爱华网高考第一轮复习：《化学必修2》
第2章 化学键 化学反应与能量
第3节 化学反应的利用
1. 利用化学反应制备新物质
2. 氯气的制法
3. 化学反应为人类提供能源
4. 原电池原理
二. 教学目的
1. 认识利用化学反应造福人类
2. 掌握氯气的制备方法和原理
3. 了解化学反应提供能源有哪些应用
4. 了解原电池的工作原理
5. 预计考查新分子的合成
三. 教学重点、难点
1. 如何利用化学反应新物质，氯气的实验室制法。
2. 怎样将化学能转化为电能，原电池的工作原理。
四. 考点分析
本节内容在高考中主要考查点是：
1. 实验室制备氯气的反应原理和尾气处理方法，制备装置及收集方法。
2. 原电池工作原理，原电池中的电极反应，电极的判断和原电池的应用。
五. 知识要点
人类利用化学反应，不但要利用化学反应产生的新物质，还要充分利用化学反应过程中产生的能量。在化学反应中，能量以不同的形式表现出来，通常有热能、电能等。
（一）氯气的制法
1. 氯气的实验室制法
（1）反应原理：
（2）实验装置如图
装置中所盛试剂及其作用：
C饱和食盐水，除去氯气中的氯化氢气体；
D浓硫酸，除去氯气中的水蒸气（或干燥氯气）；
F氢氧化钠溶液，吸收尾气中的氯气。
（3）验满方法
如果采用排空气法收集氯气，可在瓶口用湿润的淀粉碘化钾试纸（变蓝）来检验，也可以用湿润的有色布条（褪色）来检验。
（4）实验步骤
①组装仪器使之构成成套装置：I. 组装仪器的顺序是：“先左后右、先下后上”；II. 气体在洗气瓶中的走向是长管进气，短管出气。
②检验装置的气密性：
检验装置的气密性一定要在装入药品之前进行。应把制备装置、净化装置、收集装置作为一个整体来检验气密性。检验方法是：关闭分液漏斗的活塞，将最末端的导气管插入盛水的烧杯中，用手捂热圆底烧瓶（或点燃酒精灯，对圆底烧瓶微微加热），若导气管的末端有气泡冒出，且松手后（或拿开酒精灯后）导气管内有一段水柱，则装置的气密性良好。
③向有关仪器中加入相应的化学药品，重新连接各仪器。
注意：盛有浓盐酸的分液漏斗要盖上上口塞，以防盐酸挥发，但要使塞上的孔（或凹槽）与口上的孔对齐，使分液漏斗内外气压平衡，确保盐酸能顺利流下。
④打开分液漏斗的活塞，使浓盐酸流到圆底烧瓶中，缓缓加热。
加热要缓缓进行，以减弱盐酸的挥发，提高氯气的纯度，节约盐酸。
要通过观察气泡产生的快慢来判断和浓盐酸反应的快慢，利用酒精灯控制反应速率，使气流连续、平稳。
⑤收集氯气：收集起来的氯气要盖严，瓶口朝上放置。
⑥停止制气：要先将插入氢氧化钠溶液的导气管拿出，再停止加热。
2. 工业制氯气的反应原理
3. 工业合成盐酸的反应原理
4. 工业上合成消毒剂——二氧化氯（）
（二）常见气体的制备
1. 一套完整的制取气体的装置，应当由四部分组成：
2. 发生装置基本类型
装置
类型
固体反应物
（加热）
固液反应物
（不加热）
固液反应物
（加热）
装
置
示
意
图
主要
仪器
酒精灯、大试管
分液漏斗、大试管
圆底烧瓶、分液漏斗、酒精灯、石棉网
装置类型
固体反应物
（加热）
固液反应物
（不加热）
固液反应物
（加热）
典型气体
、等
等
、等
操
作
要
点
（1）试管口应稍向下倾斜，以防止产生的水蒸气在管口冷凝后倒流而引起试管炸裂。（2）铁夹应夹在距试管口1/3处。（3）胶塞上的导管伸入试管里面不能太长，否则会妨碍气体的导
出。
（1）在用简易装置时，如用长颈漏斗，漏斗颈的下口应伸入液面以下，否则起不到液封的作用。（2）加入的液体反应物（如酸）要适当。（3）块状固体与液态的混合物在常温下反应制备气体可用启普发生
器制备。
（1）先把固体药品加入烧瓶，然后加入液体药品。（2）要正确使用分液漏斗。
3. 收集装置基本类型
装置类型
排气（液）集气法
向上排空气集气法
向下排气法
装置示意图
适用范围
不溶于水（液）的气体
密度大于空气的气体
密度小于空气的气体
典型气体
、、、CO
、、、
、
4. 干燥装置基本类型
装置类型
液体除杂剂
（不加热）
固体除杂剂
（不加热）
固体除杂剂
（加热）
适用范围
不溶于水（液）的气体
常温下不与除杂剂反应
加热条件下不与除杂剂反应
装置
示意图
5. 气体的净化剂的选择
选择气体吸收剂应根据气体的性质和杂质的性质而确定，所选用的吸收剂只能吸收气体中的杂质，而不能与被提纯的气体反应。一般情况下：①易溶于水的气体杂质可用水来吸收；②酸性杂质可用碱性物质吸收；③碱性杂质可用酸性物质吸收；④水分可用干燥剂来吸收；⑤能与杂质反应生成沉淀（或可溶物）的物质也可作为吸收剂。
6. 气体干燥剂的类型及选择
常用的气体干燥剂按酸碱性可分为三类：
（1）酸性干燥剂。如浓硫酸、五氧化二磷、硅胶。酸性干燥剂能够干燥显酸性或中性的气体，如、、、、、、等。
（2）碱性干燥剂，如生石灰、碱石灰、固体。碱性干燥剂可以用来干燥显碱性或中性的气体，如、、等气体。
（3）中性干燥剂，如无水氯化钙等，可以干燥中性、酸性、碱性气体，如、等气体。
7. 尾气吸收装置：有毒污染环境的气体应在最后，安装尾气吸收装置。实验室常用的尾气吸收装置如图
溶于水或能溶于水的气体吸收装置如图（a），极易溶于水的气体选用（b）或（c）装置。
（三）化学反应为人类提供能源
1. 化学能转化成热能
（1）加热饭盒：利用Mg与水的反应放出热量将食物加热。
（2）铝热反应：利用铝与铁的氧化物反应放出大量的热，将铁熔化成铁水，来焊接钢轨。
2. 化学能转化成电能
原电池原理
知识要点
实例
概念
将化学能转化为电能的
装置
实质
化学能转化为电能
构成前提
能自发地发生氧化还原
反应
构成条件
①两个电极
②电解质溶液
③“两极”“一液”连成
回路
④能自发地发生氧化还
原反应
电极构成
负极：还原性相对较强的
材料
正极：还原性相对较弱的
材料
Zn板——负极
Cu板——正极
电极反应
负极：失去电子，氧化反
应
正极：得到电子，还原反
应
负极：
正极：
电荷流向
电流流向
外电路：电子由负极流向正极，与电流方向相反。
内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极，电
流由负极流向正极
外电路：电子由Zn板经导线流向板，
内电路：、移向板（负极）；、移向板（正极）
电极反应式与反应总式的关系
两个电极反应式相加即
得反应总式
负极：
正极：
总式：
重要应用
①制作电池
②防止金属被腐蚀
③提高化学反应速率
①制作干电池、铅蓄电池、新型高能电池
②与相连接，置于电解质溶液中，受保护
③用粗锌代替纯锌制取，反应速率快
3. 化学与能源
（1）太阳能：是未来人类最适宜、最安全、最理想的替代能源。
（2）核能：俗称电子能，是指原子核里的核子（中子或质子）重新分配和组合时释放出来的能量
【典型例题】
例1. 现有如下反应
A.
B.
C.
D.
（1）有元素化合价升降的反应是（用序号填空）_______________。
（2）既属于置换反应又属于氧化还原反应的是（用序号填空）______________。
分析：以化合价升降观点来看，A和B属于氧化还原反应，C和D属于非氧化还原反应；以四种基本类型反应的观点来看，A和B属于置换反应，C属于复分解反应，D属于分解反应。
答案：（1）A、B（2）A、B
例2. 在实验室中用和浓盐酸反应制备纯净干燥的氯气。
（1）写出反应的化学方程式。
（2）下图是一个学生设计的实验装置图。
这个装置中有哪些错误？请分别指出：
①________________________________________________________________________
②________________________________________________________________________
③________________________________________________________________________
④________________________________________________________________________
⑤________________________________________________________________________
（有几处填几处）
（3）在改正的装置中，①洗气瓶中的、②浓、③烧杯中的溶液各起什么作用？
分析：本题属识图题，要求学生根据实验目的，对全套实验装置错误之处作出判断，学生必须对实验室制取氯气的反应原理和实验过程非常熟悉。
首先应根据试题要求制得干燥纯净的氯气。用和浓盐酸共热制得的氯气中有挥发出来的气体和水蒸气，这是两种要除掉的杂质。用水洗法是为了除去气体，这个装置必须在先，用浓硫酸洗气是为了除掉水蒸气，它应该在后，图中两个洗气瓶的位置和进出气导管都装反了。
答案：（1）
（2）①烧瓶下面缺石棉网②铁圈下面缺酒精灯③盛浓硫酸的洗气瓶和盛水的洗气瓶位置颠倒了④两个洗气瓶中的气体入口导管应深插在液面下，而出口导管应靠近瓶塞
（3）①吸收未反应的氯化氢 ②吸收水蒸气 ③吸收多余的氯气
例3. 据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量大，而且没有铅污染。其电池反应为，原料为锌粒、电解液和空气，则下列叙述正确的是（ ）
A. 锌为正极，空气进入负极反应
B. 负极反应为
C. 正极发生氧化反应
D. 电解液肯定不是强酸
分析：Zn与反应的电子转移情况为，所以作负极，负极发生氧化反应：。是正极反应物，发生还原反应。若电解液是强酸，电池的化学反应不是，而是。
答案：B、D
例4. 有A、B、C、D四种金属。将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀。将A、D分别投入等浓度盐酸中，D比A反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化。如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是（ ）
A. D、C、A、B B. D、A、B、C C. D、B、A、C D. B、A、D、C
分析：A、B形成原电池，B不易腐蚀，则A为负极，B为正极，活泼性A>B；A、D放入等浓度盐酸中，D反应剧烈，则活泼性D>A，不能置换B而能置换C，故活泼性。故活泼性为：D、A、B、C。
答案：B
例5. 利用反应设计一个原电池。在下面方格内画出实验装置图，并指出正极为____________，电极反应式____________；负极为____________，电极反应式________。
分析：根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是：首先将已知的反应拆成两个半反应（即失电子和得电子的反应）：，；；然后结合原电池的电极反应特点分析可知，该电池负极应用锌作材料，正极要保证得到负极失去的电子，一般用不能还原的材料如铂或碳棒等，电解液只能用溶液（如图所示）。
答案：实验装置如图所示 Pt Zn
例6. 锌锰干电池在放电时，正极区发生反应的物质是（ ）
A. Zn B. C. 、 D. 、
分析：失去电子为负极，碳棒为正极，在反应中得电子，应当在正极放电，又由于应移向正极，而不断消耗。
答案：C
【模拟试题】
1. 下列装置中，能够构成原电池产生电流的是（ ）
2. 用导线连接铁片和铜片，放入稀中，可构成原电池，下列说法正确的是（ ）
A. 为负极，为正极 B. 为负极，为正极
C. 被还原，被氧化 D. 被氧化，被还原
3. 与的浓盐酸共热，生成的质量为（ ）
A. 7.1g B. 3.55g C. 小于3.55g D. 大于3.55g
4. 制取后的试管内壁上粘有，不易用水洗掉，用下列哪种试剂可除去（ ）
A. 溶液 B. 稀盐酸 C. 溶液 D. 浓盐酸
5. 组装实验室用和浓盐酸制取氯气的气体发生装置所需要的主要仪器是（ ）
①圆底烧瓶 ②长颈漏斗 ③分液漏斗 ④酒精灯 ⑤烧杯 ⑥双孔橡皮塞
⑦单孔橡皮塞
A. ①③④⑥ B. ①②④⑥ C. ①③④⑤ D. ①④⑤⑦
6. 以下各种尾气吸收装置中，适合于吸收易溶性气体，而且能防止倒吸的是（ ）
7. 如下图所示装置可用于（ ）
A. 加热制
B. 用与稀反应制
C. 用与浓溶液反应制
D. 用与浓反应制
8. 有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀，溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀溶液中，电流由；③A、C相连后，同时浸入稀溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀中，D极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是（ ）
A. B.
C. D.
9. （2007·海淀区模拟）燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如下图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是（ ）
A. a极是负极，该电极上发生氧化反应
B. b极反应是
C. 总反应方程式为
D. 氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
10. 在实验室里制备物质。下列用原料及有关试剂分别制取相应的最终产物的设计中，理论上正确，操作上可行，经济上合理的是（ ）
A.
B.
C.
D.
11. 实验室用下列两种方法制取氯气：①用含146g的浓盐酸与足量的反应；②用与足量的浓盐酸反应，则所得（ ）
A. ①比②多 B. ②比①多 C. 一样多 D. 无法比较
12. 将、两金属片用导线连接后插入溶液中，则下列说法中正确的是（ ）
A. 作负极，作正极
B. 作负极，Mg作正极
C. 电子流向为
D. 片逐渐溶解，Al片表面有气泡产生
13. 下列关于实验现象的描述不正确的是（ ）
A. 把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面产生气泡
B. 用铜片作正极，铁片作负极，作电解质溶液，形成原电池，结果铁片上有铜析出，铜片溶解
C. 把铜片插入溶液中，铜片上有铁析出
D. 把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加几滴溶液，产生气泡的速率加快
14. 为了探究金属腐蚀的条件和快慢，某课外学习小组用不同的细金属丝将三根大小相同的普通铁钉分别固定在下图所示的三个装置内，并将这些装置在相同的环境中放置相同的一段时间，下列对实验结果的描述不正确的是（ ）
A. 实验结束时，装置1左侧的液面一定会下降
B. 实验结束时，装置1比装置2左侧的液面低
C. 实验结束时，铁钉b腐蚀最严重
D. 实验结束时，铁钉c几乎没有被腐蚀
15. 在用片、片和稀组成的原电池装置中，经过一段时间工作后，下列说法中正确的是（ ）
A. 锌片是正极，铜片上有气泡产生
B. 电流方向是从锌片流向铜片
C. 溶液中的物质的量减小
D. 电解液的pH保持不变
16. 炒过菜的铁锅未及时洗净（残液中含）第二天便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑。
试回答：
（1）铁锅的锈蚀应属于________，腐蚀的原因是________。
（2）铁锅锈蚀的电极反应式为：负极________，正极________。正、负电极反应产物会继续发生反应，反应的离子方程式或化学方程式为________。
17. 用下图所示装置收集以下7种气体（烧瓶位置不能移动）：① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
（1）若烧瓶是干燥的，则由a口进气，可收集的气体有________（填编号，下同）；由b口进气，可收集的气体有________。
（2）若烧瓶中充满水，可收集的气体有_______，气体由_______口进入。
（3）医院里给病人输氧时，往往在氧气钢瓶与病人呼吸面具之间安装盛有水的该装置，用于观察气泡产生的情况，以便调节供氧速率，此时氧气应从_______管口导入。
18. 根据反应框图填空，已知反应①是工业上生产化合物D的反应，反应⑤是实验室鉴定化合物E的反应。
（1）单质L是________。
（2）化合物B是________。
（3）图中除反应①以外，还有两个用于工业生产的反应，是________和________（填代号）。
它们的化学反应方程式分别是________和________。
19. 下图甲p、q为直流电源两极、A极由金属单质X制成，B、C、D为铂电极，接通电源，金属X沉积于B极，同时C、D产生气泡。试回答：
（1）p为______极，A极发生了______反应。
（2）C为______极，试管里收集到______；D为______极，试管里收集到______。
（3）C极的电极反应方程式为：______；
（4）在电解过程中，测得了C、D两极上产生的气体的实验数据如下：
时间（min）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
阴极产生气体
的体积（）
6
12
20
29
32
42
52
62
72
82
阳极产生气体
的体积（）
2
4
7
11
16
21
26
31
36
41
仔细分析以下实验数据，请说出可能的原因是____________________________________
_______________________________________________________________________________
（5）当反应进行一段时间后，A、B电极附近溶液的pH______（填“增大”、“减小”或“不变”）。
（6）当电路中通过电子时，B电极上沉积金属X的质量为，则此金属的摩尔质量为______。
【试题答案】
1. D 2. BD 3. C 4. D 5. A 6. BD 7. B 8. B 9. B 10. D
11. B 12. B 13. BC 14. B 15. C
16. （1）电化学腐蚀；铁锅材料为铁合金，其中铁和少量碳及残液构成原电池
（2）；
17. （1）②④⑦；①③⑤ （2）①③⑥；b （3）a
18. （1） （2） （3）②；④
；
19. （1）正 氧化 （2）阳 氧气 阴 氢气
（3）
（4）在开始反应的1~4min内，由于产生的氧气和氢气在水中的溶解度没有达到饱和，而氧气在水中的溶解度大于氢气，故氢气和氧气的体积比大于2：1，随着反应的进行，由于生成的氧气和氢气在水中的溶解均达到饱和，故4min后氢气和氧气的体积比等于2：1
（5）不变 （6）64g·
