2017-2018学年苏教版化学必修二同步学习讲义：专题2第3单元化学能与电能的转化 第1课时

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精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[学习目标定位]1.通过实验探究认识化学能可以转化为电能及原电池的构成条件。2.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。3.会书写简单的原电池的电极反应式及电池总反应方程式（离子方程式）。一、原电池工作原理按要求完成下列实验，并填表：实验步骤①②③④现象锌片逐渐溶解,表面有气泡；铜片表面无气泡锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡,电流计指针发生偏转两锌片逐渐溶解且表面都有气泡,电流计指针不偏转无现象解释或说明锌与稀硫酸发生置换反应产生H2，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Zn、Cu都不反应根据上述实验回答下列问题:1．装置②中能量是如何转化的？具备这种特点的装置名称是什么？答案化学能转化为电能；该装置称为原电池。2．原电池的工作原理①分析下图并填空：原电池总反应式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑。②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电子，发生还原反应，这样氧化反应和还原反应不断发生，闭合回路中不断有电子流产生，也就形成了电流，即化学能转变为电能.3．结合原电池工作原理及上述实验现象，分析原电池的构成条件是什么？答案理论上,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：两极用导线相连，形成闭合回路。1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是______________________________________.答案DFG解析图中A、B都只有一个电极,C中是两个活动性相同的电极，E中酒精不是电解质溶液，H不能形成闭合回路，它们不属于原电池，属于原电池的只有D、F、G。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：两个活动性不同的电极,插入电解质溶液中，装置形成闭合回路)。2。在如图所示的装置中,a的金属活动性比氢要强，b为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是(）A．碳棒上有气体放出，溶液中c（H＋)减小B．a是正极，b是负极C．导线中有电子流动，电子从a极到b极D．a极上发生了氧化反应答案B解析显然，电极a、b与电解质溶液稀H2SO4组成原电池。因活动性a＞b(碳棒)，所以a为原电池的负极，b为正极.电极反应式：a（负）极：a－ne－=an＋(氧化反应）；b（正)极：nH＋＋ne－=eq\f(n,2)H2↑(还原反应).由于正极放电消耗H＋，溶液中c（H＋）减小.在外电路中，电子由a极流向b极。二、原电池原理的应用1．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上有气体产生根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是______________________________________________。(2)装置乙中正极的电极反应式是_________________________________________。（3）装置丙中溶液的pH变化是________。（4)四种金属活动性由强到弱的顺序是______________________________________。答案（1）A－2e－=A2＋(2)Cu2＋＋2e－=Cu(3）增大(4)D>A〉B〉C解析据图Ⅰ知活动性：A〉B，A作负极，电极反应式为A－2e－=A2＋；据图Ⅱ知活动性:B>C,正极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu；据图Ⅲ知活动性：D〉A,正极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，故c(H＋）减小，pH增大。据Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ知活动性：D〉A>B>C。2.钢铁在潮湿的空气中很快被腐蚀，如图所示。回答下列问题:（1)钢铁表面形成的电解质溶液中溶有O2，通常溶液呈中性或弱碱性。(2）钢铁表面会形成无数微小的原电池，负极是Fe，正极是C。(3)负极反应式是2Fe－4e－=2Fe2＋，正极反应式是2H2O＋O2＋4e－=4OH－。（4）总反应的化学方程式是2Fe＋2H2O＋O2=2Fe（OH）2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe（OH)3，最终生成红色的铁锈（Fe2O3·xH2O).（5）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被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。3．设计原电池如：把Fe＋2Fe3＋=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.1.利用原电池原理可比较金属活动性作负极的金属活动性强,作正极的金属活动性弱。2．形成原电池可改变化学反应速率如金属表面形成原电池会加速金属被腐蚀，即金属易发生电化学腐蚀。3．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H2④Fe（OH)3失水形成Fe2O3·xH2O⑤杂质碳被氧化A．只有①② B．只有②③④C．①②③④ D．①②③④⑤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Fe－2e－=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．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,可用______作负极，______作正极，__________作电解质溶液。写出电极反应式:负极反应：____________________________________________；正极反应：_________________________________________________。答案（1)2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋（2)铜石墨FeCl3溶液Cu－2e－=Cu2＋2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋解析该氧化还原反应可拆分为如下两个半反应：氧化反应（负极反应）：Cu－2e－=Cu2＋。还原反应（正极反应)：2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋.故Cu作负极,活动性比Cu差的材料作正极，如Ag、C等,FeCl3溶液作电解质溶液。原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是1．下列装置不能构成原电池的是(）答案C解析C选项中两种金属都不能和稀H2SO4发生自发的氧化还原反应，故C选项中装置不能构成原电池。2．下列叙述正确的是(）①原电池是把化学能转化成电能的一种装置②原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应③不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池的装置均可实现④碳棒不能用来作原电池的正极⑤反应Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋，能以原电池的形式来实现A．①⑤B．①④⑤C．②③④D．②⑤答案A解析①原电池是把化学能转化为电能的一种装置，①正确；②在发生反应时，原电池的正极要得到电子而发生还原反应,负极要失去电子而发生氧化反应，②错误；③铜与稀硫酸不能发生反应，若用铜作负极,碳棒作正极，稀硫酸作电解质溶液，组成原电池，此反应仍然不能发生，③错误；④碳棒可以用来作原电池的正极，④错误；⑤可以用铜作负极，碳棒作正极，AgNO3溶液作电解质溶液，组成原电池，此时即可发生反应Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋，⑤正确。故A正确。3．将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是(）A．两个装置都构成了原电池B．甲装置构成了原电池，乙装置没有构成原电池C．两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生D．产生气泡的速率甲比乙慢答案B解析甲中构成了铜锌原电池,锌作负极，失电子;铜作正极,氢离子在铜极上得电子，生成氢气；总反应式为Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑。乙装置没有构成原电池，因为没有形成闭合电路。构成原电池后生成氢气的速率加快。4．X、Y、Z都是金属,把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极.X、Y、Z三种金属的活动性顺序为()A．X>Y〉Z B．X>Z〉YC．Y>X>Z D．Y>Z>X答案C解析根据原电池原理，负极的金属比正极活泼，可知活泼性Y>X，根据金属活动性顺序和置换反应原理，可知活泼性X>Z，故三种金属的活动性顺序为Y〉X>Z.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，电极反应式是________________________________________________________________________；铜片上观察到的现象是______________________________________________，原电池总反应的离子方程式为___________________________________________.答案负氧化Zn－2e－=Zn2＋锌片溶解正还原Cu2＋＋2e－=Cu铜极变粗Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu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Zn－2e－=Zn2＋，所以锌片不断溶解，正极为铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，所以铜极不断变粗，电池总反应式为Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu。[基础过关]题组一原电池的形成与判断1．下列有关原电池的叙述中正确的是(）A．把电能转变为化学能的装置B．活泼金属作正极，不活泼金属或非金属作负极C．外电路中电子从负极流向正极D．正极发生氧化反应答案C2．如下图，下列装置属于原电池的是(）答案C解析A中铁不能和KOH溶液反应，故不能形成原电池；B中酒精不是电解质溶液；C可以构成原电池；D中无两个电极和闭合回路。3．一个原电池的总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，该原电池的合理组成是(）选项正极负极电解质溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DZnFeCuCl2答案C解析由总反应式知,Zn被氧化作原电池的负极,符合条件的有B、C两项,电解质溶液中Cu2＋＋2e－=Cu，B选项中是2H＋＋2e－=H2↑，故应选C。题组二原电池正极和负极的判断4．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（)A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液D．A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液答案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Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑，则A项A极变细，B项A极不变；C和D两项中的反应为Fe＋2AgNO3=2Ag＋Fe(NO3）2,其中C项A极变细，D项A极变粗。5．某学生用如图装置研究原电池原理，下列有关说法错误的是(）A．图(3)中Zn片增重质量与Cu片减轻质量的比为65∶64B．图(2）中如果两极上都有气体产生，则说明Zn片不纯C．图(1)中铜片上没有气体产生D．图(2）与图（3）中正极生成物的质量比为1∶32时，Zn片减轻的质量相等答案A解析图(3)中Zn片作负极，发生氧化反应而溶解,质量减轻，Cu片作正极，Cu2＋在此电极上发生还原反应析出Cu，质量增加，A错误；图(2)中Zn作负极，铜作正极，溶液中的H＋在铜电极上生成H2，若Zn片不纯，会形成另一个原电池，Zn片表面也有气体生成，B正确；Cu与稀硫酸不反应，C正确；图(2)与图（3）中正极生成物分别是H2和Cu，两者质量比为1∶32时，物质的量之比n(H2)∶n(Cu)＝1∶1，转移电子的物质的量也相等,消耗锌片的质量相等，D正确。6．如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下,在卡片上描述合理的是（）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：从Zn经外电路流向Cu④Cu极上有H2产生⑤若有1mol电子流过导线,则产生H20。5mol⑥正极的电极反应式为Zn－2e－=Zn2＋A．①②③ B．③④⑤C．④⑤⑥ D．②③④答案B解析在该原电池中,金属活动性Zn〉Cu，故Zn作负极，Cu作正极，电子由Zn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↑，故转移1mol电子时，产生H20。5mol，在溶液中H＋向正极移动，SOeq\o\al（2－，4)向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确，选B项.题组三原电池原理的应用7．按下图装置进行实验，若x轴表示流入正极的电子的物质的量,则y轴可以表示(）①c(Ag＋)②c（NOeq\o\al（－,3)）③a棒的质量④b棒的质量⑤溶液的质量A．①③B．②④C．①③⑤D．②④⑥答案A解析根据图中装置可判断，Fe、Ag、AgNO3构成的原电池中，活泼金属Fe为负极，Ag为正极，Fe和硝酸银之间发生氧化还原反应,所以银离子浓度减小，硝酸根浓度不变，①正确、②错误；在负极上金属铁本身失电子，即a棒质量减轻，③正确；正极b棒上析出金属银，即b棒质量增加，④错误；负极上金属铁本身失电子，正极Ag上析出金属银，所以溶液的质量是增加了Fe，但是析出了Ag,在转移电子数相等情况下，析出的金属质量多，所以溶液质量减轻,但不能为零，⑤错误.故A正确。8．现有M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋=N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－=E，N－2e－=N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是（)A．P〉M〉N〉E B．E>N〉M>PC．P>N>M〉E D．E〉P〉M〉N答案A解析由①知，金属还原性：M>N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属还原性：P>M;N、E构成的原电池中,N作负极，故金属还原性：N>E。题组四钢铁的电化学腐蚀9．钢铁生锈过程发生如下反应：①2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2;②4Fe（OH)2＋O2＋2H2O=4Fe（OH)3；③2Fe（OH)3=Fe2O3＋3H2O.下列说法正确的是（)A．反应①、②中电子转移数目相等B．反应①中氧化剂是氧气和水C．与铜质水龙头连接的钢质水管不易发生腐蚀D．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀答案A解析反应①②中消耗O2的量相等，两个反应都仅有O2作为氧化剂，故转移电子数是相等的，A项正确;①中H2O的H、O两元素的化合价都没有变，故不作氧化剂，B项错;铜和钢质水管中的铁构成原电池，使钢质水管的腐蚀速率加快,C项错；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气中易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀,D项错.［能力提升］10.在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝,使之平衡（如右图所示）。小心地往烧杯中央滴入CuSO4溶液。(1)片刻后可观察到的现象是（指悬吊的金属圈）____.A．铁圈和银圈左右摇摆不定B．保持平衡状态不变C．铁圈向下倾斜D．银圈向下倾斜(2)产生上述现象的原因是________________________________________________________________________________________________________________________.(3)写出反应的化学方程式：______________________________________________________________________________________________________________________.答案(1)D（2）加入CuSO4溶液后，构成Fe－Ag原电池,铁溶解,质量减轻,Cu2＋在银圈上得电子，生成的Cu沉积在银圈上，质量增加（3)Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu解析加入CuSO4溶液后，构成Fe－Ag原电池，Fe失电子作负极，质量减轻，Cu2＋在正极银圈上得电子，生成金属铜沉积在上面使其质量增加。11．（1)现有如下两个反应：（A）NaOH＋HCl=NaCl＋H2O(B)Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋①根据两反应本质，判断能否设计成原电池：________________________________。②如果不能，说明其原因：________________________________________________________________________________________________________________________.③如果可以，则写出正、负极材料，电极反应式及反应类型(“氧化反应"或“还原反应”）：负极：________，________________,________。正极:________，________________，________。(2)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池.①负极材料是________（写名称），电极反应为______________________________________________________________________________________________________________。②正极电极反应式为__________________________________________________。③溶液中SOeq\o\al（2－,4)向________极移动。答案(1)①（A）不能，（B）可以②(A)不是氧化还原反应，没有电子转移③CuCu－2e－=Cu2＋氧化反应碳棒、Ag、铂、金（任选一种)2Ag＋＋2e－=2Ag还原反应（2）①铜Cu－2e－=Cu2＋②O2＋4e－＋4H＋=2H2O③负解析（1)①只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池，(B)是氧化还原反应且能自发进行。③根据电池反应式Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋可知,Cu失电子作负极，负极材料是Cu，正极材料应是比铜不活泼的金属或能导电的非金属.(2)该氧化还原反应中还原剂为Cu，故负极是铜，电极反应为Cu－2e－=Cu2＋,氧化剂是O2,故正极反应为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，溶液中阴离子SOeq\o\al(2－,4)向负极移动。12．某同学利用生活中或实验室中常用的物品，根据氧化还原反应知识和电化学知识，自己动手设计了一个原电池。请填写下列空白：(1)实验原理:Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑(2）实验用品：电极（铁钉、铜钉）、稀硫酸、烧杯、导线、耳机(或者电流计)。(3）实验装置如图：（4)原电池设计及注意的问题：①按如图所示装置连接好实验仪器，注意观察（耳朵听)耳机是否有声音发出,如果没有,可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极（注意：接触的同时耳机的另一个极是连接在原电池的另一个电极上的),这时可以听见耳机发生“嚓嚓嚓……”的声音。其原因是在原电池中，由化学能转化为____________，在耳机中又由__________转化为声音这种能量；②如果将装置中的耳机改为电流计，则铁钉应该接电流计的________极，电极反应式为________________________________________________________________________，发生了__________反应；铜钉应该接电流计的________极，电极反应式为__________________________________________,发生了________反应。答案(4）①电能电能②负Fe－2e－=Fe2＋氧化正2H＋＋2e－=H2↑还原解析原电池是将化学能转变为电能的装置,活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼材料作正极，发生还原反应。电流计正极应接原电池正极，电流计负极应接原电池负极.13．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：①铝为________极，电极反应式:_____________________________________________;②石墨为________极，电极反