专题6 第3单元 第1课时 化学能转化为电能(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中化学必修第二册（苏教版2019）

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 课程目标 核心素养 1．理解化学能与其他形式能量的转化。 2．以原电池为例，认识化学能与电能的相互转化，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。 3．能辨识简单原电池的构成要素，学会判断原电源的正、负极及反应类型，学会书写简单的电极反应式。 1．实验探究与创新意识 通过对Zn—Cu原电池的形成条件、工作原理的探究，培养学生的创新意识。 2．宏观辨识与微观探析 从原电池中微粒(电子、离子)的变化角度，认识化学电源中电流产生的原因。 [对应学生用书P18] 知识点一　原电池的工作原理 1．实验探究 [实验1]　把一块锌片和一块铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察实验现象。 [实验2]　把一块锌片和一块铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察实验现象。 实验1、2现象：实验1、2中现象相同，均为锌片周围__有气泡产生__，铜片周围__无明显现象__。 实验结论：锌在金属活动性顺序中位于氢前面，能置换酸中氢；铜片在金属活动性顺序中位于氢后面，__不能__置换酸中氢。 [实验3]　用导线把实验2中的锌片和铜片连接起来，观察实验现象。 [实验4]　在导线中间接一个灵敏电流计，观察实验现象。 实验3、4现象：锌片周围__无气泡产生__，铜片周围__有气泡产生__；电流计指针__发生偏转__。 实验结论：锌、铜用导线连接后插入稀硫酸溶液中，导线中有__电流__产生。 2．原电池 (1)概念 将__化学__能转变为__电__能的装置。 (2)工作原理(以锌—铜—稀H2SO4原电池为例) (3)构成条件 ①有__活泼性不同__的两个电极。 ②电极插入__电解质溶液__中。 ③电极间构成__闭合回路__。 ④能自发地发生氧化还原反应。 (4)原电池的电极反应 负极→__流出__电子→发生__氧化__反应， 正极→__流入__电子→发生__还原__反应。 [特别提醒]　原电池的正极是导体，它不参与化学反应；负极反应不一定是负极材料本身的反应，有的原电池的负极既是导体又是负极反应物(如铜锌原电池)，有的原电池负极的作用是导体(如H2、O2燃料电池)，它不参与化学反应。 1．将铁片、镁片用导线连接插入稀硫酸中，则铁片上发生什么反应，电极反应式如何书写？ 提示　镁比铁活泼，镁作负极，铁作正极，铁电极上发生还原反应，电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑。 2．原电池的电极材料都必须是金属吗？ 提示　原电池的电极材料可以是两种活泼性不同的金属，也可以是一种金属与一种可导电的惰性材料(如石墨)，在燃料电池中，电极本身均不发生反应，故两极均可用惰性材料。 3．原电池内部阴、阳离子是如何移动的？ 提示　阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。 1．原电池工作原理 (1)反应类型 负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 (2)电子的移动方向 从负极流出，经导线流向正极。 (3)离子的移动方向 阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 2．原电池正负极的判断 电极材料 化合价变化　 电极反应 电子流向 电极现象 正极 较不活泼金属 或导电非金属 降低 还原反应 流入 增重或产 生气体　 负极 较活泼金属 升高 氧化反应 流出 不断溶解 1．如下图所示的装置，能够组成原电池产生电流的是____________。 解析　A项中两个电极相同；B项中蔗糖是非电解质；C、D项没有形成闭合回路；故A、B、C、D都不符合原电池的构成条件，不能产生电流。 答案　EF 2．下图所示是某同学做完Zn—Cu原电池实验后所做的读书卡片记录，其中描述合理的组合是(　　) 　　　　NO.28　Date：2022.4.10 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Zn→Cu ④Cu极上有H2产生 ⑤若有1 mol电子流过导线，则产生H2为0.5 mol ⑥正极的电极反应式为：Zn－2e－===Zn2＋ A．①②③　　　　　 B．②③④ C．③④⑤ D．④⑤⑥ 解析　在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，铜作正极，电子由Zn片流出经导线流向Cu片。负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故每转移1 mol电子时，产生0.5 mol H2。在溶液中，H＋向正极移动，SO向负极移动，故③④⑤正确，选C。 答案　C 知识点二　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：　Fe－2e－===Fe2＋　 正极 材料：__C__，电极反应：　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　 总反应 　2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2　，进一步被氧化，　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3　，Fe(OH)3易分解生成铁锈(Fe2O3·xH2O) 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　A－2e－===A2＋　。 (2)装置乙中正极的电极反应式是　Cu2＋＋2e－===Cu　。 (3)四种金属活动性由强到弱的顺序是__D＞A＞B＞C__。 1．锌与稀硫酸反应时，若滴几滴硫酸铜溶液，反应速率会加快，试分析其原因。 提示　滴加硫酸铜溶液后，会有少量锌与硫酸铜反应置换出铜，生成的铜、锌分别作为原电池的两个电极而形成原电池，从而加快锌与稀硫酸的反应。 2．已知反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，请将该反应设计成原电池，画出原电池装置图并标出正、负极。 提示　先确定两个电极，负极失电子化合价升高，所以铜作负极，再找活泼性比铜弱的碳棒或银棒作正极；从反应中可以看出电解质溶液中必须含有银离子，所以用硝酸银溶液作电解质溶液。装置图见右图。 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，使溶液中的粒子运动时相互间干扰减小，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 (1)首先将已知氧化还原反应拆分为两极反应式。 氧化反应：还原剂－ne－===氧化产物(负极反应式)； 还原反应：氧化剂＋ne－===还原产物(正极反应式)； 正极反应式＋负极反应式＝电池的总反应式。 (2)根据原电池的电池反应特点，结合两极反应式找出正负极材料及电解质溶液。 ①电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。 ②电极材料的选择：在原电池中，一般选择活泼性较强的金属作为负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。负极材料或还原性物质在负极上失去电子被氧化，氧化性物质在正极上得到电子被还原。 (3)实例 原理 装置图 Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑ 负极反应：Zn－2e－===Zn2＋ 正极反应：2H＋＋2e－===H2↑ 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 解析　装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属易失去电子形成离子，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中氢的后面；装置三和四均形成原电池，易知d比c活泼，d比a活泼。因此，四种金属的活动性顺序为d＞a＞b＞c。 答案　C 2．铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。 (1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：________________________________________________________________________。 (2)若将(1)中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。 正极反应：___________________________________________________； 负极反应：___________________________________________________。 解析　负极发生氧化反应，反应式为Cu－2e－===Cu2＋，正极发生还原反应，反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。负极：Cu；正极：C或铂；电解质溶液：FeCl3溶液。 答案　(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ (2)装置图 正极反应：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 负极反应：Cu－2e－===Cu2＋ [对应学生用书P21] 1．如下图所示装置，能够组成原电池的是(　　) 解析　A项，两电极材料相同，且不能发生氧化还原反应，不能组成原电池，错误；B项，两电极材料相同，不能组成原电池，错误；C项，装置为原电池，Zn为负极，Cu为正极，发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，正确；D项，乙醇溶液不是电解质溶液，不能组成原电池，错误。 答案　C 2．铜锌原电池产生电流时，阳离子(　　) A．移向Zn极，阴离子移向Cu极 B．移向Cu极，阴离子移向Zn极 C．和阴离子都移向Zn极 D．和阴离子都移向Cu极 解析　铜锌原电池，锌作负极，铜作正极，阳离子移向正极，即阳离子移向铜电极，阴离子移向锌电极。 答案　B 3．如图为番茄电池，下列说法中正确的是(　　) A．一段时间后，锌片质量会变小 B．铜电极附近会出现蓝色 C．电子由铜通过导线流向锌 D．锌电极是该电池的正极 解析　番茄电池中锌是负极，铜是正极，负极锌会失去电子溶解，质量减小，A对、D错；铜极是正极，不参与电极反应，电子由负极锌移向正极铜，C错；氢离子在铜片上得电子，从而铜片上有气泡产生(氢气)，B错。 答案　A 4．等质量的两份锌a、b，分别加入过量的稀H2SO4，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，下列各选项表示生成H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是(　　) 解析　a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但Zn、Cu和稀H2SO4形成原电池，加快反应速率，D项符合要求。 答案　D 5．分别按下图A、B、C所示装置进行实验，图中三个烧杯里的溶液为同浓度的稀硫酸。请回答下列问题： (1)以下叙述中，不正确的是________________。 A．B中铁片是负极，C中铁片是正极 B．三个烧杯中铁片表面均无气泡产生 C．产生气泡的速率A中比B中慢 D．B溶液中SO向铁片电极移动 (2)装置B变化过程中能量转化的形式主要是_______________________________。 (3)装置B中正极反应式为_______________________________________________，负极反应式为_______________________________________________________。 (4)有同学想把Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应设计成原电池，你认为是否可行？____________(填“是”或“否”)，理由是_______________________________。 解析　(1)活动性：Zn＞Fe＞Sn，活泼性强的金属易失电子作负极，故A项正确；A烧杯中铁直接反应，表面有气泡，C中铁作正极，烧杯中铁表面有气泡，故B项错误；B中形成原电池，比A中反应速率快，产生气泡的速率A中比B中慢，故C项正确；原电池中阴离子移向负极，B中Fe是负极，B溶液中SO向铁片电极移动，故D项正确。(2)装置B形成原电池，变化过程中能量转化的形式主要是：化学能转化为电能。(3)Sn作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，装置B中正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，活泼金属铁作负极，电极反应为Fe，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。(4)常温下自发进行的氧化还原反应，且为放热反应可设计成原电池，而Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应为吸热反应，且为非氧化还原反应，则不能设计成原电池。 答案　(1)B (2)化学能转化为电能 (3)2H＋＋2e－===H2↑　Fe－2e－===Fe2＋ (4)否　不是氧化还原反应，且该反应为吸热反应 学科网（北京）股份有限公司 $$