專題二第三單元化學能與電能的轉化【學習目標】1.通過原電池原理的探究活動，培養推理和分析問題的能力以及應用氧化還原反應原理解決問題的能力。2.掌握原電池的構成條件，能判斷正負極。3.知道原電池內外電路的電流方向和離子運動方向。4.了解原電池的工作原理，能夠寫出原電池的電極反應式和總反應的化學方程式。【活動與探究】教材P40：1.化學能轉化為電能實驗實驗1鋅片逐漸溶解，且表面有氣泡產生；銅片表面無明顯現象鋅與稀硫酸反應；銅與稀硫酸不反應實驗2同上同上實驗3鋅片逐漸溶解，銅片表面有氣泡產生鋅失電子；H+在銅片上得電子產生氫氣實驗4鋅片逐漸溶解，銅片表面有氣泡產生，電流計指針發生偏轉電路中有電子通過，形成了電流【知識梳理】原電池（重點）⑴概念：將化學能轉化為電能的裝置叫做原電池。原電池工作原理：（以Zn-Cu-H2SO4原電池為例）⑵電極名稱和電極反應：原電池中，相對活潑的電極為負極，相對不活潑的金屬（或石墨電極）為正極。上述電池發生的反應為：鋅電極（負極）：Zn-2e-=Zn2+銅電極（正極）：2H++2e-=H2↑反應總方程式：Zn+2H+=Zn2++H2↑⑶電子流動方向：電子從原電池負極經導線流向正極；電流在外電路中從原電池的正極到負極。⑷電子的遷移：陽離子→正極陰離子→負極⑸原電池正、負極判斷：判斷依據負極正極電極材料一般是活潑性較強的金屬活潑性較弱金屬或導電非金屬電子流向電子流出的一極電子流入的一極電解質溶液中離子定向移動方向陽離子移向的一極陰離子移向的一極發生的反應氧化反應還原反應反應現象電極溶解電極增重或有氣泡放出特例：Al在堿性溶液中比Mg更易失電子，Al作負極，Mg作正極；Fe、Al在濃硝酸中鈍化后比Cu等金屬更難失電子，Cu等金屬作負極，Fe、Al作負極。⑹原電池形成條件①具有能自發發生的氧化還原反應；②有兩種活潑性不同的金屬（或金屬與石墨）作電極；③要有電解質溶液；④正負極相互連接，同時浸入電解質溶液，形成閉合回路。如下反例：2．原電池電極反應的書寫方法：(1)寫出總化學反應方程式（即氧化還原反應方程式）；(2)根據總反應方程式從電子得失（或元素化合價升降）的角度，將總反應分成氧化反應和還原反應；(3)氧化反應在負極發生，還原反應在正極發生，注意介質可能參與反應；(4)驗證：兩電極反應式相加所得式子和原化學方程式相同，則書寫正確。2．金屬的電化學腐蝕：不純的金屬或合金與電解質溶液接觸，發生原電池反應，比較活潑的金屬失去電子被氧化的過程成為金屬的電化學腐蝕。⑴鋼鐵的電化學腐蝕（教材P41）⑵鋼鐵的析氫腐蝕與吸氧腐蝕比較分類析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜酸性較強水膜酸性弱或呈中性負極反應Fe-2e-=Fe2+2Fe-4e-=2Fe2+正極反應2H++2e-=H2↑2H2O+O2+4e-=4OH-總反應Fe+2H+=Fe2++H2↑2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2【后續反應】4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3⑵金屬防護：金屬表面覆蓋保護層，如油漆、搪瓷、塑料；電化學保護法，原電池原理，在鋼鐵表面鍍上較活潑金屬。化學電源（教材P43）一次電池：用過后不可復原，如常見干電池；二次電池：充電后能繼續使用，如鉛蓄電池。常見化學電源的組成與反應原理，見課本。3．燃料電池(1)氫氧燃料電池①用酸性電解質時：總反應：2H2+O2=2H2O負極：H2－2e－===2H＋；正極：eq\f(1,2)O2＋2H＋＋2e－===H2O②用NaOH等堿性溶液時：總反應：2H2+O2=2H2O負極:H2＋2OH－－2e－===2H2O；正極：eq\f(1,2)O2＋H2O＋2e－===2OH－；【典型例題】【1】用Zn片、Cu片和稀硫酸組成的原電池裝置中，經過一段時間工作后，下列說法正確的是（）A．鋅片是正極，銅片上有氣泡產生B．電流方向是從鋅片流向銅片C．溶液中硫酸的物質的量濃度減小D．電解質溶液的pH保持不變[解析]:活潑金屬鋅為負極，電流方向由正極到負極，與電子流動方向相反，隨著H+消耗，pH逐漸增大。答案為C【2】將a、b、c、d四塊金屬浸入稀硫酸中，用導線兩兩相連組成原電池，若a、b相連時，a為負極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時，c極上產生大量氣泡；b、d相連時，b上有大量氣泡產生，則四種金屬的活動性順序為（）A．a>b>c>d>c>d>b>a>b>d>d>c>a[解析]：根據原電池原理：作為負極的金屬活動性比正極的金屬活動性強，電子流動方向是由負極流向正極，電流方向與電子流動方向相反，因此依次作出判斷：活潑性a>b;c>d;a>c;d>b。答案為B【3】下列裝置中有電流產生的是（）【解析】A項中的乙醇是非電解質，不導電；B項中的裝置不是閉合回路；C項中Fe常溫下與濃H2SO4會鈍化，使反應不能持續發生。D正確【課后練習】1．如下圖所示的裝置能夠組成原電池產生電流的是(B)2．有關原電池的下列說法中正確的是(C)A．在外電路中電子由正極流向負極B．在原電池中，只有金屬鋅作負極C．原電池工作時，陽離子向正極方向移動D．原電池工作時，陽離子向負極方向移動3．如右圖所示，電流計G發生偏轉，同時A極逐漸變粗，B極逐漸變細，C為電解質溶液，則A、B、C應是下列各組中的(D)A．A是Zn、B是Cu、C為稀硫酸溶液B．A是Cu、B是Zn、C為稀硫酸溶液C．A是Fe、B是Ag、C為AgNO3溶液D．A是Ag、B是Fe、C為AgNO3溶液4.純鋅片和純銅片按圖示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時間，以下敘述正確的是(C)A．兩燒杯中銅片表面均無氣泡產生 B．甲中銅片是正極，乙中銅片是負極C．兩燒杯中溶液的pH均增大 D．產生氣泡的速度甲比乙慢5．下列事實不能說明Al的金屬活動性比Cu強的是 (D) A．常溫下將鋁投入CuSO4溶液中B．常溫下將鋁和銅用導線連接一起放入到稀鹽酸中C．常溫下將鋁和銅不用導線連接一起放入到稀鹽酸中D．常溫下將鋁和銅用導線連接一起放入到氫氧化鈉溶液中6．某原電池反應的離子方程式為Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑，則下列說法正確的是(D)A．HNO3為電解質溶液B．鋅為原電池正極C．鐵極質量不變D．銅為原電池正極7．由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置進行實驗，根據實驗現象填表：裝置現象金屬A不斷溶解C的質量增加A上有氣體產生正極反應式四種金屬活動性由強到弱的順序8．某高二化學興趣小組為了探索鋁電極在原電池中的作用，設計并進行了以下一系列實驗，實驗結果如下。試根據下表中的實驗現象回答下列問題：編號電極材料電解質溶液電流計指針偏轉方向1Mg、Al稀鹽酸偏向Al2Al、Cu稀鹽酸偏向Cu3Al、石墨稀鹽酸偏向石墨4Mg、AlNaOH偏向Mg5Al、Zn濃硝酸偏向Al(1)實驗1、2中Al所作的電極是否相同？(2)寫出實驗3中的電極反應式和電池總反應方程式。(3)實驗4中Al作正極還是作負極，為什么？寫出Al電極的電極反應式。(4)解釋實驗5中電流計指針偏向Al的原因。(5)根據實驗結果總結：在原電池中金屬鋁作正極還是作負極受到哪些因素的影響？9（探究題）．(A、B、C三個燒杯分別盛有相同物質的量濃度的稀硫酸。)(1)A中反應的離子方程式為______________________________________________.(2)B中Sn作________極，電極反應式為______________________，Sn極附近溶液的pH(填“增大”“減小”或“不變”)________；Fe作________極，電極反應式為______________(3)C中被腐蝕的金屬是________，總反應式為__________________________________，該裝置現象為_______________________________________________。(4)說明B、C中金屬鐵作正極還是負極受到哪種因素的影響？__________________________________。化學反應中的熱量:1．B9（1）S（s）+O2(g)=SO2(g)△H＝－296kJ·mol－1(2)2Al(s)+3Cl2(g)=2AlCl3(s)△H＝－·mol－1(3)CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)△H＝+·mol－1(4)C2H6(g)+O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)△H＝－·mol－110．氮氣與氫氣的反應是可逆反應，1molN2和3molH2不可能完全反應生成2molNH3，所以反應熱小于。11．806g212【答案】1．解析：依據構成原電池的四個必要條件分析：A中兩電極相同；C中沒有構成閉合回路；D中酒精是非電解質。唯有B符合條件。答案：B2．解析：在原電池中，電子從負極流向正極，A錯誤；原電池中是活潑金屬作負極，而不一定是鋅，隨著反應的進行，陽離子在正極被還原，所以電解質溶液中的陽離子向正極移動，而陰離子向負極移動。答案：C3．解析：該裝置為原電池，A極變粗，說明A上有金屬析出，即在A極上發生還原反應，A為正極，電解質溶液中應含有易得電子的金屬陽離子，B為負極，應是活潑性比A極材料強的金屬，只有D項符合題意，D中負極(Fe)反應：Fe－2e－===Fe2＋，正極(Ag)反應：2Ag＋＋2e－===2Ag。4．解析：乙燒杯中鋅與銅沒有接觸，不能構成原電池，但鋅可以與稀H2SO4直接反應，放出H2。甲燒杯中銅片和鋅片用導線連接后插入稀硫酸中形成了原電池，由于金屬活動性Zn>Cu，鋅為負極，銅片上有H2放出，加快了鋅的溶解，故只有C項正確。答案：C5．【解析】在氫氧化鈉溶液中能反應生成氣體的金屬，其活動性不一定強，如Mg和Al。【答案】D6．【解析】由電池反應的離子方程式知，電池的負極為鐵，則正極應是比鐵不活潑的金屬(B被否定)，在反應中負極不斷被消耗(C被否定)，由于反應中放出了氫氣并生成了Fe2＋，故知電解質溶液不能是HNO3。由上分析可知正確選項為D。【答案】D7．【答案】2H＋＋e－＝H2↑Cu2＋+2e－＝Cu2H＋＋2e－＝H2↑D＞A＞B＞C8．【解析】一般情況下，較活潑的金屬作原電池的負極，根據實驗1、2的結果，自然得出1中Al作正極，2中Al作負極，但在NaOH溶液中Al比Mg活潑，作負極，在濃硝酸中由于Al發生鈍化，Zn作負極。【答案】(1)不同(2)Al為負極：Al－3e－＝Al3＋，石墨為正極：2H＋＋2e－＝H2↑，2Al＋6H＋＝2Al3＋＋3H2↑(3)Al作負極，因為Al能與NaOH溶液反應而Mg不能，Al＋4OH－－3e－＝AlO