高中化学 2.2 化学能转化为电能(第1课时)课时作业2高一2化学试题

现吨市安达阳光实验学校第二节 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将化学能转化为电能的装置，通过会说明原电池的原理，以及判断原电池的正、负极。

3.会正确书写电极反式，熟知原电池的用。

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 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、、天然气
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
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――→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：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SO 2、CO 、NO 2、粉尘)，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)电能是社会中用最广泛、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，并填表
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
反产生H 2，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，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，但导线中无电流
无现象
乙醇是非电解质，与
Zn 、Cu 都不反
2.原电池
(1)概念：是将化学能转化为电能的装置；原电池的反本质是氧化还原反。

(2)构成条件
①原电池反必须是自发的氧化还原反，
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，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)原电池离子向正极移动。

( )
(5)原电池中的负极反一是电极材料失电子。

( )
答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×
3．原电池中作负极的一是活泼金属，作正极的一是不活泼金属吗？
答案不一。

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、原电池原理的用
1．加快氧化还原反的速率因为形成原电池后，氧化反和还原反分别在两极进行，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设计为原电池。

原电池正负极判断的注意点：①原电池中发生氧化反的一极为负极，发生还原反的一极为正极。

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金属更难失电子，Cu金属作负极，Fe、Al作正极。

【议一议】
4．(1)在大航行的轮船，钢制船壳上常镶嵌一量的锌块，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，轮船在大航行，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)该氧化还原反可拆分为如下两个半反：
氧化反(负极反)：Fe－2e－===Fe2＋。

还原反(正极反)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。

故Fe作负极，活泼性比Fe差的材料作正极，如Cu、C，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离子向A极移动
D．A极发生氧化反
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，正极发生还原反，D项正确。

知识归纳
1．原电池的工作原理(1)反类型：负极发生氧化反，正极发生还原反。

(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，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选项是氧化剂在原电池的正极上发生还原反。

二、原电池原理的用
【例2】有a、b、c、d四个金属电极，有关的装置及现象如下：装置
现象
a极质量减小，
b极质量增大
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( )
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)改变化学反速率
如：在Zn和稀硫酸反时，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 mol·L－1的盐酸与过量的锌反，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，降低了反速率；B项发生反Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu，形成Cu—Zn 原电池，加快了反速率。

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；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：
(A)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
(B)Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋
(1)根据两反本质，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、其电极反式、反类型(“氧化反”或“还原反”)：
负极：________，________________，________。

正极：________，________________，________。

答案(1)(A)不能，(B)可以(2)(A)为非氧化还原反，没有电子转移(3)Cu Cu－2e－===Cu2＋氧化反碳棒、Ag、铂、金(任选一) 2Ag＋＋2e－===2Ag 还原反
解析(1)只有自发的氧化还原反才能设计成原电池，(B)是氧化还原反且能自发进行；
(3)根据电池反式Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋可知，Cu失电子作负极，负极材料是Cu，正极材料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。

[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工具获取的能源，但属于一次能源
B．在即将到来的能源时代，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
B．原电池中较活泼的金属作正极
C．原电池中的电极一要由两种不同的金属组成
D．原电池中发生氧化反的电极是负极
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，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。

电极反式：
a(负)极：a－n e－===a n＋(氧化反)
b(正)极：n H＋＋n e－===
n
2
H2↑(还原反)
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
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，正极上发生还原反；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．④②①③ D．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。

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，对阳离子的氧化性恰好相反。

10．利用反2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反设计为原电池。

(1)负极材料是________(写名称)，电极反为__________________________。

(2)正极电极反式为______________________________________________。

(3)溶液中SO2－4向________极移动。

答案(1)铜Cu－2e－===Cu2＋(2)O2＋4e－＋4H＋===2H2O (3)负
解析该氧化还原反中还原剂为Cu，故负极是铜，电极反为Cu－2e－===Cu2＋，氧化剂是O
2，故正极反为O2＋4e
－＋4H＋===2H
2O，溶液中阴离子SO
2－
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
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，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
1 Al、Mg 稀盐酸偏向Al
2 Al、Cu 稀盐酸偏向Cu
3 Al、C(石墨) 稀盐酸偏向石墨
4 Al、Mg
氢氧化钠溶
液
偏向Mg
5 Al、Zn 浓硝酸偏向Al
试根据上表中的现象回答下列问题：
(1)1、2中Al所作的电极(正极或负极)是否相同(填“是”或“否”)？
____________。

(2)对3完成下列填空：
①铝为________极，电极反式：____________________________________。

②石墨为________极，电极反式：__________________________________。

③电池总反式：_________________________________________________。

(3)4中铝作负极还是正极________，理由是__________________。

写出铝电极的电极反式：____________________________________________。

(4)解释5中电流表指针偏向铝的原因：_____________________________ _________________________________________________________________。

(5)根据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－2＋2H2O
(4)Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中发生反，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1和2可知，原电池中电流表指针是偏向正极。

在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5中电流表指针偏向铝。