学年高中化学专题2化学反应与能量转化第3单元化学能与电能的转化第1课时教学案苏教版必修2Word文档下载推荐.docx
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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-===
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
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:
B,A作负极,电极反应式为A-2e-===A2+;
据图Ⅱ知活动性:
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:
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
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H2
④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·
xH2O ⑤杂质碳被氧化
A.只有①②B.只有②③④
C.①②③④D.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( )
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
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>
ZB.X>
Z>
Y
C.Y>
X>
ZD.Y>
X
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>
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
2.如下图,下列装置属于原电池的是( )
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
A
Zn
Cu
CuCl2
B
H2SO4
CuSO4
D
Fe
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∶64
B.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
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Cu
④Cu极上有H2产生
⑤若有1mol电子流过导线,则产生H20.5mol
⑥正极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+
A.①②③B.③④⑤
C.④⑤⑥D.②③④
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,SO
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(NO
) ③a棒的质量 ④b棒的质量⑤溶液的质量
A.①③B.②④C.①③⑤D.②④⑥
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。
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>
EB.E>
P
C.P>
ED.E>
P>
N
解析 由①知,金属还原性:
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:
M;
N、E构成的原电池中,N作负极,故金属还原性:
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
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SO
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 ③Cu Cu-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+===2H2O ③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SO
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
电流计指针偏转方向
1
Al、Mg
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
偏向Cu
3
Al、C(石墨)
偏向石墨
4
氢氧化钠溶液
偏向Mg
5
Al、Zn
浓硝酸
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,电极反应式:
________________________________________;
③电池总反应式:
________________________________________。
(3)实验4中铝作负极还是正极?
________,理由
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