人教版高中化学必修第二册第六章化学反应与能量第一节第2课时化学反应与电能课件

(共50张PPT)
[学习目标]
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.了解原电池工作原理的应用。
一、火力发电——化学能间接转化为电能
其中燃烧(氧化还原反应)是能量转换的关键。
2.火力发电的主要缺点
(1)煤炭是不可再生能源。
(2)煤炭燃烧会产生污染性气体。
(3)经多次转换，能量损耗大，燃料利用率低。
热
二、原电池——化学能直接转化为电能
1.实验探究
实验装置 实验现象 实验结论
锌片上有气泡冒出，铜片上无气泡 锌与稀硫酸_____，铜与稀硫酸不反应
锌片上无气泡，铜片上有气泡冒出 产生H2(还原反应)的位置发生了改变
锌片上无气泡，铜片上有气泡冒出，电流表指针发生偏转 该装置将____能转化为___能
反应
化学
电
2.原电池
(1)概念：把化学能转化为___能的装置。
(2)工作原理(以铜—锌—H2SO4原电池为例)
①锌片：发生_____反应生成Zn2+而进入溶液，电极反应式为_________________。
②铜片：电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中的H＋在铜片上获得电子，发生____反应生成氢分子从铜片上逸出，电极反应式为_________________。
③电池总反应：_____________________。
电
氧化
Zn－2e－===Zn2+
还原
2H＋＋2e－===H2↑
Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑
(3)反应本质：原电池反应的本质是自发进行的________反应。
(4)构成条件
氧化还原
电解质
闭合回路
氧化还原
[自我思考]
铜—锌—稀硫酸构成的原电池中，电池工作时，溶液中阴、阳离子分别向哪一电极移动？
[特别提醒]　原电池工作原理

(1)反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
(2)电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。
(3)电流方向：正极→导线→负极。
(4)离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
即：“电子不下水，离子不上岸”。
[正误判断]　(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)火力发电过程中，机械能转化为电能是整个能量转化的关键( )
(2)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转( )
(3)在铜—锌—稀硫酸原电池中，电子由锌极通过导线流向铜极，再由铜极通过电解质溶液到达锌极( )
(4)原电池工作时，正极与负极转移电子数相等( )
×
×
×
√
1.(2025·福建学业考试)下列装置中，电流计指针能发生偏转的是(　　)
A
解析　Zn、Cu和稀硫酸能构成原电池，Zn为负极，Cu为正极，稀硫酸为电解质溶液，故电流计指针能发生偏转，A正确；酒精不是电解质，不能导电，不能构成原电池，电流计指针不发生偏转，B错误；两电极相同，均能与稀硫酸反应，不能构成原电池，电流计指针不发生偏转，C错误；不能形成闭合回路，不能构成原电池，电流计指针不发生偏转，D错误。
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的材料必须是两种不同的金属
B.原电池是将热能转化为电能的装置
C.在原电池中，电子流出的一极是负极
D.原电池工作时，正极发生氧化反应
解析　原电池的两极可能是由导电的非金属材料组成的，如氢氧燃料电池中用石墨做电极材料，或者一种金属和一种导电的非金属，A错误；原电池是向外提供电能的装置，是将化学能转变为电能的装置，B错误；原电池放电时，电子由负极流向正极，电子流出的一极是负极，C正确； 原电池中，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，D错误。
C
C
[名师点睛]
正、负极的判断方法
1.加快氧化还原反应的速率
(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中粒子运动时相互间的干扰减小，使反应速率增大。
(2)应用：实验室用Zn和稀H2SO4(或稀盐酸)反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4形成原电池，使产生H2的速率加快。
2.比较金属的活动性强弱
(1)原理：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。
(2)应用：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性：______。
A>B
3.设计原电池
(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先通过分析找出氧化剂、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)实例：
以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例
装置 材料选择 电极反应
负极：___
正极：Cu或C等(活泼性比Fe差的金属或导电的石墨棒均可)
电解质溶液：__________ 负极：
______________
正极：
______________
Fe
CuSO4溶液
Fe－2e－===Fe2+
Cu2+＋2e－===Cu
[正误判断]　(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)纯锌比粗锌与同浓度的稀硫酸反应，纯锌产生气泡的速率更快( )
(2)将镁片与铝片用导线相连浸入NaOH溶液中，镁作负极( )
(3)实验室中用Zn与稀H2SO4反应制H2时，加入几滴CuSO4溶液的作用是加快反应速率。( )
(4)将铁与铜用导线相连浸入稀盐酸中，铜表面有气泡冒出，说明铁比铜活泼( )
×
×
√
√
1.过量铁与少量稀硫酸反应，为了加快反应速率，但又不影响生成氢气的总量，可以采取的措施是(　　)
A.加入适量NaCl溶液 B.加入适量的水
C.加入几滴硫酸铜溶液 D.再加入少量稀硫酸
解析　加入适量水或NaCl溶液，硫酸的浓度降低，反应速率变慢，A、B项不符合题意；再加入少量稀硫酸，能与过量铁反应，产生H2的量增多，D项不符合题意；滴入几滴CuSO4溶液，Fe置换出Cu，附着在Fe上，Fe -Cu- H2SO4三者构成原电池，加快反应速率，C项符合题意。
C
2.有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下：
C
实验装置
部分实验现象 a极质量减小；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流计指示在导线中电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　)
A.d>a>c>b B.b>c>d>a C. d>a>b>c D. a>b>d>c
解析　原电池中较活泼的金属作负极，失去电子，发生氧化反应；电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。a极质量减小，b极质量增加，这说明a极是负极，b极是正极，则金属活动性：a>b；b极有气体产生，c极无变化，说明金属活动性：b>c；d极溶解，c极有气体产生，说明d极是负极，c极是正极，则金属活动性：d>c；电流计指示在导线中电流从a极流向d极，这说明d极是负极，a极是正极，则金属活动性：d>a；综上所述，四种金属的活动性顺序是d>a>b>c。
3.根据反应：2Ag＋＋Cu===Cu2+＋2Ag，设计如图所示原电池，下列说法错误的是(　　)
A.X可以是银或石墨，其作为正极
B.Cu极电极反应式为Cu－2e－===Cu2+，溶液中的阴离子移向X极
C.Y可以是AgNO3溶液，X极上的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag
D.Y足量时，当Cu极减轻6.4 g，则X极增重21.6 g
B
解析　根据2Ag＋＋Cu===Cu2+＋2Ag，Cu发生氧化反应，Cu是负极材料，Ag＋发生还原反应，Ag＋是正极反应物。Cu是负极材料，Ag的活泼性小于Cu，X可以是银或石墨，其作为正极，A正确；根据2Ag＋＋Cu===Cu2+＋2Ag，Cu发生氧化反应，Cu是负极，Cu极电极反应式为Cu－2e－===Cu2+，溶液中的阴离子向Cu极移动，B错误；Ag＋发生还原反应，Ag＋是正极反应物，所以Y可以是AgNO3溶液，X极上的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，C正确；当Cu极减轻6.4 g，参加反应的Cu的物质的量为0.1 mol，根据2Ag＋＋Cu===Cu2+＋2Ag，可知生成0.2 mol
Ag，则X极增重21.6 g，D正确。
1.(2025·合肥学业考试)下列各装置中铜电极上能产生气泡的是(　　)
解析　乙醇溶液不是电解质溶液，该装置不能形成原电池，故A不符合题意；该装置两个电极材料相同，不能构成原电池，故B不符合题意；该装置符合原电池的构成条件，锌比铜活泼，失电子作负极，铜作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，故C符合题意；该装置没有自发进行的氧化还原反应，不能构成原电池，故D不符合题意。
C
2.(2025·成都高一期末)根据原电池原理，下列有关如图装置的说法正确的是(　　)
A.若a为Ag，b为Cu，c为硫酸铜溶液，则a电极有红色固体析出
B.若a为Zn，b为Cu，c为稀硫酸，则b电极发生氧化反应
C.若a为Zn，b为Ag，c为硫酸铜溶液，每转移0.2 mol电子，b电极质量增加6.4 g
D.若a为Fe，b为Cu，c为浓硝酸，则负极发生的电极反应式为Fe－2e－===Fe2+
C
解析　Ag无法置换硫酸铜中的铜，不存在自发的氧化还原反应，不能实现化学能转化为电能，故A错误；Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu作正极，正极发生还原反应，故B错误；锌比银活泼，锌为负极，银为正极，负极反应式为Zn－2e－===Zn2+，正极反应式为Cu2+＋2e－===Cu，转移0.2 mol电子，生成0.1 mol Cu，即正极质量增加0.1 mol×64 g·mol-1＝6.4 g，故C正确；铁比铜活泼，但铁遇浓硝酸会钝化，故铜作负极，负极反应式为Cu－2e－===Cu2+，故D错误。
3.某原电池总反应为Cu＋2Fe3+===Cu2+＋2Fe2+，下列能实现该反应的原电池是(　　)
A
解析　根据原电池的总反应可知，Cu的化合价升高，Cu作负极，电解质溶液应含有Fe3+，另一个电极应是活动性比Cu弱的导电物质；B项，电解质溶液中不含Fe3+；C项，Zn比Cu活泼，Zn作负极；D项，发生的电池总反应是Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu。
A B C D
电极材料 Cu、C Cu、Ag Cu、Zn Fe、Zn
电解质溶液 Fe(NO3)3 FeSO4 FeCl3 CuSO4
4.有A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。
A－2e－===A2+
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________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)四种金属的活动性由强到弱的顺序是__________。
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
Cu2+＋2e－===Cu
变大
D>A>B>C
解析　根据图Ⅰ知活动性：A>B，A作负极，电极反应式为A－2e－===A2+；根据图Ⅱ知活动性：B>C，正极反应式为Cu2+＋2e－===Cu；根据图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：D>A>B>C。
解析　锂离子电池是化学能转化为电能的装置，为原电池，故A符合题意；风力发电，为机械能转化为电能，故B不符合题意；偏二甲肼燃烧是化学能转变为动能，故C不符合题意；太阳能集热器为太阳能转化为热能的装置，故D不符合题意。
A
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2.(2025·辽宁高一学业测试)下列关于如图所示原电池装置的叙述错误的是(　　)
A.锌片作负极
B.电子从锌片经导线流向铜片
C.将稀硫酸换成乙醇，电流表不偏转
D.该装置中化学能转化为电能的转化率可达100%
解析　活泼金属锌为负极，不活泼金属铜为正极，A正确；原电池中电子由负极经过外电路流向正极，由锌流向铜，B正确；乙醇不是电解质，稀硫酸换成乙醇不再满足原电池形成条件，没有电解质溶液，电流表指针不偏转，C正确；化学能转化为电能的转化效率不可能达到100%，还有部分化学能转化为热能等，故D错误。
D
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3.(2025·徐州高一检测)仅用下列提供的各组物质不能组成原电池的是(　　)
A
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选项 A B C D
电极材料 Cu、Cu 锌片、石墨棒 Al、Ag Cu、Fe
电解质溶液 稀HNO3 稀硫酸 Ba(OH)2溶液 FeCl3溶液
解析　两个铜电极均会与稀硝酸发生氧化还原反应，不能产生电势差，不能组成原电池，故A符合题意；锌能与稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，则锌片、石墨棒在稀硫酸中能产生电势差，能组成原电池，故B不符合题意；铝能与氢氧化钡溶液反应生成四羟基合铝酸钡和氢气，则铝、银在氢氧化钡溶液中能产生电势差，能组成原电池，故C不符合题意；铁能与氯化铁溶液反应生成氯化亚铁，则铜、铁在氯化铁溶液中能产生电势差，能组成原电池，故D不符合题意。
4.(2025·佛山高一期末)“科学素养，从小培养”，一款深受孩子喜爱的“盐水小汽车”的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.Mg片作电池的正极
B.空气中的氧气得到电子
C.化学能可直接转化为动能
D.溶液中的Cl－向石墨片移动
解析　镁为活泼金属，作电池的负极，失去电子发生氧化反应，A错误；溶解在食盐水中的氧气在石墨电极得到电子，发生还原反应，B正确；原电池将化学能转化为电能，小汽车将电能通过发动机转化为动能，C错误；溶液中的阴离子Cl－向原电池中负极镁片移动，D错误。
B
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5.两种金属A、B与稀硫酸组成原电池时，A是正极。下列有关推断正确的是(　　)
A.A的金属性强于B
B.电子不断由A电极经外电路流向B电极
C.A电极上发生的电极反应是还原反应
D.A在金属活动性顺序中一定排在氢前面
解析　A、B两种金属和稀硫酸组成的原电池，A是正极，说明A的金属性比B弱，A错误；外电路电子由负极流向正极，即由B电极经外电路流向A电极，B错误；原电池正极发生还原反应，即A电极上发生还原反应，C正确；A为正极，金属性较弱，可能排在氢的后面，D错误。
C
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6.(2025·泉州高一检测)如图所示，电流计G发生偏转，同时A极逐渐变细，B极逐渐变粗，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Zn、C为稀硫酸
B.A是Cu、B是Ag、C为稀硫酸
C.A是Fe、B是Ag、C为AgNO3溶液
D.A是Ag、B是Fe、C为AgNO3溶液
解析　A极逐渐变细，B极逐渐变粗，说明A是负极、B是正极，正极有金属单质析出。A是Zn、B是Zn、C为稀硫酸，两个电极相同，不能构成原电池，不选A；A是Cu、B是Ag、C为稀硫酸，Cu、Ag和稀硫酸均不反应，不能构成原电池，不选B；A是Fe、B是Ag、C为AgNO3溶液，Fe的活泼性大于Ag，Fe作负极、Ag作正极，负极：Fe－2e－===Fe2+，负极变细；正极：Ag＋＋e－===Ag，正极变粗，选C；A是Ag、B是Fe、C为AgNO3溶液，Fe的活泼性大于Ag，Fe作负极、Ag作正极，不选D。
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7.(2025·房山高一检测)某原电池的总反应是Fe＋Cu2+===Fe2+＋Cu，该原电池的正确组成是(　　)
C
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解析　由题干某原电池的总反应为Fe＋Cu2+===Fe2+＋Cu可知，Fe在反应中由0价转化为＋2价，化合价升高，发生氧化反应，故Fe作负极，Cu2+在反应中化合价由＋2价降低为0价，化合价降低，发生还原反应，故在正极上发生该反应。由于Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu为正极，电解质中的Cu2+被还原，A不符合题意；装置中没有自发发生的氧化还原反应，B不符合题意；由于Fe比Cu活泼，故Fe作负极，Cu为正极，电解质中的Cu2+被还原，C符合题意；装置中没有自发发生的氧化还原反应，D不符合题意。
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8.(2025·保定高一期末)某化学兴趣小组设计的一个简易的原电池装置如图，室温下进行了四组实验。下列说法正确的是(　　)
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C
实验标号 ① ② ③ ④
a电极材料 石墨 石墨 铁单质 铁单质
b溶液(足量) FeCl3溶液 浓硝酸 CuSO4溶液 稀硫酸
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9.依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2+(aq)＋2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题：

(1)电极X的材料是__________；电解质溶液Y是_____________；
(2)银电极为电池的__________极，发生的电极反应式为________________；X电极上发生的电极反应式为_______________；
(3)外电路中的电子是从__________电极流向__________电极。
Cu
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AgNO3溶液
正
Ag＋＋e－===Ag
Cu－2e－===Cu2+
X(或Cu)
Ag
解析　(1)由反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2+(aq)＋2Ag(s)可以知道，在反应中，Cu被氧化，失电子，应为原电池的负极， Ag＋在正极上得电子被还原，电解质溶液为AgNO3；(2)因正极为活泼性较Cu弱的Ag, Ag＋在正极上得电子被还原，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，X为负极，发生氧化反应；(3)原电池中，电子从负极经外电路流向正极，本题中由Cu极经外电路流向Ag极。
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10.将过量的等质量的两份锌粉a、b，分别加入相同质量、相同浓度的稀硫酸中，同时向a中加少量CuSO4溶液，图中产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系，其中正确的是(　　)
B
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解析　a中加入硫酸铜溶液，会置换出金属铜，形成锌、铜、稀硫酸原电池，加速金属锌和硫酸反应的速率，所以反应速率：a>b，速率越大，锌完全反应时所用的时间越短，所以a所用的时间小于b所用的时间；产生氢气的量取决于稀硫酸的物质的量，而a、b中金属锌均过量，分别和相同量的硫酸反应生成氢气的量相等，所以氢气的体积：a＝b。
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11.(2025·济宁高一检测)某同学用如图所示实验来探究构成原电池的一般条件，下列说法中正确的是(　　)

A.左瓶的灯泡发光 B.左瓶：Fe－2e－===Fe2+
C.右瓶中铜棒变粗 D.右瓶装置能将电能转化为化学能
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C
解析　左瓶中煤油不是电解质溶液，不能导电，不能形成原电池，右瓶可形成原电池，左瓶的灯泡不亮，故A错误；左瓶不能形成原电池，且铁不与硫酸铜溶液接触，左瓶里没有发生反应，故B错误；右瓶可形成原电池，Fe作负极，Cu作正极，正极电极反应式为Cu2+＋2e－===Cu，右瓶的铜棒变粗，故C正确；右瓶装置能将化学能转化为电能，故D错误。
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CD
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化学能转化为热能
化学能转化为电能
4.48 L
C
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