2019版高中化学 专题2 第三单元 化学能与电能的转化 第1课时 化学能转化为电能学案 苏教版.doc

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1、1第第 1 1 课时课时 化学能转化为电能化学能转化为电能一、原电池工作原理1实验探究实验步骤解释或说明锌与稀硫酸发生置换反应产生氢气，而铜则不能锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生，导线中有电流锌与稀硫酸反应产生氢气，但导线中无电流乙醇是非电解质，与锌、铜都不反应2.原电池的概念原电池是将化学能转化为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应。3原电池的构成条件理论上，自发的氧化还原反应均可构成原电池。具体条件是：(1)具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)。(2)溶液：两电极均插入电解质溶液中。(3)导线：两电极用导线相连，形成闭合回路。4原电池的工作原理(1)分析下图

2、并填空2原电池总反应式：Zn2H=Zn2H2。(2)能量转化：化学能转变为电能。例 1 如图所示装置能够组成原电池的是_。其他不能构成原电池的说明理由：_。考点 原电池工作原理题点 原电池的形成条件与判断方法答案 EFG A 装置的两个电极的活泼性相同，电子不会流动形成电流；B 装置为非电解质溶液，不能发生氧化还原反应；C 装置电解质溶液在两个分开的装置中，不成形成闭合回路；D 装置无导线连接电极，不能形成闭合回路。它们均不能构成原电池思维启迪原电池的判定方法：一看反应原理(能否自发地进行氧化还原反应)；二看构成条件(两极一液成回路：两个活泼性不同的电极，插入电解质溶液中，装置形成闭合回路)。

3、例 2 如图，电流计的指针发生偏转，同时 A 极的质量减小，B 极上有气泡产生，C 为电解质溶液，下列说法错误的是( )AB 极为原电池的正极BA、B、C 分别可以为 Zn、Cu 和稀盐酸CC 中阳离子向 A 极移动3DA 极发生氧化反应答案 C解析 原电池中，负极金属失去电子，发生氧化反应溶解，质量减小，故 A 极为负极，B极为正极，A、D 项正确；A、B、C 分别为 Zn、Cu 和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B 项正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C 项错误。二、原电池原理的应用1钢铁的电化学腐蚀(1)电化学腐蚀金属跟电解质溶液接触，发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被

4、氧化的腐蚀。(2)钢铁的电化学腐蚀电解质溶液钢铁表面水膜中含有 H和 OH，还溶有 O2等气体负极材料：Fe，电极反应：Fe2e=Fe2 电极 正极材料：C，电极反应：O24e2H2O=4OH总反应2FeO22H2O=2Fe(OH)2，进一步被氧化，4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，Fe(OH)3易分解生成铁锈(Fe2O3xH2O)2.金属活动性强弱的判断由 A、B、C、D 四种金属按下表中装置进行实验装置现象二价金属 A 不断溶解C 的质量增加A 上有气体产生(1)装置甲中负极的电极反应式是 A2e=A2。(2)装置乙中正极的电极反应式是 Cu22e=Cu。(3)四种金属活动性

5、由强到弱的顺序是 DABC。原电池工作原理的应用(1)比较金属活动性原电池中，作负极的金属活动性一般比作正极的金属活动性强。(2)改变化学反应速率如：在 Zn 和稀硫酸反应时，滴加少量 CuSO4溶液，则 Zn 置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快 Zn 与稀硫酸反应的速率。4(3)设计原电池如：把 Fe2Fe3=3Fe2设计成原电池，可用 Fe 作负极，铜(或石墨)作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。(4)保护金属设备如：船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀，在船体外壳焊接上比铁活泼的金属(如 Zn)，则构成以 Zn、Fe 为电极的原电池，Zn 被消耗掉而 Fe 得到保护。例 3 (20

6、18台州月考)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式：2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为 Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。下列说法正确的是( )A铁片发生还原反应而被腐蚀B铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域C铁片腐蚀中负极发生的电极反应：2H2OO24e=4OHD铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀答案 D解析 铁作负极，发生失电子的氧化反应，选项 A 错误；铁片负极腐蚀最严重，由于离子的移动，在正极区域生成铁锈最多，选项 B 错误；铁作负极，发生

7、失电子的氧化反应，即Fe2e=Fe2，选项 C 错误；D 项，铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀，铁作负极，碳作正极，选项 D 正确。例 4 某原电池的离子方程式是 ZnCu2=Zn2Cu，该原电池正确的组成是( )选项正极负极电解质溶液ACuZnHClBZnCuCuSO4CCuZnCuSO4DCuZnZnCl2考点 原电池原理的应用题点 设计原电池答案 C5解析 将 ZnCu2=Zn2Cu 拆开两个半反应：氧化反应(负极反应)：Zn2e=Zn2。还原反应(正极反应)：Cu22e=Cu。则电池的负极是 Zn，正极是比锌不活泼的金属或导电的非金属，电解质溶液中含 Cu2。

8、方法技巧设计原电池的方法(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。(2)选择合适的材料电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料。电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应。原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是1判断正误(正确的打“” ，错误的打“”)(1)电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源( )(2)NaOHHCl=NaClH2O 是放热反应，可以设计成原电池( )(3)原电池中的阳离子由负

9、极区向正极区移动( )(4)在 Zn|稀硫酸|Cu 原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌( )(5)把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴 CuCl2溶液，气泡放出速率加快( )考点 原电池工作原理题点 原电池的综合应用答案 (1) (2) (3) (4) (5)2.如图为某兴趣小组制作的番茄电池，下列说法正确的是( )6A电子由铜通过导线流向锌B该装置是将电能转化为化学能的装置C锌电极发生氧化反应D电流由锌通过导线流向铜考点 原电池工原理题点 原电池工作原理答案 C解析 A 项，铜作正极，锌作负极，因此电子由锌流向铜，故错误；B 项，该装置将化学能转化为电能，故错误；C

10、 项，锌作负极失去电子，发生氧化反应，故正确；D 项，电子与电流的方向相反，因此电流由铜极流向锌极，故错误。3在钢铁腐蚀过程中，下列五种变化可能发生的是( )Fe2转化为 Fe3 O2被还原 产生 H2 Fe(OH)3失水形成 Fe2O3xH2O 杂质碳被氧化A BC D答案 C解析 本题考查钢铁的电化学腐蚀。在腐蚀过程中，负极 Fe2e=Fe2，正极 O2或 H得电子，Fe2与 OH结合生成 Fe(OH)2，Fe(OH)2被氧化生成 Fe(OH)3，Fe(OH)3失水形成铁锈。4下列装置中四块相同的 Zn 片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是( )A BC D考点 原电池原理的应用题点

11、 金属腐蚀快慢的比较答案 B解析 中的锌作负极，腐蚀速率最快；中的锌与外界不接触，腐蚀速率最慢；中的7锌作正极，腐蚀速率比中的锌要慢；因此腐蚀速率由慢到快的顺序为，故 B 正确。5在铜锌原电池中(如下图)，以硫酸铜为电解质溶液，锌为_极，电极上发生的是_(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为_。锌片上观察到的现象为_；铜为_极，电极上发生的是_(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式_；铜片上观察到的现象为_，原电池总反应的离子方程式为_。考点 原电池工作原理题点 常考多变的锌铜原电池答案 负 氧化 Zn2e=Zn2 锌片溶解 正 还原 Cu22e=Cu 铜极变粗 ZnCu2=Zn2Cu解

12、析 CuSO4为电解质溶液时，铜锌原电池的负极为锌，电极反应式为 Zn2e=Zn2，所以锌片不断溶解，正极为铜，电极反应式为 Cu22e=Cu，所以铜极不断变粗，原电池总反应式为 ZnCu2=Zn2Cu。对点训练题组一 化学能转化为电能1如图所示各装置中，不能构成原电池的是(烧杯中所盛液体都是稀硫酸)( )考点 能源与构成原电池的条件8题点 原电池的形成条件与判断答案 D解析 原电池的形成条件包括活动性不同的电极、电解质溶液、形成闭合回路、自发进行氧化还原反应。对图示各个装置进行观察，发现只有 D 不能形成闭合回路，因此不能形成原电池。2下列关于原电池的叙述，正确的是( )A构成原电池的正极和

13、负极材料必须是两种活泼性不同的金属B原电池是将化学能转变为电能的装置C在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原D原电池放电时，电流的方向是从负极到正极考点 原电池工作原理和正负极的判断题点 原电池构成和原理的理解答案 B解析 构成原电池的正极和负极可以是两种活泼性不同的金属，也可以是导电的非金属(如石墨棒)和金属，A 错误；原电池是将化学能转变为电能的装置，B 正确；在原电池中，负极上发生失去电子的氧化反应，正极上发生得到电子的还原反应，所以电子从负极沿导线流向正极，C 错误；原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极，则电流的方向是从正极到负极，D 错误。3(2017湖北部分重点中学期末联

14、考)某实验兴趣小组按下图装置实验后，所记录内容合理的是( )实验记录Cu 为正极，Zn 为负极；Zn 质量减少，Cu 质量增加；SO向 Cu 极移动；24电子流向：由 Zn 经导线流入 Cu 片；Zn 电极发生还原反应；正极反应式：Cu22e=Cu。A. BC D考点 原电池工作原理和正负极的判断9题点 原电池工作原理答案 B解析 Zn 比 Cu 活泼，Zn 为负极，Cu 为正极，故正确；铜为正极，发生反应：Cu22e=Cu，铜极质量增大，故正确；原电池工作时，阴离子向负极移动，故错误；电子由负极流向正极，即电子由 Zn 电极流向 Cu 电极，故正确；Zn 电极发生氧化反应，故错误；正极发生还

15、原反应，电极反应方程式为 Cu22e=Cu，故正确。综上所述，B 正确。4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：Zn2OH2e=ZnOH2O，Ag2OH2O2e=2Ag2OH。据此判断氧化银是( )A负极，被氧化 B正极，被还原C负极，被还原 D正极，被氧化考点 原电池工作原理和正负极的判断题点 正、负极的判断答案 B解析 电池的电极反应式：Zn2OH2e=ZnOH2O，Ag2OH2O2e=2Ag2OH，从中可以看出锌的化合价升高，所以锌为负极，被氧化，而氧化银中的银化合价降低，故氧化银为正极，被还原，故 B 符合题意。5(2017武汉高一检测)如图将锌片和铜片用导线连

16、接后放入稀硫酸中，发生原电池反应，下列叙述错误的是( )A溶液的 pH 增大B溶液中的 Zn2浓度增大C溶液中的 SO浓度增大24D溶液的密度增大考点 原电池的工作原理和正负极的判断题点 常考多变的锌铜原电池答案 C解析 A 项，氢离子浓度降低，溶液的 pH 增大，正确；B 项，锌不断溶解，溶液中的 Zn2浓度增大，正确；C 项，由于在反应过程中溶液中 SO没有参加反应，所以溶液中c(SO24)不变，错误；D 项，原电池放电时，溶液由硫酸溶液逐渐变成硫酸锌溶液，所以溶液24的密度增大，正确。106.如图所示装置，电流计指针发生偏转，同时 A 极逐渐变粗，B 极逐渐变细，C 为电解质溶液，则 A

17、、B、C 应是下列各组中的( )AA 是 Zn，B 是 Cu，C 为稀硫酸BA 是 Cu，B 是 Zn，C 为稀硫酸CA 是 Fe，B 是 Ag，C 为稀 AgNO3溶液DA 是 Ag，B 是 Fe，C 为稀 AgNO3溶液考点 原电池工作原理和正负极的判断题点 多角度判断正、负极答案 D解析 A 极逐渐变粗，说明 A 极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在 A 极上析出；B 极逐渐变细，说明 B 极为原电池的负极，失去电子后变成离子进入溶液中。A和 B 两项中的反应为 ZnH2SO4=ZnSO4H2，则 A 项 A 极变细，B 项 A 极不变；C 和 D 两项中的反应为 Fe2Ag

18、NO3=2AgFe(NO3)2，其中 C 项 A 极变细，D 项 A 极变粗。题组二 原电池工作原理的应用7X、Y、Z、W 四种金属片浸在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示：则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为( )AZYXW BZXYWCZYWX DYZXW考点 原电池工作原理的应用题点 比较金属活泼性的强弱11答案 A8(2018南宁六中 5 月考试)下面是四个化学反应，你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是( )A2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2B2H2O22H2O=点燃CMg3N26H2O=3Mg(OH)22NH3DCH42O2CO22H2O=点燃考

19、点 原电池原理的应用题点 能否设计原电池的化学反应分析答案 C解析 只有属于氧化还原反应，才能用于设计原电池；A、B、D 属于氧化还原反应，均可以设计为原电池。C 不属于氧化还原反应，不能设计成原电池，C 正确。9(2018北京四中 4 月月考)为将反应 2Al6H=2Al33H2的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜)( )考点 原电池原理的应用题点 原电池的设计答案 B解析 A 项为原电池，铝为负极，但总反应为 2Al2OH2H2O=2AlO3H2，不符合； 2C 项为原电池，但硝酸是氧化性酸，则总反应为 Al4HNO=Al3NO2H2O，不 3符合；D 项装置中

20、有外接电源，不属于原电池，不符合。10小颖同学用如图所示装置研究原电池原理，下列说法错误的是( )12A若将图 1 装置的 Zn、Cu 直接接触，Cu 片上能看到气泡产生B图 2 装置中 SO向 Cu 片移动24C若将图 2 中的 Zn 片改为 Mg 片，Cu 片上产生气泡的速率加快D图 2 与图 3 中正极生成物的质量比为 132 时，Zn 片减轻的质量相等考点 原电池原理的应用题点 原电池工作原理的探究答案 B解析 Zn、Cu 直接接触就能构成闭合回路而形成原电池，Cu 片上可看到有气泡产生，A 项正确；SO带负电荷，应该向负极 Zn 片移动，B 项错误；由于 Mg 的失电子能力强于24Z

21、n，所以将 Zn 片改为 Mg 片后，电子转移速率加快，生成 H2的速率也加快，C 项正确；假设图 2 中正极产生 2 g H2，则转移 2 mol 电子，消耗负极 65 g Zn，而图 3 中正极析出 64 g Cu，也转移 2 mol 电子，消耗负极 65 g Zn，故 Zn 片减轻的质量相等，D 项正确。题组三 钢铁的电化学腐蚀11(2018深圳高一期末)下图实验为研究金属腐蚀的实验。下列相关说法正确的是( )A该实验研究的是金属的吸氧腐蚀B铁表面的反应为 Fe3e=Fe3C红色首先在食盐水滴的中心出现D食盐水中有气泡逸出考点 原电池原理的应用题点 钢铁的电化学腐蚀答案 A解析 A 项，

22、食盐水显中性，因此该实验属于钢铁的吸氧腐蚀，正确；B 项，负极上发生的电极反应式为 Fe2e=Fe2，错误；C 项，食盐水滴周围液体少，氧气量多，所以红色首先在食盐水滴的周围出现，错误；D 项，正极上发生的电极反应式为O22H2O4e=4OH，所以食盐水中没有气泡逸出，错误，答案选 A。12(2018毕节市段考)关于金属材料的锈蚀说法不一，其中没有科学道理的是( )A金属接触水和空气锈蚀加快B改变金属的内部结构形成合金能抵御金属锈蚀C金属表面刷油漆可以抵御金属锈蚀D不断擦去铝表面的锈能抵御铝的继续锈蚀考点 原电池原理的应用13题点 金属的电化学腐蚀与防护答案 D解析 A 项，金属接触水和空气锈

23、蚀加快，正确；B 项，铁中掺入铬和镍等金属改变内部结构，制成不锈钢可以防腐蚀，所以改变金属的内部结构能抵御金属锈蚀，正确；C 项，金属防锈的措施之一是在金属表面刷油漆，正确；D 项，不断擦去铝表面的锈，使得内部金属暴露出来，加快了铝的腐蚀而不是抵御铝的继续锈蚀，错误。综合强化13(2018余姚期中)目前，市场上有多种“热敷袋”出售，有一次性的，有可以重复使用的。某一化学研究性学习小组在研究了某种“热敷袋”的构造后，决定自己制造一个一次性“热敷袋” ，制造过程如下：称取 15 g 小颗粒状活性炭，40 g 还原铁粉，5 g 细木屑，都放在一只烧杯中，再加入 15 mL 15%食盐水，用玻璃棒搅拌

24、均匀。用大头针在小塑料袋上扎几十个针眼(袋的两层同时扎穿)，把烧杯里的混合物全部加入小塑料袋中，封上袋口，再放入大塑料袋中，封上袋口，可长期保存。使用时将大塑料袋袋口打开，反复搓揉小塑料袋 58 min，能感觉温度明显上升。回答下列问题：(1)该一次性“热敷袋”利用了_原理。(2)使用时将大塑料袋袋口打开的原因是让氧气进入反应，写出其电极反应式_；炭粉的作用是_。(3)将使用过的“热敷袋”打开，发现有大量棕红色粉末生成，该物质主要成分是_，写出生成该物质的化学反应方程式：_；_。答案 (1)原电池(2)O22H2O4e=4OH 作原电池正极，加快铁的腐蚀(3)铁锈(或 Fe2O3)4Fe(OH

25、)22H2OO2=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O33H2O解析 (1)铁、碳和氯化钠溶液能自发进行氧化还原反应而构成原电池，所以热敷袋利用原电池原理。(2)与氧气接触，发生金属的吸氧腐蚀，正极反应为 O22H2O4e=4OH，其中炭粉的作用是作原电池正极，加快铁的腐蚀。(3)铁发生吸氧腐蚀后最终产物红棕色粉末为铁锈，其成分为氧化铁(Fe2O3)；发生反应的化学方程式为 4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3=Fe2O33H2O。14(2017咸宁高一检测)理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请14利用反应“Cu2Ag=2AgCu2”设计一个

26、化学电池(正极材料用碳棒)，回答下列问题：(1)该电池的负极材料是_，发生_反应(填“氧化”或“还原”)，电解质溶液是_。(2)正极上出现的现象是_。(3)若导线上转移电子 1 mol，则生成银_ g。考点 原电池原理的应用题点 原电池的设计答案 (1)Cu 氧化 AgNO3溶液(2)碳棒上出现银白色物质(3)108解析 (1)根据电池的总反应，可知负极一般是失电子的物质，所以负极材料应该是铜，发生氧化反应，电解质溶液是一种可溶性的银盐溶液，所以是 AgNO3溶液。(2)正极上是溶液中的银离子得到电子变成银单质，所以正极上的现象是碳棒上出现银白色物质。(3)当导线上转移 1 mol 电子的时候

27、，正极上会析出 1 mol 银单质，所以正极上生成的银的质量是108 g。15某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，在常温下，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下。编号电极材料电解质溶液电流计指针偏转方向1Al、Mg稀盐酸偏向 Al2Al、Cu稀盐酸偏向 Cu3Al、C(石墨)稀盐酸偏向石墨4Al、Mg氢氧化钠溶液偏向 Mg5Al、Zn浓硝酸偏向 Al试根据上表中的实验现象回答下列问题：(1)实验 1、2 中 Al 所作的电极(正极或负极)是否相同(填“是”或“否”)？_。(2)由实验 3 完成下列填空：铝为_极，电极反应式：_；石墨为_极，电极反应式：_；电池总反应式：_。(

28、3)实验 4 中铝作负极还是正极？_，理由是_15_。写出铝电极的电极反应式：_。(4)解释实验 5 中电流计指针偏向铝的原因：_。(5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素：_。考点 原电池工作原理和正负极的判断题点 多角度判断正、负极答案 (1)否 (2)负 2Al6e=2Al3 正 6H6e=3H2 2Al6HCl=2AlCl33H2(3)负极 在 NaOH 溶液中，活动性：AlMg Al3e4OH=AlO2H2O 2(4)Al 在浓硝酸中发生钝化，Zn 在浓硝酸中发生反应，被氧化，即在浓硝酸中，活动性：ZnAl，Al 是原电池的正极(5)另一个电极材料的活动性；电解质溶液解析 在稀盐酸中的活动性：MgAlCu。由实验 1 和 2 可知，原电池中电流计指针是偏 向正极。在实验 3 中电流计指针偏向石墨，由上述规律可知，Al 是负极，石墨是正极，化 学反应是 Al 失去电子被氧化为 Al3，盐酸中的 H得到电子被还原为 H2。在 NaOH 溶液 中活动性：AlMg，则 Al 是负极，Mg 是正极。Al 在浓硝酸中发生钝化，Zn 在浓硝酸中 被氧化，即在浓硝酸中活动性：ZnAl，Zn 是负极，Al 是正极，所以在实验 5 中电流计指 针偏向铝。