6.3 课题1 化学能转化为电能 同步学案（含答案）2024-2025学年高一化学苏教版（2019）必修2

课题1　化学能转化为电能
1. 知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化。
2. 以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。
3. 能辨识简单原电池的构成要素，并能分析简单原电池的工作原理。
1. 完成下列实验，将实验现象和得出的结论填入表格中：
步骤1：把一块锌片和一块铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察实验现象。
步骤2：把一块锌片和一块铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察实验现象。
步骤3：用导线把步骤2中的锌片和铜片连起来，观察实验现象。
步骤4：在步骤3的导线中间连接一个灵敏电流计(如左下图所示)，观察实验现象。
原电池示意图
实验步骤 实验现象 实验结论或解释
步骤1
步骤2
步骤3
步骤4
(1) 上述步骤3、4的装置中，________能转化为________能。这两个装置中发生反应的离子方程式为__________________________________________。
(2) 实验中，锌失去________，发生________反应，作原电池的________极，铜片为原电池的________极，溶液中________得到________，产生气体。
(3) 分别写出负极和正极的电极反应式，注明反应类型。
思考1：步骤3、4的装置中铜片不与稀硫酸反应，为什么铜上会有氢气生成？
思考2：若将步骤3的装置中铜片换作石墨棒，能否产生电流？电极反应式有无变化？
思考3：若将步骤3的装置中稀硫酸换成硫酸铜溶液，能否产生电流？电极反应式有何不同？
2. 原电池装置如图所示。什么是原电池？原电池的电极上分别发生什么反应？原电池中电子转移的方向是什么？电解质中离子移动的方向是什么？
3. 按如图装置完成下列实验，并根据电流计偏转方向确定A、B电极的类型。
序号 电极材料 电流计是否偏转 原电池的正、负极
A电极 B电极 A电极 B电极
① Cu C
② Fe C
③ Cu Al
④ Fe Cu
⑤ Cu Zn
(1) 若两种金属作电极，一般来说何种金属作正极，何种金属作负极？如果一个电极是金属，一个电极是石墨，则电极的规律又如何？
(2) 原电池的负极和正极分别发生什么类型的反应？
【归纳总结】
1. 结合前面介绍的各种原电池装置，分析讨论构成原电池有哪些基本要素。一般什么反应可能会形成原电池？
2. 下列装置能形成原电池的有(　　)
A B C D
1. 钢铁在潮湿的空气中很容易被腐蚀，因为在潮湿的空气中，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜，水膜里含有少量H＋、OH－和氧气等，从而形成一层电解质溶液，它与钢铁里的铁和少量碳形成无数微小的原电池。写出电极反应式和溶液中发生反应的离子、化学方程式，解释铁锈是怎样生成的。
2. 什么叫电化学腐蚀？钢铁的电化学腐蚀原理在生活中有广泛应用，如生活中常用的取暖产品——暖贴，阅读教材，了解暖贴放热的原理。
结合原电池原理，讨论原电池有哪些应用。
1. 下列各装置露置在空气中，能在外电路获得电流的是(　　)
A B C D
2. (教材习题)某原电池的总反应是Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu，该原电池的正确组成是(　　)
A B C D
3. (2023连云港东海期中)铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A. 正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B. 此过程中还涉及反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C. 此过程中Fe、Cu均被腐蚀
D. 此过程中电流从Fe经外电路移向Cu
4. (教材习题)把a、b、c、d 4种金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池。a、b相连，a为负极；c、d相连，d上有气泡逸出；a、c相连时，a质量减小；b、d相连，b为正极。则4种金属的活动性顺序由大到小排列为(　　)
A. a>c>d>b B. a>c>b>d C. b>d>c>a D. a>b>c>d
5. (教材习题)现有如图所示的甲、乙两装置，下列说法正确的是(　　)
甲　　　　乙
A. 甲装置中铜片是正极材料
B. 乙装置中锌片是负极反应物
C. 两装置中，铜片表面均无气泡产生
D. 甲装置中，铜片上发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2+
6. (2023广州真光中学月考)某电池的总反应式为Cu＋2Ag＋===Cu2+＋2Ag，该原电池的正确组合是(　　)
选项 A B C D
正极材料 Cu Ag Ag Cu
负极材料 Ag Cu Cu Ag
电解质溶液 AgNO3 AgNO3 CuSO4 CuSO4
7. 如图所示装置中，观察到M棒变粗，N棒变细，由此判断表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是(　　)
选项 M N P
A 银 锌 硝酸银溶液
B 铜 铁 稀盐酸
C 锌 铜 稀硫酸溶液
D 锌 铁 硝酸铁溶液
　　　　　
8. Ⅰ.A、B、C、D四种金属按表中装置图进行实验。
装置 甲 乙 丙
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) 装置甲中负极反应式是________________________________。
(2) 装置乙中正极反应式是________________________________。
(3) 四种金属活动性由强到弱的顺序是______________________。
Ⅱ. 分别按装置甲、乙进行实验，图中两只烧杯中的溶液为相同浓度的稀硫酸。
(1) 下列叙述正确的是________(填字母)。
A. 两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B. 甲中铜片作正极，乙中铜片作负极
C. 两烧杯的溶液中的H＋浓度均减小 甲　　　　　　乙
D. 产生气泡的速率：甲<乙
(2) 装置甲中，某同学发现不仅铜片上有气泡产生，锌片上也产生了气体，原因可能是____________________________________________________________。
(3) 装置甲中，若把稀硫酸换成CuSO4溶液，试写出铜电极的电极反应式：_____________________________________________________________________。
课题1　化学能转化为电能
【活动方案】
活动一：
1.
实验步骤 实验现象 实验结论或解释
步骤1 锌片表面有气泡产生，逐渐溶解，铜片表面无明显现象 锌与稀硫酸反应，铜与稀硫酸不反应
步骤2 锌片表面有气泡产生，逐渐溶解，铜片表面无明显现象 锌与稀硫酸反应，铜与稀硫酸不反应
步骤3 铜片表面有气泡产生，锌片逐渐溶解 锌失去电子形成Zn2+进入溶液，氢离子在铜片上得到电子生成氢气
步骤4 铜片表面有气泡产生，锌片逐渐溶解，电流计指针发生偏转 该装置可以将化学能转化为电能
(1) 化学　电 　Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑
(2) 电子　氧化　负　正　H＋　电子
(3) 负极：Zn－2e－===Zn2+(氧化反应)
正极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
思考1：虽然铜不活泼，不能失去电子，但锌比铜活泼，锌与稀硫酸接触时，失去电子，这些电子沿着导线传递到铜的表面，被溶液中接近的氢离子获得后，生成了氢气。
思考2：改为石墨棒后，仍可构成原电池，产生电流。更换后锌作负极，石墨棒作正极，电极反应式与电池总反应均不变。
思考3：将稀硫酸换成硫酸铜溶液，同样能构成原电池，产生电流。Zn作负极，发生失电子的氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2+；铜作正极，溶液中的Cu2+在铜电极上发生得电子的还原反应，电极反应式为Cu2+＋2e－===Cu，总反应式为Zn＋Cu2+===Cu＋Zn2+。
2. 原电池是将化学能转化为电能的装置。原电池的两个电极上分别发生氧化反应和还原反应。还原剂在负极发生氧化反应，失去电子；氧化剂在正极发生还原反应，得到电子。电子通过导线由原电池负极流向正极。溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
3. ①偏转　负极　正极　②偏转　负极　正极　③偏转　正极　负极　④偏转　负极　正极　⑤偏转　正极　负极
(1) 较活泼的金属作负极，较不活泼的金属作正极。金属电极作负极，石墨电极作正极。
(2) 负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
活动二：
1. 构成原电池的要素：有两个活动性不同的电极、有电解质溶液、形成闭合电路。一般自发的氧化还原反应(放热)可能会形成原电池。
2. B
活动三：
1. 负极(铁)：Fe－2e－===Fe2+
正极(碳)：2H2O＋O2＋4e－===4OH－
铁失去电子被氧化，Fe2+与OH－结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3在一定条件下发生脱水反应，生成红色的铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)。
2. 不纯的金属与电解质溶液接触，发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子被氧化，这种腐蚀叫作电化学腐蚀。暖贴的内部含铁粉、活性炭、食盐、蛭石、木粉的混合物。铁粉、活性炭、食盐一旦与空气中的氧气和水蒸气接触就会构成原电池，木粉能够吸水并保持水分，蛭石能够保温。原电池的形成提高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。
活动四：
原电池原理可用于比较金属活动性，通常情况下活动性较强的金属作负极(有例外)。根据反应现象可以判断原电池的正、负极，一般析出金属或产生氢气的一极为原电池的正极。原电池可用于改变化学反应速率，如Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，Zn置换出的铜与锌能构成原电池，从而提高Zn与稀硫酸反应的速率。利用原电池原理，设计保护金属的方法，如船体是钢铁材料，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)，构成原电池，比铁活泼的金属被氧化，船体得到保护。
【课堂反馈】
1. B　A、D项，两极的材料相同，不能构成原电池；C项，酒精是非电解质，不能构成原电池。
2. A　由总反应：Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu可知，锌为负极材料，电解质溶液中含有Cu2+，正极材料的活动性要弱于锌，故选A。
3. B　正极上O2得到电子转化为OH－，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A错误；电化学腐蚀过程中生成的Fe(OH)2易被氧化成Fe(OH)3，B正确；铜为正极，被保护，未被腐蚀，C错误；此过程中，电子从Fe经外电路移向Cu，电流从Cu经外电路移向Fe，D错误。
4. A　a、b相连，a为负极，则金属活动性a>b，c、d相连，d上有气泡逸出，则d为正极，金属活动性c>d，a、c相连时，a质量减小，则a为负极，金属活动性a>c；b、d相连，b为正极，则金属活动性d>b；综上所述，金属活动性a>c>d>b。故选A。
5. A　甲装置中，锌为负极材料，铜为正极材料，A正确；装置乙没有构成原电池，不存在正、负极，B错误；甲装置中，铜片表面生成H2，C错误；甲装置中，铜片上发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，D错误。
6. B　根据电池的总反应式Cu＋2Ag＋===Cu2+＋2Ag分析，Cu元素的化合价升高，Cu作负极，Ag元素的化合价降低，Ag＋在正极上发生得电子的还原反应，电解质溶液是含Ag＋的可溶性盐溶液，即硝酸银溶液，B符合题意。
7. A　N棒变细，说明N棒是负极，金属溶解，N的金属性强于M，C、D不符合条件；M棒变粗，说明溶液中有金属阳离子在正极得电子，A符合条件，B不符合条件。
8. Ⅰ.(1) A－2e－===A2+
(2) Cu2+＋2e－===Cu　(3) D>A>B>C
Ⅱ. (1) C　(2) 锌片不纯，锌与杂质构成原电池
(3) Cu2+＋2e－===Cu