渝冀闽2018-2019版高中化学专题2化学反应与能量转化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必修2 .doc

第1课时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)分析下图并填空原电池总反应式：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EFGA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)。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DA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等气体电极负极材料：Fe，电极反应：Fe2e=Fe2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。(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(2018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C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。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()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Fe3O2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；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(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。6.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、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Fe2AgNO3=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=2NaAlO23H2B2H2O22H2OCMg3N26H2O=3Mg(OH)22NH3DCH42O2CO22H2O考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；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。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()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。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，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)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。请利用反应“Cu2Ag=2AgCu2”设计一个化学电池(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，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：_。(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=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。