高中化学专题2化学反应与能量变化第三单元化学能与电能的转化第1课时教学案苏教版2

第1课时化学能转化为电能

知识条目必考要求加试要求

1.原电池的概念 a a

2.铜－锌原电池的原理及电极反应式 b b

3.原电池的构成条件 a b

能力要求

1.通过实验探究认识化学能可以转化为电能。

2.从电子转移的角度

理解化学能向电能转化的本质及原电池的构成条件。3.会书写简单

的原电池的电极反应式及电池总反应方程式(离子方程式)。

一、原电池工作原理

按要求完成下列实验，并填表：

实验步骤

①②③④

现象

锌片逐渐溶解，

表面有气泡；铜

片表面无气泡

锌片逐渐溶解，

铜片表面有气

泡，电流计指针

发生偏转

两锌片逐渐溶解

且表面都有气

泡，电流计指针

不偏转

无现象

解释或说明

锌与稀硫酸发生

置换反应产生

H2，而铜则不能

锌与稀硫酸反

应，但氢气在铜

片上产生，导线

中有电流

锌与稀硫酸反应

产生氢气，但导

线中无电流

乙醇是非电解

质，与Zn、Cu都

不反应

根据上述实验回答下列问题：

1．装置②中能量是如何转化的？具备这种特点的装置名称是什么？

答案化学能转化为电能；该装置称为原电池。

2．原电池的工作原理

①分析下图并填空：

原电池总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。

②能量转化过程：原电池在工作时，负极失去电子，电子通过导线流向正极，溶液中氧化性物质得到电子，发生还原反应，这样氧化反应和还原反应不断发生，闭合回路中不断有电子流产生，也就形成了电流，即化学能转变为电能。

3．结合原电池工作原理及上述实验现象，分析原电池的构成条件是什么？

答案理论上，自发的氧化还原反应均可构成原电池。具体条件是

①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)；

②溶液：两电极均插入电解质溶液中；

③导线：两极用导线相连，形成闭合回路。

1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是________________________。

答案DFG

解析图中A、B都只有一个电极，C中是两个活动性相同的电极，E中酒精不是电解质溶液，

H 不能形成闭合回路，它们不属于原电池，属于原电池的只有D 、F 、G 。

思维启迪 原电池的判定方法：一看反应原理(能否自发地进行氧化还原反应)；二看构成条件(两极一液成回路：两个活动性不同的电极，插入电解质溶液中，装置形成闭合回路)。 2.在如图所示的装置中，a 的金属活动性比氢要强，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，溶液中c (H ＋

)减小 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 显然，电极a 、b 与电解质溶液稀H 2SO 4组成原电池。因活动性a ＞b(碳棒)，所以a 为原电池的负极，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 －===n

2

H 2↑(还原反应)。由于正极放电消耗H ＋，溶液中c (H ＋)减小。在外电路中，电

子由a 极流向b 极。 二、原电池原理的应用

1．由A 、B 、C 、D 四种金属按下表中装置进行实验。

装置

现象

二价金属A 不断溶解

C 的质量增加

A 上有气体产生

根据实验现象回答下列问题：

(1)装置甲中负极的电极反应式是______________________________________。 (2)装置乙中正极的电极反应式是__________________________________________。 (3)装置丙中溶液的pH 变化是________。

(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是_____________________________________。 答案 (1)A －2e －

===A 2＋

(2)Cu 2＋

＋2e －

===Cu (3)增大 (4)D>A>B>C

解析 据图Ⅰ知活动性：A>B ，A 作负极，电极反应式为A －2e －

===A 2＋

；据图Ⅱ知活动性：

B>C，正极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；据图Ⅲ知活动性：D>A，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故c(H＋)减小，pH增大。据Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ知活动性：D>A>B>C。

2．钢铁在潮湿的空气中很快被腐蚀，如图所示。回答下列问题：

(1)钢铁表面形成的电解质溶液中溶有O2，通常溶液呈中性或弱碱性。

(2)钢铁表面会形成无数微小的原电池，负极是Fe，正极是C。

(3)负极反应式是2Fe－4e－===2Fe2＋，正极反应式是2H2O＋O2＋4e－===4OH－。

(4)总反应的化学方程式是2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，最终生成红色的铁锈(Fe2O3·x H2O)。

(5)金属跟电解质溶液接触，发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。

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。

1.利用原电池原理可比较金属活动性

作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性弱。

2．形成原电池可改变化学反应速率

如金属表面形成原电池会加速金属被腐蚀，即金属易发生电化学腐蚀。

3．在钢铁腐蚀过程中，下列五种变化可能发生的是( )

①Fe2＋转化为Fe3＋②O2被还原③产生H2

④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·x H2O ⑤杂质碳被氧化

A．只有①②B．只有②③④

C．①②③④D．①②③④⑤

答案 C

解析本题考查钢铁的电化学腐蚀。在腐蚀过程中，负极Fe－2e－===Fe2＋，正极O2或H＋得电子，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被氧化生成Fe(OH)3，Fe(OH)3失水形成铁锈。