高中化学二课时作业：第二章化学反应与能量第二节第课时化学能转化为电能含答案

第二节化学能与电能
第1课时化学能转化为电能
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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：化学能错误!热能错误!机械能错误!电能.其中能量转
换的关键环节是燃烧。

（3）火力发电弊端：①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。

②能量经过多次转化,利用率低，能量损失大.
③煤燃烧会产生有害物质（如SO2、CO、NO2、粉尘等）,污染环境。

【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。

（)
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
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。

（2）构成条件
①原电池反应必须是自发的氧化还原反应，
②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非金属)，
③两电极均插入电解质溶液中,
④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＋===Zn2＋＋H2↑。

(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===NaCl＋H2O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）×(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），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Cu－C－AgNO3，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：①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。

②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？
（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)：Fe－2e－===Fe2＋。

还原反应（正极反应）:2Fe3＋＋2e－===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()
A．B极为原电池的正极
B．A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸
C．C中阳离子向A极移动
D．A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
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：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是（）
A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a
C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞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d＞a＞b＞c，选C。

归纳总结
原电池原理的应用
(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Fe＋2Fe3＋===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2100 mL 2 mol·L－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 mol·L－1的盐酸
B．加入数滴氯化铜溶液
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Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu，形成Cu—Zn原电池，加快了反应速率。

1．下列装置能形成原电池的是
（)
A．①②③⑦⑧B．①②⑤⑥
C．①②③④D．①②③⑥⑦
答案A
解析装置④不能形成闭合回路；装置⑤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⑥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
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.
3．X、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（)
A．X>Y>Z B．X>Z>Y
C．Y>X>Z D．Y>Z>X
答案C
解析根据原电池原理，负极的金属比正极活泼，可知Y〉X，根据金属活动性顺序和置换反应原理，可知X〉Z，故有Y>X>Z. 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===NaCl＋H2O
（B)Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋
（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 Cu－2e－===Cu2＋氧化反应碳棒、Ag、铂、金（任选一）2Ag＋＋2e－===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Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋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
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C
3．下列叙述中正确的是（）A．原电池的负极发生得电子的还原反应
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）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
B．a是正极，b是负极
C．导线中有电子流动，电子从a极到b极
D．a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，显然,电极a、b与电解质溶液稀H2SO4组成原电池.因活泼性a>b(碳棒)，所以a为电池的负极，b 为正极。

电极反应式：
a(负)极：a－n e－===a n＋(氧化反应）
b(正）极:n H＋＋n e－===错误!H2↑（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
解析原电池中电子从负极流出,从正极流入。

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
(）
A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸
B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸
C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液
D．A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Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，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===2Ag＋Fe（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＋===Zn2＋＋Cu，该原电池的合理组成是
（)
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，电解质溶液中Cu2＋＋2e－===Cu，B选项中是2H＋＋2e－===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(）
A．②①③④B．④③①②
C．④②①③D．③②④①
答案C
解析②③④实质均为原电池装置。

③中Fe为正极，被保护；
②④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；①中不能构成原电池，仅发生化学腐蚀反应。

9．根据下列事实：①A＋B2＋===A2＋＋B;②D＋2H2O===D(OH)2＋H2↑；③以B、E为电极与E的盐溶液组成原电池,电极反应为E2＋＋2e－===E，B－2e－===
B2＋，由此可知A2＋、B2＋、D2＋、E2＋的氧化性强弱关系是________。

答案E2＋＞B2＋＞A2＋＞D2＋
解析由金属活泼性的判断条件，①中A＞B；②D是很活泼的金属；③中B＞E；所以金属性为D＞A＞B＞E，对应阳离子的氧化性恰好相反。

10．利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O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SO2－4向________极移动。

答案(1)铜Cu－2e－===Cu2＋（2)O2＋4e－＋4H＋===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
Cu－2e－===Cu2＋，氧化剂是O2，故正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，溶液中阴离子SO2－，4向负极移动。

[能力提升题]
11。

如图所示的装置，在盛有水的烧杯中,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＋在银圈上得电子，生成Cu沉积在其上，质量增加(3）Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
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。

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：
①铝为________极，电极反应式：____________________________________.
②石墨为________极,电极反应式:__________________________________。

③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应式：____________________________________________。

(4）解释实验5中电流表指针偏向铝的原因：_____________________________
_______________________________________________________ __________.
(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）①负2Al－6e－===2Al3＋②正6H＋＋6e －===3H2↑③2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
（3)负极在NaOH溶液中，活动性Al＞Mg Al－3e－＋4OH－===AlO错误!＋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Zn＞Al，Al是原电池的正极
（5）①另一个电极材料的活动性;②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、Al＞Cu。

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Zn＞Al,Zn是负极，Al是正极，所以在实验5中电流表指针偏向铝。

学必求其心得，业必贵于专精
攀上山峰，见识险峰，你的人生中，也许你就会有苍松不惧风吹和不惧雨打的大无畏精神，也许就会有腊梅的凌寒独自开的气魄，也许就会有春天的百花争艳的画卷，也许就会有钢铁般的意志。