6.3 化学能与电能的转化（第1课时 化学能转化为电能）-【帮课堂】2024-2025学年高一化学同步学与练（苏教版2019必修第二册）

专题6 化学反应与能量变化 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 版块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．设计实验认识构成原电池的条件。 2．理解原电池的概念及工作原理，能正确判断原电池的正负极。 3．认识化学能转化为电能的原理及其在生产、生活中的应用。 重难点：原电池的工作原理。 一、原电池的工作原理 1．基础实验 实验装置 实验现象 实验结论 锌片：逐渐溶解，有气泡产生 铜片：没有变化 锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与稀硫酸不反应 锌片：逐渐溶解，有气泡产生 铜片：没有变化 锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与稀硫酸不反应 锌片：逐渐溶解 铜片：有气泡产生 锌失去电子形成锌离子进入溶液，氢离子在铜片上得到电子生成氢气 锌片：逐渐溶解 铜片：有气泡产生 电流计：指针发生偏转 锌失去电子形成锌离子进入溶液，电子经过导线流向铜片，产生电流，氢离子在铜片上得到电子生成氢气，反应过程中产生了电能 2．原电池的工作原理 (1)原电池的概念 将化学能转化成电能的装置称为原电池，在原电池中发生的化学反应是氧化还原反应。 (2)工作原理：以Zn－H2SO4－Cu原电池为例 电极材料 锌 铜 电极名称 负极 正极 电极反应 Zn－2e－=Zn2＋ 2H＋＋2e－=H2↑ 反应类型 氧化反应 还原反应 外电路电子流向 由锌片（负极）沿导线流向铜片（正极） 内电路离子移向 溶液中H+向正极移动，在铜片上被还原为H2；溶液中SO向负极移动。 原电池总反应 Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑ (3)能量转化过程： 原电池在工作时，负极失去电子，电子通过导线流向正极，溶液中氧化性物质得到此电子，发生还原反应，这样氧化反应和还原反应不断发生，负极不断地失电子，失去的电子不断地通过导线流向正极，被氧化性物质得到，闭合回路中不断有电子流产生，也就形成了电流，化学能转变为电能。 【特别提醒】 电子只能沿导线移动，离子只能在溶液中移动。 3．原电池的形成条件 (1)两个活动性不同的电极。 (2)电解质溶液。 (3)电极、导线和电解质溶液形成闭合回路。 (4)自发进行的氧化还原反应。 二、原电池原理的应用 1．加快氧化还原反应速率 如实验室用Zn和稀H2SO4(或稀HCl)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，加快了反应，使产生H2的速率加快。 2．比较金属的活动性强弱 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。 例如有两种金属A和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A>B。 3．设计原电池 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。 例如，利用Cu＋2AgNO3=== Cu(NO3)2＋2Ag的氧化还原反应可设计成如图所示的原电池，该原电池的电极反应式为： 负极(Cu)：Cu－2e－=== Cu2＋(氧化反应) 正极(C)：2Ag＋＋2e－=== 2Ag(还原反应) 【特别提醒】设计原电池的基本思路 (1)原理：能自发进行的氧化还原反应。 (2)电极：化合价升高的金属材料作负极，石墨或活泼性比负极弱的金属材料作正极。 (3)电解质溶液：化合价降低的物质的水溶液作电解质溶液。 三、钢铁的电化学腐蚀原理及应用 1．钢铁的电化学腐蚀原理 (1)电解质溶液： 在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一薄层水膜，水膜里含有少量H+、OH-和O2等。 (2)电极： 钢铁里的铁和少量碳形成了无数微小的原电池，其中，负极为Fe，正极为碳。 (3)电极反应式： ①负极Fe-2e-=Fe2+，②正极O2+2H2O+4e-=4OH-。 (4)铁锈的形成： ①2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 ②4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 ③Fe(OH)3脱水：铁锈主要成分Fe2O3·xH2O。 2．电化学腐蚀 不纯的金属与电解质溶液接触，发生原电池反应，较活泼金属失去电子而被氧化。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池(　×　) (2)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流计指针发生偏转(　×　) (3)在铜、锌和稀硫酸组成的原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌(　×　) (4)原电池中阳离子向正极移动(　√　) (5)原电池中的两电极一定都是金属(　×　) (6)钢铁在干燥的空气中不易生锈，在潮湿的空气中容易生锈(　√　) (7)钢铁腐蚀过程中杂质碳被氧化(　×　) (8)钢铁电化学腐蚀负极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－(　×　) (9)纯铁比生铁更容易被腐蚀(　×　) 2．某小组为研究原电池原理，设计如图装置。下列叙述正确的是(　　) A．a和b不连接时，铁片上会有H2产生 B．a和b用导线连接时，铁片上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu C．a和b用导线连接时，电子由a流向b D．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色 答案　D 解析　A项，a和b不连接时，铁和Cu2＋发生置换反应而析出铜，没有氢气生成，错误；B项，a和b用导线连接时构成原电池，铁是负极，铁片上发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，错误；C项，Fe比铜活泼，形成原电池时Fe为负极，则电子由b流向a，错误；D项，无论a和b是否连接，铁片均会溶解，都生成亚铁离子，溶液由蓝色变成浅绿色，D正确。 3．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(　　) A．B极为原电池的正极 B．A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸 C．C中阳离子向A极移动 D．A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。 4．将纯锌片和纯铜片按图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，下列叙述正确的是(　　) A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生 B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极 C．两烧杯中溶液的pH均增大 D．甲中产生气泡的速率比乙中小 答案　C 解析　由题图可知，甲中形成闭合回路，符合构成原电池的条件，铜的活泼性比锌的弱，故铜作正极，发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑；乙中未形成闭合回路，不能构成原电池，只在锌片上发生反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，由于两烧杯中都消耗H＋，故两烧杯中溶液的pH都增大。由于原电池的形成，故甲中产生气泡的速率比乙中大。 5．下列做法，能使Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑的反应速率增大的是(　　) A．增大硫酸溶液的体积 B．改用浓硫酸代替稀硫酸 C．用锌粒代替锌粉 D．滴加少量CuCl2溶液 答案　D 解析　A错误，增大硫酸溶液的体积不能增大氢离子浓度，反应速率不变。B错误，浓硫酸与锌反应生成二氧化硫，不生成氢气。C错误，用锌粒代替锌粉，固体表面积减小，反应速率减小。D正确，滴加少量CuCl2溶液，锌置换出铜，铜和锌形成原电池的两极，铜作正极，锌作负极，失电子，溶解加快，反应速率增大。 6．根据原电池工作原理，结合装置图，按要求解答问题：(已知：2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑) (1)若X为Zn，Y为Cu，Z为硫酸铜溶液，则X为__________(填电极名称)，判断依据：_____________ ____________________________；铜电极的名称是________，溶液中的Cu2＋移向________(填“X”或“Y”)电极。 (2)若X为Mg，Y为Al，Z为氢氧化钠溶液，则X为________(填电极名称)，Y电极可能观察到的现象是____________________________。 答案　(1)负极　锌的活泼性比铜强，锌失电子发生氧化反应　正极　Y (2)正极　铝电极逐渐溶解 ►问题一 原电池的工作原理 【典例1】如图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示： (1)若两电极分别为Zn和石墨，则X：______，Y：______。 (2)若两电极分别为Fe和石墨，电解质溶液为CuSO4溶液，则正极反应式为________________________，溶液中SO流向______(填“X”或“Y”)极。 (3)此装置X极发生的反应类型为____________(填“还原反应”或“氧化反应”)，外电路电流的方向为____________。 答案 (1)Zn 石墨 (2)Cu2＋＋2e－===Cu X (3)氧化反应 Y→电流计→X 【解题必备】 (1)原电池的工作原理 (2)判断原电池的方法 一看本质：原电池反应是自发进行的氧化还原反应。 二看电极：具有两个活泼性不同的电极(燃料电池的电极一般都是惰性电极)。 三看溶液：电解质溶液(一般负极材料与电解质溶液反应)。 四看回路：电极、电解质溶液构成闭合回路。 (3)原电池正、负极的判断方法 【变式1-1】某实验兴趣小组用如图所示装置做完实验后，在读书卡片上记下了如下6条记录，其中合理的是(　　) 实验后的记录： ①Zn为正极，Cu为负极 ②H＋向负极移动 ③电子流动方向为Zn→导线→Cu ④Cu极有H2产生 ⑤若有1 mol电子通过导线，则产生0.5 mol H2 ⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋ A．①②③ B．③④⑤ C．④⑤⑥ D．②③④ 答案　B 解析　在铜锌原电池中，锌为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Cu为正极，得到电子，发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，所以H＋向正极移动，电子由锌流出，经过导线流向铜，每流过1 mol电子，生成0.5 mol H2，正确答案为③④⑤。 【变式1-2】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 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，因此电流由铜流向锌，故错误。 ►问题二 原电池原理的应用 【典例2】现有如下两个反应： A：H2SO4＋2KOH===K2SO4＋2H2O B：Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2 (1)根据上述两反应的本质，________(填字母)反应能设计成原电池，原因是_______________________。 (2)将上述能设计成原电池的反应设计成原电池。 ①写出电极反应式及反应类型： 负极：_______________________________，____________________； 正极：__________________________________，____________________。 ②画出装置图并标明电极材料与名称、电解质溶液、电子流向。 ③若导线上通过电子2 mol，则负极质量减轻________g。 答案　(1)B　A为非氧化还原反应，没有电子转移；B为能自发进行的氧化还原反应，有电子转移 (2)①Cu－2e－===Cu2＋　氧化反应　Fe3＋＋e－===Fe2＋　还原反应 ② ③64 【解题必备】 1．原电池反应的分析方法 原电池的分析一般采取以下步骤： (1)确定装置中发生的氧化还原反应，并写出化学方程式。如果有多个反应发生，则选择最容易进行的那个反应为电池反应。 (2)将化学方程式改写成离子方程式。 (3)分析氧化还原反应的电子得失数目，并改写成电极反应式。 2．设计原电池的具体方法 (1)将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应：氧化反应和还原反应。 (2)选择电极材料和电解质溶液：要结合原电池的电极反应特点和两个半反应选择。 ①电极材料的选择：一般选择较活泼的金属作负极，较不活泼金属或非金属导体作正极。负极一般能与电解质溶液或电解质溶液中溶解的物质反应。 ②电解质溶液的选择：电解质溶液一般能与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的物质能与负极发生反应。 (3)按要求画出原电池装置图，作必要的标注，注意形成闭合回路。 【变式2-1】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(　　) A．a>b>c>d B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c 答案　C 解析　装置一是原电池，a极质量减小，b极质量增大，则a极为负极，b极为正极，金属的活动性：a>b；装置二没有形成原电池，b极有气体产生，c极无变化，则b比c活泼，且c在金属活动性顺序表中位于氢的后面；装置三中d极溶解，c极有气体产生，则d极为负极，c极为正极，金属的活动性：d>c；装置四中电流从a极流向d极，则a极为正极，d极为负极，d比a活泼，因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。 【变式2-2】常温下用过量铁片与稀硫酸反应制取氢气，采取下列措施：①不用铁片，改用等质量的铁粉；②加入少量Na2SO4溶液；③加入少量CuSO4固体；④向H2SO4中通入HCl气体；⑤加入NaNO3固体；⑥将稀硫酸换为98%的硫酸。其中可加快H2生成速率的措施有(　　) A．①③④ B．①③⑥ C．②④⑤ D．①④⑥ 答案　A 解析　①将铁片换为等质量的铁粉，增加接触面积加快化学反应速率；②加入少量Na2SO4溶液，氢离子浓度降低，反应速率减慢；③加入少量CuSO4固体，铁置换出铜，形成原电池，可加快反应速率；④向H2SO4中通入HCl气体，氢离子浓度增大，化学反应速率增大；⑤加入NaNO3固体，因硝酸根离子在酸性条件下具有强氧化性，与铁反应不产生氢气；⑥将稀硫酸换成98%的硫酸，铁遇浓硫酸发生钝化；综上所述，能加快氢气生成速率的措施有①③④。 ►问题三 钢铁的电化学腐蚀原理及其应用 【典例3】钢铁的电化学腐蚀原理如图所示，下列有关说法错误的是(　　) A．钢铁里的铁和碳与电解质溶液形成无数微小的原电池 B．铁电极发生氧化反应 C．负极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ D．放置一段时间后，铁片上有铁锈出现 答案　C 解析　钢铁里的铁和碳与电解质溶液形成无数微小的原电池，发生了电化学腐蚀，A正确；铁作负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，碳作正极，发生反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，氢氧化亚铁被氧化生成氢氧化铁，氢氧化铁在一定条件下发生脱水反应，生成红色的铁锈，因此放置一段时间后，铁片上有铁锈出现，B、D正确，C错误。 【变式3-1】在钢铁腐蚀过程中，下列五种变化可能发生的是(　　) ①Fe2＋转化为Fe3＋　②O2被还原　③产生H2 ④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O　⑤杂质碳被氧化 A．只有①② B．只有②③④ C．①②③④ D．①②③④⑤ 答案 C 解析 ①钢铁腐蚀时，Fe失去电子转化为Fe2＋，与正极产生的OH-结合成Fe(OH)2，Fe(OH)2被氧气氧化成Fe(OH)3，最后形成了铁锈Fe2O3·xH2O，正确；②O2在正极反应，做氧化剂，被还原，正确；③在酸性环境中，H+在正极发生反应：2H++2e-=H2↑，正确；④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O，正确；⑤杂质碳作为原电池的正极，没有参加反应，错误。故选C。 1．小组设计的水果电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是(　　) A．铜片作负极 B．锌片发生还原反应 C．将电能转化为化学能 D．电子由锌片经导线流向铜片 答案　D 解析　A错误，根据金属活动性可以判断锌作负极，铜作正极。B错误，锌作负极，负极上锌失电子发生氧化反应。C错误，该装置是原电池，是将化学能转化为电能。D正确，电子从负极锌沿导线流向正极铜。 2．小明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片上能看到有气泡产生 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之比为1∶32时，Zn片减轻的质量相等 答案　B 解析　若将图1装置的Zn、Cu直接接触，构成原电池，Cu为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，Cu片上能看到有气泡产生，A正确；图2装置构成原电池，SO移向负极Zn片，B错误；图2中的Zn片改为Mg片，Mg与Cu的活泼性差别更大，Cu片上产生H2的速率加快，C正确；图2中负极反应式为Zn－2e－===Zn、正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，图3中负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋、正极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，故正极生成的H2和Cu质量之比为1∶32即物质的量之比为1∶1时，负极上消耗的Zn一样多，D正确。 3．如图装置中，M棒变细，N棒变粗。由此判断下表所列M、N、R物质，其中合理的是(　　) 选项 M N R A 锌 铜 稀硫酸 B 铜 铁 稀盐酸 C 铁 铜 硝酸银 D 铜 铁 蔗糖溶液 答案　C 解析　由于蔗糖溶液不是电解质溶液，故D错误；M棒变细，N棒变粗，则M为负极，N为正极，M的金属活动性比N强，故B错误；N棒变粗则电解质溶液中有能得电子的金属阳离子，故A错误。 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．①②③④ B．④②①③ C．③①②④ D．②①③④ 答案　B 解析　③中的锌作负极，腐蚀速率最快；④中的锌与外界不接触，腐蚀速率最慢；②中的锌作正极，腐蚀速率比①中的锌要慢；因此腐蚀速率由慢到快的顺序为④②①③。 5．X、Y、Z、M、N代表五种金属。有以下化学反应： ①水溶液中：X＋Y2＋===X2＋＋Y　②Z＋2H2O(冷)===Z(OH)2＋H2↑　③M、N为电极，与N的盐溶液组成原电池，发生的电极反应为M－2e－===M2＋　④Y可以溶于稀H2SO4中，M不被稀H2SO4氧化。则这五种金属的活动性由弱到强的顺序是(　　) A．M<N<Y<X<Z B．N<M<X<Y<Z C．N<M<Y<X<Z D．X<Z<N<M<Y 答案　C 解析　①水溶液中X＋Y2＋===X2＋＋Y，说明活动性：X>Y；②Z＋2H2O(冷水)===Z(OH)2＋H2↑，说明Z的金属活动性很强；③M、N为电极，与N的盐溶液组成原电池，M电极反应为M－2e－===M2＋，M失电子发生氧化反应，则M是负极、N是正极，活动性：M>N；④Y可以溶于稀硫酸中，M不被稀硫酸氧化，说明活动性：Y>M；通过以上分析知，金属活动性顺序为N<M<Y<X<Z。 6．向等质量的两份锌a、b中分别加入过量的稀H2SO4，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，下列选项表示生成H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是(　　) 答案　D 解析　a中少量Zn置换出少量Cu，形成Zn-Cu原电池，可加快反应速率，但由于a中Zn置换Cu2＋消耗了一部分，所以最后生成H2的体积小于b，故选D。 7．为将反应2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑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)(　　) 答案　B 解析　A项为原电池，铝为负极，但总反应为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑，不符合；C项为原电池，但硝酸是氧化性酸，与Al反应不产生H2，不符合；D项装置中有外接电源，不属于原电池，不符合。 8．糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，脱氧过程中发生了原电池反应。下列分析正确的是(　　) A．脱氧过程中，化学能全部转化为电能 B．脱氧过程中，炭粉发生氧化反应生成CO2 C．脱氧过程中，Cl－发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑ D．脱氧过程中，铁电极发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋ 答案　D 解析　脱氧过程中，化学能除转化为电能外，还部分转化为热能，故A错误；炭粉为原电池的正极，没有参与反应，故B错误；NaCl是电解质，没有参与反应，故C错误；铁是原电池的负极，发生氧化反应，故D正确。 9．某兴趣小组模拟纸电池进行实验(如图)，有关说法正确的是(　　) A．Zn为正极 B．工作时Cu电极发生氧化反应 C．工作时电子经外电路由Cu流向Zn D．工作一段时间后Cu电极质量增加 答案　D 解析　由于Zn比Cu更活泼，故Zn为负极，A错误；工作时Cu电极作正极，发生还原反应，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，B错误；工作时电子经外电路由负极Zn流向正极Cu，C错误；电解质溶液为硫酸铜溶液，工作时Cu2＋在铜电极得电子生成Cu，工作一段时间后Cu电极质量增加，D正确。 10．A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。 (1)A中反应的离子方程式为___________________________。 (2)B中锡极为_______极，电极反应式为___________________，锡极附近溶液的酸性_____(填“增强”“减弱”或“不变”)。B中Fe极为_______极，电极反应式为_________________。 (3)C中被腐蚀的金属是________，总反应的化学方程式为_____________________________。 (4)A、B、C中铁被腐蚀由快到慢的顺序是________。 答案　(1)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ (2)正　2H＋＋2e－===H2↑　减弱　负　Fe－2e－===Fe2＋ (3)Zn　Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑ (4)B>A>C 解析　A中不能形成原电池，铁与稀硫酸发生置换反应；B中能形成原电池，铁比锡活泼，锡为正极，铁为负极，铁被腐蚀的速率加快；C能形成原电池，锌比铁活泼，锌为负极，不断被腐蚀。 1．图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示(　　) A．铜棒的质量 B．c(Zn2＋) C．c(H＋) D．c(SO) 答案 C 解析 该装置构成了原电池，Zn是负极，Cu是正极。A项，在正极Cu上溶液中的H＋获得电子变为氢气，Cu棒的质量不变，错误；B项，由于Zn是负极，不断发生反应Zn－2e－===Zn2＋，所以溶液中c(Zn2＋)增大，错误；C项，由于反应不断消耗H＋，所以溶液的c(H＋)逐渐降低，正确；D项，SO不参加反应，其浓度不变，错误。 2．我国在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法正确的是(已知质子交换膜只允许H＋通过)(　　) A．该制氢工艺中可以实现H2S的连续高效转化 B．该装置工作时，H＋由b极区流向a极区 C．a极上发生的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋ D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液 答案　A 解析　该装置工作时，H＋由a极区流向b极区，B项错误；a极上有电子流出，发生氧化反应，所以a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，C项错误；由图可知，a极区Fe2＋和Fe3＋可相互转化，故不需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D项错误。 3．锌-空气电池(原理如图)适宜用作城市电动车的动力电源，放电时Zn转化为ZnO。则该电池放电时下列说法正确的是(　　) A．将电能转化为化学能 B．氧气在石墨电极上发生还原反应 C．电流由Zn电极经导线流向石墨电极 D．该电池放电时OH－向石墨电极移动 答案　B 解析　该装置为将化学能转化为电能的原电池，故A错误；石墨电极为原电池的正极，水分子作用下氧气在正极上得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，故B正确；锌电极为原电池的负极，则电流由正极石墨电极经导线流向负极锌电极，电池放电时阴离子OH－向Zn电极移动，故C、D错误。 4．将锌片和铜片用导线相连浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计(装置如图)，若该电池中两电极的总质量为60 g，工作一段时间后，取出锌片和铜片洗净干燥后称重，总质量为47 g，则该过程中产生H2(标准状况下)的体积为(　　) A．2.24 L B．3.36 L C．4.48 L D．6.72 L 答案　C 解析　由题意可知，该原电池中，锌易失电子发生氧化反应而作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，铜作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，则负极上锌生成锌离子进入溶液而导致质量减少，正极上氢离子得电子生成氢气，所以正极质量不变，两个电极减少的质量是参加反应的锌的质量，锌和稀硫酸反应的离子方程式为2H＋＋Zn===Zn2＋＋H2↑，根据反应的离子方程式得氢气的物质的量n(H2)＝n(Zn)＝＝0.2 mol，标准状况下H2的体积为V(H2)＝0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L。 5．实验是研究化学的基础，试回答以下问题： (1)把一块纯净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里，可观察锌片上有气泡，再平行插入一块铜片(见图A)，可观察到铜片________(填“有”或“没有”)气泡产生。再用导线把锌片和铜片连接起来(见图B)，组成一个原电池，负极为______，正极的电极反应式为______________。 (2)如果烧杯中最初装入的是500 mL 2 mol·L－1的稀硫酸溶液，构成铜锌原电池(见图C，假设产生的气体没有损失)，当在标准状况下收集到11.2 L的氢气时，则此时烧杯内溶液中溶质的物质的量浓度分别为(溶液体积变化忽略不计)c(H2SO4) ＝________ mol·L－1，c(ZnSO4)＝______mol·L－1。 答案　(1)没有　锌　2H＋＋2e－=H2↑ (2)1　1 解析　(1)铜金属活动性排在氢的后面，与稀硫酸不反应。用锌铜构成原电池，锌作负极，铜作正极，溶液中的H＋放电生成氢气。(2)发生总反应：Zn ＋ H2SO4===ZnSO4＋ H2↑，已知生成氢气0.5 mol，消耗H2SO4 0.5 mol，生成ZnSO4 0.5 mol，c(H2SO4)＝＝1 mol·L－1，c(ZnSO4)＝ 1 mol·L－1。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题6 化学反应与能量变化 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 版块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．设计实验认识构成原电池的条件。 2．理解原电池的概念及工作原理，能正确判断原电池的正负极。 3．认识化学能转化为电能的原理及其在生产、生活中的应用。 重难点：原电池的工作原理。 一、原电池的工作原理 1．基础实验 实验装置 实验现象 实验结论 锌片：_____________________ 铜片：_____________________ 锌与稀硫酸______________，铜与稀硫酸_______ 锌片：_____________________ 铜片：_____________________ 锌与稀硫酸______________，铜与稀硫酸_______ 锌片：_____________________ 铜片：_____________________ 锌_______电子形成_______进入溶液，氢离子在铜片上_______电子生成_______ 锌片：_____________________ 铜片：_____________________ 电流计：______________ 锌_______电子形成_______进入溶液，电子经过导线流向_______，产生电流，_______在铜片上_______电子生成_______，反应过程中产生了_______ 2．原电池的工作原理 (1)原电池的概念 将_______转化成_______的装置称为原电池，在原电池中发生的化学反应是__________反应。 (2)工作原理：以Zn－H2SO4－Cu原电池为例 电极材料 锌 铜 电极名称 电极反应 反应类型 _______反应 _______反应 外电路电子流向 由____片（____极）沿导线流向____片（_____极） 内电路离子移向 溶液中_____向正极移动，在铜片上被还原为_______；溶液中_______向负极移动。 原电池总反应 (3)能量转化过程： 原电池在工作时，_____极失去电子，电子通过导线流向_____极，溶液中氧化性物质_______此电子，发生_______反应，这样氧化反应和还原反应不断发生，_____极不断地失电子，失去的电子不断地通过导线流向_____极，被氧化性物质得到，闭合回路中不断有_______产生，也就形成了电流，_______能转变为_______能。 【特别提醒】 电子只能沿导线移动，离子只能在溶液中移动。 3．原电池的形成条件 (1)两个_______不同的电极。 (2)_______溶液。 (3)电极、导线和电解质溶液形成___________。 (4)自发进行的__________反应。 二、原电池原理的应用 1．加快氧化还原反应速率 如实验室用Zn和稀H2SO4(或稀HCl)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_______，加快了反应，使产生H2的速率加快。 2．比较金属的活动性强弱 原电池中，一般活动性强的金属为______极，活动性弱的金属为______极。 例如有两种金属A和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_______。 3．设计原电池 已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般_______为负极材料(或在负极上被_______)，_______(电解质溶液中的阳离子)在正极上被_______。 例如，利用Cu＋2AgNO3=== Cu(NO3)2＋2Ag的氧化还原反应可设计成如图所示的原电池，该原电池的电极反应式为： 负极(Cu)：_____________________(_______反应) 正极(C)：_____________________(_______反应) 【特别提醒】设计原电池的基本思路 (1)原理：能自发进行的氧化还原反应。 (2)电极：化合价升高的金属材料作负极，石墨或活泼性比负极弱的金属材料作正极。 (3)电解质溶液：化合价降低的物质的水溶液作电解质溶液。 三、钢铁的电化学腐蚀原理及应用 1．钢铁的电化学腐蚀原理 (1)电解质溶液： 在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一薄层水膜，水膜里含有少量_______、_______和_______等。 (2)电极： 钢铁里的铁和少量碳形成了无数微小的_______，其中，负极为_______，正极为_______。 (3)电极反应式： ①负极____________________________，②正极____________________________。 (4)铁锈的形成： ①2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 ②___________________________________ ③Fe(OH)3脱水：铁锈主要成分_______。 2．电化学腐蚀 不纯的金属与电解质溶液接触，发生_______反应，_______金属失去电子而被氧化。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池(　 　) (2)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流计指针发生偏转(　 　) (3)在铜、锌和稀硫酸组成的原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌(　 　) (4)原电池中阳离子向正极移动(　 　) (5)原电池中的两电极一定都是金属(　 　) (6)钢铁在干燥的空气中不易生锈，在潮湿的空气中容易生锈(　 　) (7)钢铁腐蚀过程中杂质碳被氧化(　 　) (8)钢铁电化学腐蚀负极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－(　 　) (9)纯铁比生铁更容易被腐蚀(　 　) 2．某小组为研究原电池原理，设计如图装置。下列叙述正确的是(　　) A．a和b不连接时，铁片上会有H2产生 B．a和b用导线连接时，铁片上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu C．a和b用导线连接时，电子由a流向b D．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色 3．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(　　) A．B极为原电池的正极 B．A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸 C．C中阳离子向A极移动 D．A极发生氧化反应 4．将纯锌片和纯铜片按图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，下列叙述正确的是(　　) A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生 B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极 C．两烧杯中溶液的pH均增大 D．甲中产生气泡的速率比乙中小 5．下列做法，能使Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑的反应速率增大的是(　　) A．增大硫酸溶液的体积 B．改用浓硫酸代替稀硫酸 C．用锌粒代替锌粉 D．滴加少量CuCl2溶液 6．根据原电池工作原理，结合装置图，按要求解答问题：(已知：2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑) (1)若X为Zn，Y为Cu，Z为硫酸铜溶液，则X为__________(填电极名称)，判断依据：_____________ ____________________________；铜电极的名称是________，溶液中的Cu2＋移向________(填“X”或“Y”)电极。 (2)若X为Mg，Y为Al，Z为氢氧化钠溶液，则X为________(填电极名称)，Y电极可能观察到的现象是____________________________。 ►问题一 原电池的工作原理 【典例1】如图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示： (1)若两电极分别为Zn和石墨，则X：______，Y：______。 (2)若两电极分别为Fe和石墨，电解质溶液为CuSO4溶液，则正极反应式为________________________，溶液中SO流向______(填“X”或“Y”)极。 (3)此装置X极发生的反应类型为____________(填“还原反应”或“氧化反应”)，外电路电流的方向为____________。 【解题必备】 (1)原电池的工作原理 (2)判断原电池的方法 一看本质：原电池反应是自发进行的氧化还原反应。 二看电极：具有两个活泼性不同的电极(燃料电池的电极一般都是惰性电极)。 三看溶液：电解质溶液(一般负极材料与电解质溶液反应)。 四看回路：电极、电解质溶液构成闭合回路。 (3)原电池正、负极的判断方法 【变式1-1】某实验兴趣小组用如图所示装置做完实验后，在读书卡片上记下了如下6条记录，其中合理的是(　　) 实验后的记录： ①Zn为正极，Cu为负极 ②H＋向负极移动 ③电子流动方向为Zn→导线→Cu ④Cu极有H2产生 ⑤若有1 mol电子通过导线，则产生0.5 mol H2 ⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋ A．①②③ B．③④⑤ C．④⑤⑥ D．②③④ 【变式1-2】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 ►问题二 原电池原理的应用 【典例2】现有如下两个反应： A：H2SO4＋2KOH===K2SO4＋2H2O B：Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2 (1)根据上述两反应的本质，________(填字母)反应能设计成原电池，原因是_______________________。 (2)将上述能设计成原电池的反应设计成原电池。 ①写出电极反应式及反应类型： 负极：_______________________________，____________________； 正极：__________________________________，____________________。 ②画出装置图并标明电极材料与名称、电解质溶液、电子流向。 ③若导线上通过电子2 mol，则负极质量减轻________g。 【解题必备】 1．原电池反应的分析方法 原电池的分析一般采取以下步骤： (1)确定装置中发生的氧化还原反应，并写出化学方程式。如果有多个反应发生，则选择最容易进行的那个反应为电池反应。 (2)将化学方程式改写成离子方程式。 (3)分析氧化还原反应的电子得失数目，并改写成电极反应式。 2．设计原电池的具体方法 (1)将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应：氧化反应和还原反应。 (2)选择电极材料和电解质溶液：要结合原电池的电极反应特点和两个半反应选择。 ①电极材料的选择：一般选择较活泼的金属作负极，较不活泼金属或非金属导体作正极。负极一般能与电解质溶液或电解质溶液中溶解的物质反应。 ②电解质溶液的选择：电解质溶液一般能与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的物质能与负极发生反应。 (3)按要求画出原电池装置图，作必要的标注，注意形成闭合回路。 【变式2-1】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(　　) A．a>b>c>d B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c 【变式2-2】常温下用过量铁片与稀硫酸反应制取氢气，采取下列措施：①不用铁片，改用等质量的铁粉；②加入少量Na2SO4溶液；③加入少量CuSO4固体；④向H2SO4中通入HCl气体；⑤加入NaNO3固体；⑥将稀硫酸换为98%的硫酸。其中可加快H2生成速率的措施有(　　) A．①③④ B．①③⑥ C．②④⑤ D．①④⑥ ►问题三 钢铁的电化学腐蚀原理及其应用 【典例3】钢铁的电化学腐蚀原理如图所示，下列有关说法错误的是(　　) A．钢铁里的铁和碳与电解质溶液形成无数微小的原电池 B．铁电极发生氧化反应 C．负极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－ D．放置一段时间后，铁片上有铁锈出现 【变式3-1】在钢铁腐蚀过程中，下列五种变化可能发生的是(　　) ①Fe2＋转化为Fe3＋　②O2被还原　③产生H2 ④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O　⑤杂质碳被氧化 A．只有①② B．只有②③④ C．①②③④ D．①②③④⑤ 1．小组设计的水果电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是(　　) A．铜片作负极 B．锌片发生还原反应 C．将电能转化为化学能 D．电子由锌片经导线流向铜片 2．小明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片上能看到有气泡产生 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之比为1∶32时，Zn片减轻的质量相等 3．如图装置中，M棒变细，N棒变粗。由此判断下表所列M、N、R物质，其中合理的是(　　) 选项 M N R A 锌 铜 稀硫酸 B 铜 铁 稀盐酸 C 铁 铜 硝酸银 D 铜 铁 蔗糖溶液 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．①②③④ B．④②①③ C．③①②④ D．②①③④ 5．X、Y、Z、M、N代表五种金属。有以下化学反应： ①水溶液中：X＋Y2＋===X2＋＋Y　②Z＋2H2O(冷)===Z(OH)2＋H2↑　③M、N为电极，与N的盐溶液组成原电池，发生的电极反应为M－2e－===M2＋　④Y可以溶于稀H2SO4中，M不被稀H2SO4氧化。则这五种金属的活动性由弱到强的顺序是(　　) A．M<N<Y<X<Z B．N<M<X<Y<Z C．N<M<Y<X<Z D．X<Z<N<M<Y 6．向等质量的两份锌a、b中分别加入过量的稀H2SO4，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，下列选项表示生成H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是(　　) 7．为将反应2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑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)(　　) 8．糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，脱氧过程中发生了原电池反应。下列分析正确的是(　　) A．脱氧过程中，化学能全部转化为电能 B．脱氧过程中，炭粉发生氧化反应生成CO2 C．脱氧过程中，Cl－发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑ D．脱氧过程中，铁电极发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋ 9．某兴趣小组模拟纸电池进行实验(如图)，有关说法正确的是(　　) A．Zn为正极 B．工作时Cu电极发生氧化反应 C．工作时电子经外电路由Cu流向Zn D．工作一段时间后Cu电极质量增加 10．A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。 (1)A中反应的离子方程式为___________________________。 (2)B中锡极为_______极，电极反应式为___________________，锡极附近溶液的酸性_____(填“增强”“减弱”或“不变”)。B中Fe极为_______极，电极反应式为_________________。 (3)C中被腐蚀的金属是________，总反应的化学方程式为_____________________________。 (4)A、B、C中铁被腐蚀由快到慢的顺序是________。 1．图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示(　　) A．铜棒的质量 B．c(Zn2＋) C．c(H＋) D．c(SO) 2．我国在太阳能光电催化—化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法正确的是(已知质子交换膜只允许H＋通过)(　　) A．该制氢工艺中可以实现H2S的连续高效转化 B．该装置工作时，H＋由b极区流向a极区 C．a极上发生的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋ D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液 3．锌-空气电池(原理如图)适宜用作城市电动车的动力电源，放电时Zn转化为ZnO。则该电池放电时下列说法正确的是(　　) A．将电能转化为化学能 B．氧气在石墨电极上发生还原反应 C．电流由Zn电极经导线流向石墨电极 D．该电池放电时OH－向石墨电极移动 4．将锌片和铜片用导线相连浸入稀硫酸中组成原电池，两电极间连接一个电流计(装置如图)，若该电池中两电极的总质量为60 g，工作一段时间后，取出锌片和铜片洗净干燥后称重，总质量为47 g，则该过程中产生H2(标准状况下)的体积为(　　) A．2.24 L B．3.36 L C．4.48 L D．6.72 L 5．实验是研究化学的基础，试回答以下问题： (1)把一块纯净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里，可观察锌片上有气泡，再平行插入一块铜片(见图A)，可观察到铜片________(填“有”或“没有”)气泡产生。再用导线把锌片和铜片连接起来(见图B)，组成一个原电池，负极为______，正极的电极反应式为______________。 (2)如果烧杯中最初装入的是500 mL 2 mol·L－1的稀硫酸溶液，构成铜锌原电池(见图C，假设产生的气体没有损失)，当在标准状况下收集到11.2 L的氢气时，则此时烧杯内溶液中溶质的物质的量浓度分别为(溶液体积变化忽略不计)c(H2SO4) ＝________ mol·L－1，c(ZnSO4)＝______mol·L－1。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$