高中化学专题2化学反应与能量转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案苏教版高一必修26Word文档下载推荐.docx

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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：

两个活泼性不同的电极，插入电解质溶液中，装置形成闭合回路）。

例2

　如图，电流计的指针发生偏转，同时A极的质量减小，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分别可以为Zn、Cu和稀盐酸

C．C中阳离子向A极移动

D．A极发生氧化反应

答案　C

解析　原电池中，负极金属失去电子，发生氧化反应溶解，质量减小，故A极为负极，B极为正极，A、D项正确；

A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B项正确；

电解质溶液中阳离子移向正极，C项错误。

二、原电池原理的应用

1．钢铁的电化学腐蚀

（1）电化学腐蚀

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而被氧化的腐蚀。

（2）钢铁的电化学腐蚀

电解质溶液

钢铁表面水膜中含有H＋和OH－，还溶有O2等气体

电极

负极

材料：

Fe，电极反应：

Fe－2e－===Fe2＋

正极

C，电极反应：

O2＋4e－＋2H2O===4OH－

总反应

2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2，进一步被氧化，4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3，Fe（OH）3易分解生成铁锈（Fe2O3·

xH2O）

2.金属活动性强弱的判断

由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验

装置

现象

二价金属A不断溶解

C的质量增加

A上有气体产生

（1）装置甲中负极的电极反应式是A－2e－===A2＋。

（2）装置乙中正极的电极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu。

（3）四种金属活动性由强到弱的顺序是D>

A>

B>

C。

原电池工作原理的应用

（1）比较金属活动性

原电池中，作负极的金属活动性一般比作正极的金属活动性强。

（2）改变化学反应速率

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。

（3）设计原电池

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。

例3

　（2018·

台州月考）在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。

铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式：

2Fe＋2H2O＋O2===2Fe（OH）2，Fe（OH）2进一步被氧气氧化为Fe（OH）3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。

下列说法正确的是（　　）

A．铁片发生还原反应而被腐蚀

B．铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域

C．铁片腐蚀中负极发生的电极反应：

2H2O＋O2＋4e－===4OH－

D．铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀

答案　D

解析　铁作负极，发生失电子的氧化反应，选项A错误；

铁片负极腐蚀最严重，由于离子的移动，在正极区域生成铁锈最多，选项B错误；

铁作负极，发生失电子的氧化反应，即Fe－2e－===Fe2＋，选项C错误；

D项，铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀，铁作负极，碳作正极，选项D正确。

例4

　某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是（　　）

选项

A

Cu

Zn

HCl

B

CuSO4

C

D

ZnCl2

考点　原电池原理的应用

题点　设计原电池

解析　将Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu拆开两个半反应：

氧化反应（负极反应）：

Zn－2e－===Zn2＋。

还原反应（正极反应）：

Cu2＋＋2e－===Cu。

则电池的负极是Zn，正极是比锌不活泼的金属或导电的非金属，电解质溶液中含Cu2＋。

方法技巧——设计原电池的方法

（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。

原电池是把化学能转化为电能的装置。

其工作原理是

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×

”）

（1）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（　　）

（2）NaOH＋HCl===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池（　　）

（3）原电池中的阳离子由负极区向正极区移动（　　）

（4）在Zn|稀硫酸|Cu原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌（　　）

（5）把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴CuCl2溶液，气泡放出速率加快（　　）

题点　原电池的综合应用

答案　

（1）√　

（2）×

　（3）√　（4）×

　（5）√

2.如图为某兴趣小组制作的番茄电池，下列说法正确的是（　　）

A．电子由铜通过导线流向锌

B．该装置是将电能转化为化学能的装置

C．锌电极发生氧化反应

D．电流由锌通过导线流向铜

考点　原电池工原理

题点　原电池工作原理

解析　A项，铜作正极，锌作负极，因此电子由锌流向铜，故错误；

B项，该装置将化学能转化为电能，故错误；

C项，锌作负极失去电子，发生氧化反应，故正确；

D项，电子与电流的方向相反，因此电流由铜极流向锌极，故错误。

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H2④Fe（OH）3失水形成Fe2O3·

xH2O　⑤杂质碳被氧化

A．①②B．②③④

C．①②③④D．①②③④⑤

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．下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是（　　）

A．①②③④B．④②①③

C．③①②④D．②①③④

题点　金属腐蚀快慢的比较

答案　B

解析　③中的锌作负极，腐蚀速率最快；

④中的锌与外界不接触，腐蚀速率最慢；

②中的锌作正极，腐蚀速率比①中的锌要慢；

因此腐蚀速率由慢到快的顺序为④②①③，故B正确。

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_________________________；

铜片上观察到的现象为___________________________________________________，原电池总反应的离子方程式为__________________________________________________________。

题点　常考多变的锌铜原电池

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，原电池总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。

[对点训练]

题组一　化学能转化为电能

1．如图所示各装置中，不能构成原电池的是（烧杯中所盛液体都是稀硫酸）（　　）

考点　能源与构成原电池的条件

题点　原电池的形成条件与判断

解析　原电池的形成条件包括活动性不同的电极、电解质溶液、形成闭合回路、自发进行氧化还原反应。

对图示各个装置进行观察，发现只有D不能形成闭合回路，因此不能形成原电池。

2．下列关于原电池的叙述，正确的是（　　）

A．构成原电池的正极和负极材料必须是两种活泼性不同的金属

B．原电池是将化学能转变为电能的装置

C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原

D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极

考点　原电池工作原理和正负极的判断

题点　原电池构成和原理的理解

解析　构成原电池的正极和负极可以是两种活泼性不同的金属，也可以是导电的非金属（如石墨棒）和金属，A错误；

原电池是将化学能转变为电能的装置，B正确；

在原电池中，负极上发生失去电子的氧化反应，正极上发生得到电子的还原反应，所以电子从负极沿导线流向正极，C错误；

原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极，则电流的方向是从正极到负极，D错误。

3．（2017·

湖北部分重点中学期末联考）某实验兴趣小组按下图装置实验后，所记录内容合理的是（　　）

实验记录

①Cu为正极，Zn为负极；

②Zn质量减少，Cu质量增加；

③SO

向Cu极移动；

④电子流向：

由Zn经导线流入Cu片；

⑤Zn电极发生还原反应；

⑥正极反应式：

A.②③④B．①②④⑥

C．①②④⑤D．②③⑤⑥

解析　①Zn比Cu活泼，Zn为负极，Cu为正极，故正确；

②铜为正极，发生反应：

Cu2＋＋2e－===Cu，铜极质量增大，故正确；

③原电池工作时，阴离子向负极移动，故错误；

④电子由负极流向正极，即电子由Zn电极流向Cu电极，故正确；

⑤Zn电极发生氧化反应，故错误；

⑥正极发生还原反应，电极反应方程式为Cu2＋＋2e－===Cu，故正确。

综上所述，B正确。

4．人造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池，其电池的电极反应式：

Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。

据此判断氧化银是（　　）

A．负极，被氧化B．正极，被还原

C．负极，被还原D．正极，被氧化

题点　正、负极的判断

解析　电池的电极反应式：

Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，从中可以看出锌的化合价升高，所以锌为负极，被氧化，而氧化银中的银化合价降低，故氧化银为正极，被还原，故B符合题意。

5．（2017·

武汉高一检测）如图将锌片和铜片用导线连接后放入稀硫酸中，发生原电池反应，下列叙述错误的是（　　）

A．溶液的pH增大

B．溶液中的Zn2＋浓度增大

C．溶液中的SO

浓度增大

D．溶液的密度增大

考点　原电池的工作原理和正负极的判断

解析　A项，氢离子浓度降低，溶液的pH增大，正确；

B项，锌不断溶解，溶液中的Zn2＋浓度增大，正确；

C项，由于在反应过程中溶液中SO

没有参加反应，所以溶液中c（SO

）不变，错误；

D项，原电池放电时，溶液由硫酸溶液逐渐变成硫酸锌溶液，所以溶液的密度增大，正确。

6.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

题点　多角度判断正、负极

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。

题组二　原电池工作原理的应用

7．X、Y、Z、W四种金属片浸在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示：

则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为（　　）

A．Z>

Y>

X>

WB．Z>

W

C．Z>

W>

XD．Y>

Z>

考点　原电池工作原理的应用

题点　比较金属活泼性的强弱

答案　A

8．（2018·

南宁六中5月考试）下面是四个化学反应，你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是（　　）

A．2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

B．2H2＋O2

2H2O

C．Mg3N2＋6H2O===3Mg（OH）2＋2NH3↑

D．CH4＋2O2

CO2＋2H2O

题点　能否设计原电池的化学反应分析

解析　只有属于氧化还原反应，才能用于设计原电池；

A、B、D属于氧化还原反应，均可以设计为原电池。

C不属于氧化还原反应，不能设计成原电池，C正确。

9．（2018·

北京四中4月月考）为将反应2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是（铝条均已除去了氧化膜）（　　）

题点　原电池的设计

解析　A项为原电池，铝为负极，但总反应为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO

＋3H2↑，不符合；

C项为原电池，但硝酸是氧化性酸，则总反应为Al＋4H＋＋NO

===Al3＋＋NO↑＋2H2O，不符合；

D项装置中有外接电源，不属于原电池，不符合。

10．小颖同学用如图所示装置研究原电池原理，下列说法错误的是（　　）

A．若将图1装置的Zn、Cu直接接触，Cu片上能看到气泡产生

B．图2装置中SO

向Cu片移动

C．若将图2中的Zn片改为Mg片，Cu片上产生气泡的速率加快

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

题点　原电池工作原理的探究

解析　Zn、Cu直接接触就能构成闭合回路而形成原电池，Cu片上可看到有气泡产生，A项正确；

SO

带负电荷，应该向负极Zn片移动，B项错误；

由于Mg的失电子能力强于Zn，所以将Zn片改为Mg片后，电子转移速率加快，生成H2的速率也加快，C项正确；

假设图2中正极产生2gH2，则转移2mol电子，消耗负极65gZn，而图3中正极析出64gCu，也转移2mol电子，消耗负极65gZn，故Zn片减轻的质量相等，D项正确。

题组三　钢铁的电化学腐蚀

11．（2018·

深圳高一期末）下图实验为研究金属腐蚀的实验。

下列相关说法正确的是（　　）

A．该实验研究的是金属的吸氧腐蚀

B．铁表面的反应为Fe－3e－===Fe3＋

C．红色首先在食盐水滴的中心出现

D．食盐水中有气泡逸出

题点　钢铁的电化学腐蚀

解析　A项，食盐水显中性，因此该实验属于钢铁的吸氧腐蚀，正确；

B项，负极上发生的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，错误；

C项，食盐水滴周围液体少，氧气量多，所以红色首先在食盐水滴的周围出现，错误；

D项，正极上发生的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，所以食盐水中没有气泡逸出，错误，答案选A。

12．（2018·

毕节市段考）关于金属材料的锈蚀说法不一，其中没有科学道理的是（　　）

A．金属接触水和空气锈蚀加快

B．改变金属的内部结构形成合金能抵御金属锈蚀

C．金属表面刷油漆可以抵御金属锈蚀

D．不断擦去铝表面的锈能抵御铝的继续锈蚀

题点　金属的电化学腐蚀与防护

解析　A项，金属接触水和空气锈蚀加快，正确；

B项，铁中掺入铬和镍等金属改变内部结构，制成不锈钢可以防腐蚀，所以改变金属的内部结构能抵御金属锈蚀，正确；

C项，金属防锈的措施之一是在金属表面刷油漆，正确；

D项，不断擦去铝表面的锈，使得内部金属暴露出来，加快了铝的腐蚀而不是抵御铝的继续锈蚀，错误。

[综合强化]

13．（2018·

余姚期中）目前，市场上有多种“热敷袋”出售，有一次性的，有可以重复使用的。

某一化学研究性学习小组在研究了某种“热敷袋”的构造后，决定自己制造一个一次性“热敷袋”，制造过程如下：

①称取15g小颗粒状活性炭，40g还原铁粉，5g细木屑，都放在一只烧杯中，再加入15mL15%食盐水，用玻璃棒搅拌均匀。

②用大头针在小塑料袋上扎几十个针眼（袋的两层同时扎穿），把烧杯里的混合物全部加入小塑料袋中，封上袋口，再放入大塑料袋中，封上袋口，可长期保存。

③使用时将大塑料袋袋口打开，反复搓揉小塑料袋5～8min，能感觉温度明显上升。

回答下列问题：

（1）该一次性“热敷袋”利用了________原理。

（2）使用时将大塑料袋袋口打开的原因是让氧气进入反应，写出其电极反应式________________________________________________________________________；

炭粉的作用是__________________________________________________________。

（3）将使用过的“热敷袋”打开，发现有大量棕红色粉末生成，该物质主要成分是________，写出生成该物质的化学反应方程式：

①________________________________________________________________________；

②________________________________________________________________________。

答案　

（1）原电池

（2）O2＋2H2O＋4e－===4OH－　作原电池正极，加快铁的腐蚀

（3）铁锈（或Fe2O3）

①4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3

②2Fe（OH）3===Fe2O3＋3H2O

解析　

（1）铁、碳和氯化钠溶液能自发进行氧化还原反应而构成原电池，所以热敷袋利用原电池原理。

（2）与氧气接触，发生金属的吸氧腐蚀，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，其中炭粉的作用是作原电池正极，加快铁的腐蚀。

（3）铁发生吸氧腐蚀后最终产物红棕色粉末为铁锈，其成分为氧化铁（Fe2O3）；

发生反应的化学方程式为4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3,2Fe（OH）3===Fe2O3＋3H2O。

14．（2017·

咸宁高一检测）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________反应（填“氧化”或“还原”），电解质溶液是____________。

（2）正极上出现的现象是________________________________________________。

（3）若导线上转移电子1mol，则生成银______g。

答案　

（1）Cu　氧化　AgNO3溶液

（2）碳棒上出现银白色物质

（3）108

解析　

（1）根据电池的总反应，可知负极一般是失电子的物质，所以负极材料应该是铜，发生氧化反应，电解质溶液是一种可溶性的银盐溶液，所以是AgNO3溶液。

（2）正极上是溶液中的银离子得到电子变成银单质，所以正极上的现象是碳棒上出现银白色物质。

（3）当导线上转移1mol电子的时候，正极上会析出1mol银单质，所以正极上生成的银的质量是108g。

15．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？

________，理由是_______________________________

__________________________________________________________