1、第二节化学能与电能第一课时化学能转化为电能学习目标核心素养1.通过实验探究认识化学能与电能之间转化的实质。2理解原电池的概念及工作原理。3了解原电池的构成与设计。1.科学探究：设计实验认识构成原电池的条件及其原理，判断原电池的正负极。2创新意识：利用原电池原理能设计原电池。一、一次能源和二次能源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)化石燃料的燃烧(氧化还原反应)是使化学能转换为电能的关键。2原电池(1)实验(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池总反应：ZnH2SO4
2、=ZnSO4H2。(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。两个活动性不同的电极(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。1正误判断(1)HClNaOH=NaClH2O是放热反应，可以设计成原电池()(2)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 ()(3)原电池中阳离子向正极移动 ()(4)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子 ()(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()答案(1)(2)(3)(4)(5)2下列叙述不正
3、确的是()A根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源B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C火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程D在火力发电过程中，化学能转化为热能实际上是氧化还原反应发生的过程，伴随着能量的变化答案A3下列设备工作时，将化学能转化为电能的是()答案C4(1)下列装置属于原电池的是_。(2)在选出的原电池中，_是负极，发生_反应，_是正极，该极的现象是_。(3)此原电池反应的化学方程式为_。答案(1)(2)Fe氧化Cu电极上有气泡产生FeH2SO4=FeSO4H2知识点一 化学能转化为电能1.化学能直接转化为电能原电池的实验探究2.构成条
4、件(1)原电池反应必须是自发的氧化还原反应；(2)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)；(3)两电极均插入电解质溶液中；(4)电解质溶液、电极、导线形成闭合回路。3工作原理负极正极电池反应：Zn2H=Zn2H24电子的流向：电子由负极经导线流向正极。5反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。【典例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的是()思路启迪首先根据电极上的反应现象确定电极属性及电极材料，然后依据原电池的工作原理整合题干的图表信息作出准确的判断。解析经分析可知该装置是原电池
5、，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原电池的判断方法针对训练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：ABC 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，负极反应为：Zn2e=Zn2，
6、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知识点二 原电池原理的应用1.加快氧化还原反应的速率(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中粒子运动相互间的干扰减小，使反应速率增大。(2)应用：实验室用Zn和稀H2SO4(或稀盐酸)反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。2比较金属的活动性强弱(1)原理：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。(2)应用：有两种金属A和
7、B，用导线连接后插入到稀硫酸中，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)实例以FeCuSO4=FeSO4Cu为例装置材料选择电极反应负极：Fe正极：Cu或C等(活泼性比Fe差的金属或导电的石墨棒均可)电解质溶液：CuSO4溶液负极：Fe2e=Fe2正极：Cu22e=Cu【典例2】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ACuZnHClBZnCuCuS
8、O4CCuZnCuSO4DCuZnZnCl2思路启迪解决原电池设计题型时，首先根据反应方程式分析出氧化剂、还原剂；然后依据原电池的构成条件及工作原理确定电极材料和电解质溶液。解析将ZnCu2=Zn2Cu拆为两个半反应：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。答案C设计原电池的方法及注意事项(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
9、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。针对训练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表：由此可判断这四种金属的活动性顺序是()AabcdBbcdaCdabc Dabdc解析装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属失电子形成离子，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中氢的后面；装置三形成原电池，易知d比c活泼；装置四中，电流从a极流向d极，则电子是从d极流向a极，知d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为dabc。答案C1下列图示的装
10、置不能构成原电池的是()解析C选项中两种金属都不能和稀H2SO4发生自发的氧化还原反应，故C选项中装置不能构成原电池。答案C2.如图为某兴趣小组制作的番茄电池，下列说法正确的是 ()A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。答案C3X、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与Y组成原电池时，Y为原电池的负极。X
11、、Y、Z三种金属的活动性顺序为()AXYZ BXZYCYXZ DYZX解析X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，说明活泼性XZ；X与Y组成原电池时，Y为电池的负极，说明活泼性YX。故三种金属的活动性顺序为YXZ。答案C4如图所示电流表的指针发生偏转，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DA极发生氧化反应解析原电池中，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
12、项正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C项错误。答案C5现有如下两个反应：(A)NaOHHCl=NaClH2O，(B)Cu2Ag=2AgCu2。(1)根据两反应本质，判断能否设计成原电池_。(2)如果不能，说明其原因_。(3)如果可以，则写出正、负极材料，其电极反应式及反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)，电解质溶液名称：负极：_，_，_。正极：_，_，_。电解质溶液：_。若导线上转移电子1 mol，则正极质量增加_g。解析(1)、(2)只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池，(A)是非氧化还原反应，(B)是氧化还原反应且能自发进行。(3)根据电池反应式Cu2Ag=2AgCu2可知，Cu失电子
13、作负极，负极材料是Cu，正极材料应是比铜不活泼的金属或导电非金属；Ag得电子，所以此电解质溶液只能为AgNO3溶液(因为Ag只能与NO大量共存)。根据正极反应式：Age=Ag，转移1 mol电子时正极析出1 mol Ag，质量为108 g。答案(1)(A)不能，(B)可以(2)(A)的反应是非氧化还原反应，没有电子转移(3)CuCu2e=Cu2氧化反应石墨棒、Ag、铂、金(任选一种)2Ag2e=2Ag还原反应AgNO3溶液108课后作业(九)基础巩固一、能源的分类1下列有关能源的说法错误的是()A风能是人类通过风车等工具获取的能源，但属于一次能源B在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将成
14、为主要能源C月球土壤中含有丰富的质量数为3的氦，它可作为未来核能的重要原料D原电池把化学能直接转化为电能，所以由原电池提供的电能是一次能源解析风能是直接从自然界中取得的能源，属于一次能源，原电池提供的电能是由化学能转化而得到的，不是直接获得的，属于二次能源，A正确，D错误；随着时代的发展，化石能源逐渐枯竭，所以新能源时代污染小的核能、太阳能、氢能将成为主要能源，B、C正确。答案D二、原电池工作原理及其应用2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=2NaAlO23H2B2H2O22H2OCZnCuSO4=CuZnSO4DNa2CO32HCl=
15、2NaClH2OCO2解析D项中的反应不属于氧化还原反应，不能设计成原电池。答案D3有关原电池的下列说法中正确的是()A在外电路中电子由正极流向负极B在原电池中负极发生还原反应C原电池工作时，阳离子向正极方向移动D原电池中正极一定是不活泼金属解析在外电路中电子由负极流向正极；负极发生氧化反应；MgAl原电池，NaOH作电解质溶液，镁作正极，属于活泼金属。答案C4.如图是以稀硫酸为电解质溶液的原电池装置，下列叙述正确的是()A锌片上有气泡产生B锌片为负极，铜片发生氧化反应C电解质溶液中的H向铜极移动D电子流动方向：锌极导线铜极电解质溶液锌极解析该原电池中，锌易失电子作负极，铜作正极，稀硫酸是电解
16、质溶液，氢离子在正极得到电子生成氢气，铜电极有气泡产生，故A错误；铜锌原电池中，Zn易失电子作负极，Cu作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应生成氢气，故B错误；原电池中阳离子移向正极，电解质溶液中的H向铜极移动，故C正确；原电池中，负极失电子，则电子从负极流向正极，即电子从锌片流入铜片，不能通过电解质溶液，故D错误。答案C5.如图将锌片和铜片用导线连接后放入稀硫酸中，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D溶液的密度增大解析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
17、过程中溶液中SO没有参加反应，所以溶液中c(SO)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，所以溶液的密度增大，正确。答案C6.如图所示装置，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两项中的反应为ZnH2SO
18、4=ZnSO4H2，则A项A极变细，B项A极不变；C和D两项中的反应为Fe2AgNO3=2AgFe(NO3)2，其中C项A极变细，D项A极变粗。答案D7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)()解析A项为原电池，铝为负极，但总反应为2Al2OH2H2O=2AlO3H2，不符合；C项为原电池，但硝酸是氧化性酸，则总反应为Al4HNO=Al3NO2H2O，不符合；D项装置中有外接电源，不属于原电池，不符合。答案B8X、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()A
19、ZYXW BZXYWCZYWX DYZXW解析甲中，Z为负极，Y为正极，活泼性ZY；乙中，X上有气泡生成，所以X为正极，Y为负极，活泼性：YX；丙中，电子由负极流向正极，所以Z为负极，W为正极，活泼性：ZW；丁中，正极发生氧化反应，所以X为负极，W为正极，活泼性：XW，根据传递性可知活泼性为ZYXW。答案A能力提升9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片减轻的质量相等解析Zn、Cu直
20、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B10把金属A放入盐B(NO3)2的溶液中，发生反应AB2=A2B，以下叙述正确的是 ()A常温下金属A一定能与水反应，B定不能与水反应BA与B用导线连接后放入酒精中，一定形成原电池
21、CA与B用导线连接后放入B(NO3)2的溶液中，一定有电流产生D由A、B和B(NO3)2溶液构成的原电池，A一定是正极，B一定是负极解析AB2=A2B说明A比B活泼，但A、B有可能都在金属活动性顺序H之后，因此，A、B都有可能不与水反应，故A项错；酒精是非电解质，不能形成原电池，故B项错；由A、B和B(NO3)2溶液构成的原电池，A一定是负极，B一定是正极，故D项错。答案C11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
22、确。答案B12按下图装置进行实验，若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A B C D解析根据图中装置可判断，Fe、Ag、AgNO3构成的原电池中，活泼金属Fe为负极，Ag为正极，Fe和硝酸银之间发生氧化还原反应，所以银离子浓度减小，硝酸根浓度不变，正确、错误；在负极上金属铁本身失电子，即a棒质量减轻，正确；正极b棒上析出金属银，即b棒质量增加，错误；负极上金属铁本身失电子，正极Ag上析出金属银，所以溶液的质量是增加了Fe，但是析出了Ag，在转移电子数相等情况下，析出的金属质量多，所以溶液质量减轻，但不能为零，错误。A正确。答案
23、A13分别按下图甲、乙所示装置进行实验，图中两个烧杯里的溶液为同浓度的稀硫酸，乙中A为电流表。请回答下列问题：(1)以下叙述中，正确的是_(填字母)。A甲中锌片是负极，乙中铜片是正极B两烧杯中铜片表面均有气泡产生C两烧杯中溶液pH均增大D产生气泡的速度甲中比乙中慢E乙的外电路中电流方向ZnCuF乙溶液中SO向铜片方向移动(2)变化过程中能量转化的主要形式：甲为_；乙为_。(3)在乙实验中，某同学发现不仅在铜片上有气泡产生，而且在锌片上也产生了气体，分析原因可能是_。(4)在乙实验中，如果把硫酸换成硫酸铜溶液，请写出铜电极的电极反应方程式及总反应离子方程式：铜电极：_，总反应：_。当电路中转移0
24、.25 mol电子时，消耗负极材料的质量为_g(Zn的相对原子质量65)。解析甲中没有形成闭合回路，不能构成原电池，铜不能与稀硫酸反应，所以铜片表面没有气泡产生，烧杯中氢离子参加反应，浓度减小，溶液的pH增大。乙中构成原电池，加快了化学反应速率，所以产生气泡的速率甲中比乙中慢；乙中Zn为负极，Cu为正极，所以电流方向CuZn，溶液中的H向铜片方向移动，SO向锌片方向移动。乙中负极反应式为Zn2e=Zn2，转移0.25 mol电子时，消耗Zn 0.125 mol，质量为0.125 mol65 gmol18.125 g。答案(1)CD(2)化学能转化为热能化学能转化为电能(3)锌片不纯，在锌片上就
25、形成原电池(4)Cu22e=CuZnCu2=Zn2Cu8.12514由A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验。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)四种金属活动性由强到弱的顺序是_。解析甲、乙、丙均为原电池装置。依据原电池原理，甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活动性AB；乙中C极增重，即析出Cu，则B为负极，活动性BC；丙中A上有气体即H2产生，则A为正极，活动性DA，随着H的消耗，pH变大。答案(1)A2e=A2(2)Cu22e=Cu(3)变大(4)DABC1
26、5.依据氧化还原反应：2AgCu=Cu22Ag设计的原电池如图所示。请回答下列问题：(1)电极X的材料是_；电解质溶液Y是_。(2)银电极为电池的_极，发生的电极反应为_；X电极上发生的电极反应为_(填“氧化”或“还原”)反应。(3)外电路中的电子_(填“流出”或“流向”)Ag电极。(4)当有1.6 g铜溶解时，银电极增重_g。解析(1)由原电池反应：2AgCu=Cu22Ag知，铜失电子，发生氧化反应，作负极，比铜不活泼的金属或石墨作正极，电解质溶液用可溶性的硝酸银溶液，则电极X的材料是铜，电解质溶液Y是AgNO3溶液。(2)由(1)知，银电极为电池的正极，发生的电极反应为Age=Ag，X电极
27、上发生氧化反应。(3)外电路中，Cu是负极，银是正极，Cu失去的电子沿导线经电流计流向正极(Ag电极)。(4)1.6 g铜的物质的量为1.6640.025 mol，根据反应2AgCu=Cu22Ag，银电极增重实际上是生成金属银的质量，为0.025 mol2108 gmol1 5.4 g。答案(1)CuAgNO3溶液(2)正Age=Ag氧化(3)流向(4)5.416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表指针偏转方向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、
28、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： _。(3)实验4中铝作负极还是正极？_，理由是_。写出铝电极的电极反应式：_。(4)解释实验5中电流表指针偏向铝的原因：_。(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：_。解析在稀盐酸中的活动性MgAl、AlCu。由实验1和2可知，原电池中电流表指针是偏向正极。在实验3中电流表指针偏向石墨，由上述规律可知，Al是负
29、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中电流表指针偏向铝。答案(1)否(2)负2Al6e=2Al3正6H6e=3H22Al6HCl=2AlCl33H2(3)负极在NaOH溶液中，活动性AlMgAl3e4OH=AlO2H2O(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；电解质溶液拓展拔高17如
30、图所示是原电池的装置图。请回答：(1)若C为稀H2SO4溶液，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且作负极，则A电极上发生的电极反应式为_；反应进行一段时间后溶液C的pH将_(填“升高”“降低”或“基本不变”)。(2)若需将反应：Cu2Fe3=Cu22Fe2设计成如上图所示的原电池装置，则A(负极)极材料为_，B(正极)极材料为_，溶液C为_。(3)若C为CuCl2溶液，Zn是_极，Cu极发生_反应，电极反应为_。反应过程中溶液中c(Cu2)_(填“变大”“变小”或“不变”)。解析(1)铁作负极，则该原电池反应是铁与稀硫酸置换氢气的反应，所以正极反应是氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H2e=H2；溶液中氢离子放电，导致溶液中氢离子浓度减小，pH升高。(2)将反应Cu2Fe3=Cu22Fe2设计成原电池装置，根据化学方程式中物质发生的反应类型判断，Cu发生氧化反应，作原电池的负极，所以A极材料是Cu，B极材料是活泼性比Cu差的金属或非金属导体如石墨、Ag等。溶液C中含有Fe3，如FeCl3溶液。(3)Zn比较活泼，在原电池中作负极，Cu作正极，正极发生还原反应，Cu2在正极得到电子变成Cu，电极反应为Cu22e=Cu，Cu2发生了反应，则c(Cu2)变小。答案(1)2H2e=H2升高(2)Cu石墨FeCl3溶液(3)负还原Cu22e=Cu变小