高中化学 第2章 化学反应与能量 第二节 第1课时 化学能转化为电能学案

第1课时化学能转化为电能

亶型学用室闻———---—扬帆起航温口以基

「学习目标3」

1.能举例说明化学能转化成电能的实例并了解其应用。

2.理解原电池工作原理。

3.会写简单的电极反应式。

「基础盘点8」

、一次能源和二次能源

分类定义实例

一次流水、风力、原煤、五渔、天然气、天然铀

直接从自然界取得的能源

能源矿等

二次

一次能源经加工、转换得到的能源电力、蒸汽等

能源

其中电能是应用最广泛、使用最方便、污染最小的二次能源。

二、化学能转化为电能

1.化学能转化为电能的两种方式

⑴火电(火力发电)：

燃烧蒸汽发电机

化学能——►热能——“机械能——►也能；缺点：污染环境、低效。

(2)原电池：将化学能直接转化为电能:优点：清洁、高效。

2.原电池

(1)实验:

锌一，

r铜

实验装置

---V>_1

a-

稀

0JH+'

噜

二S。『二旦（

锌片：溶解

实验现象铜片：有气泡产牛

电流表：指针偏转

结论有电流产生,装置中化学能转化为电能

(2)工作原理:

.电极材料：Zn

负极•电极反应：Zn失去电子,发生氧化反应

电极反应式：Zn-2e—=Zr?!

电极材料：铜

正极•电极反应：得到电子,发生还原反应

.电极反应式：2H++2e-=H,t

电池反应：2H++Zn=Zn2++H"

⑶电子的流向：电子由负极经导线流向正极。

(4)反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。

「自主TJII练8」

1.(2018•宁夏育才中学期中)在下列能源中，属于二次能源的是()

A.风力B.原煤

C.石油D.电力

解析：风力是直接取自自然界没有经过加工转换的资源，是一次能源，A错误；煤是直

接从地下挖来的，是一次能源，B错误；天然气、原煤和石油是三大化石燃料，是一次能

源，C错误；我们生活中所使用的电力都是通过其他形式的能源转化而来的，是二次能源，

D正确。

答案：D

2.（2018•宁夏育才中学期中）下列各装置中，能构成原电池的是（）

解析：原电池的构成条件：活泼性不同的两个电极、电解质溶液、闭合回路、自发的氧

化还原反应，四个条件缺一不可。A两个电极相同，不能构成原电池，A错误；B符合原电

池构成要素，B正确；酒精为非电解质，不能构成原电池，C错误；不能形成闭合回路，D

错误。

答案：B

3.关于如图所示装置的叙述，错误的是（）伴线

A.锌是负极，其质量逐渐减小

目£耳—稀硫酸

B.氢离子在铜表面被还原

C.电流从锌片经导线流向铜片

D.电子从锌片经导线流向铜片

解析：由图可知Zn为负极，其与H2s0&反应而溶解，Cu为正极，H+在正极被还原为

电子从锌片经导线流向Cu,电流方向与电子流动方向相反，从CufZn,故A、B、D三项正

确，C项错误。

答案：C

我灌量直深化理解

知识点|—I原电池原理

1.原电池的概念

将氧化还原反应释放的能量直接转变为电能的装置叫原电池。

2.原电池的工作原理，电极名称及电极反应

原电池原理示意图:

负极失去电子

发生氧化反应一

外

内阴离子

电

电

路电解质溶液

路

阳离子

正极得到电子

发生还原反应

以Cu(s)|H2so4(aq)IZn(S)为例:

电极名称：正极电极名称：负极

电极反应类型：电极反应类型：

还原反应氧化反应

电极反应方程式:电极反应方程式:

+

2H+2e=H2f稀H2sO4

3.原电池正负极的判断方法

I负极I-----电极名称-----1正极I

I活泼性较强的漏]电极材料I活泼性较弱的钢

II

I电子流出的一板I电子流向I电子流入的一树

II

I发生氧化反应I反应类型I发生还原反阈

II

I阴离子移向的二¥1离子移向I阳离子移向的二

I

I溶解的一极I实验现象|增重或有气泡痂E]

4.原电池构成的条件

(1)有能够自发进行的氧化还原反应

没有氧化还原反应，就不可能有原电池，换句话说，任何氧化还原反应，理论上都可以

设计成原电池。

（2）有电解质溶液参与

电解质的作用主要有两个：一是导电，二是参与电极反应。

（3）有适当的电极材料，组成闭合回路

通常是用金属材料或石墨作电极（能与水剧烈反应的金属不能作电极，如钠等）。电极的

重要作用是提供电子转移的场所，使电极反应得以顺利进行。金属可以参与电极反应（如铜

锌原电池中的锌），也可以不参与电极反应（如氢氧燃料电池中的铝电极）。中学中常见的原

电池大多是由活泼性不同的两种金属作电极，其中较活泼的金属作负极，它既作电极，又同

时作还原剂。

（2018•辽宁六校协作体期中）某学习小组为研究电化

学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是（）

A.a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出

B.a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2++2e-=Cu

C.无论a和b是否用导线连接，铁片均溶解，溶液从蓝色逐渐

CuSO4溶液

变成浅绿色

D.a和b用导线连接时，铁片上发生还原反应，溶液中S07向铜电极移动

【解析】a和b不连接时，由于金属活动性Fe>Cu,所以在铁片上会发生反应：Fe

+Cu2+=Fe2++Cu,在铁片上有金属铜析出，A正确；a和b用导线连接时，形成了原电池,

Cu作原电池的正极，在铜片上发生的反应为Cu"+2e-=Cu,B正确；无论a和b是否连接,

Fe都会失去电子，变为Fe",而Cu?+会得到电子变为Cu,所以铁片均会溶解，溶液从蓝色

逐渐变成浅绿色，C正确；a和b用导线连接后，铁作负极，铜作正极，铁片上发生氧化反

应，溶液中硫酸根离子向铁电极移动，D错误。

【答案】D

辱变式电练1如图所示，两电极a为碳棒，b为铁片，若电流

表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是（）

A.a为负极，烧杯中的溶液为稀硫酸

B.b为负极,烧杯中的溶液为硫酸铜溶液

C.a为正极,烧杯中的溶液为稀硫酸

D.b为正极,烧杯中的溶液为硫酸铜溶液

解析：由题意可知a为正极，b为负极，a极有气体产生，故电解质应为稀硫酸，故选

C项。

答案：C

知识点|-|原电池原理的应用

1.比较金属的活动性强弱

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，即活动性：负极（金

属）>正极（金属）。

2.加快氧化还原反应速率

实验室用Zn和稀H2sO,反应制艮，常用粗锌，它产生总的速率快。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，使产生艮的速率加快。也可以往溶液中滴入

CuSO,溶液，Zn与CuSO4反应置换出Cu附着在锌片上形成原电池加快反应速率。

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)实例：以Fe+CuS04=Cu+FeS(\为例

负极反应：Fe—2e-Fe2+

电极反应

正极反应：Cu2++2e-Cu

r(D负极：Fe

②正极：Cu或C(比Fe的活泼性差的

金属或导电的非金属)

、③电解质:CuSCU溶液

m一CuSO,溶液

领2铁及铁的化合物应用广泛，如FeCk可用作催化剂，印刷电路腐蚀剂和外伤止

血剂等。

(1)写出FeCk溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式

(2)若将(1)中反应设计成原电池，请画出电池的装置图，分别标出正负极，并写出电极

反应式。负极反应_____________________,正极反应_________________________________。

【解析】FeCk溶液腐蚀印刷电路铜板的反应即是Fe时与Cu之间的氧化还原反应，故

离子反应方程式为2Fe3++Cu=2Fe2++Cu"。据此反应可知，氧化反应为Cu—2屋=0?+,

Cu失去电子作还原剂，Cu为负极；还原反应为2Fe"+2e-=2Fe",FT+在正极上得到电子

被还原，故必须选择活泼性比铜弱的金属或惰性电极(如石墨)作正极。因为电解质溶液中的

阳离子得到电子，故电解质溶液必须是含Fe^+的溶液，如FeCk溶液。

【答案】(l)2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+

(2)装置见下图Cu-2e-=Cu2+2Fe3++2e-=2Fe2+

相变式训练2/(2018•南阳市第一中学月考)下列有关原电池的说法中，正确的是

()

A.铝片和镁片用导线连接后插入NaOH溶液中，镁片较活泼，作负极

B.铝片和铜片用导线连接后插入浓硝酸中，铜作负极

C.镀锌铁和镀锡铁的镀层破损后，前者较易被腐蚀

D.将反应2Fe3++Fe=3Fe"设计为原电池，则可用锌片作负极，铁片作正极，FeCl3

溶液作电解质

解析：铝片和镁片用导线连接后插入NaOH溶液中，铝可以与NaOH溶液反应，而镁片与

NaOH溶液不反应，所以铝作负极，A错误；铝片和铜片用导线连接后插入浓硝酸中，铝发生

钝化，铜能与浓硝酸反应，所以铜作负极，B正确；镀锌铁和镀锡铁的镀层破损后，前者锌

铁形成原电池，锌作负极被腐蚀从而保护铁，而锡铁原电池，铁的活泼性强于锡，铁作负极

易被腐蚀，所以后者较易被腐蚀，C错误；锌片作负极，铁片作正极，FeCL溶液作电解质

形成的原电池中，锌参与反应生成锌离子，与2Fe3++Fe=3Fe，+的设计目标不符，D错误。

答案：B

浦岗消缭产蹄—―亘』：一‘现厚现用小轼身至

1.下列关于能源的叙述正确的是()

A.火力发电得到的电能是一级能源

B.石油是二级能源

C.天然气是一级能源

D.电解水产生的也属于一级能源

解析：只有直接从自然界中取得的能源才属于一级能源，石油和天然气应是一级能源；

火力发电得到的电能是由其他能源(如煤、石油等)产生的，属于二级能源；电解水产生的

也属于二级能源。

答案：C

2.(2018•西安市铁一中期中)在理论上可设计成原电池的化学反应是()

A.C(s)+H:0(g)=C0(g)+H2(g)A^O

B.Ba(OH)2•8H20(S)+2NH4C1(S)=BaCl2(aq)+2NH3(g)+10H20(1)

C.CaC2(s)+2E0(1)=Ca(OH)2(s)+C2H,(g)AAKO

D.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)NH<0

解析：设计成原电池需要有自发进行的氧化还原反应，且为放热反应，故D正确。

答案：D

3.已知空气一锌电池的电极反应为

锌片：Zn+2OH--2e~=ZnO+H2O；

碳棒：。2+2也0+46-=40口-。

据此判断，锌片是()

A.正极，被还原B.正极，被氧化

C.负极，被还原D.负极，被氧化

解析：由题给电极反应，锌片失电子化合价升高，故锌片为负极，发生氧化反应，选D。

答案：D

4.如图为番茄电池，下列说法正确的是()甄计

A.工作一段时间后，锌片质量会减轻A

B.电池工作时，铜电极附近会出现蓝色

C.锌片失去的电子通过番茄汁流向铜电极

D.铜电极发生氧化反应

解析：由原电池形成的条件可知，此原电池中Zn为负极，Cu为正极，负极溶解，正极

产生此，Zn失去的电子通过导线流向Cu,Cu电极发生还原反应，故A项正确。

答案：A

5.(1)把一块纯净的锌片插入装有稀硫酸的烧杯里，可观察到锌片上有气泡，再平行插

入一块铜片，可观察到铜片上________(填“有”或“无”)气泡产生，再用导线将锌片和铜

片连接起来，组成一个原电池，这时可观察到的现象是，正极

的电极反应式为=

(2)某烧杯中最初装入的是500mL2mol/L的稀比S04，构成铜锌原电池(假设产生的气

体没有损失)，在标准状况下收集到5.6L氢气，则此时烧杯内溶液中溶质的物质的量浓度

应为________________

__________________________(溶液体积变化忽略不计)O

解析：铜片插入稀硫酸中时，二者不反应，没有气泡产生，但当把铜片和锌用导线相连

插入稀硫酸中时，会构成原电池，铜作原电池的正极，电极反应为2H++2e-=H",锌作

负极，电极反应为Zn—2e-=Zn2+,故可观察到锌片逐渐溶解，铜片上产生气泡，电池总反

应为Zn+2H+=Zn2++Hzt。当收集到5.6L也(标准状况)，即0.25mol。时,消耗的

25mo1

为0.25mol,生成ZnSOa为0.25mol,c(ZnS04)=0-=0.5mol/L,c(H2SO4)=

0.5L

0.5LX2mol/L—0.25mol._

-------------------------=1.5moln//LTo

0.5L

+-

答案：⑴无锌片逐渐溶解，铜片上产生气泡2H+2e=H2t(2)C(H2S04)=1.5

mol/L,c(ZnS04)=0.5mol/L

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「基础达标8」

1.(2018•长春外国语学校月考)下列关于原电池的叙述中，不正确的是()

A.原电池的负极发生的反应是氧化反应

B.原电池的电极只能由两种不同的金属构成

C.原电池能将化学能转变为电能

D.原电池中电子流入的一极是正极

解析：原电池的负极失电子被氧化，发生氧化反应，A正确；构成原电池正负极的材料

不一定是两种不同的金属，可能是非金属和金属，B错误；根据原电池的工作原理，原电池

是将化学能转变为电能的装置，C正确；原电池放电时，电子转移的方向是从负极沿导线流

向正极，所以正极为电子流入的电极，D正确。

答案：B

2.下列对能量转化的认识中，不正确的是（）

A.电解水生成氢气和氧气时，电能主要转化为化学能

B.风力发电时，风能主要转化为电能

C.白炽灯工作时，电能全部转化为光能

D.煤燃烧时，化学能主要转化为热能

解析：电解水生成氢气和氧气的电解装置是将电能转化为化学能的装置，A正确；风力

发电时，风能主要转化为电能，B项正确；白炽灯工作时电能转化为光能和热能，C项错误;

物质的燃烧将化学能转化为热能和光能，主要是热能，D项正确。

答案：C

3.下列各组的电极材料和电解液，能组成原电池的是（）

A.锌片、石墨棒，稀硫酸B.铜片、银片，稀盐酸

C.锌片、铜片，CC14D.铁片、铁片，稀硫酸

解析：A组可组成原电池；B组物质都不与HC1反应，不能组成原电池；C组物质都不

与CC14反应，不能发生氧化还原反应，无法组成原电池；D组物质两个电极活泼性相同，无

法组成原电池。

答案：A

4.（2018•北京师大附中期中）一个原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+=Zn2++

Cu,利用该反应设计成的原电池的正确组成是（）

正极负极电解质溶液

AZnCuCuCl2

电极反应式为Cu2++2e-=Cu,电解质溶液中含有铜离子，C正确。

答案：C

5.如图，在盛有稀H2so4的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y,外电路中电

子流向如图所示，关于该装置的下列说法正确的是（）

A.外电路的电流方向为X-外电路一Y稀硫酸

B.若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，丫为Fe

C.X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应

D.若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X>Y

解析：根据图片知该装置是原电池，外电路中电子从X电极流向Y电极，电流的流向与

此相反，即Y-外电路一X,A项错误；原电池中较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或导

电的非金属作正极，若两电极分别为Fe和碳棒，则Y为碳棒，X为Fe,B项错误；X是负极,

负极上发生氧化反应；Y是正极，正极上发生还原反应，C项错误；原电池中较活泼的金属

作负极，较不活泼的金属或导电的非金属作正极，该原电池中X是负极，丫是正极，所以若

两电极都是金属，则它们的活动性顺序为X〉Y,D项正确。

答案：D

6.（2018•西安市铁一中期中）X、Y、Z、W四块金属分别用导线两两相连浸入稀硫酸中

组成原电池，X、Y相连时，X为负极；Z、W相连时，电流方向是W-Z；X、Z相连时，Z极

上产生大量气泡，W、Y相连时，W极发生氧化反应。据此判断四种金属的活动顺序是（）

A.X>Z>W>YB.Z>X>Y>W

C.X>Y>Z>WD.Y>W>Z>X

解析：在原电池中，活泼金属作为电池的负极，失去电子发生氧化反应；不活泼的金属

作为电池的正极，得到电子发生还原反应。电子由负极经导线流向正极，与电流的方向相反。

X、Y相连时，X为负极，则活泼性X>Y；Z、W相连时，电流方向是W-Z,则活泼性Z>W；X、

Z相连时，Z极上产生大量气泡，则活泼性X〉Z；W、Y相连时，W极发生氧化反应，则W〉Y。

故金属的活泼性顺序是X>Z>W>Yo

答案：A

7.如图所示，A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀HAO,。

(DA中反应的离子方程式为o

(2)B中Sn极的电极反应式为；Sn极附近溶液的

pH(填“增大”“减小”或“不变”)。

(3)C中先被溶解的金属是，总反应式为o

比较A、B、C中铁被溶解的速率由快到慢的是0

解析：A中Fe直接与稀此504接触，发生氧化还原反应，置换出％；B中用Sn和Fe及

稀H30a构成原电池，Fe作负极，Sn作正极，溶液中『在Sn表面上得到电子，电极反应为

2H++2e「=H",故Sn极附近溶液中的H+的物质的量浓度减小，pH增大；C中由Zn和Fe,

稀H2so4构成原电池，Zn作负极，电极反应为Zn—2e-=Zn2+,而使Zn逐渐溶解，Fe作正

极，电极反应为2H++2屋二房t，总反应式为Zn+2H+=Zn"+H"。构成原电池可加快反

应速率，故A、B、C中铁被溶解的速率由快到慢的是B>A>C。

答案：(l)Fe+2H+=Fe2++H/

(2)2H++2e-=H"增大

+2+

(3)ZnZn+2H=Zn+H2tB>A>C

8.由铜片、锌片和100mL硫酸铜溶液组成的原电池工作一段时间后，铜片质量增加了

12.8g,且溶液恰好变为无色。假设锌片上没有铜析出，试计算:

(1)锌片质量减轻了多少克？

(2)共有多少个电子流过外电路？

(3)原硫酸铜溶液的物质的量浓度是多少?

解析：溶液恰好变为无色，说明C/+已完全反应。析出12.8gCu为28g=o.2mol,

64g/mol

据Cu2++2e-=Cu矢口得至I」电子数为0.2molX2=0.4mol,其个数为0.4molX6.02X1023

-123-2+

mol=2.408X10oZn-2e=Zn,由失电子0.4mol可计算参加反应的Zn的物质的量

为0.2mol,其质量为0.2molX65g/mol=13go原CuSO,溶液的物质的量浓度为^

0.1L

=2mol/Lo

答案：(1)13g(2)2.408X1023(3)2mol/L

「能力提升8」

1.下列说法中正确的是()

A.任何化学反应都能设计成原电池

B.原电池两极均发生还原反应

C.原电池中的阳离子向负极移动

D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快

解析：氧化还原反应能设计成原电池，复分解反应中不存在电子转移，复分解反应不能

设计成原电池，A项错误；原电池负极上失电子而被氧化，正极上得电子发生还原反应，B

项错误；原电池放电时，电解质溶液中阳离子向正极移动，C项错误；把锌粒放入盛有盐酸

的试管中，加入几滴氯化铜溶液，Zn置换出Cu,形成铜锌原电池，加快反应速率，所以气

泡放出速率加快，D项正确。

答案：D

2.如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心匹”二，铁丝

铁球朦界铜球

铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO,溶液,

一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是（实验中不考虑两球的浮力变化）（）

A.杠杆为导体或绝缘体时，均为B端高A端低

B.杠杆为导体或绝缘体时，均为B端低A端高

C.当杠杆为导体时，B端低A端高；杠杆为绝缘体时，B端高A端低

D.当杠杆为导体时，B端高A端低；杠杆为绝缘体时，B端低A端高

解析：当杠杆为导体时，构成原电池。由于金属活动性Fe>Cu,所以铁球是负极，失去

电子，发生氧化反应，铁球质量减少。铜球是正极，溶液中的铜离子在铜球一端得到电子析

出，铜球质量增加，杠杆B端低A端高；当杠杆为绝缘体时，铁与硫酸铜溶液发生置换反应

生成铜和硫酸亚铁，铁球的质量增加，铜球的质量不变，因此当杠杆为绝缘体时，B端高A

端低，故选C项。

答案：C

3.一位患者镶了两颗假牙，其中一颗是黄金的，另一颗是不锈钢的。自镶上假牙后，

他时感头疼，心情烦躁，多次治疗未见好转。如果你是医生，下列方法不能治疗其疾病的是

（）

A.将金假牙改为铝质假牙

B.将两颗假牙都做成不锈钢的

C.将两颗假牙都做成黄金的

D.将两颗假牙都做成特殊树脂的

解析:患者的情况说明是由于两颗假牙与口腔中电解质形成了原电池，两个假牙作电极,

若将金假牙改为铝质，仍能形成原电池，不能治疗其疾病，而B、C、D项调换后不再形成原

电池，可治疗其疾病，故选A。

答案：A

4.（2018•玉溪第一中学月考）下图装置中，a为活动性比氢强的金属，b为碳棒，关于

此装置的叙述不正确的是（）

稀硫酸

A.碳棒上有气体放出，溶液的pH增大

B.a是正极，b是负极

C.导线中有电子流动，电子从a极流到b极

D.a极上发生了氧化反应

解析：该装置为原电池，活动性比氢强的金属a为原电池的负极，负极失去电子，发生

氧化反应，正极得到电子，电子从a极流到b极，碳棒上的H+得到电子产生氢气，即碳棒

上有气体放出，射不断消耗，溶液的pH增大，故A、C、D正确，B错误。

答案：