高中化学2.2化学能转化为电能(第1课时)课时作业新人教版必修2.pdf

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1、精品教案可编辑第二节 化学能与电能第 1 课时化学能转化为电能目标导航 1.熟悉能源的分类和化学能与电能的转化关系。2.知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，通过实验会说明原电池的原理，以及判断原电池的正、负极。3.会正确书写电极反应式，熟知原电池的应用。一、一次能源和二次能源1能源按其来源可分为一次能源和二次能源。能 源 类别定义实例一 次 能源直接从自然界中取得的能源太阳能、风能、地热能、潮汐能、煤、石油、天然气等二 次 能源由一次能源经过加工、转换得到的能源电能(水电、火电、核电)、蒸汽能、机械能等2.二次能源火力发电(1)火力发电原理：首先通过化石燃料燃烧，使化学能转变

2、为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。(2)能量转换过程：化学能 燃烧热能 蒸汽机械能 发电机电能。其中能量转换的关键环节是燃烧。(3)火力发电弊端：煤属于不可再生资源，用一点少一点，用煤发电会造成资源的浪费。能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。煤燃烧会产生有害物质(如 SO2、CO、NO2、粉尘等)，污染环境。精品教案可编辑【议一议】1判断正误(1)根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源。()(2)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。()(3)火力发电是化学能间接转化为电能的过程。()(4)水力发电是将化学能转化为电能的过程。(

3、)答案(1)(2)(3)(4)二、化学能直接转化为电能1按要求完成下列实验，并填表实验步骤现象解释或说明锌片逐渐溶解，表面有气泡；铜片表面无气泡锌与稀硫酸发生置换反应产生H2，而铜则不能锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，电流计指针发生偏转锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生，导线中有电流两锌片逐渐溶解且表面都有气泡，电流计指针不偏转锌与稀硫酸反应，但导线中无电流无现象乙醇是非电解质，与Zn、Cu 都不反应2.原电池(1)概念：是将化学能转化为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应。精品教案可编辑(2)构成条件原电池反应必须是自发的氧化还原反应，具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的

4、非金属)，两电极均插入电解质溶液中，电解质溶液、电极、导线形成闭合回路。(3)原电池的工作原理原电池总反应式：Zn 2H=Zn2H2。(4)能量转化过程：原电池在工作时，负极失电子，电子通过导线流向正极，被氧化性物质得到，闭合回路中形成电流，化学能转变为电能。【议一议】2判断正误：(1)HCl NaOH=NaClH2O 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，电流表指针发生偏转。()(3)在铜锌稀硫酸原电池中，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。()答案(1)

5、(2)(3)(4)(5)3原电池中作负极的一定是活泼金属，作正极的一定是不活泼金属吗？答案不一定。在原电池中的两极可以都是活泼金属(如 Zn Fe稀硫酸，Zn 作负极)，精品教案可编辑也可以都是不活泼金属(如 Cu Ag AgNO3，Cu 作负极)也可以是一种金属和一种能导电的非金属(如 CuCAgNO3，Cu 作负极)。三、原电池原理的应用1加快氧化还原反应的速率因为形成原电池后，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中的粒子运动时相互间的干扰减小，使反应速率增大。2比较金属活动性的强弱例如：有两种金属a、b，用导线相连后插入稀硫酸中，能溶解的金属活动性较强，表面出现较多气泡的金属活动性较

6、弱。3用于金属的防护原理：使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。实例：要保护一个铁质的输水管道，可用导线将其与锌块相连，使锌作原电池的负极，铁质管道作原电池的正极。4设计原电池根据原电池的构成条件，可把自发的氧化还原反应设计为原电池。点拨原电池正负极判断的注意点：原电池中发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。判断电极时，不能简单地依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况，如：a.Al在强碱性溶液中比Mg 更易失电子，Al 作负极，Mg 作正极；b.Fe、Al 在浓 HNO3中钝化后，比Cu 等金属更难失电子，Cu 等金属作负极，Fe、Al 作正极。【议一议】4(1)在大海

7、中航行的轮船，钢制船壳上常镶嵌一定量的锌块，目的是什么？精品教案可编辑(2)如何利用Fe 2FeCl3=3FeCl2设计原电池？答案(1)钢的成分是铁碳合金，轮船在大海中航行，钢铁与海水接触，形成铁碳原电池，能加速铁的腐蚀。由于锌比铁活泼，在船壳上镶嵌锌块后，形成铁锌原电池，锌作负极被腐蚀，从而保护了轮船不被腐蚀。(2)该氧化还原反应可拆分为如下两个半反应：氧化反应(负极反应)：Fe2e=Fe2。还原反应(正极反应)：2Fe32e=2Fe2。故 Fe 作负极，活泼性比Fe 差的材料作正极，如Cu、C 等，FeCl3溶液作电解质溶液，如图。一、原电池的工作原理【例 1】如图所示，电流计指针发生偏

8、转，同时A 极质量减少，B 极上有气泡产生，C 为电解质溶液，下列说法错误的是()AB 极为原电池的正极BA、B、C 可能分别为Zn、Cu、稀盐酸CC 中阳离子向A 极移动精品教案可编辑DA 极发生氧化反应答案C解析原电池中，负极金属失去电子，溶解，质量减小，故A 极是负极，B 极是正极，根据构成情况可判断A、B、C 可能分别为Zn、Cu、稀盐酸，A、B 两项正确；离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C 项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，D 项正确。知识归纳1原电池的工作原理(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：负极流出，经导线流向正

9、极。(3)离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。2原电池正负极的判断变式训练1 关于原电池的叙述中正确的是()A构成原电池的两个电极必须是两种不同的金属B原电池是将化学能转变为电能的装置精品教案可编辑C原电池工作时总是负极溶解，正极上有物质生成D原电池的正极是还原剂发生反应，总是溶液中的阳离子在此被还原答案B解析构成原电池电极的也可以是非金属导体，A 项错；燃料电池中负极不溶解，C 项错；D 选项应是氧化剂在原电池的正极上发生还原反应。二、原电池原理的应用【例 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

10、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()Aa bcd Bbc daCd ab c Dabd c答案C解析装置一是原电池，a 极质量减小，说明a 极金属易失去电子形成离子，故a 极金属比 b 极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b 比 c 活泼，且c 位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三和四均形成原电池，易知d 比 c 活泼，d 比 a 活泼。因此四种金属的活动性顺序为dabc，选 C。归纳总结原电池原理的应用精品教案可编辑(1)比较金属活动性作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性弱。(2)改变化学反应速

11、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)设计原电池如：把 Fe2Fe3=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)，则构成以Zn、Fe 为电极的原电池，Zn 被消耗掉而Fe 得到保护。变式训练2 100 mL 2 molL 1的盐酸与过量的锌反应，为加快速率，又不影响产生氢气的总量，可采用的方法是()A加入适量的6 molL 1的盐酸B加入数滴氯化铜溶液

12、C加入适量的蒸馏水D加入适量的氯化钠溶液答案B解析A 项能加快反应速率，但增加了氢气的总量；C、D 两项不影响H2的量，但稀释了盐酸，降低了反应速率；B 项发生反应Cu2Zn=Zn2Cu，形成 Cu Zn 原电池，加快了反应速率。精品教案可编辑1下列装置能形成原电池的是()ABCD答案A解析装置不能形成闭合回路；装置不具有两个活动性不同的电极，只能发生氧化还原反应；装置中酒精不是电解质溶液。2将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是()A两个装置都构成了原电池B甲装置构成了原电池，乙装置没有构成原电池C两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生D产生气泡的速率甲比乙慢

13、精品教案可编辑答案B解析甲中构成了铜锌原电池，锌作负极，失电子；铜作正极，H在铜极上得电子，生成 H2；总反应式为Zn H2SO4=ZnSO4 H2，乙装置没有构成原电池，因为没有形成闭合电路。构成原电池后生成H2的速率加快。3X、Y、Z 都是金属，把X 浸入 Z 的硝酸盐溶液中，X 的表面有 Z 析出，X 和 Y 组成原电池时，Y 为电池的负极。X、Y、Z 三种金属的活动性顺序为()AXYZ BXZYCYXZ DYZX答案C解析根据原电池原理，负极的金属比正极活泼，可知YX，根据金属活动性顺序和置换反应原理，可知XZ，故有 YXZ。4已知金属锈蚀的原理是在潮湿空气中金属表面形成水膜，金属与杂

14、质和水膜中溶解的电解质组成原电池，从而使金属锈蚀加快，下列制品的镀层损坏后，金属腐蚀速率最快的是()A镀铝塑扣B食品罐头盒(镀锡铁盒)C白铁水桶(镀锌)D镀银铜质奖章答案B解析在构成原电池反应中，被腐蚀的是较活泼的作负极的金属，根据金属活动顺序表，Zn、Al 比 Fe 较活泼，Fe 比 Sn(锡)、Cu 比 Ag 较活泼，而Fe 比 Cu 活泼，故镀锡铁盒镀层破坏后腐蚀最快。5现有如下两个反应：(A)NaOH HCl=NaClH2O精品教案可编辑(B)Cu 2Ag=2AgCu2(1)根据两反应本质，判断能否设计成原电池_。(2)如果不能，说明其原因_。(3)如果可以，则写出正、负极材料、其电极

15、反应式、反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)：负极：_，_，_。正极：_，_，_。答案(1)(A)不能，(B)可以(2)(A)为非氧化还原反应，没有电子转移(3)Cu Cu2e=Cu2氧化反应碳棒、Ag、铂、金(任选一)2Ag2e=2Ag 还原反应解析(1)只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池，(B)是氧化还原反应且能自发进行；(3)根据电池反应式Cu2Ag=2AgCu2 可知，Cu 失电子作负极，负极材料是Cu，正极材料应是比铜不活泼的金属或导电的非金属；Ag得电子，所以此电解质溶液只能为 AgNO3溶液。经典基础题 题组 1 能源判断1下列有关能源的说法错误的是()A风能是人类通过风车

16、等工具获取的能源，但属于一次能源B在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将成为主要能源C月球土壤中含有丰富的质量数为3 的氦，它可作为未来核能的重要原料精品教案可编辑D原电池把化学能直接转化为电能，所以由原电池提供的电能是一次能源答案D解析风能是直接从自然界中取得的能源，属于一次能源，原电池提供的电能是由化学能转化而得到的，不是直接获得的，属于二次能源，A 正确，D 错误；随着时代的发展，化石能源逐渐枯竭，所以新能源时代污染小的核能、太阳能、氢能将成为主要能源，B、C 正确。题组 2 原电池及正负极的判断2下列装置可以构成原电池的是()答案C3下列叙述中正确的是()A原电池的负极发生得电子

17、的还原反应B原电池中较活泼的金属作正极C原电池中的电极一定要由两种不同的金属组成D原电池中发生氧化反应的电极是负极答案D解析原电池的两极可以是两种活泼性不同的金属，也可以是由金属与非金属(例如石墨)精品教案可编辑构成，原电池的负极失去电子发生氧化反应，故A、B、C 选项错；只有D 选项正确。4.在如右图所示的装置中，a 的金属活泼性比氢要强，b 为碳棒，关于此装置的各种叙述不正确的是()A碳棒上有气体放出，溶液pH 变大Ba 是正极，b 是负极C导线中有电子流动，电子从a 极到 b 极Da 极上发生了氧化反应答案B解析本题考查原电池基本知识，难度不大，但概念容易混淆。没有扎实的基础知识容易搞错

18、，显然，电极a、b 与电解质溶液稀H2SO4组成原电池。因活泼性ab(碳棒)，所以 a 为电池的负极，b 为正极。电极反应式：a(负)极：ane=an(氧化反应)b(正)极：nHne=n2H2(还原反应)由于正极放电消耗H，溶液中c(H)减小，pH 增大，在外电路中，电子由a 极流出经电流计 A 流向 b 极。5下列关于原电池的叙述中正确的是()A正极和负极必须是两种不同的金属B电子流入的一极为正极C原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应D锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5 g 锌溶解，正极上就有0.1 g 氢气生成答案B精品教案可编辑解析原电池中电子从负极流出，从正极流

19、入。它的正、负极可以是两种活泼性不同的金属，也可以是金属与非金属；原电池工作时负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应；当锌片上有6.5 g 锌溶解时，正极上析出0.2 g 氢气。题组 3 原电池工作原理及应用6.如右图所示装置，电流表指针发生偏转，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()AA 是 Zn，B 是 Cu，C 为稀硫酸BA 是 Cu，B 是 Zn，C 为稀硫酸CA 是 Fe，B 是 Ag，C 为稀 AgNO3溶液DA 是 Ag，B 是 Fe，C 为稀 AgNO3溶液答案D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

20、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ZnH2SO4=ZnSO4H2，则 A 选项中 A 极变细，B 选项中A 极不变。C 和 D 两项中的反应为Fe 2AgNO3=2AgFe(NO3)2，其中 C 选项中 A极变细，D 选项 A 极变粗。7一个原电池的总反应的离子方程式是Zn Cu2=Zn2Cu，该原电池的合理组成是()正极负极电 解 质 溶液AZnCuCuCl2精品教案可编辑BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DZnFeCuCl2答案C解析由总反应式知，Zn 被氧化作原电池的负极，符合条件的有B、C 两项

21、，电解质溶液中 Cu22e=Cu，B 选项中是2H2e=H2，故应选 C。8各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为()ABC D答案C解析实质均为原电池装置。中Fe 为正极，被保护；中Fe 为负极，均被腐蚀。但相对来说，Fe 和 Cu 的金属活动性差别较Fe 和 Sn 的差别大，故Fe Cu 原电池中的 Fe 被腐蚀得更快；中不能构成原电池，仅发生化学腐蚀反应。9根据下列事实：AB2=A2B；D 2H2O=D(OH)2 H2；以 B、E为电极与E的盐溶液组成原电池，电极反应为E22e=E，B2e=B2，由此可知A2、B2、D2、E2的氧化性强弱关系是_。答案E2B2A2 D2解析由金

22、属活泼性的判断条件，中AB；D是很活泼的金属；中B E；所以金属性为DAB E，对应阳离子的氧化性恰好相反。精品教案可编辑10利用反应2Cu O22H2SO4=2CuSO42H2O 可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池。(1)负极材料是 _(写名称)，电极反应为 _。(2)正极电极反应式为_。(3)溶液中 SO24向_ 极移动。答案(1)铜Cu 2e=Cu2(2)O24e4H=2H2O(3)负解析该氧化还原反应中还原剂为Cu，故负极是铜，电极反应为Cu2e=Cu2，氧化剂是O2，故正极反应为O24e4H=2H2O，溶液中阴离子SO24向负极移动。能力提升题 11.如图所示的装置，在盛有水的

23、烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡。小心地往烧杯中央滴入CuSO4溶液。(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_。(3)写出反应的化学方程式：_。答案(1)D(2)加入 CuSO4溶液后，构成Fe Ag 原电池，铁溶解，质量减轻，Cu2精品教案可编辑在银圈上得电子，生成Cu 沉积在其上，质量增加(3)Fe CuSO4=FeSO4Cu解析加入 CuSO4溶液后，构成Fe Ag 原电池，Fe 失电子作负极，质量减轻，Cu2在正极银圈上得电子，生成金属铜沉积在上面使其质量增

24、加。12某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下。编号电极材料电解质溶液电流表指针偏转方向1Al、Mg稀盐酸偏向 Al2Al、Cu稀盐酸偏向 Cu3Al、C(石墨)稀盐酸偏向石墨4Al、Mg氢 氧 化钠 溶液偏向 Mg5Al、Zn浓硝酸偏向 Al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)对实验 3 完成下列填空：铝为 _ 极，电极反应式：_。石墨为 _ 极，电极反应式：_。电池总反应式：_。(3)实验 4 中铝作负极还是正极_，理由是 _。写出铝电极的电极反

25、应式：_。(4)解释实验5 中电流表指针偏向铝的原因：_精品教案可编辑_。(5)根 据 实 验 结 果 总 结 出 影 响 铝 在 原 电 池 中 作 正 极 或 负 极 的 因 素：_。答案(1)否(2)负2Al 6e=2Al3正6H6e=3H2 2Al 6HCl=2AlCl33H2(3)负极在 NaOH溶液中，活动性Al Mg Al 3e4OH=AlO2 2H2O(4)Al 在浓硝酸中发生钝化，Zn 在浓硝酸中发生反应，被氧化，即在浓硝酸中活动性ZnAl，Al 是原电池的正极(5)另一个电极材料的活动性；电解质溶液解析在这样的原电池中，相对较活泼的金属材料作负极。在稀盐酸中的活动性Mg Al、AlCu。由实验 1 和 2 可知，原电池中电流表指针是偏向正极。在实验3 中电流表指针偏向石墨，由上述规律可知，Al 是负极，石墨是正极。化学反应是Al 失去电子被氧化为 Al3，盐酸中的H得到电子被还原为H2。在 NaOH溶液中活动性Al Mg，则Al 是负极，Mg是正极。Al 在浓硝酸中发生钝化，Zn 在浓硝酸中被氧化，即在浓硝酸中活动性ZnAl，Zn 是负极，Al 是正极，所以在实验5 中电流表指针偏向铝。