1、- 9 - / 9- 1 -第十三單元 化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化 常見能源的利用學(xué)考標(biāo)準(zhǔn)1.原電池的概念（a）。2.銅鋅原電池的原理及電極反應(yīng)式（b）。3.原電池的構(gòu)成條件（a）。4.常見化學(xué)電源（b）。5.太陽能開發(fā)利用的途徑和方式（a）。6.生物質(zhì)能的利用途徑（a）。7.氫能 的優(yōu)點、開發(fā)與利用（a）。8. 了解化石燃料的不可再生性及其給環(huán)境帶來的問題（a）。知識清單械理教材自主學(xué)習(xí)一、原電池1.原電池把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置稱為原電池，在原電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)。2.構(gòu)成條件（1）活潑性不同的兩電極。（2）電解質(zhì)溶液。（3）形成閉合回路（導(dǎo)線連接或直接接觸且電極插入電解質(zhì)溶液）。（

2、4）自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)（本質(zhì)條件）。3.工作原理：（以 Zn|H2SQ|Cu 原電池為例）電極：正極負(fù)極電極材料：CuZn電極反應(yīng)：2H+2e=HfZn 2e =zn反應(yīng)類型：還原反應(yīng)氧化反應(yīng)電極變化：質(zhì)里不變質(zhì)里減小電子流向：流入流出電池總反應(yīng)：2H+ Zn =H2T +Zn2+示圖：樹怦曲電沌二、常見化學(xué)電源1.鋅錳干電池（1）負(fù)極是鋅筒，正極是石墨電極，還有填充 MnQ 黑色粉末（吸收正極放出的 H2），電解質(zhì)是 NHCI 和淀粉糊?？偡磻?yīng)為：Zn+ 2NHCI + 2Mn O=Z n（NH）2Cb+ 2Mn 0（0H）2鉛蓄電池（1）鉛蓄電池是可充電電池。正極為PbQ，負(fù)極是 Pb

3、,電解質(zhì)溶液是 30%HSO 溶液。- 9 - / 9- 2 -（2）放電過程：負(fù)極：Pb 2e一+ SO-=PbSO;正極：PbQ+ 2e+ 4H+ SO=PbS硏2H2O;放電總反應(yīng)式：Pb+ PbO+ 2fSO2PbSO+2HzO3 氫氧燃料電池(1)兩個惰性電極(鉑碳電極)，負(fù)極上通 Hz,正極上通 Q,電解質(zhì)溶液是 KOH 溶液。 電極反應(yīng)：負(fù)極：2f 4e+ 4OH =2HO;正極：Q + 4e + 2fO=4OH;總反應(yīng)式：2H2+ C2=2HO。4.新型燃料電池一甲醇/空氣燃料電池(1) 負(fù)極是鈀碳/甲醇，正極是鉑燒結(jié)鎳/空氣，電解質(zhì)溶液是 KOH 溶液。電極反應(yīng)：負(fù)極：2CH

4、3OH- 12e+ 16OH=2C(3+ 120;正極：3Q + 12e+ 6H2O=12OH總反應(yīng)式：2CHO* 3Q+ 4KOH=22CO+ 6fQ三、太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用1 太陽能的利用能源是人類生活和社會發(fā)展的基礎(chǔ)，地球上最基本的能源是太陽能。直接利用：太陽能以光和熱的形式傳送到地面，人們可以直接利用太陽輻射獲得光和熱。(2) 植物的光合作用：在太陽光的作用下，綠色植物把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。(3) 間接利用1人類所需的能源大多來自于石油、天然氣、煤，它們所蘊藏的能量就是遠古生物吸收利用 的太陽能。2動物食用植物體內(nèi)的淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)是間接利用太陽能。2生物質(zhì)能的利用生物質(zhì)能來

5、源于植物及其加工產(chǎn)品所貯存的能量。(1) 直接燃燒：用纖維素代表植物枝葉的主要成分，燃燒反應(yīng)為：(C6H10O5)n+6nQ燃6nCO+5nH2Q(2) 生物化學(xué)轉(zhuǎn)換：用含糖類、淀粉較多的農(nóng)作物，制乙醇的反應(yīng)化學(xué)方程式為：酶酶(C6HwQ)n+ nHC厶 nC6H2Q、C6H2Q厶 2GfO 卅 2CQf。制得的乙醇可作為燃料。(3) 熱化學(xué)轉(zhuǎn)換：使生物質(zhì)能在一定條件下轉(zhuǎn)換為熱值較高的可燃氣體。3 氫能的開發(fā)與利用(1) 氫能的三大優(yōu)點。熱值高；來源廣；無污染。(2) 制取氫氣的方法：1以天然氣、石油和煤為原料，高溫下與水蒸氣反應(yīng)：高溫高溫CH+ H2O(g) - CO+ 3f; C+ HO(

6、g)=高= H。由解- 9 - / 9- 3 -2電解水：2 日20=解=2 壯f+Qf。催化劑3使用催化劑，利用太陽能分解水：2WO =2f+ Qf。光- 9 - / 9- 4 -4利用藍綠藻等低等植物和微生物在陽光作用下使水分解產(chǎn)生氫氣。利用氫能的途徑氫氣燃燒放熱（如以液態(tài)氫作為火箭的燃料 ）;用高壓氫氣、氧氣制作氫氧燃料電池； 利用氫的熱核反應(yīng)釋放的核能（如氫彈）。應(yīng)試精練1.下列設(shè)備工作時，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的是（）C解析 硅太陽能電池工作時將光能轉(zhuǎn)化為電能，A 項錯誤；鋰離子電池是化學(xué)電池，工作時將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，B 項錯誤；太陽能集熱器工作時將光能轉(zhuǎn)化為熱能，C 項 錯 誤 ；

7、燃 氣 灶 工作時將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，D 項正確。答案 D2.下列各組材料中，不能組成原電池的是（）選項ABCD兩極材料Zn 片、石墨Cu 片、Ag 片Zn 片、Cu 片F(xiàn)e 片、Cu 片插入溶液HzSQ 溶液AgNQ 溶液蔗糖溶液稀鹽酸下列有關(guān)電池的說法不正確的是（）手機上用的鋰離子電池屬于二次電池銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極 甲烷燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能鋅錳干電池中，鋅電極是負(fù)極解析 電池中電子由負(fù)極流向正極，B 項應(yīng)從 Zn 電極流向 Cu 電極。答案 B4隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，廢電池必須進行集中處理的問題被提到議事日程，其首要 原因是（）利用電池外殼的金屬

8、材料防止電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水源的污染提升考能.締岀高分fib硅太陽能電池鋰離子電池太陽能集熱器燃氣灶解析 蔗糖溶液不導(dǎo)電。答案 C3.A.B.C.D.A.B.C.D.- 9 - / 9- 5 -防止電池中滲漏的電解液腐蝕其他物品回收其中的石墨電極 解析 回收電池的主要目的是防止對環(huán)境的污染。答案 B5 將純鋅片和純銅片按圖所示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時間，以下敘述正確的是（ ）- 9 - / 9- 6 -A. 兩燒杯中銅片表面均無氣泡產(chǎn)生B. 甲中銅片是正極，乙中銅片是負(fù)極C. 甲中銅被氧化，乙中鋅被氧化D. 產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙快 解析 甲裝置構(gòu)成原電池，鋅是負(fù)極，銅是

9、正極，鋅發(fā)生氧化反應(yīng)，銅片上有氣泡產(chǎn)生；乙裝置不能構(gòu)成原電池，鋅與稀HzSQ 發(fā)生反應(yīng)：Zn+ HbSQ=ZnS觸H4,銅不反應(yīng)，故 A、BC 項均不正確；因為原電池能夠加快反應(yīng)速率，故D 項正確。答案 D6.人造地球衛(wèi)星用到的一種高能電池銀鋅蓄電池，其電池的電極反應(yīng)式為 Zn+ 20H 2e-=ZnQFH2f,A0+ H0+ 2e=2Ag+2QH。據(jù)此判斷氧化銀是（A.負(fù)極，并被氧化C.負(fù)極，并被還原D解析 AgQ 得電子，被還原，作正極，故 答案 B7.（蕭山月考）氫氧燃料電池用于航天飛機，電極反應(yīng)產(chǎn)生的水，經(jīng)冷凝后可作為航天員的飲 用水，其電極反應(yīng)如下：負(fù)極：2f + 40H 4e=4H

10、0正極：Q + 2fQ+ 4e =4OH 當(dāng)?shù)玫?1.8 LA. 1.8 molmol e，當(dāng)生成 100 mol H2Q 時，轉(zhuǎn)移 200 mol e。 答案 D&生產(chǎn)鉛蓄電池時，在兩極板上的鉛、銻合金棚架上均勻涂上膏狀的放電發(fā)生的反應(yīng)是 2PbSQ+ 2H2Q 応電 PbQ+ Pb+ 2HSC4。下列對鉛蓄電池的說法錯誤的是（）A. 需要定期補充硫酸B.工作時鉛是負(fù)極， PbQ 是正極.正極，并被還原.正極， 并被氧化 B項正確。飲用水時，電池內(nèi)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)約為（）C. 100 molD . 200 mol解析3空=100 mol,n(H2O)=a g/mol2H ()，即每生成

11、1 mol H2O 則轉(zhuǎn)移 2PbSQ，干燥后再安裝,充電后即可使用,- 9 - / 9- 7 -C.工作時負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是Pb 2e+ SQ=PbSQD. 工作時電解質(zhì)的密度減小解析 鉛蓄電池放電時相當(dāng)于原電池，Pb 是負(fù)極，PbQ 是正極，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是鉛失去電子生成 Pb2+, Pb2+與溶液中的 SQ生成 PbSQ 沉淀，放電時消耗的硫酸與充電時生成的硫酸相- 9 - / 9- 8 -等，在電池制備時，PbSQ 的量是一定的，制成膏狀的PbS Q 干燥后再安裝，說明 HbSQ 不用補充；放電時，H2SC4被消耗，溶液中的 H2SC4的物質(zhì)的量濃度減小， 所以溶液的密度也隨之減小。

12、答案 A9下圖為氫氧燃料電池原理示意圖，按照此圖的提示，下列敘述不正確的是（）B.b 電極的電極反應(yīng)為：C2+ 2HC+ 4e=4QHC.總反應(yīng)方程式為：2H2+ C2=2HQD. 氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源解析 a 極通入 H2，為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A 項錯誤；B 極通入 Q,為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為 Q+ 2WQ+ 4e=4QH, B 項正確；根據(jù)正負(fù)極反應(yīng)式可知，C 項正確；氫氧燃料電池的產(chǎn)物是水，無污染，具有良好的應(yīng)用前景，D 項正確。答案 A放電10.鋰電池反應(yīng)原理如下： FePQ+ Li充電LiFePQ4,內(nèi)部為能夠?qū)щ姷墓腆w電解質(zhì)。下列有關(guān)該電池說法正確

13、的是（）A. 可加入硫酸以提高電解質(zhì)的導(dǎo)電性B. 放電時電池內(nèi)部 Li+向負(fù)極移動C. 放電時，Li 發(fā)生還原反應(yīng)D. 放電時電池正極反應(yīng)為：FePQ+ e+ Li+=LiFePQ解析 若加入 H2SO,則 Li 與 H2SO 發(fā)生反應(yīng)，A 項錯誤；放電時，原電池內(nèi)部陽離子向正極移 動，陰離子向負(fù)極移動，B 項錯誤；放電時，Li 為負(fù)極，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，C 項錯誤；放電時，原電池正極反應(yīng)為：FePQ+ e_+ Li+=LiFePQ, D 項正確。答案 D11.某原電池反應(yīng)的離子方程式為Fe+2H+=F3+ Hbf,則下列說法正確的是（）A. HNQ 為電解質(zhì)溶液B.鋅為原電池正極.銅可做該

14、原電池正極解析 由原電池反應(yīng)可知，負(fù)極應(yīng)為鐵，正極為比鐵活動性差的電極，電解質(zhì)溶液應(yīng)為非氧化性酸。A 項中，HNQ 為電解質(zhì)溶液，被還原的不是 而是 NQ,還原產(chǎn)物是 NQ 而不是 Ha, A項錯誤；B 項中，鋅比鐵活潑，正極不能是鋅，B 項錯誤；C 項中，鐵為負(fù)極，電極反應(yīng)為 Fe2e_=F（2+，鐵極質(zhì)量減小，C 項錯誤；D 項中，銅不如鐵活潑，可以作正極，D 項正確。答案 D12.如圖所示，電流表 G 發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時 A 極C.鐵極質(zhì)量不變- 9 - / 9- 9 -逐漸變粗，B 極逐漸變細, 電解質(zhì)溶液，則 A、B、C 應(yīng)是下列各組中的哪一組（）A. A 是 Zn、B 是 Cu、C 為

15、稀 H2SQ 溶液C. A 是 Fe、B 是 Ag、C 為 AgNQ 溶液D. A 是 Ag、B 是 Fe、C 為 AgNO 溶液解析 由 A 極逐漸變粗，B 極逐漸變細，可知：電解質(zhì)溶液中含有不活潑的金屬陽離子，B 極為活潑的金屬。答案 D13下列關(guān)于能源和作為能源使用的物質(zhì)的敘述中錯誤的是（）A. 化石燃料物質(zhì)內(nèi)部儲存著能量B. 太陽能不能直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C. 物質(zhì)的化學(xué)能可能在不同條件下轉(zhuǎn)化為熱能、電能而為人類所用D. 綠色植物發(fā)生光合作用時，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來解析 綠色植物發(fā)生光合作用時，就是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，因此，選項B 錯誤。答案 B14.（義烏模擬）下列有關(guān)

16、能量轉(zhuǎn)換的說法不正確的是（）A. 煤燃燒時化學(xué)能主要轉(zhuǎn)化為熱能B. 化石燃料和植物燃燒時放出的能量均來源于太陽能C. 動物體內(nèi)葡萄糖被氧化成 CQ 是熱能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的過程D. 植物通過光合作用將 CQ 轉(zhuǎn)化為葡萄糖是太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的過程解析 葡萄糖氧化放出熱量，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。答案 C15.有專家指出，如果對燃燒產(chǎn)物如CQ、H2Q N2 等利用太陽能使它們重新組合，轉(zhuǎn)化成CH、CHQH NH3等的構(gòu)想。（如下圖）使之能夠?qū)崿F(xiàn)，那么不僅可以消除對大氣的污染，還可以節(jié)約燃料，緩解能源危機。在此構(gòu)想的物質(zhì)和能量循環(huán)中太陽能最終轉(zhuǎn)化為（）HiO.COjCfUOli N3A.化學(xué)能B .熱能 C

17、.生物能D .電能解析由題圖和能量守恒定律可知太陽能最終轉(zhuǎn)化為熱能而被放出。答案 B16為消除目前燃料燃燒時產(chǎn)生的環(huán)境污染，同時緩解能源危機，有關(guān)專家提出了利用太陽 能制取氫能的構(gòu)想。下列說法正確的是（）B. A 是 CuB 是 Zn、C 為稀 H2SQ 溶液- 9 - / 9- 10 -A. HzQ 的分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)B. 氫能源已被普遍使用C. 2 mol H2O 具有的總能量低于 2 mol H2和 1 mol Q2的能量D. 氫氣不易貯存和運輸，無開發(fā)利用價值解析 20=2 皿+ Qf是吸熱反應(yīng)，說明 2 mol H2。的能量低于 2 mol H2和 1 mol 02的能量。因由水制

18、取 Ha 耗能多且 H2不易貯存和運輸，所以氫能源利用并未普及，但發(fā)展前景廣闊。答案 C17礦物能源是現(xiàn)代人類社會賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。目前，世界礦物能源消耗的主要品 種仍然以煤、石油、天然氣為主。試以上述燃料各自的主要成分 C、OH2n+2、CH4,寫出它們?nèi)紵幕瘜W(xué)方程式：_、_、_。試比較，當(dāng)三者質(zhì)量相同時，對環(huán)境造成的不利影響最小的燃料是 _。煤、石油、天然氣又稱為化石燃料，它們儲存的能量來自綠色植物吸收的太陽能，綠色植物通過光合作用把太陽能轉(zhuǎn)化成_能，光合作用的總反應(yīng)方程式為光合作用釋放的氧氣來自于參加反應(yīng)的哪種物質(zhì)？ _。解析 相同質(zhì)量的 C、GH2n+2和 CH,含碳量越高，

19、生成 CO 或 CO 的量相對來說越多，對環(huán)境 的不利影響越大，故對環(huán)境造成不利影響最小的是甲烷。處手點燃點燃點燃答案(1)C + Q=Q 2CnH2n+2+ (3n+ 1)02-2nCO + 2(n+ 1)甩 0 CH + 2Q CO+2H2O 甲烷(2)化學(xué) 6C0 + 6H2Q 葉綠體 GH12Q + 6Q水18.(杭州聯(lián)考)分析下圖，回答以下問題：(1) 電解水生成 H,首先要解決的問題是 _ 。(2) 標(biāo)準(zhǔn)狀況下，11.2 L H2燃燒生成液態(tài)的水，放出QkJ 的熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式_(3) 氫氣作為理想的“綠色能源”的主要理由是 _。(4) 氫氧燃料電池是氫能源利用的一個

20、重要方向。氫氣在 _極上發(fā)生 _ 反應(yīng)，氧氣在_極上發(fā)生_反應(yīng)。若電解質(zhì)溶液為 KOH 溶液，寫出正、負(fù)極上的電極反應(yīng)式：負(fù)極正極_。解析(1)電解水需要消耗大量電能。一11.2 L,(2) 標(biāo)準(zhǔn)狀況下，11.2 L H2的物質(zhì)的量為= 0.5 mol，故 2 mol H2燃燒生成液態(tài)- 9 - / 9- 11 -22.4 L molQkJ水放出熱量為x2 mol = 4QkJ，故該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2H(g) + Q(g)=2H2O(l)0.5 mol一1H= 4QkJ mol 。(3) H2作為“綠色能源”優(yōu)點有三：來源豐富；熱值高；無污染。(4) 在氫氧燃料電池中，H2在負(fù)極失電子發(fā)生

21、氧化反應(yīng)，Q 在正極發(fā)生還原反應(yīng)，若電解質(zhì)溶液為 KOH 溶液，則負(fù)極為 2Hz 4e一+ 4OH =4HO,正極為 O + 4e一+ 2H2O=4OH。答案(1)需大量電能(2) 2H2(g) + Q(g)=2H2O(l)H= 4QkJ mol(3) 來源豐富(H2O)，燃燒放出的熱量多，產(chǎn)物無污染負(fù)氧化正還原2 Hz 4e + 4OH =4HOQ+ 4e + 2H2O=4OH19 科學(xué)家預(yù)言，燃料電池將是21 世紀(jì)獲得電力的重要途徑，美國已計劃將甲醇燃料電池用于軍事， 一種甲醇燃料電池是采用鉑或碳化鎢作為電極催化劑， 在稀硫酸電解質(zhì)中直接加入 純化后的甲醇，同時向一個電極通入空氣?；卮鹣铝?/p>

22、問題：(1) 這種電池放電時發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式： _(2)_ 此電池的正極發(fā)生的電極反應(yīng)式： _ ,負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)式： _。電解液中向_極移動，向外電路釋放電子的電極是 _。(4)_使用該燃料電池的另一個好處是 _。解析(1)燃料電池的電池反應(yīng)為燃料的氧化反應(yīng)，在酸性條件下生成的CO 不與 H2SQ 反應(yīng)，故電池反應(yīng)為 2CHOH 3O22CQ + 4HO; (2)電池的正極 Q 得電子，由于是酸性環(huán)境，所以 會生成H2O,用電池反應(yīng)減去正極反應(yīng)即可得出負(fù)極的電極反應(yīng)式；(3)H+移向正極，在正極生成水；(4)產(chǎn)物是 CO 和 H20,不會對環(huán)境造成污染。答案 (1)2CH3O出3Q 2CQ + 4H2O(2) 3O2+ 12H+ 12e=6H0 2CHO出2f0 12e=2CO+ 12H+(3) 正 負(fù)極(4)對環(huán)