1、第二节化学能与电能第1课时化学能转化为电能学习目标核心素养建构1.熟悉能源的分类和化学能与电能的转化关系。2知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，通过实验会说明原电池的原理，以及判断原电池的正、负极。3会正确书写电极反应式，熟知原电池的应用。知 识 梳 理一、一次能源和二次能源分类定义实例一次能源直接从自然界取得的能源流水、风力、化石能源、天然铀矿等二次能源一次能源经加工、转换得到的能源电力、蒸汽等二次能源中的电能是应用最广泛，使用最方便，污染最小的能源。二、化学能转化为电能1燃煤发电的能量转化(1)过程：化学能热能机械能电能(2)燃烧(氧化还原反应)是使化学能转换为电能的关键
2、。2原电池(1)实验实验装置实验现象铜片：有气泡产生锌片：逐渐溶解电流表：指针偏转结论有电流产生，装置中化学能转化为电能(2)原电池概念：将化学能转变为电能的装置。(3)铜锌原电池工作原理：电极材料电子转移电极反应式反应类型Zn失电子Zn2e=Zn2氧化反应Cu得电子2H2e=H2还原反应电池总反应：Zn2H=Zn2H2。(4)反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。(5)构成原电池的条件理论上，自发的氧化还原反应均可设计成原电池。两个活泼性不同的金属(或一个为金属，一个为能导电 的非金属)电极。具有电解质溶液。形成闭合回路。【自主思考】1原电池是如何构成闭合回路的？(请从电子流向和离子移动
3、方向分析)提示在外电路，电子从负极流出经导线流向正极，在电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。2原电池中作负极的一定是活泼金属，作正极的一定是不活泼金属吗？提示不一定。在原电池中的两极可以都是活泼金属(如ZnFe稀硫酸，Zn作负极)，也可以都是不活泼金属(如CuAgAgNO3，Cu作负极)也可以是一种金属和一种能导电的非金属(如CuCAgNO3，Cu作负极)。效 果 自 测1判断正误，正确的打“”，错误的打“”。(1)根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源()(2)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()(3)火力发电是化学能间接转化为电能的过程()
4、(4)水力发电是将化学能转化为电能的过程()(5)HClNaOH=NaClH2O是放热反应，可以设计成原电池()(6)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转()(7)在铜锌稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌()(8)原电池中阳离子向正极移动()(9)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)2下列装置中能够组成原电池的是_。解析构成原电池的条件缺一不可：缺少一个电极；中电极相同；中酒精为非电解质；中不能形成闭合回路。答案探究一、原电池的构成条件、工作原理及正负极的判断【合作交流】1原电池是由
5、哪几部分组成？各起什么作用？提示构成原电池需有两个活泼性不同的电极，将电极插入电解质溶液中，两电极间用导线连接使之构成闭合回路。电极的作用是导电，有些电池中电极材料会参加反应；导线的作用是传导电子；电解质溶液的作用是通过自由离子的移动传导电荷。2在铜锌稀硫酸原电池中，电子是怎样移动的？电子能否通过电解质溶液？如果不能，电流是如何形成的？提示由于金属锌比金属铜活泼，锌失去电子，电子通过导线流向铜片。电子不能通过电解质溶液，在稀硫酸中H移向铜片，SO移向锌片，阴阳离子定向移动形成电流。3(1)若将2中铜片换作石墨棒，能否产生电流？电极反应有无变化？(2)若将2中稀硫酸换作硫酸铜溶液，能否产生电流？
6、电极反应有何不同？(3)若将稀硫酸换为酒精，还能否产生电流？提示(1)改为石墨棒后，仍然可以形成原电池，产生电流。锌为负极，石墨棒为正极，电极反应及原电池反应均不变。(2)将稀硫酸换作硫酸铜溶液，也可以形成原电池，产生电流。锌为负极，发生氧化反应：Zn2e=Zn2，铜为正极，发生还原反应：Cu22e=Cu，总反应为：ZnCu2=Zn2Cu。(3)酒精是非电解质，此时不能构成原电池，因此不能产生电流。【点拨提升】1原电池的工作原理(1)反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。(2)电子的移动方向：负极流出，经导线流向正极。(3)离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。2原电池的
7、判断方法3原电池正负极的判断方法易错提醒(1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。(2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。(3)在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼的强弱也要考虑电解质溶液性质。如MgAlHCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是MgAlNaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。【典题例证1】在如图所示装置中，观察到电流表指针发生偏转，M棒变粗，N棒变细，P为电解质溶液。由此判断下列M、N、P所代表的物质可以成立
8、的是()解析经分析可知该装置是原电池，其中M棒作正极，有金属单质析出，N棒作负极，失电子溶解。A项，锌、铜、稀硫酸构成原电池，则锌是负极，M棒变细，A项错误；B项，铁、铜、稀盐酸构成原电池，M棒上无金属单质析出，B项错误；C项，锌、银、硝酸银溶液构成原电池，则锌是负极，M棒上有银析出，C项正确；D项，铁离子得到电子转化为亚铁离子，不能析出金属，D项错误。答案C【学以致用1】如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下，在卡片上描述合理的是()实验后的记录：A BC D解析在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu片，负极
9、反应为：Zn2e=Zn2，正极反应为：2H2e=H2，故转移1 mol电子时，产生H2 0.5 mol，在溶液中H向正极移动，SO向负极移动，故错误，正确，选B项。答案B探究二、原电池原理的应用【合作交流】1NaOHHCl=NaClH2O，这个反应能设计成原电池吗，为什么？提示不能，因为它不是氧化还原反应。2CO2C2CO，这个反应能设计成原电池吗，为什么？提示不能，虽然它是氧化还原反应，但不是释放能量的氧化还原反应。3锌与H2SO4反应制H2时向溶液中加少量CuSO4后为什么反应速率加快？提示锌置换出铜构成原电池。【点拨提升】1加快氧化还原反应的速率(1)原理：原电池中，氧化反应和还原反应分
10、别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。(2)实例：实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。2比较金属活泼性强弱(1)原理：一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。(2)实例：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生。由原电池原理可知，金属活动性：AB。3设计原电池(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
11、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。(3)实例：以FeCuSO4=FeSO4Cu为例【典题例证2】有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减小，b极质量增大b极有气体产生，c极无变化d极溶解，c极有气体产生电流从a极流向d极由此可判断这四种金属的活动性顺序是()Aabcd BbcdaCdabc Dabdc解析装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属易失去电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表
12、中氢的后面；装置三和四均形成原电池，易知d比c活泼，d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为dabc，故选C。答案C【学以致用2】锌空气电池(如图所示)适宜用作城市电动车的动力电源，该电池放电时Zn转化为ZnO。则该电池工作时，下列说法正确的是()AZn电极是该电池的正极BZn电极的电极反应式为ZnH2O2e=ZnO2HCOH向石墨电极移动D氧气在石墨电极上发生还原反应解析氧气得电子发生还原反应，石墨电极是正极，锌电极是负极，A项错误，D项正确；锌作负极，碱性条件下，负极的电极反应式为Zn2OH2e=ZnOH2O，B项错误；原电池工作时，溶液中的阴离子向负极移动，即OH向Zn极移动，C项错误。答
13、案D1下列装置中，能构成原电池的是()A只有甲B只有乙C只有丙 D除乙均可以解析甲装置不能构成闭合回路，乙装置两极材料相同，丁装置酒精是非电解质，只有丙装置具备原电池的构成条件。答案C2某科学探究小组为探究电化学原理，设计了如图所示的装置进行探究实验。下列对实验中观察到的现象或相关结论的叙述错误的是()Aa和b不连接时，该装置不能形成原电池，铁片上有红色的铜析出Ba和b用导线连接时，铜片为负极，发生的反应为Cu22e=CuC无论a和b是否连接，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2生成Da和b用导线连接时，溶液中的Cu2向铜电极移动解析a和b不连接时，没有形成闭合回路，没有构成原电池，发生化学反应，
14、铁把铜置换出来，A项正确；导线连接后，构成原电池，铁比铜活泼，铁作负极，发生的反应为Fe2e=Fe2，B项错误；根据选项A、B分析可知，无论a和b是否连接，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2生成，C项正确；构成原电池时，阳离子向正极移动，铜作正极，D项正确。答案B3X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为()AXYZ BXZYCYXZ DYZX解析根据原电池原理，负极的金属比正极活泼，可知YX，根据金属活动性顺序和置换反应原理，可知XZ，故有YXZ。答案C4如图所示，电流计指针发生偏转，同时A极质量减少，
15、B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是()A.B极为原电池的正极B.A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸C.C中阳离子向A极移动D.A极发生氧化反应解析原电池中，负极金属失去电子，溶解，质量减小，故A极是负极，B极是正极，根据构成情况可判断A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸，A、B正确；离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，D项正确。答案C5.(1)现有如下两个反应：NaOHHCl=NaClH2O；FeH2SO4=FeSO4H2。两反应中为放热反应的是_，能设计成原电池的是_。(填序号)(2)根据下图填空。电子从_片流
16、出，溶液中H向_片移动。正极的现象是_，发生_反应(填“氧化”或“还原”)。负极的电极反应式为_。若反应过程中有0.01 mol电子发生转移，则生成的氢气在标准状况下的体积为_L。解析(1)是酸碱中和反应，是放热反应；是置换反应，属于放热反应；能设计成原电池的反应应该是有电子转移的氧化还原反应，有化合价的升降，是氧化还原反应，可以设计为原电池。(2)在该原电池中锌片为负极，失去电子，电子从锌片流出，经过导线，流回正极铜片。在溶液中根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，H向含有负电荷较多的正极铜片移动。在正极铜片上发生反应：2H2e=H2，反应类型是还原反应，看到的现象是有气泡产生。在负
17、极上Zn失去电子，被氧化，负极的电极反应式为Zn2e=Zn2。若反应过程中有0.01 mol电子发生转移，根据电子守恒，可得n(H2)0.005 mol，所以生成的氢气在标准状况下的体积为0.005 mol22.4 Lmol10.112 L。答案(1)(2)锌铜有气泡产生还原Zn2e=Zn20.112课时作业1下列设备工作时可以将化学能转化为电能的是()A.手机电池B.硅太阳能电池C.水力发电D.电烤箱解析手机电池工作时可以将化学能转化为电能，A项正确；硅太阳能电池工作时可以将太阳能转化为电能，B项错误；水力发电是将水的机械能转化为电能，C项错误；电烤箱工作时可以将电能转化为热能等，D项错误。
18、答案A2.等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是()解析由于a中Zn还与CuSO4发生置换反应，所以最后生成H2的量小于b，而a中形成ZnCuH2SO4原电池，可加快反应速率。答案D3.下列有关原电池的说法正确的是()A.铝片和镁片用导线连接后插入NaOH溶液中，Mg较活泼作负极B.铝片和铜片用导线连接后插入浓硝酸中，铜作负极C.锌片和铜片用导线连接后插入CuSO4溶液中，铜片作负极D.只有两种活泼性不同的金属才能构成原电池的两极解析判断原电池的正负极，一方面要看电极材料，另一方面要看电解质
19、溶液。A中铝与NaOH溶液会自发反应，铝作负极，A错误；B中尽管铝比铜活泼，但只有铜片与浓硝酸自发反应，铜作负极，B正确；锌片和铜片用导线连接后插入CuSO4溶液，锌片作负极，C错误；金属与碳棒也可以构成原电池的两极，因此D错误。答案B4用如图所示装置进行实验，若下图中x轴表示流入正极的电子的物质的量，则y轴可以表示：c(Ag)，c(NO)，a棒的质量，b棒的质量，溶液的质量中的()A BC D解析NO不参加反应，因此c(NO)不变，故B、D项错误；根据反应方程式可知，每溶解56 g的铁转移2 mol电子，有216 g银从溶液中析出，故随着反应的进行溶液的质量减小，但溶液质量不会变为0，不符合
20、图像，故C项错误。答案A5某研究性学习小组设计了能使LED灯发光的装置，如图所示。下列说法不正确的是()A锌片是负极，电子由锌片经导线流向铜片B氢离子在铜片表面被还原C锌电极质量减少65 g时，铜电极表面析出氢气的体积是22.4 LD装置中存在“化学能电能光能”的转化解析锌片作负极，发生氧化反应，电子由锌片经导线流向正极铜片，A项正确；铜片作正极，发生还原反应，铜片上有气泡产生，氢离子在铜片上得电子被还原，B项正确；没有指明是标准状况，不能进行相关计算，C项错误；该装置中化学能转化为电能而产生电流，电流通过LED灯时，LED灯发光，故装置中存在“化学能电能光能”的转化，D项正确。答案C6.如图
21、所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、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中的反应为：ZnH2SO4=ZnSO4H2，则A中A极变细，B中A极不变。C和D两项中的反应为：Fe2AgNO3=2AgFe(NO3)2，其中C中A极变细，D中A极变粗。答案D7一个原
22、电池的总反应的离子方程式是ZnCu2=Zn2Cu，该原电池的合理组成是()正极负极电解质溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DZnFeCuCl2解析由总反应式知，Zn被氧化作原电池的负极，符合条件的有B、C两项，正极反应为：Cu22e=Cu，B选项中是：2H2e=H2，C正确。答案C8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()A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C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
23、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Zn，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。答案B9利用生活中或实验室中常用的物品，根据氧化还原反应知识和电学知识，自己动手设计一个原电池。请填写下列空白。(1)实验原理：Fe2H=Fe2H2。(2)实验用
24、品：电极(_、_)、稀硫酸、_(填写所缺的实验用品)、耳机(或者电流计)。(3)实验装置：(如右图所示)(4)原电池设计及注意的问题。按如图所示连接好实验仪器，注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出，如果没有，可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意：接触的同时耳机的另一个极是连接在原电池的另一个电极上的)，这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓”声音。其原因是：在原电池中，由化学能转化为_。如果将装置中的耳机改为电流计，则铁钉应该接电流计的_极，电极反应是_；另一极应该接电流计的_极，电极发生了_反应(填“氧化”或“还原”)。解析由实验原理：Fe2H=Fe2H2，可知组成该原电池的负极应为
25、Fe，正极可选用活动性比Fe弱的金属或导电的非金属。答案(2)铁钉或铁条铜钉(其他的惰性电极如铅笔芯、石墨等)烧杯、导线(4)电能负Fe2e=Fe2正还原10.由A、B、C、D四种金属按如表中装置进行实验。装置现象二价金属A不断溶解C的质量增加A上有气体产生根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是_。(2)装置乙中正极的电极反应式是_。(3)装置丙中溶液的pH_(填“变大”“变小”或“不变”)。(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是_。解析据图()知活泼性：AB，A作负极，电极反应式为A2e=A2；据图()知活泼性：BC，正极反应式为Cu22e=Cu；据图()知活泼性：DA，正
26、极反应为2H2e=H2，故c(H)减小，pH增大。据()、()、()知活泼性：DABC。答案(1)A2e=A2(2)Cu22e=Cu(3)变大(4)DABC11有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6 molL1的H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6 molL1的NaOH溶液中，如图所示。(1)写出甲中正极的电极反应式：_。(2)乙中负极为_，总反应的离子方程式：_。(3)如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则负极材料的金属应比正极材料的金属活泼”，则甲会判断出_金属活动性更强，而乙会判断出_金属活动性更强(填写
27、元素符号)。(4)由此实验得出的下列结论中，正确的有_。A利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质B镁的金属性不一定比铝的金属性强C该实验说明金属活动性顺序表已过时，没有实用价值了D该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析解析甲同学依据的化学反应原理是：MgH2SO4=MgSO4H2，乙同学依据的化学反应原理是：2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2。但是由于Al与碱的反应是一特例，不可作为判断金属性强弱的依据。所以判断一个原电池的正负极应具体问题具体分析。答案(1)2H2e=H2(2)Al2Al2OH2H2O=2AlO3H2(3)MgAl(
28、4)AD12【实验目的】利用所学知识，设计原电池装置。【实验用品】电极：镁条、铜片、铁片等。【电解质】果汁(橙汁、苹果汁、柠檬汁等)。【其他】导线、金属夹、发光二极管、500 mL烧杯。【实验方案】CuMg原电池，电解质溶液为橙汁；CuFe原电池，电解质溶液为苹果汁；FeMg原电池，电解质溶液为柠檬汁。【实验操作】用导线分别将三种方案中的金属片连接到金属夹上，分别将金属片两两插入到盛有果汁的三个500 mL的烧杯中，将发光二极管两端分别接在三种方案中金属活动性不同的金属夹上。观察现象，连接方式如图所示。【实验现象】三种方案中发光二极管均发光。【实验结论】原电池把化学能转变为电能。回答问题：(1
29、)连接装置时活泼金属接二极管的_极上，较不活泼金属接二极管的_极上。(2)在方案中铜作电极情况：_。(3)在方案中镁作电极情况：_。(4)在方案中铁作电极情况：_。(5)在方案中负极反应为_，正极反应为_，总电池反应方程式为_。解析在原电池中较活泼金属作负极(连接二极管的负极)，较不活泼金属作正极(连接二极管的正极)。因金属活动性：MgFeCu，故方案中Cu均作正极，中Mg均作负极，方案中铁作负极，方案中铁作正极。在方案中负极反应为：Mg2e=Mg2，正极反应为：2H2e=H2，总电池反应方程式为：Mg2H=Mg2H2。答案(1)负正(2)Cu均作正极(3)镁均作负极(4)方案中铁作负极，方案中铁作正极(5)Mg2e=Mg22H2e=H2Mg2H=Mg2H2
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