专题09 化学能与电能——备战2021年高考化学之突破教材实验热点

专题09 化学能与电能 1．原电池 （1）双液锌铜原电池 实验装置 单液锌铜原电池 双液锌铜原电池 实验原理 铜片（正极）：Cu2++2e－Cu（还原反应） 锌片（负极）：Zn－2e−Zn2+（氧化反应） 实验用品 ZnSO4溶液、CuSO4溶液；锌片、铜片、大烧杯、导线、电流表、盐桥 实验步骤 用一个充满电解质溶液的盐桥，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液连接起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流表，观察现象。取出盐桥，观察现象 实验现象 有盐桥存在时，锌片表面逐渐失去光泽，铜片上逐渐覆盖一层光泽的亮红色物质，电流计指针偏转。没有盐桥时，电流计指针回零，锌片和铜片上均无变化 实验结论 盐桥中的电解质将两个烧杯中的溶液连成一个通路，并使氧化反应和还原反应完全分开在两个不同的区域进行，避免了电流损耗 实验说明 ①盐桥通常是装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管，溶液不致流出来，但离子则可以在其中自由移动。 ②若使用单液锌铜原电池实验，除了上述现象外，溶液的温度会略微升高，化学能转化为电能和热能 （2）原电池工作原理图解 在原电池内部，两电极浸入电解质溶液中，并通过阴、阳离子的定向移动形成内电路。放电时，负极上的电子通过导线流向正极，再通过溶液中的离子形成的内电路构成闭合回路。具体原理示意图如下： （2）对原电池装置的认识 ①从反应角度认识原电池 原电池中有电流通过，因此其中一定存在电子的得失，其总反应一定是氧化还原反应。当原电池工作时，负极失电子被氧化，发生氧化反应；正极得电子被还原，发生还原反应。因此，只有氧化还原反应才能被设计成原电池，但是要注意，原电池中存在的氧化反应与还原反应是分开进行的。 ②从能量角度认识原电池 氧化还原反应有放热反应和吸热反应，一般放热反应才能将化学能转变为电能，产生电流。 ③从组成角度认识原电池 a．要有两个电极。这两个电极的活泼性一般是不同的，一般情况下，负极是活泼性较强的金属，正极是活泼性较弱的金属或能导电的材料（包括非金属或某些氧化物，如石墨、氧化铅等），但只要求负极能与电解质溶液自发发生氧化还原反应，与正极能否发生反应无关。 b．两电极必须插入电解质溶液中。非电解质由于不导电，不能参与形成原电池。 c．必须形成闭合回路。闭合回路的形式是多种多样的，最常见的是通过导电将正、负极相连，也可以将两种金属材料相接触再插入电解质溶液中，日常生活中的合金则是两种材料相互熔合在一起形成正、负极。因此在判断是否形成闭合回路时，不能只看是否有导线。如闭合回路可以有如下形式： d．能自发地发生氧化还原反应，若不能自发发生反应，则不能形成原电池。而自发发生的氧化还原反应不一定是电极与电解质溶液反应，也可能是电极与电解质溶液中溶解的氧气反应，如将铁与碳棒插入硫酸铜溶液中与食盐水中的反应不一样。 ④从转移角度认识原电池 原电池工作时，能够发生电子、离子的定向移动，能够形成外电路与内电路。在原电池中，外电路通过电子的定向移动形成电流，电子从负极流出，从正极流入，电流的方向与电子移动的方向相反；在原电池内部则由电解质溶液与电极构成内电路，内电路中的电流通过离子的定向移动来形成（阳离子移向正极，阴离子移向负极）。因此，电子的流向仅限在外电路，而电解质溶液中没有电子流过，但电流在内、外电路同时形成。 （5）原电池原理的应用 ①比较不同金属的活泼性 比较方法：a．一般作负极的金属比作正极的金属活泼。b．一般电极质量减少，作负极，较活泼。 c．一般有气体生成、电极质量不断增加，作正极，较不活泼。 ②加快反应速率 构成原电池往往能加快反应速率。如实验室制H2时，粗锌比纯锌反应快；或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，反应速率加快。 ③用于金属的防护 如要保护铁制闸门，可用导线将其与锌块相连，使锌作负极，铁制闸门作正极，从而使铁制闸门受到保护。 ④设计化学电源 设计原电池时要紧扣构成原电池的条件，首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应，然后根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料(负极是失电子的物质，正极用比负极活动性差的金属或导电的非金属如石墨)及电解质溶液。 2．电解池 （1）电解氯化铜溶液 实验装置 实验原理 阴极：Cu2++2e－Cu（还原反应）；阳极：2Cl－－2e－Cl2↑（氧化反应）； 总反应：CuCl2Cu+Cl2↑ 实验用品 CuCl2溶液；碘化钾淀粉试纸、导线、电流表、U型管、直流电源、石墨电极 实验步骤 在U型管中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极，把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极（阳极）附近。接通直流电源，观察U型管内的现象和试纸颜色的变化 实验现