶液，被还原的不是H＋而是NO，还原产物是NO而不是H2，A项错误；B项中，锌比铁活泼，正极不能是锌，B项错误；C项中，铁为负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，铁极质量减小，C项错误；D项中，铜不如铁活泼，可以作正极，D项正确。‎ 答案　D ‎12．如图所示，电流表G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应是下列各组中的哪一组(　　)‎ A．A是Zn、B是Cu、C为稀H2SO4溶液 B．A是Cu、B是Zn、C为稀H2SO4溶液 C．A是Fe、B是Ag、C为AgNO3溶液 D．A是Ag、B是Fe、C为AgNO3溶液 ‎ 解析　由A极逐渐变粗，B极逐渐变细，可知：电解质溶液中含有不活泼的金属阳离子，B极为活泼的金属。‎ 答案　D ‎13．下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述中错误的是(　　)‎ A．化石燃料物质内部储存着能量 B．太阳能不能直接转化为化学能 C．物质的化学能可能在不同条件下转化为热能、电能而为人类所用 D．绿色植物发生光合作用时，将太阳能转化为化学能储存起来 解析　绿色植物发生光合作用时，就是将太阳能转化为化学能储存起来，因此，选项B错误。‎ 答案　B ‎14．(义乌模拟)下列有关能量转换的说法不正确的是(　　)‎ A．煤燃烧时化学能主要转化为热能 B．化石燃料和植物燃烧时放出的能量均来源于太阳能 C．动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程 D．植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转化成化学能的过程 解析　葡萄糖氧化放出热量，化学能转化为热能。‎ 答案　C ‎15．有专家指出，如果对燃烧产物如CO2、H2O、N2等利用太阳能使它们重新组合，转化成CH4、CH3OH、NH3等的构想。(如下图)使之能够实现，那么不仅可以消除对大气的污染，还可以节约燃料，缓解能源危机。在此构想的物质和能量循环中太阳能最终转化为(　　)‎ A．化学能 B．热能 C．生物能 D．电能 解析　由题图和能量守恒定律可知太阳能最终转化为热能而被放出。‎ 答案　B ‎16．为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是(　　)‎ A．H2O的分解反应是放热反应 B．氢能源已被普遍使用 C．2 mol H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量 D．氢气不易贮存和运输，无开发利用价值 解析　2H2O===2H2↑＋O2↑是吸热反应，说明2 mol H2O的能量低于2 mol H2 和1 mol O2的能量。因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输，所以氢能源利用并未普及，但发展前景广阔。‎ 答案　C ‎17．矿物能源是现代人类社会赖以生存的重要物质基础。目前，世界矿物能源消耗的主要品种仍然以煤、石油、天然气为主。‎ ‎(1)试以上述燃料各自的主要成分C、CnH2n＋2、CH4，写出它们燃烧的化学方程式：_____________________________________________________________________‎ ‎______________、______________、______________。试比较，当三者质量相同时，对环境造成的不利影响最小的燃料是________________。‎ ‎(2)煤、石油、天然气又称为化石燃料，它们储存的能量来自绿色植物吸收的太阳能，绿色植物通过光合作用把太阳能转化成________________能，光合作用的总反应方程式为____________________________________________________。‎ ‎(3)光合作用释放的氧气来自于参加反应的哪种物质？________________。‎ 解析　相同质量的C、CnH2n＋2和CH4，含碳量越高， 生成CO或CO2的量相对来说越多，对环境的不利影响越大，故对环境造成不利影响最小的是甲烷。‎ 答案　(1)C＋O2CO2　2CnH2n＋2＋(3n＋1)O22nCO2＋2(n＋1)H2O　CH4＋2O2CO2＋2H2O　甲烷　(2)化学　6CO2＋6H2OC6H12O6＋6O2‎ ‎(3)水 ‎18．(杭州联考)分析下图，回答以下问题：‎ ‎(1)电解水生成H2，首先要解决的问题是________。‎ ‎(2)标准状况下 ，11.2 L H2燃烧生成液态的水，放出Q kJ的热量，写出该反应的热化学方程式_______________________________________________________‎ ‎___________________________________________________________________。‎ ‎(3)氢气作为理想的“绿色能源”的主要理由是________________。‎ ‎(4)氢氧燃料电池是氢能源利用的一个重要方向。氢气在________极上发生________反应，氧气在________极上发生________反应。‎ 若电解质溶液为KOH溶液，写出正、负极上的电极反应式：负极_________________________________________________________________，‎ 正极___________________________________________________________。‎ 解析　(1)电解水需要消耗大量电能。‎ ‎(2)标准状况下，11.2 L H2的物质的量为＝0.5 mol，故2 mol H2燃烧生成液态水放出热量为×2 mol＝4Q kJ，故该反应的热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－4Q kJ·mol－1。‎ ‎(3)H2作为“绿色能源”优点有三：来源丰富；热值高 ；无污染。‎ ‎(4)在氢氧燃料电池中，H2在负极失电子发生氧化反应，O2在正极发生还原反应， 若电解质溶液为KOH溶液，则负极为2H2－4e－＋4OH－===4H2O，正极为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。‎ 答案　(1)需大量电能 ‎(2)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－4Q kJ·mol－1‎ ‎(3)来源丰富(H2O)，燃烧放出的热量多，产物无污染 ‎(4)负　氧化　正　还原 ‎2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ ‎19．科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用于军事，一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题：‎ ‎(1)这种电池放电时发生的化学反应方程式：____________________________‎ ‎_______________________________________________________________。‎ ‎(2)此电池的正极发生的电极反应式：_______________________________，‎ 负极发生的电极反应式：_________________________________________。‎ ‎(3)电解液中H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是________。‎ ‎(4)使用该燃料电池的另一个好处是____________________________________。‎ 解析　(1)燃料电池的电池反应为燃料的氧化反应，在酸性条件下生成的CO2不与H2SO4反应，故电池反应为2CH3OH＋3O2―→2CO2＋4H2O；(2)电池的正极O2得电子，由于是酸性环境，所以会生成H2O，用电池反应减去正极反应即可得出负极的电极反应式；(3)H＋移向正极，在正极生成水；(4)产物是CO2‎ 和H2O，不会对环境造成污染。‎ 答案　(1)2CH3OH＋3O2―→2CO2＋4H2O ‎(2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O　2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋‎ ‎(3)正　负极　(4)对环境无污染 ‎20．由铜片、锌片和300 mL稀硫酸组成的原电池中。‎ ‎(1)当铜片上放出3.36 L(标准状况)气体时，硫酸恰好用完，产生这些气体消耗锌________g，有____________个电子通过了导线，原稀硫酸的物质的量浓度为________mol·L－1。写出正、负极的电极反应式：_____________________________，‎ ‎________________。‎ ‎(2)当导线中有1 mol电子通过时，理论上两极变化是________。‎ ‎①锌片溶解了32.5 g　②锌片增重32.5 g　③铜片上析出1 g H2　④铜片上析出1 mol H2‎ ‎(3)由铜片、锌片和稀硫酸组成的原电池工作时，电解质溶液的pH________。‎ A．不变 B．先变小后变大 C．逐渐变大 D．逐渐变小 解析　(1)根据原电池的原理知：‎ 正极：2H＋＋2e－===H2↑。‎ 负极：Zn－2e－===Zn2＋。‎ 设消耗Zn的质量为m，通过导线的电子数为N，硫酸的物质的量浓度为c，则 解得m＝9.75 g，N＝1.806×1023个，c＝0.5 mol·L－1。‎ ‎(2)锌、铜、稀硫酸组成的原电池的电极反应为 负极：Zn－2e－===Zn2＋　正极：2H＋＋2e－===H2↑‎ 则计算关系式为 m(Zn)＝0.5 mol ×65 g·mol－1＝32.5 g，‎ m(H2)＝0.5 mol ×2 g·mol－1＝1 g。‎ ‎(3)由铜片、锌片和稀硫酸组成的原电池工作时，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，所以电解质溶液的pH逐渐变大。‎ 答案　(1)9.75　1.806×1023　0.5　负极：Zn－2e－===Zn2＋　正极：2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎(2)①③‎ ‎(3)C ‎ ‎