实验活动6化学能转化成电能高一下学期学案（人教版2019）

第六章化学反应与能量实验活动6化学能转化成电能学习目标学习目标1.熟悉能源的分类、化学能与电能的转化关系。2.掌握原电池的原理，学会判断原电池正负极。3.会正确书写电极反应式，熟知原电池的应用。自主学习自主学习1．电极材料的实验(1)用导线将电流表分别与两个电极相连接，使两个电极接触。实验操作电极材料电流表指针解释锌片、铜片________________________________________________________锌片、石墨棒不偏转(2)将电极插入盛有稀硫酸的烧杯中。实验操作实验现象解释__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________锌片上有气泡，石墨棒上无气泡____________________________________________________________2.原电池实验选择不同的电极材料，以及稀硫酸、导线和电流表，组装原电池，如图：试验其能否产生电流，并作出解释。编号电极材料实验现象解释①锌片、铜片锌片上无气泡，铜片上有气泡，电流表指针偏转____________________________②锌片、石墨棒锌片上无气泡，石墨棒上__________，电流表指针____________________________________③铜片、石墨棒无明显现象____________________________问题和讨论1．根据以上实验，说明原电池的工作原理和构成要素，以及组装原电池的操作注意事项。2．能否用铁片作为电极代替铜锌原电池中的锌片？为什么？3．若将稀硫酸换为硫酸铜溶液，①～③能否构成原电池？答案：1．(1)不偏转没有电解质溶液，不发生氧化还原反应(2)锌片上有气泡锌与稀硫酸反应生成氢气锌片上有气泡，铜片上无气泡锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与稀硫酸不反应锌与稀硫酸反应生成氢气，石墨棒与稀硫酸不反应2．①构成原电池，将化学能转化为电能②有气泡偏转构成原电池，将化学能转化为电能③无氧化还原反应发生，不能构成原电池问题和讨论1．提示：构成原电池的条件有①两种活泼性不同的金属；②电解质溶液；③形成闭合回路；④有—个能自发进行的氧化还原反应。原电池是将氧化反应和还原反应分别在不同的区域发生，使电子在导线中转移，产生电流。2．提示：铁片代替锌片后，铁能够与稀硫酸反应，仍然具备构成原电池的条件，仍然有电流产生。3．提示：由于锌能与硫酸铜发生氧化还原反应，故①②仍然构成原电池，③不能。学习过程学习过程写出简单的电极反应及电池反应方程式。②：新课导入没电以后，牛人怎样解决？模仿视频，尝试组装一个西红柿电池思考：电极材料Cu参与反应了？那可不可以把Cu换成别的材料？实验探究一：构成原电池的条件利用给定的仪器和试剂，尽可能多的设计原电池，并确认是否成功：药品：稀H2SO4，蔗糖溶液，铜片，碳棒，锌片（2片）。仪器：烧杯（或水槽），导线，灵敏电流表等说出你的设计：电路的探究实验探究（一）形成原电池的条件形成条件一：能自发地发生氧化还原反应。构成原电池的必要前提形成条件二：活泼性不同且能导电的两个电极。负极：较活泼的金属,失去电子，氧化反应正极：较不活泼的金属或石墨等，一般不参与反应。形成条件三：需要电解质溶液或熔融的电解质。提供阴、阳离子导电对于简单电池：阳离子得电子发生还原反应形成条件四：形成闭合回路。课堂练习课堂练习1．普通水泥在固化过程中其自由水分子减少并形成碱性溶液。根据这一物理、化学特点，科学家发明了电动势法测水泥的初凝时间。此法的原理如图所示，反应的总方程式为：2Cu+Ag2O=Cu2O+2Ag。下列有关说法错误的是A．正极的电极反应式为Ag2O+2e+H2O=2Ag+2OHB．测量原理示意图中，电子从Cu经溶液流向Ag2O/Ag电极C．电池工作时，OH向Cu电极移动D．2molCu和1molAg2O的总能量高于1molCu2O和2molAg的总能量【答案】B【详解】A．由总反应知Ag2O得电子变为Ag，则正极的电极反应式为Ag2O+2e+H2O=2Ag+2OH，A正确；B．Cu失去电子，为负极，则Ag2O/Ag为正极，电子从Cu经外电路流向Ag2O/Ag电极，电子不能通过溶液，B错误；C．阴离子向负极移动，故OH向Cu电极移动，C正确；D．此装置能量转化为化学能转化为电能，即反应物总能量高于生成物总能量，故2molCu和1molAg2O的总能量高于1molCu2O和2molAg的总能量，D正确；故答案为B。2．我国在探索太空、开发深海、建设高铁、5G技术等方面取得举世瞩目的成就，这些成就与化学有着密切联系。下列说法正确的是A．火箭箭体采用铝合金，工业上常采用电解熔融氯化铝冶炼铝B．大力发展太阳能、风能、氢能等新能源有利于生态文明建设C．我国网络强国铺设光缆线路超三千万公里，光缆的主要成分是晶体硅D．5G电池工作时，电池中化学能完全转化为电能【答案】B【详解】A．工业上常采用电解熔融氧化铝冶炼铝，A项错误；B．大力发展太阳能、风能、氢能等新能源可以减少化石燃料的使用，减少环境污染，有利于生态文明建设，B项正确；C．光缆的主要成分是二氧化硅，C项错误；D．电池工作时，电池中化学能部分转化为电能，还有一部分会转化为热能，D项错误；答案选B。3．下列说法不正确的是()A．根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源B．电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源C．火力发电是化学能间接转化为电能的过程D．水力发电是将化学能直接转化为电能的过程【答案】D【详解】A．氢气不能直接从自然界获取，为二次能源，A正确；B．电能是目前应用最广泛、使用最方便、污染最小的二次能源，B正确；C．火力发电通过多次能量转化将燃料中的化学能转化为电能，C正确；D．火力发电能量转化：化学能→热能→机械能→电能，D错误。答案选D。4．下列关于原电池的说法中，正确的是（

）A．任何化学反应上都能设计成原电池B．原电池工作时，阳离子向负极移动C．原电池的负极发生氧化反应D．原电池工作时，电子通过电解质溶液流向正极【答案】C【详解】A．自发进行的放热的氧化还原反应能设计成原电池，非氧化还原反应一定不能设计成原电池，故A错误；B．原电池工作时，溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故B错误；C．原电池工作时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故C正确；D．原电池工作时，电子从负极经导线流向正极，溶液中存在离子的定向迁移，电解质溶液中不存在电子的移动，故D错误；答案选C。【点睛】自发进行的氧化还原反应可以设计成原电池，原电池中发生的是自发进行的氧化还原反应，为学生的疑难点。5．下列离子方程式正确的是A．高级脂肪酸与氢氧化钠溶液反应：H++OH=H2OB．FeI2溶液中通入过量Cl2：2Fe2++2I+2Cl2=2Fe3+I2+4ClC．向次氯酸钙溶液中通入少量SO2：Ca2++3ClO+SO2+H2O=CaSO4↓+Cl+2HClOD．用惰性电极电解CuCl2水溶液：Cu2++2Cl+2H2O=Cl2↑+Cu(OH)2↑+H2↑【答案】C【详解】A．高级脂肪酸为弱酸，在离子方程式中应以化学式表示，不能改写成离子，A不正确；B．过量Cl2能将Fe2+、I全部氧化，离子方程式为：2Fe2++4I+3Cl2=2Fe3+2I2+6Cl，B不正确；C．向次氯酸钙溶液中通入少量SO2，一方面SO2被全部氧化为硫酸，另一方面，硫酸电离产生的H+全部与ClO反应生成HClO，离子方程式为：Ca2++3ClO+SO2+H2O=CaSO4↓+Cl+2HClO，C正确；D．用惰性电极电解CuCl2水溶液时，阳极Cl失电子生成Cl2，阴极Cu2+得电子生成Cu，离子方程式为：Cu2++2ClCl2↑+Cu，D不正确；故选C。6．下列关于原电池的说法正确的是A．铜、铝作电极组成的原电池中铝可能是正极B．钢铁发生电化学腐蚀时负极反应式为Fe3e=Fe3+C．电极本身一定参与电极反应D．原电池工作时，阳离子移向正极，且一定在正极得电子发生还原反应【答案】A【详解】A．若铜、铝作电极组成的原电池中，若电解液是浓硝酸，铝与浓硝酸会发生钝化，铜与浓硝酸发生反应，则铜做负极，铝做正极，故A正确；B．钢铁发生电化学腐蚀时负极反应式为Fe2e=Fe2+，故B错误；C．在氢氧燃料电池中，电极本身并没有参与电极反应，故C错误；D．原电池工作时，一般阳离子移向正极，不一定在正极得电子，例如锂离子电池工作时，锂离子移向正极，并没有在正极上发生还原反应，故D错误；答案选A。【点睛】判断原电池的正负极时，不能只看活泼性，还需要判断氧化反应和还原反应发生在哪一极上，为易错点。7．把X、Y、Z、W四种金属浸入稀盐酸中，用导线两两相连，均可形成原电池。W、Y相连时，电流从Y经导线流向W，Z、W相连时，W上有气泡逸出，X、Y相连时，X为负极，X、Z相连时，X质量减少。则四种金属的活动性顺序由大到小排列为A．X、Z、W、Y B．W、Y、Z、X C．W、Z、Y、X D．Y、W、Z、X【答案】A【详解】W、Y相连时，电流从Y经导线流向W，所以活泼性：W>Y；Z、W相连时，W上有气泡逸出，所以活泼性：Z>W；X、Y相连时，X为负极，即活泼性：X>Y，X、Z连时，X质量减少，所以X为负极，则活泼性：X>Z；综上所述，四种金属的活动性顺序由大到小排列为X、Z、W、Y；故选A。8．下列说法正确的是A．图1所示装置能将化学能转化为电能B．图2所示反应为吸热反应C．锌锰干电池中，锌筒作负极D．蓄电池充电时，没有发生氧化还原反应【答案】C【详解】A．图1没有形成闭合电路，不能构成原电池，所示装置不能将化学能转化为电能，故A错误；B．图2所示反应，生成物总能量低于反应物总能量，为放热反应，故B错误；C．锌锰干电池中，锌失电子发生氧化反应，锌筒作负极，故C正确；D．蓄电池充电时，阳极发生氧化反应、阴极发生还原反应，发生氧化还原反应，故D错误；选C。9．MgAgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl+Mg=Mg2++2Ag+2Cl，有关该电池说法错误的是A．镁为电池负极 B．有24g镁被氧化时，还原得到216g银C．正极反应为Ag++e=Ag D．可用于海上应急照明【答案】C【详解】A．电极方程式中Mg失去电子，做原电池负极，A正确；B．24gMg被氧化时转移电子2mol，有2molAgCl得到电子，生成216gAg，B正确；C．正极反应为AgCl+e=Ag+Cl，C错误；D．该电池可被海水激活，故可用于海上应急照明，D正确；故选C。10．下列说法正确的是（

）A．增大反应体系的压强，反应速率一定增大B．化学键既存在于分子中相邻原子间，也存在于相邻分子的原子间C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法D．用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为1：2【答案】C【详解】A.若是向反应容器中通入与反应体系无关的气体，则增大反应体系的压强，反应速率不变，A错误；B.化学键是相邻的两个或多个原子之间的强烈的相互作用，只存在于分子中相邻原子间，不能存在于相邻分子的原子间，B错误；C.在海轮外壳连接锌块，由于金属活动性Zn>Fe，所以Zn、Fe及海水构成原电池，Zn失去电子被氧化，Fe作正极，被保护不受腐蚀，这种方法叫牺牲阳极的阴极保护法，C正确；D.用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴极上H+获得电子变为H2，阳极上OH失去电子层数O2，根据同一闭合回路中电子转移数目相等，可知阴、阳两极产物的物质的量之比为2：1，D错误；故合理选项是C。11．关于钢铁腐蚀与防护的说法不正确的是A．钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的负极反应式均为Fe2e=Fe2+B．铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时正极的电极反应为：2H++2e=H2↑C．地下钢管连接镁块是采用牺牲阳极法，利用了电解池原理D．用外加电流法防止钢铁腐蚀时，钢铁接电源的负极【答案】C【详解】A．钢铁无论是发生吸氧腐蚀还是析氢腐蚀，都是Fe作负极，失去电子变为Fe2+，故负极的电极反应式均为：Fe2e=Fe2+，A正确；B．铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀为析氢腐蚀，正极上溶液中的H+得到电子被还原为H2，故正极的电极反应为：2H++2e=H2↑，B正确；C．地下钢管连接镁块是采用牺牲阳极法，是利用Mg的活动性比Fe强，Mg作原电池的负极，失去电子被氧化；而Fe为正极，不参加反应而得到保护，利用的是原电池反应原理，C错误；D．当用外加电流法防止钢铁腐蚀时，钢铁接电源的负极，作阴极，发生还原反应，Fe不会失去电子，因而得到保护，D正确；故合理选项是C。12．利用下列装置(部分仪器已省略)，能顺利完成对应实验的是A．排空气法收集二氧化碳 B．构成原电池C．量取9.3ml稀盐酸 D．石油的分馏【答案】A【详解】A.二氧化碳的密度大于空气，用向上排空气法收集二氧化碳，气体长进短出，故选A；B.没有形成闭合电路，不能构成原电池，故不选B；C.需用10mL量筒量取9.3mL稀盐酸，故不选C；

D.分馏实验，温度计的液泡应该在蒸馏烧瓶的支管口处，故不选D；13．下述实验方案中均使用了NaCl溶液，能达到实验目的的是（

）编号ABCD实验方案置于光亮处片刻后在Fe电极附近滴入K3[Fe(CN)6]溶液实验目的验证甲烷与氯气发生化学反应进行喷泉实验验证Fe电极被保护验证乙炔的还原性A．A B．B C．C D．D【答案】A【详解】A.和Cl2在光照条件下发生取代反应，液面上升，且试管壁有油状液滴，说明发生了反应，A可以达到实验目的；B.Cl2不易溶于饱和食盐水，B无法达到实验目的；C.Fe作阳极，失电子，无法被保护，C无法达到实验目的；D.电石中含有CaS杂质，因此产物气体中含有H2S杂质，未经除杂的产物气体直接通入酸性KMnO4溶液，无法验证乙炔的还原性，D无法达到实验目的；故答案选A。【点睛】饱和食盐水可降低氯气的溶解度。14．氢氧燃料电池已用于航天飞机，它是以铂作电极，​溶液作电解质，下列叙述不正确的是A．正极电极反应为：​B．供电的总反应为：​C．氢氧燃料电池不仅能量转化率高，而且产物是水，属于环境友好电池D．氢氧燃料电池中​和​燃烧放出的热量转变为电能【答案】D【分析】氢氧燃料电池，负极发生氧化反应：H22e+2OH=2H2O，正极发生还原反应：O2+4e−+2H2O=4OH−，KOH溶液作电解质，据此分析解答。【详解】A．由分析可知，通入氧气的一极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为，故A正确；B．由分析可知，电池总反应与氢气在氧气中燃烧的化学方程式一致，总反应为，故B正确；C．由分析可知，氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，电池工作时，不仅能量转化率高，而且产物是水，属于环境友好电池，故C正确；D．由分析可知，氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，氢气和氧气在两极上放电，没有发生燃烧，故D错误；故选D。15．MnO2和Zn是制造普通干电池的重要原料，现用软锰矿(主要成分为MnO2)和闪锌矿(主要成分为ZnS)制备MnO2和Zn的工艺流程如图。下列说法错误的是（

）A．干电池是一种将化学能转变为电能的装置B．原料硫酸可以循环使用，且可用盐酸代替硫酸进行酸溶C．酸溶时ZnS作还原剂，操作1为过滤D．通电电解时MnO2在阳极处生成，电极反应为：Mn2+2e+2H2O=MnO2+4H+【答案】B【详解】A.干电池是一次电池，能将化学能转变为电能，A正确；B.盐酸具有还原性，电离产生的Cl会被MnO2氧化产生有毒气体Cl2，影响Mn2+的电解，因此不能用盐酸代替硫酸使用，B错误；C.ZnS、MnO2、H2SO4发生氧化还原反应，产生ZnSO4、MnSO4、S及H2O，ZnS作还原剂，反应中S被氧化产生难溶于水的S单质，ZnSO4、MnSO4溶解在水中，所以操作1是分离难溶性固体与可溶性液体混合物的操作，名称为过滤，C正确；D.通电时Mn2+在阳极失去电子被氧化产生MnO2，电极反应为：Mn2+2e+2H2O=MnO2+4H+，D正确；故合理选项是B。16．锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4，溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2.回答下列问题：(1)外电路的电流方向是由极流向极(填字母)。(2)电池正极反应式为。(3)MnO2可与KOH和KClO3在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为。K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为。【答案】baMnO2+e+Li+=LiMnO23MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O2：1【详解】(1)锂是活泼的金属，作负极，MnO2为正极，原电池工作时，外电路的电流方向从正极到负极，因此外电路的电流方向是由正极b流向负极a，故答案为：b，a。(2)MnO2为正极，被还原，在电池正极b上发生得到电子的还原反应，则电极反应式为MnO2+e+Li+=LiMnO2，故答案为：MnO2+e+Li+=LiMnO2。(3)二氧化锰与KOH和KClO3在高温下反应，生成锰酸钾(K2MnO4)和KCl，反应中化合价变化的元素为Mn、Cl，Mn元素由+4价升高为+6，C元素化合价由+5降低为1，根据化合价升降相等，则二氧化锰与氯酸钾的物质的量之比为3：1，再根据原子守恒配平方程式为：3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O；K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2，根据化合价升降总数等于电子转移的数目可知：每转移2mol的电子，产生1mol的MnO2、2molKMnO4，所以生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为2：1，故答案为：3MnO2+KClO3+6KOH3K2MnO4+KCl+3H2O，2：1。17．I.某同学做如下实验，以探究反应中的能量变化。(1)在实验中发现反应后(a)中温度升高，由此可以判断(a)中反应是热反应；(b)中温度降低，由此可以判断(b)中反应是热反应。(2)根据能量守恒定律，(b)中反应物的总能量应该生成物的总能量。II.某学习小组依据氧化还原反应原理：2Ag＋＋Cu=Cu2＋＋2Ag设计成的原电池如右图所示。(3)从能量转化角度分析，上述原电池将化学能转化为；(4)负极的电极材料为；(5)正极发生的电极反应；【答案】放吸低于电能Cu(或铜)Ag++e=Ag【详解】I．(1)通过实验现象反应后(a)中温度升高，(b)中温度降低，由此可以判断(a)中的反应放热反应；(b)中的反应是吸热反应，故答案为：放

吸；(2)根据能量守恒定律，由于(b)中的反应是吸热反应，故(b)中反应物的总能量加上吸收的能量才等于生成物的总能量，故(b)中反应物的总能量低于生成物的总能量，故答案为：低于；II．(3)原电池就是将化学能直接转化为电能的装置，故答案为：电能；(4)从原电池的反应式2Ag＋＋Cu=Cu2＋＋2Ag可知，Cu转化为Cu2+化合价升高，被氧化发生氧化反应，原电池负极发生氧化反应，故负极的电极材料为Cu（或铜）；(5)原电池正极发生还原反应，故应该是Ag+得到电子还原为Ag，故正极的电极反应；Ag++e=Ag，故答案为：Ag++e=Ag。18．图为某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置。根据原电池原理回答问题：(1)若电极a为Zn、电极b为Cu、电解质溶液为稀硫酸，该装置工作时，Cu电极上的可以看到的现象，SO向极(填a或b)移动，正极的电极反应式为。(2)若电极a为Fe、电极b为Ag、电解质溶液为硝酸银，该原电池工作时，原电池的负极材料为，电子沿导线向(填a/b)移动。(3)FeCl3常用于腐蚀印刷电路铜板(2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2)请将此反应设计成原电池，该原电池负极的电极材料为，正极的电极材料为，电解质溶液为，负极的电极反应式为。【答案】(1)有气体产生a2H++2e=H2↑(2)Feb(3)Cu比Cu不活泼的金属或惰性电极(Pt、石墨碳棒)FeCl3溶液Cu2e=Cu2+【详解】（1）由题中图示可知，Zn、Cu、稀硫酸构成的原电池，金属活泼性Zn＞Cu，所以金属Zn为负极，金属Cu为正极，正极上发生得电子的还原反应，电极反应为2H++2e=H2↑，Cu电极上的可以看到的现象是有气体产生，根据原电池工作时阴离子向负极移动，即溶液中硫酸根离子移向负极a(Zn)电极；答案为有气体产生；a；2H++2e=H2↑。（2）若电极a为Fe、电极b为Ag、电解质溶液为硝酸银，金属活泼性Fe＞Ag，所以Fe为负极，Ag为正极，电子从负极经导线流向正极，即电子向b极移动；答案为Fe；b。（3）由题中化学方程式Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2可知，Cu失电子发生氧化反应，所以Cu为负极，电极反应式为Cu2e=Cu2+，正极上铁离子得电子生成亚铁离子，发生还原反应，电极反应式为Fe3++e=Fe2+，正极材料是比Cu不活泼的金属或惰性电极(Pt、石墨碳棒)，电解液为FeCl3溶液；答案为Cu；比Cu不活泼的金属或惰性电极(Pt、石墨碳棒)；F