6.3.1化学能转化为电能-高一化学讲义（苏教2019）原卷版

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[学习目标]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。课前预习课前预习知识点01原电池的工作原理1．实验探究实验步骤现象实验结论①将一块锌片和一块铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯中②将一块锌片和一块铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中③用导线将步骤②中铜片和锌片连接起来。④在步骤③的导线中间连接一个灵敏电流计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电极反应反应类型外电路电子流向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SOeq\o\al(2－,4)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。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。知识点02原电池工作原理的应用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＋2AgNO3Cu(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)：正极(C)：知识点03钢铁的电化学腐蚀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)2②③Fe(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。知识点总结知识点总结考点1原电池一、生活中电源1、家用干电池2、纽扣电池3、可充电锂电池、汽车电瓶二、原电池的工作原理1、实验探究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，变为锌离子进入溶液，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，变为锌离子，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、原电池的概念原电池是把化学能转化为电能的装置；3、原电池的反应本质：氧化还原反应。4、原电池的工作原理原电池工作时,负极上发生失去电子的氧化反应,电子通过导线流向正极,溶液中的氧化性物质在正极得到电子,发生还原反应,氧化反应和还原反应不断发生,负极上的还原性物质不断失去电子,失去的电子不断地通过导线流向正极被氧化性物质得到,闭合回路中不断地有电子和离子的定向移动,就形成了电流,即化学能转化为电能。5、原电池的构成条件理论上,自发进行的氧化还原反应均可构成原电池。具体条件是：①有一个自发的氧化还原反应;②有两个活动性不同的电极(金属与金属或金属与能导电的非金属),一般其中较活泼的金属作负极,发生氧化反应,较不活泼的金属(或能导电的非金属)作正极,发生还原反应;③有电解质溶液(或熔融电解质);④两极用导线相连,形成闭合回路。6、原电池中正负极的判断方法(1)根据电极反应或总反应方程式来判断作还原剂、失电子、化合价升高、发生氧化反应的电极是负极作氧化剂、得电子、化合价降低、发生还原反应的电极是正极(2)根据外电路中电子流向或电流方向来判断电子流出或电流流入的一极负极；电子流入或电流流出的一极正极(3)根据内电路(电解质溶液中)中离子的迁移方向来判断阳离子向正极移动；阴离子向负极移动(4)根据原电池的两电极材料来判断两种金属(或金属与非金属)组成的电极，若它们都与(或都不与)电解质溶液单独能反应，则较活泼的金属作负极；若只有一种电极与电解质溶液能反应，则能反应的电极作负极7、原电池电极反应式的书写方法1、遵循三个守恒(1)得失电子守恒：元素的化合价每升高一价，则元素的原子就会失去一个电子元素的化合价每降低一价，则元素的原子就会得到一个电子(2)电荷守恒：电极反应左、右两边的正电荷和负电荷数相等(3)原子守恒(质量守恒)：电极反应两边同种原子的原子个数相等2、书写方法直观法：针对比较简单的原电池可以采取直观法，先确定原电池的正、负极，列出正、负极上反应的物质，并标出相同数目电子的得失考点2原电池工作原理的应用1、加快氧化还原反应的速率：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率2、比较金属活动性的强弱(1)方法：一般情况下，负极的金属活动性比正极的金属活动性强。(2)常见规律：电极质量较少，作负极较活泼，有气体生成、电极质量不断增加或不变作正极，较不活泼3、设计原电池(1)依据：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(2)选择合适的材料①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应制造化学电源各种干电池、蓄电池、燃料电池等【大招总结】1.总反应：氧化剂+还原剂=还原产物+氧化产物;2.负极反应：还原剂ne=氧化产物(氧化反应);3.正极反应：氧化剂+ne=还原产物(还原反应)。4.注意：负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式中。5．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。6．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。7．原电池的工作原理8．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。9．原电池正、负极的判断方法典型例题典型例题【例1】“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极，向极板上滴加食盐水后电池便可工作，电池反应为2Mg+O2+2HA.镁片作为正极B.食盐水作为电解质溶液C.电池工作时镁片逐渐被消耗D.电池工作时实现了化学能向电能的转化【答案】A【解析】A.根据原电池反应式知，Mg元素化合价由0价变为+2价，所以Mg失电子作负极，A错误；B.电解质溶液是食盐水，B正确；C.Mg作负极，电极反应式为Mg−2eD.该装置是将化学能转化为电能的装置，为原电池，D正确；

【例2】某科研团队研发出“纸电池”(如图)。一面镀锌、一面镀二氧化锰的超薄电池在使用印刷与压层技术后，变成一张可任意裁剪大小的“电纸”，厚度仅为0.5毫米，可以任意弯曲和裁剪。纸内的离子“流过”水和氧化锌组成电解液，电池总反应式：Zn+2MnO2+H2A.该电池的正极材料为锌B.该电池反应中二氧化锰发生了氧化反应C.电池的正极反应式为MnD.当有0.1 mol锌溶解时，流经导线的电子数为6.02×【答案】C【解析】A项，该原电池中，锌失电子作负极，错误；B项，该原电池中，锰元素得电子，发生还原反应，二氧化锰作正极，错误；C项，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，电极反应式为MnOD项，当有0.1 mol锌溶解时，转移的电子数为2×6.02×10【例3】用铜、银和硝酸银溶液设计一个原电池，这个原电池的负极是

，电极反应式为

；正极是

，电极反应式为

。【答案】Cu；Cu−2e−=Cu【解析】按照原电池的原理，负极失去电子发生氧化反应，正极得到电子发生还原反应，故负极是铜，正极是银，负极电极反应为Cu−2e−=C【例4】如图所示是一种新型高温可充电电池(电池活性物质为Na和S)，则下列说法中正确的是(    )A.放电时石墨b上发生的反应为2NaB.充电时石墨a与外接电源正极相连C.可将装置中的固体电解质改成NaCl溶液D.放电时，电子由石墨b经固体电解质向石墨a迁移【答案】A【解析】放电时钠在负极上反应，所以石墨a为负极，石墨b为正极，硫得到电子，电极反应为2Na++xS+2e−【例5】根据以下铜锌原电池示意图，回答下列问题：(1)锌为________极，电极反应式为__________；铜为__________极，电极反应式为__________，原电池总离子反应是____________________。(2)若以该电池作为电源，以石墨碳棒为电极电解CuCl2溶液，在电池的工作过程中，Zn极质量变化了3.25 g，则Cu极质量__________(填“增加”、“不变”或“减少”)；电子从电池的锌极沿导线流向电解池的__________(填“阴极”或“阳极”，下同)；在电解池中Cu【答案】（1）负；；正；；

（2）不变；阴极；阴极；3.2

【解析】（1）在原电池中较活泼的金属作负极，失电子发生氧化反应，电子经导线传递到正极，溶液中阳离子移向正极，阴离子移向负极．Zn比Cu活泼，Zn做负极电极反应式为：，Cu做正极，氢离子在正极上得电子生成氢气，电极反应式为：，正负极相加即为总反应式，故答案为：负；；正；；。（2）由于正极是氢离子得到电子，所以Cu电极质量不变．和电源负极相连的是电解池的阴极，电子从电池的锌极沿导线流向电解池的阴极。在电解池中阳离子移向阴极，即铜离子在阴极得电子形成铜，据电子守恒可以求算形成铜的质量是3.25g65g/mol故答案为：不变；阴极；阴极；3.2强化训练强化训练1．科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化成氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。下列说法正确的是A．正极反应为B．电池工作一段时间，正极附近溶液pH增大C．该电池中导电的微粒仅有电子D．该电池总反应为2．下列装置能构成原电池的是A． B． C． D．3．室温下，某兴趣小组设计了如图所示装置，已知左边烧杯中溶液的血红色逐渐褪去，且无气泡产生。下列说法中正确的是①电子由Zn电极经导线流向Pt电极②盐桥中的阳离子向左侧烧杯移动③正极反应为④总反应为⑤右边电极材料的活动性必须比铁强A．①②④ B．①②③ C．②③④ D．①④⑤4．将铜片、锌片和溶液组装成原电池装置如图，当导线中有1mol电子通过时，下列说法不正确的是A．溶液中移向锌电极B．铜片作正极，其电极上的反应式为C．当锌片质量减少65g时，铜片质量增加32gD．电子由锌片通过导线流向铜片5．燃料电池是一种高效：环境友好的发电装置。下图为氢氧燃料电池示意图，下列有关说法错误的是A．该电池工作时可将化学能转化为电能B．电池工作时，电子从电极b移向电极aC．负极的电极反应式为D．电池总反应的化学方程式为6．Fe、Mg与H2SO4反应的实验记录如下：实验现象Fe表面产生大量无色气泡Fe表面产生少量气泡后迅速停止Mg表面迅速产生大量气泡Fe表面有大量气泡，Mg表面有少量气泡关于上述实验的说法不合理的是A．I中产生气体的原因是：Fe+2H＋=Fe2＋+H2↑B．Ⅱ中产生的气体与Ⅰ中相同C．Ⅲ中现象说明Mg在浓H2SO4中没被钝化D．Ⅳ中现象说明Mg的金属性比Fe强7．已知在同一电池中，正极电势高于负极电势。标准电极常用于测定其它电极的电势，测知电极的电势高于电极的电势，以下说法正确的是A．溶液可用代替B．微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用C．若把体系换作体系，电压表的示数变小D．电极反应为Hg2SO4+2e—=2Hg+SO8．某化学兴趣小组的同学设计了锌铜原电池装置如图所示。下列说法错误的是A．电池工作时化学能转化为电能B．电池工作时，铜电极上发生氧化反应C．电池工作一段时间后，锌片质量减小D．该装置能证明金属的活动性：Zn>Cu9．下列关于如图所示电池的说法中不正确的是A．甲烧杯溶液质量基本保持不变B．若换成阴离子交换膜，从甲烧杯移向乙烧杯C．装置中发生的总反应是D．电池工作一段时间，乙烧杯成了混合溶液10．浓度为的盐酸与过量的锌粒反应，若加入适量的下列物质，能加快反应速率但又不影响氢气生成量的是A．固体 B．溶液C．固体 D．溶液11．乙烯直接氧化法制乙醛的总反应方程式为：2CH2=CH2+O22CH3CHO。现有人将该反应设计成如图所示的燃料电池，下列有关说法正确的是（

）A．a为负极，发生还原反应B．电子移动方向：电极a→磷酸溶液→电极bC．电路中每转移0.4mol电子，溶液中就有0.4molH+向负极迁移D．负极反应式为：CH2=CH2+H2O2e=CH3CHO+2H+12．用下列实验装置进行的实验中，能达到相应实验目的的是ABCD石油分馏形成原电池可制得金属锰制取乙酸乙酯A．A B．B C．C D．D13．如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向烧杯中央滴入M的浓溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)A．当M为CuSO4、杠杆为导体时，A端低，B端高B．当M为AgNO3、杠杆为导体时，A端高，B端低C．当M为盐酸、杠杆为导体时，A端高，B端低D．当M为CuSO4、杠杆为绝缘体时，A端低，B端高14．下列说法正确，且能用原电池原理解释的是()A．合金一定比纯金属耐腐蚀B．如图，在铁棒上产生气泡，碳棒上没有气泡C．在锌与稀硫酸反应时，加入硫酸铜溶液可以加快反应速率D．铝不需要特别处理就具有抗腐蚀能力15．节能减排是保护环境的有力手段，利用如图所示的装置处理工业尾气中的硫化氢具有明显优势。下列有关说法错误的是（

）A．该装置可将化学能转化为电能B．在Fe3+存在的条件下可获得硫单质C．该装置工作时，H+从甲电极移动到乙电极D．甲电极上的电极反应式为H2S+2H2O6e=SO2+6H+16．将镁片和铝片用导线连接后插入NaOH溶液中，并在中间串联一个电流表，装置如图所示。(1)镁片是该电池的极。(2)电子在该电池中的移动方向是从片经导线流向片。(3)铝片上的电极反应式是，该电极上发生了(填“氧化”或“还原”)反应。(4)若将此装置中的NaOH溶液换成稀硫酸，则电池的负极材料是。17．I．某实验小组同学欲探究二氧化硫的性质，并比较碳和硅的非金属性，设计了如图所示的A、B、C实验装置(各装置气密性良好)。已知酸性：H2SO3＞H2CO3。(1)实验一：制备SO2烧瓶中发生反应的化学方程式是。(2)实验二：研究SO2的性质：将A与B相连，待产生SO2后，可见B1中溴水逐渐褪色。B1中溴水褪色的原因是(用化学方程式表示)。(3)实验三：比较碳、硅的非金属性①C2中试剂是。②能说明碳的非金属性比硅强的实验现象是。II．学习小组又设计了如下装置，检验SO2在无氧干扰时，是否与氯化钡反应生成沉淀。(所配制的溶液均使用无氧蒸馏水)(4)加入碳酸钠粉末的目的是。(5)当淀粉－碘溶液蓝色褪去时，氯化钡溶液中没有沉淀出现，说明，此时滴加双氧水，出现了白色沉淀。(6)结合实验目的分析装置中选用澄清石灰水而不用氢氧化钠溶液的是。(7)