专题6 第三单元 第1课时　化学能转化为电能 学案（含答案）

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
[核心素养发展目标]　1.设计实验认识构成原电池的条件。2.理解原电池的概念及工作原理，能正确判断原电池的正负极。3.认识化学能转化为电能的原理及其在生产、生活中的应用。
一、原电池工作原理
1．实验探究
实验装置 实验现象 实验结论
锌片：_______________ _____________________ 铜片：_______________ _____________________ 锌与稀硫酸_________，铜与稀硫酸_____________________________
锌片：_______________ _____________________ 铜片：_______________ _____________________ 锌与稀硫酸___________________，铜与稀硫酸_____________
锌片：_______________ _____________________ 铜片：_______________ _____________________ 锌________电子，生成___________进入溶液，氢离子在铜片上______电子生成________
铜片：______________ 锌片：______________ 电流计：____________ 锌________电子，生成__________，电子经过导线流向____________，产生电流，___________在铜片上__________电子生成__________，反应过程中产生了_______
2.原电池的概念
原电池是把________能转化为______能的装置；原电池反应的本质是____________反应。
3．原电池的工作原理
(1)分析下图并填空
原电池总反应式：________________________________________________________。
(2)能量转化：________能转变为____________能。
(3)电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。
(4)离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
4．原电池的构成条件
1．下列装置中哪些能够组成原电池？不能构成原电池的试分别说明理由。
2．在原电池中活泼性强的金属一定是负极吗？
(1)HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池(　　)
(2)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流计指针发生偏转(　　)
(3)在铜、锌和稀硫酸组成的原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌(　　)
(4)原电池中阳离子向正极移动(　　)
(5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子(　　)
1．某实验兴趣小组用如图所示装置做完实验后，在读书卡片上记下了如下6条记录，其中合理的是(　　)
卡片NO：28　Date：2021.3.12 实验后的记录： ①Zn为正极，Cu为负极 ②H＋向负极移动 ③电子流动方向为Zn→导线→Cu ④Cu极有H2产生 ⑤若有1 mol电子通过导线，则产生0.5 mol H2 ⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
A．①②③ B．③④⑤
C．④⑤⑥ D．②③④
2．根据原电池工作原理，结合装置图，按要求解答问题：(已知：2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑)
(1)若X为Zn，Y为Cu，Z为硫酸铜溶液，则X为______(填电极名称)，判断依据：______；
铜电极的名称是________，溶液中的Cu2＋移向________(填“X”或“Y”)电极。
(2)若X为Mg，Y为Al，Z为氢氧化钠溶液，则X为________(填电极名称)，Y电极可能观察到的现象是____________________________。
3．近年来野外生存的真人秀节目在各大卫视频繁播放。某节目中野外生存达人用一个柠檬、一排铜钉和一排锌钉制作的水果电池用于野外生火。某同学感到好奇自己制作了一个这样的“超级柠檬电池”。
(1)该电池的电池反应是______________________________________(用离子方程式表示)。
(2)若用铁片代替锌片，LED______(填“能”或“不能”，下同)亮，原因是___________。
(3)若用铁片代替铜片，LED______亮，原因是____________________________________
____________________________________________________________________________。
(4)若用银片代替锌片，LED______亮，原因是____________________________________
____________________________________________________________________________。
二、原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应的进行
例如：
(1)实验室用Zn和稀H2SO4(或稀盐酸)反应制取H2，常用粗锌。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4(或稀盐酸)形成______，加快了锌的溶解，使产生H2的速率加快。
(2)生活中常用的取暖产品——暖贴
暖贴内的铁粉、活性炭、食盐一旦与空气中的氧气和水蒸气接触就会形成__________，加快了铁被氧气氧化的速率，短时间内产生较多的热，供人们取暖。
2．比较金属的活动性
一般，若两种金属A、B与电解质溶液构成原电池，若金属A作负极，则金属活动性：__________________。
3．设计原电池
例如：利用氧化还原反应Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu可设计原电池。
电极反应式 材料选择 装置
负极：_______________ 正极：_______________ 负极：_____ 正极：Cu或C等(活泼性比Fe差的金属或能导电的石墨棒均可) 电解质溶液：________溶液
4.解释生活中的现象——钢铁的电化学腐蚀
钢铁在潮湿的空气中容易生锈，分析如下：
形成条件 钢铁表面形成的电解质溶液中溶有____，通常溶液呈______性或______性
电极材料 负极是____，正极是____
电极反应 负极：______________________________ 正极：______________________________
总反应式
溶液中的反应 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3， 2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 铁锈
电化学腐蚀概念 不纯金属与电解质溶液接触，发生____________反应，比较活泼的金属____________被氧化，这种腐蚀叫作____________
1．钢铁的电化学腐蚀原理如图所示，下列有关说法错误的是(　　)
A．钢铁里的铁和碳与电解质溶液形成无数微小的原电池
B．铁电极发生氧化反应
C．负极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．放置一段时间后，铁片上有铁锈出现
2．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验装置
部分实验现象 a极质量减小，b极质量增大 b极有气体产生，c极无变化 d极溶解，c极有气体产生 电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　)
A．a>b>c>d B．b>c>d>a
C．d>a>b>c D．a>b>d>c
3．常温下用过量铁片与稀硫酸反应制取氢气，采取下列措施：①不用铁片，改用铁粉；②加入少量Na2SO4溶液；③加入少量CuSO4固体；④向H2SO4中通入HCl气体；⑤加入NaNO3固体；⑥将稀硫酸换为98%的硫酸。其中可加快H2生成速率的措施有(　　)
A．①③④ B．①③⑥
C．②④⑤ D．①④⑥
4．现有如下两个反应：
A：H2SO4＋2KOH===K2SO4＋2H2O
B：Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
(1)根据上述两反应的本质，________(填字母)反应能设计成原电池，其原因是______
__________________________________________________________________________。
(2)将上述能设计成原电池的反应设计成原电池。
①写出电极反应式及反应类型：
负极：__________________________________，_______________________________；
正极：__________________________________，_______________________________。
②画出装置图并标明电极材料与名称、电解质溶液、电子流向。
③若导线上通过电子2 mol，则负极质量减轻________g。
给定反应设计原电池的一般思路
(1)标：标出元素的化合价，根据化合价的升降找还原剂、氧化剂。
(2)找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。
(3)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。
1.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
2．如图装置中，M棒变细，N棒变粗。由此判断下表所列M、N、R物质，其中合理的是(　　)
选项 M N R
A 锌 铜 稀硫酸
B 铜 铁 稀盐酸
C 铁 铜 硝酸银
D 铜 铁 蔗糖溶液
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．①② B．②③④
C．①②③④ D．①②③④⑤
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．①②③④ B．④②①③
C．③①②④ D．②①③④
5．(2022·山东泰安高一期末)某原电池总反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，能实现该反应的原电池是(　　)
选项 A B C D
正极 Ag C Fe Cu
负极 Fe Fe Zn Fe
电解质溶液 FeCl3 FeCl2 Fe2(SO4)3 CuSO4
6．由锌片、铜片和200 mL稀H2SO4组成的原电池如图所示：
(1)原电池的负极反应式是____________________________________________________，
正极反应式是______________________________________________________________。
(2)电流的方向是____________________________________________________________。
(3)一段时间后，当在铜片上放出1.68 L(标准状况)气体时，H2SO4恰好消耗一半。则产生这些气体的同时，共消耗________g锌，有________个电子通过了导线，原硫酸的物质的量浓度是________(设溶液体积不变)。
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
一、
1．逐渐溶解，有气泡产生　没有变化　反应生成氢气　不反应　逐渐溶解，有气泡产生　没有变化　反应生成氢气　不反应　逐渐溶解　有气泡产生　失去　锌离子　得到　氢气　逐渐溶解　有气泡产生　指针发生偏转　失去　锌离子　铜片　氢离子　得到　氢气　电能
2．化学　电　氧化还原
3．(1)负极　氧化反应　Zn－2e－===Zn2＋　正极　还原反应　2H＋＋2e－===H2↑　Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑　(2)化学　电
4．活泼性不同　电解质　闭合回路　氧化还原
深度思考
1．③⑤　①中只有一个电极，②中两个电极的活泼性相同，④中为非电解质溶液，不能导电，⑥中电解质溶液(内电路)未形成闭合回路。
2．不一定。例如Mg和Al用导线连接后，插入NaOH溶液中，Mg是正极，Al是负极。
正误判断
(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×
应用体验
1．B　[在铜锌原电池中，锌为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===
Zn2＋，Cu为正极，得到电子，发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，所以H＋向正极移动，电子由锌流出，经过导线流向铜，每流过1 mol电子，生成0.5 mol H2，正确答案为③④⑤。]
2．(1)负极　锌的活泼性比铜强，锌失电子发生氧化反应　正极　Y
(2)正极　铝电极逐渐溶解
3．(1)Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(2)能　铁能与酸反应，LED灯仍然能亮
(3)能　锌比铁活泼，仍然发生反应Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，LED灯仍然能亮
(4)不能　银和铜都不能与酸反应，无电流产生，LED灯不亮
二、
1．(1)原电池　(2)原电池
2．A＞B
3．Fe－2e－===Fe2＋　Cu2＋＋2e－===Cu　Fe　CuSO4
4．O2　中　弱碱　Fe　C　2Fe－4e－===2Fe2＋　2H2O＋O2＋4e－===4OH－　2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2　原电池　失去电子　电化学腐蚀
应用体验
1．C　[钢铁里的铁和碳与电解质溶液形成无数微小的原电池，发生了电化学腐蚀，A正确；铁作负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，碳作正极，正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，氢氧化亚铁被氧化生成氢氧化铁，氢氧化铁失水生成氧化铁，因此放置一段时间后，铁片上有铁锈出现，B、D正确，C错误。]
2．C　[装置一是原电池，a极质量减小，b极质量增大，则a极为负极，b极为正极，金属的活动性：a>b；装置二没有形成原电池，b极有气体产生，c极无变化，则b比c活泼，且c在金属活动性顺序表中位于氢的后面；装置三中d极溶解，c极有气体产生，则d极为负极，c极为正极，金属的活动性：d>c；装置四中电流从a极流向d极，则a极为正极，d极为负极，d比a活泼，因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。]
3．A　[①将铁片换为等质量的铁粉，增加接触面积加快化学反应速率；②加入少量Na2SO4溶液，氢离子浓度降低，反应速率减慢；③加入少量CuSO4固体，铁置换出铜，形成原电池，可加快反应速率；④向H2SO4中通入HCl气体，氢离子浓度增大，化学反应速率增大；⑤加入NaNO3固体，因硝酸根离子在酸性条件下具有强氧化性，与铁反应不产生氢气；⑥将稀硫酸换成98%的硫酸，铁遇浓硫酸发生钝化；综上所述，能加快氢气生成速率的措施有①③④。]
4．(1)B　A为非氧化还原反应，没有电子转移；B为氧化还原反应，有电子转移　(2)①Cu－2e－===Cu2＋　氧化反应　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　还原反应
②
③64
随堂演练　知识落实
1．C　[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，因此电流由铜流向锌，故错误。]
2．C　[由于蔗糖溶液不是电解质溶液，故D错误；M棒变细，N棒变粗，则M为负极，N为正极，M的金属活动性比N强，故B错误；N棒变粗则电解质溶液中有能得电子的金属阳离子，故A错误。]
3．C　[钢铁在腐蚀过程中，负极发生反应：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．B　[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。]
5．A　[A中原电池总反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，正确；B中没有自发的氧化还原反应，不能构成原电池，错误；C中锌比铁活泼，锌作负极，发生氧化反应，总反应为Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋，错误；D中原电池总反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，错误。]
6．(1)Zn－2e－===Zn2＋　2H＋＋2e－===H2↑　(2)由Cu极经导线流向Zn极　(3)4.875　9.03×1022　0.75 mol·L－1
解析　(1)原电池的负极反应式是Zn－2e－===Zn2＋，正极反应式是2H＋＋2e－===H2↑。(2)电流的方向是由Cu极经导线流向Zn极。(3)产生1.68 L(标准状况)气体即0.075 mol H2，通过0.075 mol×2＝0.15 mol电子，消耗0.075 mol Zn和0.075 mol H2SO4，所以m(Zn)＝0.075 mol×
65 g·mol－1＝4.875 g，N(e－)＝0.15 mol×6.02×1023 mol－1＝9.03×1022，c(H2SO4)＝＝0.75 mol·L－1。