高考化學(xué)總復(fù)習(xí) 第十三單元 化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化 常見能源的利用 新人教版

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)。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)。(4)自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)(本質(zhì)條件)。3工作原理： (以Zn|H2SO4|Cu原電池為例)電 極： 正極 負(fù)極電極材料： Cu Zn 電極反應(yīng)：2H2e =H2 Zn2e=Zn2 反應(yīng)類型： 還原反應(yīng) 氧化反應(yīng)電極變化： 質(zhì)量不變 質(zhì)量減小 電子流向： 流入 流出 電池總反應(yīng)： 2H Zn =H2Zn2示圖：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MnO2黑色粉末(吸收正極放出的H2)，電解質(zhì)是NH4Cl和淀粉糊。(2)總反應(yīng)為：Zn2NH4Cl2MnO2=Zn(NH3)2Cl22MnO(OH)。2鉛蓄電池(1)鉛蓄電池是可充電電池。正極為PbO2，負(fù)極是Pb，電解質(zhì)溶液是30%H2SO4溶液。(2) 放電過程：負(fù)極：Pb2eSO=PbSO4；正極：PbO22e4HSO=PbSO42H2O; 總反應(yīng)式：PbPbO22H2SO42PbSO42H2O。3氫氧燃料電池(1)兩個惰性電極(鉑碳電極)，負(fù)極上通H2，正極上通O2，電解質(zhì)溶液是KOH溶液。(2)電極反應(yīng)：負(fù)極：2H24e4OH=2H2O；正極：O24e2H2O=4OH；總反應(yīng)式：2H2O2=2H2O。4新型燃料電池甲醇/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。(2)電極反應(yīng)：負(fù)極：2CH3OH12e16OH=2CO12H2O；正極：3O212e6H2O=12OH；總反應(yīng)式：2CH3OH3O24KOH=2K2CO36H2O。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。(1)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)間接利用人類所需的能源大多來自于石油、天然氣、煤，它們所蘊(yùn)藏的能量就是遠(yuǎn)古生物吸收利用的太陽能。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)n6nO26nCO25nH2O。(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： (C6H10O5)nnH2OnC6H12O6、C6H12O62C2H5OH2CO2。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?xì)怏w。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：以天然氣、石油和煤為原料，高溫下與水蒸氣反應(yīng)：CH4H2O(g)CO3H2；CH2O(g)COH2。電解水：2H2O2H2O2。使用催化劑，利用太陽能分解水：2H2O2H2O2。利用藍(lán)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。(3)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)。1下列設(shè)備工作時，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的是()ABCD硅太陽能電池鋰離子電池太陽能集熱器燃?xì)庠罱馕龉杼柲茈姵毓ぷ鲿r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；燃?xì)庠罟ぷ鲿r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H2SO4溶液AgNO3溶液蔗糖溶液稀鹽酸解析蔗糖溶液不導(dǎo)電。答案C3下列有關(guān)電池的說法不正確的是()A手機(jī)上用的鋰離子電池屬于二次電池B銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極C甲烷燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D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(jìn)行集中處理的問題被提到議事日程，其首要原因是()A利用電池外殼的金屬材料B防止電池中汞、鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水源的污染C防止電池中滲漏的電解液腐蝕其他物品D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()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H2SO4發(fā)生反應(yīng)：ZnH2SO4=ZnSO4H2，銅不反應(yīng)，故A、B、C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Zn2OH2e=ZnOH2，Ag2OH2O2e=2Ag2OH。據(jù)此判斷氧化銀是()A負(fù)極，并被氧化 B正極，并被還原C負(fù)極，并被還原 D正極，并被氧化解析Ag2O得電子，被還原，作正極，故B項正確。答案B7(蕭山月考)氫氧燃料電池用于航天飛機(jī)，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：2H24OH4e=4H2O正極：O22H2O4e=4OH當(dāng)?shù)玫?.8 L飲用水時，電池內(nèi)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)約為()A1.8 mol B3.6 molC100 mol D200 mol解析n(H2O)100 mol，即每生成1 mol H2O則轉(zhuǎn)移2 mol e，當(dāng)生成100 mol H2O時，轉(zhuǎn)移200 mol e。答案D8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PbSO4，干燥后再安裝，充電后即可使用，發(fā)生的反應(yīng)是2PbSO42H2OPbO2Pb2H2SO4。下列對鉛蓄電池的說法錯誤的是()A需要定期補(bǔ)充硫酸B工作時鉛是負(fù)極，PbO2是正極C工作時負(fù)極上發(fā)生的反應(yīng)是Pb2eSO=PbSO4D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，PbO2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SO生成PbSO4沉淀，放電時消耗的硫酸與充電時生成的硫酸相等，在電池制備時，PbSO4的量是一定的，制成膏狀的PbSO4干燥后再安裝，說明H2SO4不用補(bǔ)充；放電時，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物質(zhì)的量濃度減小，所以溶液的密度也隨之減小。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()Aa電極是負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)Bb電極的電極反應(yīng)為：O22H2O4e=4OHC總反應(yīng)方程式為：2H2O2=2H2OD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O2，為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O22H2O4e=4OH，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A10鋰電池反應(yīng)原理如下：FePO4LiLiFePO4，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：FePO4eLi=LiFePO4解析若加入H2SO4，則Li與H2SO4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：FePO4eLi=LiFePO4，D項正確。答案D11某原電池反應(yīng)的離子方程式為Fe2H=Fe2H2，則下列說法正確的是()AHNO3為電解質(zhì)溶液 B鋅為原電池正極C鐵極質(zhì)量不變 D銅可做該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，HNO3為電解質(zhì)溶液，被還原的不是H而是NO，還原產(chǎn)物是NO而不是H2，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=Fe2，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極逐漸變粗，B極逐漸變細(xì)，C為電解質(zhì)溶液，則A、B、C應(yīng)是下列各組中的哪一組()AA是Zn、B是Cu、C為稀H2SO4溶液BA是Cu、B是Zn、C為稀H2SO4溶液CA是Fe、B是Ag、C為AgNO3溶液DA是Ag、B是Fe、C為AgNO3溶液解析由A極逐漸變粗，B極逐漸變細(xì)，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)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CO2是熱能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能的過程D植物通過光合作用將CO2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CO2、H2O、N2等利用太陽能使它們重新組合，轉(zhuǎn)化成CH4、CH3OH、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(jī)。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()A化學(xué)能 B熱能 C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(jī)，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()AH2O的分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)B氫能源已被普遍使用C2 mol H2O具有的總能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量D氫氣不易貯存和運(yùn)輸，無開發(fā)利用價值解析2H2O=2H2O2是吸熱反應(yīng)，說明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不易貯存和運(yùn)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。(1)試以上述燃料各自的主要成分C、CnH2n2、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_。(2)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_。(3)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、CnH2n2和CH4，含碳量越高， 生成CO或CO2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。答案(1)CO2CO22CnH2n2(3n1)O22nCO22(n1)H2OCH42O2CO22H2O甲烷(2)化學(xué)6CO26H2OC6H12O66O2(3)水18(杭州聯(lián)考)分析下圖，回答以下問題：(1)電解水生成H2，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Q kJ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。(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)水放出熱量為2 mol4Q kJ，故該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H4Q kJmol1。(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)生氧化反應(yīng)，O2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2H24e4OH=4H2O，正極為O24e2H2O=4OH。答案(1)需大量電能(2)2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H4Q kJmol1(3)來源豐富(H2O)，燃燒放出的熱量多，產(chǎn)物無污染(4)負(fù)氧化正還原2H24e4OH=4H2OO24e2H2O=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。回答下列問題：(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：_。(3)電解液中H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CO2不與H2SO4反應(yīng)，故電池反應(yīng)為2CH3OH3O22CO24H2O；(2)電池的正極O2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CO2和H2O，不會對環(huán)境造成污染。答案(1)2CH3OH3O22CO24H2O(2)3O212H12e=6H2O2CH3OH2H2O12e=2CO212H(3)正負(fù)極(4)對環(huán)境無污染20由銅片、鋅片和300 mL稀硫酸組成的原電池中。(1)當(dāng)銅片上放出3.36 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)氣體時，硫酸恰好用完，產(chǎn)生這些氣體消耗鋅_g，有_個電子通過了導(dǎo)線，原稀硫酸的物質(zhì)的量濃度為_molL1。寫出正、負(fù)極的電極反應(yīng)式：_，_。(2)當(dāng)導(dǎo)線中有1 mol電子通過時，理論上兩極變化是_。鋅片溶解了32.5 g鋅片增重32.5 g銅片上析出1 g H2銅片上析出1 mol H2(3)由銅片、鋅片和稀硫酸組成的原電池工作時，電解質(zhì)溶液的pH_。A不變 B先變小后變大C逐漸變大 D逐漸變小解析(1)根據(jù)原電池的原理知：正極：2H2e=H2。負(fù)極：Zn2e=Zn2。設(shè)消耗Zn的質(zhì)量為m，通過導(dǎo)線的電子數(shù)為N，硫酸的物質(zhì)的量濃度為c，則解得m9.75 g，N1.8061023個，c0.5 molL1。(2)鋅、銅、稀硫酸組成的原電池的電極反應(yīng)為負(fù)極：Zn2e=Zn2正極：2H2e=H2則計算關(guān)系式為m(Zn)0.5 mol 65 gmol132.5 g，m(H2)0.5 mol 2 gmol11 g。(3)由銅片、鋅片和稀硫酸組成的原電池工作時，正極反應(yīng)為2H2e=H2，所以電解質(zhì)溶液的pH逐漸變大。答案(1)9.751.80610230.5負(fù)極：Zn2e=Zn2正極：2H2e=H2(2)(3)C