第08讲-化学反应与电能(教师版)

第08讲化学反应与电能第08讲化学反应与电能知识导航知识导航知识预习知识预习实验探究——锌铜原电池实验操作实验操作实验现象实验结论将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中锌片上有气泡冒出，铜片上无现象装置中有电流产生，化学能转化为电能用导线连接锌片和铜片铜片上有气泡冒出用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表电流表指针发生偏转一、原电池的基本概念1．概念：原电池是将化学能转化为电能的装置。2．本质：氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行。3．电极：（1）负极：________电子，发生________反应； （2）正极：________电子，发生________反应。4．构成原电池的条件：（1）自发进行的氧化还原反应；（2）两个活动性不同的电极；（3）电解质溶液（或熔融电解质）；（4）形成闭合回路。【答案】失去氧化得到还原二、锌铜原电池的工作原理工作原理（反应方程式）负极（Zn）正极（Cu）总反应离子方程式：。电子移动方向由极经导线流向极（电流方向相反）。离子移动方向阳离子向极移动，阴离子向极移动。【答案】Zn-2e-Zn2+2H++2e-H2↑Zn+2H+Zn2++H2↑负正正负及时小练若用若用导线把Fe和Cu连接起来，插入稀盐酸中，能否形成原电池？若能，请写出负极、正极、总反应方程式。三、原电池的应用1．比较金属活动性两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的金属活泼。2．加快氧化还原反应的速率一个氧化还原反应，构成原电池时的反应速率比直接接触的反应速率快。3．设计原电池理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。利用原电池原理设计和制造原电池，可以将化学能直接转化为电能。对点训练对点训练题型一：原电池的构成条件【例1】下列装置能构成原电池的是（）A． B．C． D．【答案】B【详解】原电池的构成条件是：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③两电极间构成闭合回路，④能自发的进行氧化还原反应。A．两个Zn电极均与稀硫酸反应，活动性相同，不能构成原电池，A错误；B．Cu和Ag活动性不同，有电解质溶液AgNO3溶液，构成了闭合回路，能够自动发生氧化还原反应：Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag，能构成原电池，B正确；C．蔗糖不是电解质，不能构成原电池，C错误；D．没有形成闭合回路，不能构成原电池，D错误。答案选B。【变1】下列装置中，能构成原电池的是（）A．只有（甲） B．只有（乙） C．只有（丙） D．除（乙）均可以【答案】C【分析】原电池的构成条件是：1、有两个活泼性不同的电极；2、将电极插入电解质溶液中；3、两电极间构成闭合回路；4、能自发的进行氧化还原反应。【详解】甲不满足条件3，未构成闭合回路，不能构成原电池；乙不满足条件1，两个电极相同，不能构成原电池；丙满足四个条件，构成原电池；丁不满足条件2，酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；综上能构成原电池的只有丙，答案选C。题型二：原电池的工作原理 【例2】某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－=CuC．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色D．a和b用导线连接时，Fe片上发生还原反应，溶液中SO42－向铜电极移动【答案】D【分析】a和b不连接时，不能构成原电池，铁与硫酸铜发生置换反应生成硫酸亚铁和铜；a和b用导线连接时，构成原电池，铁是负极，铜是正极。【详解】A．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，在铁片有金属铜析出，A正确；B．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：Cu2＋+2e-=Cu，B正确；C．无论a和b是否连接，Fe都会失去电子，变为Fe2+，而Cu2+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；D．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；答案选D。【点睛】本题主要是考查原电池的反应原理及应用的知识，掌握原电池的工作原理、金属活动性顺序是解答的关键。难点是电极反应式的书写，注意结合放电微粒、离子的移动方向和电解质溶液的性质分析。【变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浓CuSO4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，不考虑铁丝反应及两球的浮力变化)A．杠杆为导体和绝缘体时，均为A端高B端低B．杠杆为导体和绝缘体时，均为A端低B端高C．当杠杆为导体时，A端低，B端高；为绝缘体时，A端高，B端低D．当杠杆为导体时，A端高，B端低；为绝缘体时，A端低，B端高【答案】C【详解】A．当杠杆为导体时，铁球作负极，放电使其质量减轻，铜球作正极，溶液中的在铜球上放电析出，使其质量增加，则A端低，B端高，A错误；B．当杠杆为导体时，铁球作负极，放电使其质量减轻，铜球作正极，溶液中的在铜球上放电析出，使其质量增加，则A端低，B端高，B错误；C．当杠杆为绝缘体时，不能形成原电池，铁球与溶液发生置换反应，在铁球表面析出铜，使其质量增加，则A端高，B端低，C正确；D．当杠杆为绝缘体时，不能形成原电池，铁球与溶液发生置换反应，在铁球表面析出铜，使其质量增加，则A端高，B端低，D错误；故选C。【变3】由U形管、质量为的铁棒、质量为的碳棒和溶液组成的装置如图所示，下列说法正确的是A．闭合K，电子通过电解质溶液移到碳棒上B．闭合K，铁棒上有紫红色固体析出C．闭合K，当电路中有个电子通过时，理论上碳棒与铁棒的质量差为D．闭合K，铁棒表面发生的电极反应为【答案】C【分析】该装置为原电池，铁棒做原电池的负极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe—2e-=Fe2+，碳棒为正极，溶液中铜离子在正极得到电子发生还原反应生成铜，电极反应式为Cu2++2e-=Cu。【详解】A．闭合K，电子由铁棒通过导线移到碳棒上，故A错误；B．由分析可知，闭合K，碳棒为正极，溶液中铜离子在正极得到电子发生还原反应生成铜，碳棒上有紫红色固体析出，故B错误；C．闭合K，当电路中有0.3NA个电子通过时，负极上减少的质量为，正极上增加的质量为，则理论上碳棒与铁棒的质量差为(8.4g+9.6g)=18g，故C正确；D．由分析可知，闭合K，铁棒做原电池的负极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe—2e-=Fe2+，故D错误；故选C。【变4】某原电池，两电极一为碳棒，一为铁片，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，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸B．a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液【答案】C【详解】A．a极上有大量气泡生成，说明a是正极，应该是碳棒，负极b是铁片，烧杯中的溶液可以为硫酸，A选项错误；B．a极上有大量气泡生成，说明a是正极，应该是碳棒，负极b是铁片，烧杯中的溶液不可以为硫酸铜，否则正极上会析出金属铜，B选项错误；C．a极上有大量气泡生成，说明a是正极，应该是碳棒，烧杯中的溶液可以为硫酸，C选项正确；D．a极上有大量气泡生成，说明a是正极，应该是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜时，正极上会析出金属铜，故烧杯中的溶液不能是为硫酸铜溶液，D选项错误；答案选C。【例5】如图为发光二极管连接柠檬电池装置，下列说法正确的是（）A．铁环作为柠檬电池的正极B．电子由发光二极管经导线流向Fe环C．负极的电极反应为：Fe－2e-=Fe2+D．可将柠檬替换成盛装酒精溶液的装置【答案】C【详解】A.铁的活泼性大于铜，铁环作为柠檬电池的负极，故A错误；B.铁的活泼性大于铜，铁环作为柠檬电池的负极，铜为正极，电子由Fe环经导线流向发光二极管，故B错误；C.铁的活泼性大于铜，铁环作为柠檬电池的负极，负极铁失电子，电极反应为：Fe－2e-=Fe2+，故C正确；D.酒精是非电解质，不能导电，不能将柠檬替换成盛装酒精溶液的装置，故D错误；选C。【变5】按图1所示装置进行实验，若图2中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(NO3-)③a棒的质量④b棒的质量⑤溶液的质量A．仅①③ B．仅①③⑤ C．仅②④ D．仅②④⑤【答案】B【分析】图1装置形成原电池，Fe为负极，负极发生的反应为：Fe-2e-=Fe2+，Ag为正极，正极发生的反应为：Ag++e-=Ag，总反应为：Fe+2Ag+=Fe2++2Ag，据此解答。【详解】①由Ag++e-=Ag可知，随着流入正极的电子增多，c(Ag+)减小，①满足；②由总反应可知，NO3-没参与反应，随着流入正极的电子增多，c(NO3-)不变，②不满足；③a棒是Fe，随着流入正极的电子增多，Fe失电子的物质的量也增多，由Fe-2e-=Fe2+可知，Fe失电子的物质的量增多，Fe的质量减小，③满足；④由Ag++e-=Ag可知，随着流入正极的电子增多，产生的Ag的质量增大，Ag棒质量增大，④不满足；⑤由总反应Fe+2Ag+=Fe2++2Ag可知，随着反应的进行，溶液的质量减小(2Ag+→Fe2+)，⑤满足；综上所述，①③⑤满足图像，B符合题意。答案选B。题型三：原电池的应用【变6-1】有a、b、c、d四种金属。将a与b用导线连接起来，浸入电解质溶液中，a不断腐蚀；将a、d分别投入同浓度的盐酸中，d比a反应剧烈；将铜浸入b的盐溶液中，无明显变化；如果把铜浸入c的盐溶液里，有金属c析出。根据以上现象判断，它们的活动性由强到弱的顺序是A．dcab B．dabc C．dbac D．badc【答案】B【详解】将a与b用导线连接起来，浸入电解质溶液中，a不断腐蚀，说明b是正极，因此活泼性是a＞b；将a、d分别投入等浓度盐酸中，d比a反应剧烈，说明金属活动性d＞a；活泼的金属可以将不活泼的金属从其盐溶液中置换出来，所以活泼性是b＞c，综合以上可知活动性由强到弱顺序是：d>a>b>c，答案选B。【变6-2】某化学兴趣小组为了探究铬和铁的活泼性，设计如图所示装置，下列推断合理的是（）A．若铬比铁活泼，则电子经外电路由铁电极流向铬电极B．若铁比铬活泼，则溶液中H+向铁电极迁移C．若铬比铁活泼，则铁电极反应式为2H＋＋2e－＝H2↑D．若铁电极附近溶液pH增大，则铁比铬活泼【答案】C【分析】若铬比铁活泼，则负极为铬失电子发生氧化反应，正极为铁，氢离子在铁上得电子发生还原反应，电子经外电路由铬电极流向铁电极；若铁比铬活泼，则负极为铁失电子发生氧化反应，正极为铬，氢离子在铬上得电子发生还原反应，电子经外电路由铁电极流向铬电极。【详解】A.若铬比铁活泼，则负极为铬失电子发生氧化反应，正极为铁，电子经外电路由铬电极流向铁电极，A项错误；

B.若铁比铬活泼，则负极为铁失电子发生氧化反应，正极为铬，溶液中的氢离子在正极得电子，氢离子向正极铬移动，B项错误；C.若铬比铁活泼，则负极为铬失电子发生氧化反应，正极为铁，氢离子在铁上得电子发生还原反应，反应式为2H++2e-=H2↑，C项正确；

D.若铁电极附近溶液pH增大，则发生2H++2e-=H2↑，所以铁为正极，则铬比铁活泼，D项错误。

答案选C。【例7】3.25g锌与100mL1mol·L-1的稀硫酸反应，为了加快反应速率而不改变H2的产量，可采取的措施是A．滴加几滴浓盐酸 B．滴加几滴浓硝酸C．滴加几滴硫酸铜溶液 D．加入少量锌粒【答案】A【详解】A．3.25gZn的物质的量n(Zn)=，100mL1mol·L-1的稀硫酸中溶质的物质的量n(H2SO4)=1mol/L×0.1L=0.1mol，根据方程式Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑可知：二者反应的物质的量的比是1：1，故硫酸过量，反应放出H2要以不足量的Zn为标准计算。滴加几滴浓盐酸，增加了溶液中c(H+)，反应速率加快，A符合题意；B．硝酸具有强氧化性，与Zn反应不能产生氢气，B不符合题意；C．Zn与CuSO4发生置换反应产生Cu和ZnSO4，Zn、Cu及硫酸构成原电池，使反应速率加快；但由于Zn消耗，导致反应产生H2的量减少，C不符合题意；D．加入少量的Zn，由于Zn是固体，浓度不变，因此反应速率不变，但由于不足量的Zn的量增加，以Zn为标准反应产生的H2的量增多，D不符合题意；故合理选项是A。【例8】可以将反应Zn＋Br2=ZnBr2设计成蓄电池，下列4个电极反应中，分别表示正极反应和负极反应的是①Br2＋2e－=2Br－②2Br－－2e－=Br2③Zn－2e－=Zn2＋④Zn2＋＋2e－=ZnA．②和③ B．②和①C．①和③ D．④和①【答案】C【详解】分析反应Zn＋Br2=ZnBr2，Zn化合价升高，发生氧化反应，作原电池负极，负极反应为：Zn－2e－=Zn2＋，Br2化合价降低，发生还原反应，作原电池正极，正极反应为Br2＋2e－=2Br－，故C正确。综上所述，答案为C。【点睛】将一个氧化还原反应设计成原电池时，要分析化合价，化合价升高的为负极，化合价降低的为正极。【例9】（2021·河北·天津二中高一期中）根据化学能转化电能的相关知识，回答下列问题：Ⅰ.理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+”设计一个化学电池(正极材料用碳棒)，回答下列问题：（1）该电池的负极材料是____，发生____(填“氧化”或“还原”)反应，电解质溶液是___。（2）若导线上转移电子2mol，则生成银____g。（3）原电池在工作时，下列反应可以作为原电池工作时发生的反应的是：____。A．Zn+2AgNO3=Zn(NO3)2+2AgB．H2SO4+Na2SO3=Na2SO4+SO2+H2OC．NaOH+HCl=NaCl+H2OD．2H2+O2=2H2OⅡ.有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6mol·L-1的H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6mol·L-1的NaOH溶液中，如图所示。（4）写出甲中正极的电极反应式：____。（5）乙中铝为____极，写出铝电极的电极反应式：____。（6）如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料都是金属时，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，由此他们会得出不同的实验结论，依据该实验实验得出的下列结论中，正确的有____。A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质B．镁的金属性不一定比铝的金属性强C．该实验说明金属活动性顺序表已过时，没有实用价值了D．该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此具体问题应具体分析【答案】（1）Cu氧化硝酸银溶液（2）216g（3）AD（4）2H++2e-=H2（5）负Al-3e-+4OH-=AlO+2H2O（6）AD【分析】（1）在反应Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+中，Cu失去电子，在负极上发生氧化反应：Cu-2e-=Cu2+；正极上，Ag+得到电子生成银单质，所以该电池的负极材料为Cu，发生氧化反应，电解质溶液需要提供Ag+，故可用AgNO3溶液；（2）根据正极反应：Ag++e-=Ag，转移2mol电子，生成2molAg，即216gAg。（3）作为原电池工作时发生的反应的是自发的氧化还原反应，故为AD。（4）甲中镁比铝活泼，更容易和硫酸反应，所以镁作负极，失去电子，铝作正极，溶液中的H+得到电子，正极反应式为：2H++2e-=H2。（5）乙中铝能和NaOH溶液自发地发生氧化还原反应，所以铝作负极，总反应离子方程式为：Al-3e-+4OH-=AlO+2H2O。（6）镁的原子半径比铝大，且镁的核电荷数比铝小，所以镁比铝容易失去电子，所以镁比铝活泼，这是不争的事实，金属活动性顺序表依然是正确且有实用价值的。在乙中之所以铝作负极，是因为铝能和NaOH溶液自发地发生氧化还原反应而镁不能，所以利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质，同时该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此具体问题应具体分析，故AD正确。提分作业提分作业【练1】下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生大量气泡的是A． B．C． D．【答案】C【详解】A．该装置电极材料不能和电解质溶液自发的进行氧化还原反应，所以铜上没有气泡产生，A错误；B．该装置电极材料不能和电解质溶液自发的进行氧化还原反应，所以铜上没有气泡产生，B错误；C．该装置构成原电池，，锌作负极，铜作正极，正极上氢离子得电子生成氢气产生气泡，C正确；D．没有形成闭合电路不是原电池，Zn表面产生气泡，Cu表面无现象，D错误。答案选C。【练2】在下图所示的柠檬水果电池中，外电路上的电子从电极Y流向电极X。若X为铅电极，则Y可能是A．锌 B．银 C．石墨 D．铜【答案】A【详解】在柠檬水果电池中，外电路上的电子从电极Y流向电极X，说明Y是负极，X是正极，Y的活动性比X强。根据金属活动性顺序表，可知活动性：Zn＞Cu＞Ag，石墨是非金属单质，失去电子能力比金属弱，因此若X为铅电极，则Y应该是活动性比铅强的金属锌，故合理选项是A。【练3】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Cu。④Cu极上有H2产生。⑤若有1mol电子流过导线，则产生H2为0.5mol。⑥正极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+。A．①②③ B．③④⑤ C．④⑤⑥ D．②③④【答案】B【详解】①Zn可与硫酸发生氧化还原反应，而Cu不行，则Zn为负极，Cu为正极，①描述错误。②H+向正极移动，②描述错误。③电子流动方向为由负极流向正极：从Zn经外电路流向Cu，③描述正确。④Cu极上氢离子得电子生成氢气，则有H2产生，④描述正确。⑤若有1mol电子流过导线，则2mol氢离子得电子产生0.5molH2，⑤描述正确。⑥负极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+，⑥描述错误。综上所述，答案为B。【练4】某电池总反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+，下列与此电池总反应不符的原电池是（）A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池B．石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池C．铁片锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池D．银片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池【答案】C【详解】由总反应可知，负极应为铁，被氧化，电解质溶液应为含有Fe3+的溶液，题中A、B、D铁都为负极，但C中铁片、锌片、Fe2（SO4）3溶液组成的原电池中锌片为负极，铁片为正极，原电池反应为Zn+2Fe3+═2Fe2++Zn2+，故C与总反应不符合；故选C。【练5】如图所示，电流表指针发生偏转，同时A极质量减少，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是A．B极为原电池的正极 B．A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀硫酸C．C中阳离子向A极移动 D．A极发生氧化反应【答案】C【分析】电流表指针发生偏转，说明形成原电池反应，化学能转化为电能；同时A极质量减少，则A为原电池负极，B极上有气泡产生，B为原电池正极，C为电解质溶液。【详解】A．B极上有气泡产生，应为氢离子被还原为氢气，为原电池的正极，A正确；B．锌比铜活泼，且可以与稀硫酸反应生成氢气，稀硫酸作电解质溶液形成原电池时，Zn为负极、Cu为正极，符合题意，B正确；C．原电池中阳离子流向正极，即阳离子流向B极，C错误；D．A电极是原电池的负极，失去电子，发生氧化反应，D正确；综上所述答案为C。【练6】用A、B、C、D四块金属片进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应。据此，判断四种金属的活动性顺序是()A．A＞B＞C＞D B．C＞A＞B＞D C．A＞C＞D＞B D．B＞D＞C＞A【答案】C【分析】一般来说，在原电池中，较活泼的金属作负极，较不活泼的金属作正极。负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应。放电时电流从正极流向负极，电子从负极流向正极，据此判断金属活动性顺序。【详解】①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，

A极为负极，所以活泼性：A＞B；②在原电池中，电子从负极流经外电路流向正极，C、D用导线相连后同时浸入稀H2SO4中，电流由D→导线→C，则电子由C→导线→D

，则活泼性：C＞D；③A、C相连后，同时浸入稀疏酸溶液中，C极产生大量气泡，说明C极是正极，所以金属活泼性：A＞C；④B、D相连后，同时浸入稀疏酸溶液中，D极发生氧化反应，说明D极是负极，所以金属活泼性：D＞B。综上所述可知四种金属活泼性有强到弱顺序是：A＞C＞D＞B，故合理选项是C。【练7】如图所示：（1）铜与锌直接浸在同一电解质溶液中，形成了___________池，铜是___________极；锌是___________极；正极发生___________反应，负极发生___________反应。（2）写出电极反应式：正极：___________负极：___________。（3）溶液中的H+向___________极移动，溶液中的SO向___________极