學必求其心得，業必貴于專精學必求其心得，業必貴于專精學必求其心得，業必貴于專精第二節化學能與電能第1課時化學能轉化為電能[學習目標定位］1.熟悉能源的分類和化學能與電能的轉化關系。2.知道原電池是利用氧化還原反應將化學能轉化為電能的裝置，通過實驗會說明原電池的原理,會判斷原電池的正極、負極，會正確書寫電極反應式，熟知原電池的應用。一化學能與電能的轉化1．電能使用電器時都需要電能。電能是現代社會中應用最廣泛、使用最方便、污染最小的一種二次能源,又稱電力.2．火力發電火電（火力發電)是通過化石燃料(如煤、石油、天然氣)燃燒，使化學能轉變為熱能，加熱水使之汽化為蒸汽以推動蒸汽輪機，然后帶動發電機發電.燃煤發電是從煤中的化學能開始的一系列能量轉換過程，該過程可表示為化學能eq\o（→，\s\up7(燃燒）)熱能eq\o（→,\s\up7(蒸汽)）機械能eq\o(→,\s\up7（發電機))電能其中,燃燒（氧化還原反應)是使化學能轉換為電能的關鍵。3．化學能與電能的直接轉化化學能可通過氧化還原反應直接轉化成電能。歸納總結一次能源與二次能源對比能源類別定義實例一次能源直接從自然界中取得的能源太陽能、風能、地熱能、潮汐能、煤、石油、天然氣等二次能源由一次能源經過加工、轉化得到的能源電能（水電、火電、核電)、蒸汽能、機械能等1．下列說法不正確的是(）A．根據一次能源和二次能源的劃分，氫氣為二次能源B．電能是現代社會中應用最廣泛、使用最方便、污染最小的一種二次能源C．火力發電是化學能間接轉化為電能的過程D．水力發電是將化學能轉化為電能的過程答案D解析水力發電是將水的機械能轉化為電能的過程。2．下列各項中，屬于一次能源的是()①煤②石油③天然氣④煤氣⑤電力A．①②③B．①②④C．②③⑤D．③④⑤答案A解析煤、石油、天然氣等沒有經過加工或轉換而直接從自然界中取得，稱為一次能源;煤氣、電力、汽油、煤油、焦炭等，是在一次能源基礎上經過加工轉換而來的，稱為二次能源.二原電池的工作原理1．按要求完成下列實驗，并填表：實驗步驟現象鋅片逐漸溶解，表面有氣泡;銅片表面無氣泡鋅片逐漸溶解，銅片表面有氣泡，電流表指針發生偏轉兩鋅片逐漸溶解且表面都有氣泡,電流表指針不偏轉無現象解釋或說明鋅與稀硫酸發生置換反應產生H2，而銅則不能鋅與稀硫酸反應，但氫氣在銅片上產生,導線中有電流鋅與稀硫酸反應產生氫氣,但導線中無電流乙醇是非電解質,與Zn、Cu都不反應2.原電池(1)原電池的概念是將化學能轉化為電能的裝置；原電池的反應本質是氧化還原反應。（2）原電池的構成條件理論上，自發的氧化還原反應均可構成原電池.具體條件是：①具有活動性不同的兩個電極（金屬與金屬或金屬與能導電的非金屬）；②溶液：兩電極均插入電解質溶液中；③導線：兩極用導線相連，形成閉合回路。（3）原電池的工作原理①根據原電池反應原理，分析下圖并填空原電池總反應式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑；②能量轉化過程：原電池在工作時，負極失去電子，電子通過導線流向正極，溶液中氧化性物質得到電子，發生還原反應，這樣氧化反應和還原反應不斷發生,負極不斷地失電子，失去的電子不斷地通過導線流向正極，被氧化性物質得到,閉合回路中不斷有電子流產生，也就形成了電流，即化學能轉變為電能。(4）原電池工作原理的應用①比較金屬活動性作負極的金屬活動性強，作正極的金屬活動性弱；②改變化學反應速率如：在Zn和稀硫酸反應時,滴加少量CuSO4溶液，則Zn置換出的銅和鋅能構成原電池的正負極,從而加快Zn與稀硫酸反應的速率；③設計原電池如：把Fe＋2Fe3＋=3Fe2＋設計成原電池，可用Fe作負極，銅(或石墨)作正極，FeCl3溶液作電解質溶液;④保護金屬設備如：船體是鋼鐵材料，在海水中易被腐蝕，在船體外殼焊接上比鐵活潑的金屬(如Zn)，則構成以Zn、Fe為電極的原電池,Zn被消耗掉而Fe得到保護。歸納總結3．如圖裝置中，明顯有電流產生的是（）答案C解析依據原電池的構成條件分析可知:A選項中酒精不是電解質溶液，不能構成原電池；B選項中的兩電極材料與電解質溶液不能發生自發的氧化還原反應，因而也不能構成原電池；D選項中的裝置沒有構成閉合回路，不能構成原電池;只有C選項中的裝置符合原電池的構成條件.理解感悟原電池的判定方法：一看反應原理（能否自發地進行氧化還原反應)；二看構成條件(兩極一液成回路:兩個活潑性不同的電極，插入電解質溶液中，裝置形成閉合回路)。4．由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置進行實驗.裝置現象二價金屬A不斷溶解C的質量增加A上有氣體產生根據實驗現象回答下列問題：(1）裝置甲中負極的電極反應式是___________________________________.(2)裝置乙中正極的電極反應式是___________________________________________。（3）裝置丙中溶液的pH變化是________.（4)四種金屬活動性由強到弱的順序是_____________________________________________。答案（1)A－2e－=A2＋(2）Cu2＋＋2e－=Cu(3）變大(4)D>A>B>C解析據裝置甲知活動性:A〉B，A作負極，電極反應式為A－2e－=A2＋；據裝置乙知活動性：B〉C,正極反應式為Cu2＋＋2e－=Cu；據裝置丙知活動性：D〉A，正極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，故c(H＋)減小,pH增大。據甲、乙、丙知活動性強弱順序:D〉A>B>C。原電池是把化學能轉化為電能的裝置。其工作原理是1．化學與能源開發、環境保護、資源利用等密切相關。下列說法正確的是（)A．天然氣、石油、流水、風力、氫氣為一次能源B．無論是風力發電還是火力發電，都是將化學能轉化為電能C．PM2。5含有的鉛、鎘、鉻、釩、砷等對人體有害的元素均是金屬元素D．發展低碳經濟、循環經濟，推廣可利用太陽能、風能的城市照明系統答案D解析A項，H2不是一次能源；B項,風力發電不是將化學能轉化為電能；C項,砷不是金屬元素。2．現有M、N、P、E四種金屬，已知:①M＋N2＋=N＋M2＋；②M、P用導線連接放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大量氣泡逸出;③N、E用導線連接放入E的硫酸鹽溶液中，電極反應為E2＋＋2e－=E，N－2e－=N2＋。則這四種金屬的還原性由強到弱的順序是（)A．P>M〉N>E B．E>N〉M>PC．P>N>M>E D．E>P>M〉N答案A解析由①知，金屬還原性：M>N;M、P用導線連接放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大量氣泡逸出，說明M作原電池的正極，故金屬還原性：P〉M；N、E構成的原電池中，N作負極，故金屬還原性：N〉E。3．將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（）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．兩燒杯中溶液的酸性均減弱D．產生氣泡的速率甲比乙慢答案C解析因乙燒杯中鋅片和銅片沒有接觸，沒有構成閉合回路,故不能構成原電池，因此乙燒杯中銅片上沒有氣泡，只有鋅片上有氣泡.因甲燒杯中鋅片和銅片用導線連接后構成原電池,加快了鋅的溶解，銅片上產生氣泡的速率比乙燒杯中鋅片上產生氣泡的速率快。又因兩燒杯中的鋅都能與稀硫酸反應產生氫氣而消耗H＋，導致兩燒杯中溶液的酸性均減弱。理解感悟金屬銅和鋅插入稀硫酸中后，銅不反應，鋅溶解并產生氣泡。若用導線連接兩金屬或將兩金屬直接接觸，就構成了原電池，現象也就發生了變化：銅表面產生大量氣泡，比未構成原電池時鋅表面的氣泡產生速率要快.這一原理可用于實驗室制氫氣：在稀硫酸中滴加少量硫酸銅溶液，與鋅粒混合后，鋅置換出銅，覆蓋在鋅的表面，形成許多微小的銅鋅原電池,使得產生氫氣的速率大大加快。4．在銅鋅原電池中(如下圖),以硫酸銅為電解質溶液，鋅為________極,電極上發生的是________(填“氧化”或“還原”）反應，電極反應式為_____________________。鋅片上觀察到的現象為_______________________________________________________;銅為________極，電極上發生的是________(填“氧化”或“還原")反應，電極反應式是______________________________________________________；銅片上觀察到的現象是_________________________________________________________，原電池總反應的離子方程式為__________________________________________。答案負氧化Zn－2e－=Zn2＋鋅片溶解正還原Cu2＋＋2e－=Cu銅極變粗Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu解析CuSO4為電解質溶液時，銅鋅原電池的負極為鋅，電極反應式為Zn－2e－=Zn2＋,所以鋅片不斷溶解,正極為銅，電極反應式為Cu2＋＋2e－=Cu，所以銅極不斷變粗，電池總反應式為Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu.5．鐵及鐵的化合物應用廣泛，如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血劑等。（1）寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式：________________________________________________________________________。（2）若將（1）中的反應設計成原電池，請寫出電極反應式：正極反應：_____________________________________________________；負極反應：_______________________________________________________。答案（1）2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋（2)2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋Cu－2e－=Cu2＋40分鐘課時作業［經典基礎題］一、能源及其能量轉換1．下列關于能量轉換的認識中不正確的是()A．白熾燈工作時，電能全部轉化為光能B．普通干電池工作時將化學能轉變為電能C．化學反應中的能量變化，通常主要表現為熱量的變化D．火電是通過化石燃料燃燒,使化學能經過一系列能量轉化最終轉變為電能答案A解析A項，白熾燈工作時，電能除轉化為光能外，還轉化為熱能。2．核聚變是人類未來獲取能源的理想方式之一.人類從受控熱核聚變反應中可得到無窮盡的清潔能源，相當于為自己制造了一個個小太陽。下列關于能量轉換的認識中不正確的是()A．電解水生成氫氣和氧氣時,電能轉化為化學能B．綠色植物進行光合作用時，太陽能轉化為化學能C．煤燃燒時,化學能主要轉化為熱能D．蠟燭燃燒時,化學能全部轉化為光能答案D二、原電池的形成與判定3．一個原電池的總反應的離子方程式是Zn＋Cu2＋=Zn2＋＋Cu，該原電池的合理組成是（）正極負極電解質溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DZnFeCuCl2答案C解析由總反應式知，Zn被氧化作原電池的負極，符合條件的有B、C兩項，電解質溶液中Cu2＋＋2e－=Cu,B選項中是2H＋＋2e－=H2↑，故應選C。4．下列燒杯中盛放的都是稀硫酸，在銅電極上能產生氣泡的是（）答案D5．如圖是課外活動小組設計的用化學電源使LED燈發光的裝置。下列說法錯誤的是（）A．銅片表面有氣泡生成B．裝置中存在“化學能→電能→光能”的轉換C．如果將硫酸換成檸檬汁，導線中不會有電子流動D．如果將鋅片換成鐵片,電路中的電流方向不變答案C解析銅鋅原電池中,Cu作正極，溶液中的氫離子在正極上得電子生成氫氣，故Cu上有氣泡生成，A正確;原電池中化學能轉化為電能，LED燈發光時,電能轉化為光能，B正確；檸檬汁顯酸性也能作電解質溶液，將硫酸換成檸檬汁，仍然構成原電池，導線中會有電子流動,C錯誤;金屬性Cu比Zn、Fe弱，Cu作正極，電路中的電流方向不變，仍然由Cu流向負極，D正確。三、原電池正極和負極的判定6。右圖為銅鋅原電池示意圖，下列說法正確的是（)A．鋅片逐漸溶解B．燒杯中溶液逐漸呈藍色C．電子由銅片通過導線流向鋅片D．Zn為正極，Cu為負極答案A解析在該原電池中,Zn作負極，Zn溶解并失e－，在外電路中e－由Zn→Cu,在Cu電極表面，H＋得e－生成H2,故Cu并沒有參加任何反應,故A選項正確，B、C選項錯誤；鋅的活動性大于銅，鋅為負極、Cu為正極，D選項錯誤。7.如圖所示，兩電極一為碳棒，一為鐵片，若電流表的指針發生偏轉，且a極上有大量氣泡生成，則以下敘述正確的是（）A．a為負極，是鐵片,燒杯中的溶液為硫酸B．b為負極，是鐵片，燒杯中的溶液為硫酸銅溶液C．a為正極，是碳棒，燒杯中的溶液為硫酸D．b為正極，是碳棒，燒杯中的溶液為硫酸銅溶液答案C解析Fe、C形成的原電池中，負極鐵失去電子，變成亞鐵離子,由于a極上有大量氣泡產生，所以反應為2H＋＋2e－=H2↑,a為正極,是碳棒；b為負極，是鐵片；電解質溶液為硫酸.8.如右圖所示裝置,電流表指針發生偏轉,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（)A．A是Zn,B是Cu，C為稀硫酸B．A是Cu，B是Zn,C為稀硫酸C．A是Fe，B是Ag，C為稀AgNO3溶液D．A是Ag，B是Fe，C為稀AgNO3溶液答案D解析A極逐漸變粗，說明A極為原電池的正極,溶液中的金屬陽離子得到電子后在A極上析出；B極逐漸變細，說明B極為原電池的負極，失去電子后變成離子進入溶液中。A和B兩項中的反應為Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑,則A選項中A極變細，B選項中A極不變。C和D兩項中的反應為Fe＋2AgNO3=2Ag＋Fe(NO3)2，其中C選項中A極變細，D選項中A極變粗。四、原電池的應用9．在實驗室制取氫氣時，最好的方法是（）A．純鋅與稀硫酸反應B．純鋅與濃硫酸反應C．純鋅與稀鹽酸反應D．粗鋅（含銅、銀)與稀硫酸反應答案D解析含有銅或銀的鋅與稀硫酸反應時，由于發生原電池反應,生成氫氣的速率加快。［能力提升題］10。在盛有水的燒杯中，鐵圈和銀圈的連接處吊著一根絕緣的細絲，使之平衡(如右圖所示）。小心地往燒杯中央滴入CuSO4溶液.（1）片刻后可觀察到的現象是（指懸吊的金屬圈)____。A．鐵圈和銀圈左右搖擺不定B．保持平衡狀態不變C．鐵圈向下傾斜D．銀圈向下傾斜（2）產生上述現象的原因是___________________________________________________________________________________________________________________。(3)寫出反應的化學方程式：_____________________________________________________________________________________________________________________。答案(1）D（2)加入CuSO4溶液后，構成Fe－Ag原電池，鐵溶解，質量減輕,Cu2＋在銀圈上得電子，生成Cu沉積在其上,質量增加（3）Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu解析加入CuSO4溶液后,構成Fe－Ag原電池,Fe失電子作負極，質量減輕，Cu2＋在正極銀圈上得電子，生成金屬銅沉積在上面使其質量增加。11．利用原電池原理可以探究金屬的活動性.(1）將鋅片和銀片浸入稀硫酸中組成原電池,兩電極間連接一個電流計.鋅片作________(填“正”或“負”)極，鋅片上發生的電極反應式是_________________；銀片上發生的電極反應式是________________。(2）若該電池中兩電極的總質量為60g，工作一段時間后，取出鋅片和銀片洗凈干燥后稱重，總質量為47g。此時產生標準狀況下氫氣的體積為________L，通過導線的電子的物質的量為________mol。(3）為證明鐵的金屬活動性比銅強，某同學設計了如下一些方案。其中能證明鐵的金屬活動性比銅強的方案是________（填序號）。方案現象或產物①將鐵片置于CuSO4溶液中鐵片上有亮紅色物質析出②將鐵絲和銅絲分別在氯氣燃燒產物分別為FeCl3和CuCl2③將鐵片和銅片分別置于稀硫酸溶液中鐵片上有氣泡產生，銅片上無氣泡產生④將鐵片和銅片置于盛有稀硫酸的燒杯中，并用導線連接鐵片溶解，銅片上有氣泡產生答案(1）負Zn－2e－=Zn2＋2H＋＋2e－=H2↑(2)4.480。4（3)①③④解析(2)溶解的n（Zn)＝eq\f（13g，65g·mol－1)＝0.2mol負極:Zn－2e－=Zn2＋0。2mol0.4mol正極：2H＋＋2e－=H2↑0.4mol0。4mol所以V(H2）＝4.48L，n(e－）＝0。4mol。12．有A、B兩位學生均想利用原電池反應驗證金屬的活動性順序，并探究產物的有關性質，分別設計了如圖所示的原電池，請完成下列問題：(1)①負極材料：A池________，B池________；②電極反應式：A池:正極：__________________，負極：__________________________________________，B池:正極：__________________,負極：_________________________________________。(2)B池總反應的離子方程式為_______________________________________________________________________________________________________________________。（3）寫出兩池反應的化學方程式:_____________________________________________________________________________________________________________________。答案(1)①MgAl②2H＋＋2e－=H2↑Mg－2e－=Mg2＋2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑Al＋4OH－－3e－=AlOeq\o\al（－,2）＋2H2O(2）2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－，2）＋3H2↑（3）A池：Mg＋H2SO4=MgSO4＋H2↑B池:2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑13．某同學利用生活中或實驗室中常用的物品，根據氧化還原反應知識和電化學知識,自己動手設計了一個原電池。請填寫下列空白：（1）實驗原理:Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑(2)實驗用品：電極（______、______)、稀硫酸、______、________、耳機(或者電流表）（填寫所缺的實驗用品）.（3）實驗裝置如圖.（4）原電池設計及注意的問題：①按如圖所示裝置連接好實驗儀器,注意觀察（耳朵聽）耳機是否有聲音發出，如果沒有，可將原電池的兩個電極中的一極接觸耳機插頭上的一極（注意：接觸的同時耳機的另一個極是連接在原電池的另一個電極上的)，這時可以聽見耳機發生“嚓嚓嚓……”的聲音。其原因是在原電池中,由化學能轉化為____________,在耳機中又由__________轉化為聲音這種能量；②如果將裝置中的耳機改為電流表，則鐵釘應該接電流表的________極,電極反應式為________________________________________________________________________，發生了__________反應；銅釘應該接電流表的________極，電極反應式為________________________________________________________________________，發生了________________________________________________________________________反應。答案（2)鐵釘或鐵條銅釘(其他的惰性電極如鉛筆芯、鉑等都正確）燒杯導線(4）①電能電能②負Fe－2e－=Fe2＋氧化正2H＋＋2e－=H2↑還原解析原電池是將化學能轉變為電能的裝置，活潑金屬作負極，發生氧化反應,不活潑材料作正極,發生還原反應.電流表正極應接原電池正極，電流表負極應接原電池負極。14．某化學興趣小組為了探究鋁電極在原電池中的作用,在常溫下，設計并進行了以下一系列實驗，實驗結果記錄如下.編號電極材料電解質溶液電流表指針偏轉方向1Al、Mg稀鹽酸偏向Al2Al、Cu稀鹽酸偏向Cu3Al、C(石墨)稀鹽酸偏向石墨4Al、Mg氫氧化鈉溶液偏向Mg5Al、Zn濃硝酸偏向Al試根據上表中的實驗現象回答下列問題：(1)實驗1、2中Al所作的電極(正極或負極)是否相同（填“是”或“否”）？____________。(2)由實驗3完成下列填空：①鋁為________極，電極反應式:_____________________________________________；②石墨為________極，電極反應式:__________________________________;③電池總反應式:__________________________