6.3.1　化学能转化为电能 学案 -2024-2025学年高一下学期化学苏教版（2019）必修第二册

第三单元　化学能与电能的转化 第一课时　化学能转化为电能 学习目标　1.以原电池为例认识化学能可以转化为电能。2.从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。3.体会研制新型电池的重要性。 一、原电池工作原理 (一)知识梳理 1.原电池 (1)概念:将　　　　转变为　　　　的装置称为原电池。  (2)原电池中的化学反应。还原剂在负极发生　　　　反应,　　　　电子,氧化剂在正极发生　　　　反应,　　　　电子。  2.原电池的构成条件 (二)互动探究 实验 步骤 实验操作 实验 现象 结论 1 将锌片和铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯中,观察现象 锌片逐渐溶解,表面产生大量气泡;铜片无明显现象 锌与稀硫酸反应生成氢气,铜与稀硫酸不反应 2 将锌片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中,观察现象 锌片逐渐溶解,表面产生大量气泡;铜片无明显现象 锌与稀硫酸反应生成氢气,铜与稀硫酸不反应 3 用导线连接锌片和铜片,观察现象 锌片逐渐溶解,铜片表面产生大量气泡 锌与稀硫酸发生反应,铜片表面产生氢气 4 用导线在锌片和铜片之间串联一个灵敏电流计,观察现象 锌片逐渐溶解,铜片表面产生大量气泡,灵敏电流计的指针发生偏转 锌与稀硫酸发生反应,铜片表面产生氢气;电路中有电流产生 【问题讨论】 1.若将实验3中铜片换成石墨棒,能否产生电流?电极反应有无变化? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  2.若将实验4中稀硫酸换成CuSO4溶液,能否产生电流?电极反应和总反应有何不同? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  【探究归纳】 1.原电池的工作原理(以Zn—H2SO4—Cu原电池为例) 2.原电池中的三个方向 (1)电子方向:从负极流出沿导线流入正极。 (2)电流方向:从正极沿导线流向负极。 (3)离子的迁移方向:电解质溶液中,阴离子向负极迁移,阳离子向正极迁移。 3.原电池正、负极的判断 1.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 2.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可能分别为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 3.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 二、原电池原理的应用 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.加快氧化还原反应的速率 氧化还原反应在形成原电池时反应速率增大。例如Zn与稀H2SO4反应时,滴加少量CuSO4溶液,Zn和置换出的Cu在稀H2SO4中构成原电池,加快Zn与稀硫酸反应的速率。 2.比较金属的活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时,一般作负极的金属比作正极的金属活泼。例如,有两种金属a、b,用导线连接插入稀H2SO4中,观察到a极溶解,b极上有气泡产生,则a为负极,b为正极,金属活动性a>b。 3.金属腐蚀的防护 在轮船外壳上镶嵌锌块,锌块和铁在海水中形成原电池,锌作负极失去电子,保护铁不被腐蚀。 4.设计原电池 设计思路 实例 以发生的氧化还原反应为基础 Cu+2FeCl32FeCl2+CuCl2 把氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应,从而确定电极反应 氧化反应(负极反应):Cu-2e-Cu2+ 还原反应(正极反应):2Fe3++2e-2Fe2+ 根据原电池原理确定电极材料和电解质溶液 负极:Cu 正极:石墨 电解质溶液:FeCl3溶液 画出原电池的装置简图 5.钢铁的电化学腐蚀 (1)实验探究 实验内容 在一块表面无锈的铁片上滴一大滴含酚酞的食盐水,放置一段时间 实验现象 液滴周围逐渐呈现　　　　,并慢慢形成红色的锈斑  实验结论 钢铁在潮湿的空气中很快被腐蚀 钢铁的电化 学腐蚀原理 图示 形成 条件 钢铁表面形成的电解质溶液中溶有　　　　,通常溶液呈　　　　或　　　　性  电极 材料 负极是　　　　,正极是　　　　  电极 反应 负极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　　,  正极反应式:　　　　　　　　　　　　　　　  总反 应式 溶液 中的 反应 (2)电化学腐蚀概念 不纯金属与电解质溶液接触,发生　　　　反应,比较活泼的金属　　　　　　被氧化,这种腐蚀叫作电化学腐蚀。  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极有气泡产生,c极无变化 d极溶解,c极有气泡产生 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 2.下列做法,能使Zn+H2SO4ZnSO4+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 3.已知化学反应: a.AgNO3+NaClAgCl↓+NaNO3 b.2AgNO3+Cu2Ag+Cu(NO3)2 请回答下列问题: (1)上述两个化学反应中有一个不可用于设计原电池,它是　　　　(填字母),其原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;  另一个可用于设计原电池,该原电池中,负极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,  正极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,  电池总反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)如果利用化学反应Cu+2Fe3+Cu2++2Fe2+,设计原电池,请在如图方框中标明电极材料和电解质溶液的名称(图中“I”表示电流)。 1.下列各个装置中能组成原电池的是 (　　) 2.某兴趣小组以形状、大小均相同的铜片和锌片为电极研究水果电池,装置如图所示,实验所得数据如表所示: 实验编号 水果种类 电极间距离/cm 电流/μA 1 番茄 1 98.7 2 番茄 2 72.5 3 苹果 2 27.2 电池工作时,下列说法不正确的是 (　　) A.化学能转化为电能 B.负极的电极反应为Zn-2e-Zn2+ C.电子从锌片经水果流向铜片 D.水果种类和电极间距离对电流的大小均有影响 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.钢铁里的铁和碳与食盐水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-+2H2O4OH- D.放置一段时间后,铁片上有铁锈出现 4.如图所示装置中,A、B为金属电极,C为电解质溶液,观察到A极逐渐变细,B极上有气泡产生,电流计指针发生偏转,由此可以判断下列各组中的A、B、C物质成立的是 (　　) A.A是Zn、B是Cu、C为稀硫酸 B.A是Fe、B是Ag、C为AgNO3溶液 C.A是Al、B是Mg、C为稀硫酸 D.A是Ag、B是Zn、C为盐酸 5.由锌片、铜片和200 mL稀H2SO4组成的原电池如图所示: (1)原电池的负极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,  正极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (2)电流的方向是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  (3)一段时间后,当在铜片上放出1.68 L(标准状况)气体时,H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时,共消耗　　　　 g锌,有　　　　个电子通过了导线,原硫酸的物质的量浓度是　　　　　(设溶液体积不变)。  第三单元　化学能与电能的转化 第一课时　化学能转化为电能 一、 1.(1)化学能　电能　(2)氧化　失去　还原　得到　2.活泼性不同　电解质　闭合回路 问题讨论 1.仍可产生电流,更换后石墨作正极,电极反应与电池总反应均不变。 2.也能形成原电池,产生电流。Zn作负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+;铜作正极,溶液中Cu2+在正极上得电子,电极反应式为Cu2++2e-Cu,总反应式:Zn+Cu2+Zn2++Cu。 对点训练 1.D　[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。] 2.C　[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(B极),C项错误。] 3.C　[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。] 二、 5.(1)红色　O2　中性　弱碱　Fe　C　2Fe-4e-2Fe2+　2H2O+O2+4e-4OH-　2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2　4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O　(2)原电池　失去电子 对点训练 1.C　[装置一是原电池,a极质量减小,说明a极金属易失电子形成离子,故a极金属比b极金属活泼;装置二没有形成原电池,由b极有气泡产生可知金属活动性顺序中b极金属位于氢的前面,c极金属位于氢的后面。装置三和四均形成原电池,根据电极质量变化及电流方向易知d极金属比c极金属活泼,d极金属比a极金属活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c,C正确。] 2.D　[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,铜作正极,锌作负极,失电子,溶解加快,反应速率增大。] 3.(1)a　a是复分解反应,不是氧化还原反应　Cu-2e-Cu2+ 2Ag++2e-2Ag　Cu+2Ag+Cu2++2Ag (2)①Ag(不如铜活泼的金属或石墨)　②Cu　③氯化铁溶液(或硫酸铁溶液等) 解析　(1)能够发生氧化还原反应才能设计成原电池。a是复分解反应,不是氧化还原反应。b是氧化还原反应,可设计成原电池,该原电池中,负极上铜失电子发生氧化反应,正极上银离子得电子发生还原反应,负极反应式是Cu-2e-Cu2+;正极反应式是2Ag++2e-2Ag;电池总反应的离子方程式是Cu+2Ag+Cu2++2Ag。(2)根据电池反应式知,负极上铜失电子发生氧化反应,正极上铁离子得电子发生还原反应,所以负极材料应该是铜,正极材料应该是不如铜活泼的金属或导电的非金属等(如银或石墨等),电解质溶液应该是氯化铁或硫酸铁溶液等。 课堂达标训练 1.B　[A项,两个电极材料相同,不能构成原电池。B项,锌的活泼性大于铜,硫酸铜为电解质溶液,锌能够与硫酸铜反应,符合原电池的构成条件,能组成原电池。C项,乙醇不是电解质溶液且不能进行氧化还原反应,不能构成原电池。D项,没有形成闭合回路,不能构成原电池。] 2.C　[电池工作时将化学能转化为电能,A项正确;由题图分析可知,Zn为负极,失去电子,发生氧化反应,则负极的电极反应为Zn-2e-Zn2+,B项正确;电子从负极(锌片)经导线流向正极(铜片),不是经水果流向铜片,C项错误;分析表中数据可知,水果种类不同、电极间距离不同,电流的大小不同,所以水果种类和电极间距离对电流的大小均有影响,D项正确。] 3.C　[钢铁里的铁和碳与食盐水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+,B正确、C错误;碳作正极,正极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,总反应为2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2,氢氧化亚铁被氧化生成氢氧化铁,氢氧化铁失水生成氧化铁,因此放置一段时间后,铁片上有铁锈出现,D正确。] 4.A　[A极逐渐变细,B极上有气泡产生,说明A极为负极,B极为正极,金属活动性:A>B,C、D项不符合题意;B极上有气泡产生,则电解质溶液中有H+得到电子生成H2,即电解质溶液为酸溶液,A项符合题意,B项不符合题意。] 5.(1)Zn-2e-Zn2+　2H++2e-H2↑ (2)由Cu极经导线流向Zn极 (3)4.875　9.03×1022　0.75 mol·L-1 解析　(1)原电极的负极反应式为Zn-2e-Zn2+,正极反应式是2H++2e-H2↑。(2)电流的方向是由Cu极经导线流向Zn极。(3)产生1.68 L(标准状况)气体即0.075 mol H2,通过0.075 mol×2=0.15 mol电子,消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4,所以m(Zn)=0.075 mol×65 g·mol-1=4.875 g,N(e-)=0.15 mol×6.02×1023 mol-1=9.03×1022,c(H2SO4)==0.75 mol·L-1。 学科网（北京）股份有限公司 $$