高中化学课时讲练通课件：121 化学能与电能的转化（苏教版选修4）

(共54张PPT)
1.请思考原电池是如何将化学能转化为电能的？
提示：氧化剂和还原剂分别在两电极发生反应，还原剂失电子，氧化剂得电子，电子转移过程中流经导线，电子的定向移动形成电流，从而实现化学能转化为电能。
2.在必修2中学习过的将锌片和铜片直接置于CuSO4溶液中形成的原电池，如果用它做电源，不但效率低，而且时间稍长电流就很快减弱，因此不适合实际应用。这是什么原因造成的呢？
提示：由于锌片与CuSO4溶液直接接触，反应一段时间后，难以避免溶液中有Cu2+在锌片表面被直接还原，一旦有少量铜在锌片表面析出，使向外输出的电流强度减弱，当锌片表面完全被铜覆盖后，反应就终止了，也就无电流再产生。
3.铜锌原电池原理示意图中盐桥的作用是什么？取出盐桥，是否还能继续产生电流？
提示：盐桥的作用是使原电池构成闭合回路，盐桥中装有KCl和琼脂，离子能在盐桥中移动，使两烧杯中离子作定向移动，构成闭合回路，形成稳定的电流。若取出盐桥，则不能形成闭合回路，电极反应就会停止，不再有电流产生。
4.结合原电池工作原理，讨论原电池中电子得失是否有先后关系？得失电子之间存在什么关系？
提示:整个原电池装置中电子总数并没有发生变化，电子的得失是同时发生的，不存在先后关系，即负极失去电子的同时正极得到电子，且得失电子总数是守恒的，其物质的量相等。
【典例1】(2010·徐州高二检测)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
A.①②③ B.③④⑤ C.④⑤⑥ D.②③④
【思路点拨】(1)活泼金属失电子，作负极。
(2)电子从负极通过导线流向正极。
【自主解答】选B。本题考查了锌、铜和稀硫酸构成的原电池的基本工作原理。Zn比Cu活泼，Zn为负极，电极反应为：Zn-2e-====Zn2+，Cu为正极，电极反应为2H++
2e-====H2↑，每转移1 mol电子，产生H2 0.5 mol，电子由Zn流出，经导线流向铜片，溶液中H+向正极移动，SO42-向负极移动，故选B。
1.请思考为什么只有自发进行的氧化还原反应才有可能设计成原电池？
提示：因为原电池是一种提供能量的装置，因此必须是自发进行的反应，只有氧化还原反应中才有电子转移，可通过原电池形成电流。故只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。
2.请分析讨论将反应Fe+2Fe3+====3Fe2+如何设计成原电池？
提示：由电池总反应知负极反应为Fe-2e-====Fe2+，正极反应为2Fe3++2e-====2Fe2+，所以应选铁棒作负极，选用活泼性比Fe弱的金属或石墨作正极，选用含Fe3+的可溶性盐溶液作电解质溶液。示例如图：
3.用镁、铝作电极设计成原电池，请思考能否使铝作负极，镁作正极？
提示：能。原电池的负极金属若能和电解质溶液反应时，正极只作导体。设计时寻找能与铝反应，但不与镁反应的电解质溶液即可。故选用NaOH或KOH溶液与镁、铝设计成原电池，则铝作负极，镁作正极。
【典例2】已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、硫酸。按要求回答下列问题：
(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。请说明原因__________________________。
(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外加导线，能否构成原电池？______。若能，请写出电极反应式，负极：_____________________，
正极：________________。(若不能，后两空不填)
(3)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。
【思路点拨】(1)原电池的构成条件。
(2)设计原电池选择正、负极材料时应注意正极材料与负极材料的活泼性对比。
【自主解答】(1)当Cu、Al导线连接时，接头接触到潮湿的空气易形成原电池而使铝被腐蚀。
(2)因为FeCl3能与Cu发生反应：2FeCl3+Cu====2FeCl2+
CuCl2，因此根据给出条件可以设计成原电池，其负极为Cu，电极反应为Cu-2e-====Cu2+，正极为石墨，电极反应为2Fe3++2e-====2Fe2+。
(3)因为反应为Fe+H2SO4====FeSO4+H2↑，所以负极为Fe，正极可为Cu、Ag或石墨，电解质溶液为稀硫酸，即可画出装置图。
答案：(1)二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中易形成原电池而使铝被腐蚀 (2)能 Cu-2e-====Cu2+ 2Fe3++2e-====2Fe2+
(3)
知识点一：原电池的工作原理
1.关于如图所示的叙述中，正确的是( )
A.铜是阳极，铜片上有气泡产生
B.铜片质量逐渐减少
C.电流从锌片经导线流向铜片
D.氢离子在铜片表面被还原
【解析】选D。A项，铜是正极；B项，原电池正极发生还原反应：2H++2e-====H2↑，故铜片质量不变；C项，电流由正极(铜片)经导线流向负极(锌片)。故正确答案为D。
2.下列关于原电池的说法正确的是( )
A.在正极上发生氧化反应
B.化学性质较活泼的金属作负极
C.在外电路正极电子流出
D.在负极上发生还原反应
【解析】选B。原电池的两个电极中较活泼的金属作负极，故B正确。负极上失去电子，被氧化，发生氧化反应；正极上得到电子被还原，发生还原反应；电子由负极流向正极。
3.下列能形成原电池装置并能产生明显电流的是( )
【解析】选C。解题时先明确原电池的形成条件，再依次判断。构成原电池要有三个基本条件：①电解质溶液；②两个电极，其中一个相对较活泼，另一个相对较不活泼，两个电极直接或间接地连接在一起，并插入电解质溶液中，能自发地发生氧化还原反应；③形成闭合回路。A中缺电解质溶液(酒精是非电解质)；B中两电极相同；D中没有形成闭合回路，故A、B、D不能组成原电池。只有C具备形成原电池的条件，可组成原电池。
知识点二：原电池的设计
4.理论上不能设计为原电池的化学反应是( )
A.CH4(g)+2O2(g)====CO2(g)+2H2O(l) ΔH<0
B.HNO3(aq)+NaOH(aq)====NaNO3(aq)+H2O(l) ΔH<0
C.2H2(g)+O2(g)====2H2O(l) ΔH<0
D.2FeCl3(aq)+Fe(s)====3FeCl2(aq) ΔH<0
【解析】选B。理论上，能设计成原电池的均为能自发进行的氧化还原反应，而B是非氧化还原反应，故不可以设计为原电池。
5.利用反应：Zn+2FeCl3====ZnCl2+2FeCl2组成一个化学电池。
(1)画出装置图，并指出正极为______，电极反应式为：____________；负极为_______，电极反应式为：_____________。
(2)若电池内溶液为100 mL 0.5 mol/L的FeCl3溶液，当溶液中FeCl3全部被还原成FeCl2时，溶液中ZnCl2的物质的量浓度是________，导线上通过的电子是____mol。
【解析】(1)据氧化还原反应方程式知还原剂Zn为负
极，电极反应为：Zn-2e-====Zn2+，正极可为Cu、Fe、
Ag或石墨，电极反应为：2Fe3++2e-====2Fe2+。
(2)n(Fe3+)=0.5 mol/L×0.1 L=0.05 mol，则转移电
子为0.05 mol，c(ZnCl2)= =0.25 mol/L。
答案：(1)装置图如图所示 石墨
2Fe3++2e-====2Fe2+
Zn Zn-2e-====Zn2+
(2)0.25 mol/L 0.05
知识点三：原电池的应用
6.把A、B、C、D四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时A极减轻；B、D相连时，B为正极。则四种金属的活泼性顺序由大到小排列为( )
A.A＞B＞C＞D B.A＞C＞B＞D
C.A＞C＞D＞B D.B＞D＞C＞A
【解析】选C。金属组成原电池，相对活泼的金属失去电子作负极，相对不活泼的金属作正极。负极被氧化质量减轻，正极上发生还原反应，有物质析出，由题意得活泼性A＞B、C＞D、A＞C、D＞B，故正确答案为C。
一、选择题(本题包括4小题，每小题3分，共12分)
1.有关原电池的下列说法中，正确的是( )
A.在外电路中电子由正极流向负极
B.在原电池中，只有金属锌作负极
C.原电池工作时，阳离子向正极方向移动
D.原电池工作时，阳离子向负极方向移动
【解析】选C。本题考查的是原电池的工作原理。在原电池中，电子由负极流向正极，A错误；在原电池中，活泼金属作负极，不一定是锌；随着反应的进行，阳离子在正极被还原，所以电解质溶液中的阳离子向正极移动，而阴离子向负极移动。故正确答案为C。
2.在铜?锌?稀硫酸构成的原电池中，当导线中有
1 mol电子通过时，理论上的两极变化是( )
①锌片溶解32.5 g ②锌片增重32.5 g ③铜片上析出1 g H2 ④铜片上析出1 mol H2
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
【解析】选A。该原电池工作时的电极反应如下：
负极(锌片)：Zn－2e-====Zn2+
正极(铜片)：2H++2e-====H2↑
当导线中有1 mol电子通过时，溶解锌0.5 mol，
即32.5 g。铜片上有0.5 mol氢气生成，即析出
0.5 mol×2 g/mol＝1 g氢气。
3.将纯锌片和纯铜片按如图所示方式插入相同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( )
A.两个烧杯中铜片表面均无气泡产生
B.甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C.两个烧杯中溶液的pH均增大
D.产生气泡的速率甲比乙慢
【解析】选C。甲装置为原电池，锌片为负极，铜片为正极，铜片上(正极)反应为：2H++2e-====H2↑，有气泡冒出，而乙未形成原电池，Zn与H2SO4直接接触发生化学反应，铜片上无气泡冒出，故A、B均错误；两个烧杯中均消耗H+产生H2，而使c(H+)减小，pH增大，C正确；甲因形成原电池而使反应速率加快，D错误。
4.(双选)某原电池总反应的离子方程式为：2Fe3++Fe
====3Fe2+，不能实现该反应的原电池是( )
A.正极为Cu，负极为Fe，电解质为FeCl3溶液
B.正极为C，负极为Fe，电解质为Fe(NO3)3溶液
C.正极为Fe，负极为Zn，电解质为Fe2(SO4)3溶液
D.正极为Ag，负极为Fe，电解质为CuSO4溶液
【解析】选C、D。该原电池一定是Fe作负极，电解质溶液是含有Fe3+的溶液，故C、D不符合题意。
二、非选择题(本题包括2小题，共18分)
5.(8分)在装有水的烧杯中，用线(绝
缘)悬挂一个呈水平方向的由铁和银
焊接而成的柱形金属圈，处于平衡状
态。如果向水中加入CuSO4溶液：
(溶液的密度变化不考虑)
(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：___________________。
【解析】铜离子与铁发生置换反应，铁圈增重向下沉。实际上应该考虑原电池反应，铜将在银圈上析出而不是在铁圈上析出，所以应该是银圈下沉铁圈上升。
答案：(1)D (2)因原电池反应，铜将在银圈(正极)上析出而不是在铁圈上析出，所以应该是银圈下沉铁圈上升
6.(10分)写出Fe-Cu-浓硝酸构成的原电池的电极反应式及电池反应式。
【解析】Fe遇冷的浓硝酸钝化，故在该原电池中Cu作负极，Fe作正极，浓硝酸为电解质溶液。
答案：负极反应式：Cu-2e-====Cu2+，
正极反应式：4H++2NO3-+2e-====2H2O+2NO2↑
电池反应式:Cu+4H++2NO3-====Cu2++2H2O+2NO2↑
1.(5分)下列叙述正确的是( )
①原电池是把化学能转化为电能的一种装置
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.①⑤ B.①④⑤ C.②③④ D.②⑤
【解析】选A。②原电池负极发生氧化反应，正极发生还原反应；③原电池的反应必须是自发进行的氧化还原反应；④碳棒是导体，可作原电池的正极。
2.(5分)某原电池反应的离子方程式为：Fe+2H+====
Fe2++H2↑，则下列说法正确的是( )
A.HNO3为电解质溶液 B.锌为原电池正极
C.铁极质量不变 D.铜为原电池正极
【解析】选D。由电池反应的离子方程式知，电池的负极为铁，则正极应是比铁活泼性差的金属(B被否定)。在反应中负极不断被消耗(C错)。由于反应中放出了氢气并生成了Fe2+，故知电解质溶液不能是HNO3(A错)。由以上分析可知正确选项为D。
3.(10分)依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)====
Cu2+(aq)+2Ag(s)，设计一个最简单的原电池。
(1)在下边方框内画出实验装置图，并指出正极为__
___，电极反应式为__________________________；
负极为_____，电极反应式为__________________。
(2)该反应还可设计成能量转化效率更高的原电池装置，如图所示：
请回答下列问题:
①电极X的材料是______，Y的材料是______，电解质溶液Z是______。
②盐桥的作用是_________。
③外电路中的电子是从____电极流向____电极。
【解析】本题考查原电池的原理和设计，解题时应明确设计思路，理解带盐桥的原电池的组成原理。
根据已知的氧化还原反应设计原电池的思路是：首先将已知的反应拆成两个半反应(即氧化反应和还原反应)：Cu-2e-====Cu2+，2Ag++2e-====2Ag；然后结合原电池的电极反应特点，分析可知，该电池的负极应该用Cu作材料，正极要保证Ag+得到负极失去的电子，一般用不能还
原Ag+的材料，可用Pt或碳棒等，电解质溶液只能用含Ag+的电解质溶液如AgNO3溶液。
在带盐桥的原电池组成半电池时，注意电极材料与溶液中的离子一般要相对应，如Cu/Cu2+或Ag/Ag+。
答案：(1)Pt 2Ag++2e-====2Ag
Cu Cu-2e-====Cu2+
(2)①Cu Ag AgNO3溶液
②将两个隔离的电解质溶液连接起来，
可使电流持续传导
③Cu Ag(合理即可)