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人教版 (新课标)必修2第二节 化学能与电能第1课时教案及反思
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这是一份人教版 (新课标)必修2第二节 化学能与电能第1课时教案及反思，共18页。
第二节 化学能与电能
第1课时 化学能转化为电能
从前在伦敦上流社会，有一位贵族夫人格林太太，幼年时因蛀牙补过一颗不锈钢的假牙。不料后来，她又因为车祸掉了一颗牙，为了显示她的富有，她装了一颗黄金假牙。自此以后，她就经常出现头痛、失眠、心情烦躁等症状。更奇怪的是，众多的医学专家为她检查后，都找不到病因，这位夫人整日感到精神萎靡，找遍各大医院会诊也不见效果。格林太太的病因到底是什么呢？
原来这种病态与车祸有关：“车祸—假牙—病症”。两颗假牙为活泼性不同的金属，与唾液中的电解质接触，会产生电流从而刺激神经使格林太太头痛。那么，为何会产生电流呢？
一、一次能源和二次能源
点拨：电能是当今社会应用最广泛的二次能源。
二、化学能转化为电能
1．化学能间接转化为电能——火力发电
(1)过程：
化学能__热能__机械能电能
(2)关键：燃烧(氧化还原反应)是使化学能转换为电能的关键。
2．化学能直接转化为电能——原电池
(1)实验探究
装置
实验现象
实验结论
①
铜片上__无气泡__
铜与稀硫酸__不反应__
②
锌片上__有气泡__
锌与稀硫酸__反应__
③
铜片上__有气泡__,_锌片__溶解__，电流表指针__偏转__
该装置将__化学能__转化为__电能__
(2)原电池
①定义：将化学能转变为__电能__的装置。
②工作原理(以铜－锌－稀硫酸原电池为例)：
电极材料
电极名称
电子转移
电极反应式
反应类型
锌
负极
__失电子__
__Zn－2e－===Zn2＋__
__氧化反应__
铜
正极
__得电子__
__2H＋＋2e－===H2↑__
__还原反应__
总电极离子反应式
__Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑__
点拨：原电池反应的本质是一个自发的放热的氧化还原反应。
1．下列能源中属于二次能源的是( B )
A．天然气 B．电力
C．原煤 D．石油
解析：天然气、原煤、石油均是自然界中以现成形式提供的，属于一次能源；电力是风力、水能、火力等通过发电机转化而成的，属于二次能源。
2．“能源分类相关图”如右图所示，下面四组能源选项中，全部符合图中阴影部分的能源是( C )
A．煤炭、石油、沼气 B．水能、潮汐能、天然气
C．太阳能、风能、生物质能 D．地热能、海洋能、核能
解析：太阳能、风能、生物质能、沼气、水能、潮汐能等都是来自太阳辐射的能量，是可再生的新能源。
3．(2018·四川成都诊断)下面是有关各种形式能量的相互转化途径的叙述，其中错误的是( B )
A．家庭液化气灶将化学能转变为热能
B．灯泡将电能全部转变为光能
C．光合作用将光能转变为化学能
D．太阳能电池将光能转变为电能
解析：灯泡将电能转变为光能之外，还转变为热能等其他形式的能。
4．(2017·北京101中学期中)下列设备工作时，将化学能转化为电能的是( A )
A
B
C
D
锂离子电池
太阳能集热器
燃气灶
硅太阳能电池
解析：A项，锂离子电池是把化学能转化为电能，故正确；B项，太阳能集热器是把太阳能转化为热能，故错误；C项，燃烧是放热反应，是化学能转化为热能，故错误；D项，硅太阳能电池是把太阳能转化为电能，故错误。
5．(2018·浙江杭州期中)下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述中，错误的是( B )
A．化石燃料蕴藏的能量来自远古时期生物体所吸收利用的太阳能
B．太阳能不能直接转化为电能
C．物质的化学能可以在不同条件下转化为热能、电能等为人类所用
D．绿色植物发生光合作用时，将太阳能转化为化学能“贮存”起来
解析：远古时期生物体吸收利用太阳能，经过非常复杂的过程和漫长的时间形成化石燃料，故A正确；硅光电池、太阳能热电站能将太阳能直接转化为电能，故B错误；物质的化学能可以转化为热能、光能、电能等能量形式，故C正确；光合作用，即光能合成作用，是植物、藻类和某些细菌，在可见光的照射下，经过光反应和暗反应，利用光合色素，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程，把太阳能转化为化学能，故D正确。
6．下图装置能够组成原电池的是( B )
解析：A项两电极均为Zn，不能形成原电池；B项符合构成原电池的条件，能够形成原电池；C项蔗糖是非电解质，其溶液不导电，不能形成原电池；D项两烧杯中的稀硫酸不连通，不能形成闭合回路，也不能形成原电池。
7．(2018·湖南郴州适应性测试)如图为某兴趣小组制作的番茄电池，下列说法正确的是( C )
A．电子由铜通过导线流向锌
B．该装置是将电能转化为化学能的装置
C．锌电极发生氧化反应
D．电流由锌通过导线流向铜
解析：A项，铜作正极，锌作负极，因此电子由锌流向铜，故错误；B项，该装置将化学能转化为电能，故错误；C项，锌作负极失去电子，发生氧化反应，故正确；D项，电子与电流的方向相反，因此电流由铜极流向锌极，故错误。
8．(2018·江西南昌重点中学模拟)如图所示的装置中，M为活动性顺序位于氢之前的金属，N为石墨棒。下列关于此装置的叙述中，不正确的是( D )
A．N上有气体放出
B．M为负极，N为正极
C．是化学能转变为电能的装置
D．导线中有电流通过，电流方向由M到N
解析：M为活动性顺序位于氢之前的金属，N为石墨棒，则M为原电池的负极，石墨为正极，负极M被氧化，正极生成氢气，电流由正极经外电路流向负极，即由N流向M，故D项错误。
知识点一 原电池的工作原理
问题探究：
1．在铜锌原电池中，电子是怎样移动的？电子能否通过电解质溶液？如果不能，电流是如何形成的？
2．若将稀硫酸换作硫酸铜溶液，能否产生电流？电极反应有何不同？
探究提示：1.由于金属锌比金属铜活泼，锌失去电子，电子通过导线流向铜片。电子不能通过电解质溶液，在稀硫酸中H＋移向铜片，SO移向锌片，阴阳离子定向移动形成电流。
2．将稀硫酸换作硫酸铜溶液，也可以形成原电池，产生电流。锌为负极，发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋，铜为正
极，发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。
知识归纳总结：
1．原电池的构成条件——“两极一液一线一反应”
(1)两极——两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属)。
(2)一液——电解质溶液。
(3)一线——形成闭合回路。
(4)一反应——能自发进行的氧化还原反应。
2．原电池工作原理：
(1)装置示意图：
(2)工作原理(以铜、锌、稀硫酸原电池为例)
知识要点
实例
电极构成
负极：还原性相对较强的金属
正极：还原性相对较弱的金属或导电非金属
锌板——负极
铜板——正极
电极反应
负极：失去电子，氧化反应
正极：得到电子，还原反应
负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：2H＋＋2e－===H2
电子流向、电流方向
外电路：电子由负极流向正极，电流方向相反；
内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极，电流由负极流向正极
外电路：电子由锌板经导线流向铜板
内电路：SO移向锌板(负极)；Zn2＋移向铜板(正极)
电极反应式与总反应式的关系
两个电极反应式相加，即得总反应式
负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：2H＋＋2e－===H2
总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2
3.原电池正负极的判断方法：
点拨：(1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。
(2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。
(3)在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼的强弱也要考虑电解质溶液性质。如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。
典例1 (2018·淄博高一检测)如图所示电流计的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是( C )
A．B极为原电池的正极
B．A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸
C．C中阳离子向A极移动
D．A极发生氧化反应
解析：原电池中，负极金属失去电子，发生氧化反应溶解，质量减小，故A极为负极，B极为正极，A、D项正确；A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B项正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C项错误。
规律方法指导：对于原电池工作原理常考查的几个方面可用口诀帮助记忆：原电池分为两极；负极氧化正还原；电子由负流向正，离子阳正阴向负。
〔变式训练1〕 (2018·山东学考真题)关于如图所示原电池的说法正确的是( A )
A．Cu为正极，Zn为负极
B．电子由铜片通过导线流向锌片
C．正极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D．Zn发生还原反应
解析：在该原电池，Zn作负极，发生失电子的氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；铜作正极，溶液中的H＋在铜电极上发生得电子的还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，电子由负极(Zn)经过导线移向正极(Cu)，只有A选项正确。
知识点二 原电池原理的应用
问题探究：
1．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，能利用这个反应设计成原电池吗？为什么？
2．锌与稀硫酸反应制H2时向溶液中加少量CuSO4后，为什么反应速率加快？
探究提示：1.不能。因为该反应不是氧化还原反应。
2．锌置换出的铜附着在锌上，铜、锌、稀硫酸构成原电池。
知识归纳总结：
1．加快氧化还原反应的速率：
(1)原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。
(2)实例：实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。
2．比较金属活泼性强弱：
(1)原理：一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。
(2)实例：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生。由原电池原理可知，金属活动性A>B。
3．设计原电池：
(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。
(2)选择合适的材料。
①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料。
②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应。
(3)实例
以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例
↓
↓
典例2 某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是( C )
选项
正极
负极
电解质溶液
A
Cu
Zn
HCl
B
Zn
Cu
CuSO4
C
Cu
Zn
CuSO4
D
Cu
Zn
ZnCl2
解析：将Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu拆开两个半反应：
氧化反应(负极反应)：Zn－2e－===Zn2＋。
还原反应(正极反应)：Cu2＋＋2e－===Cu。
则电池的负极是Zn，正极是比锌不活泼的金属或导电的非金属，电解质溶液中应含Cu2＋。
〔变式训练2〕 (2018·岳阳高一检测)把A、B、C、D四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时，A极质量减轻；B、D相连时，B为正极。则四种金属的活泼性顺序由强到弱排列为( A )
A．A>C>D>B B．A>C>B>D
C．B>D>C>A D．A>B>C>D
解析：A、B相连时，A为负极，则说明A与B相比较，A更加活泼；C、D相连，D上有气泡逸出，则C为原电池的负极，C比D活泼；A、C相连时，A极质量减轻，A参与了电极反应，被消耗，应是活泼金属；B、D相连，B为正极，则D是活泼金属，作原电池的负极。故四种金属的活泼性顺序由强到弱为A>C>D>B。
1．火电在我国发电总量中的地位
我国是用电大国。2001年我国的火电(火力发电)量占发电总量的81.2%。估计在2050年前后，相对比率会有所变化(水力和其他能源提供的发电量会逐步增加)，但火电仍将居于首位。
2。火电产生的过程
火电是通过化石燃料燃烧，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。能量转化过程具体如下：
化学能热能机械能电能
其中，燃烧(氧化还原反应)是使化学能转换为电能的关键。氧化还原反应的本质是氧化剂与还原剂之间发生电子转移的过程，电子转移引起化学键的重新组合，同时伴随着体系能量的变化。
3．化学能直接转化为电能的思路分析
要想使氧化还原反应释放的能量直接转变为电能，就要设计一种装置，使氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并使其间的电子转移，在一定条件下形成电流。为了使用方便，还需要把可产生的电能以化学能的形式储存起来。化学电池就是这样的一种装置。这种装置可以将氧化还原反应体系的能量储存起来，类似于水库的蓄水功能。
〔即时训练〕
(2018·山东济宁高一期末)下列叙述不正确的是( C )
A．根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源
B．电能是现代社会中应用广泛、使用方便、污染小的一种二次能源
C．火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程
D．火力发电过程中的能量转化方式是化学能→热能→机械能→电能
解析：氢气不能从自然界中直接取得，是二次能源，A正确；电能也是二次能源，且使用方便、污染小，B正确；以煤为燃料，火力发电的能量转化过程为(煤)化学能热能机械能电能，故C错误，D正确。
1．(2018·四川成都石室佳兴外国语学校检测)对原电池的电极名称，下列叙述中错误的是( D )
A．电子流入的一极为正极
B．比较不活泼的一极为正极
C．电子流出的一极为负极
D．发生氧化反应的一极为正极
解析：A项，原电池中，电子从负极沿导线流向正极，所以电子流入的一极为正极，不符合题意；B项，原电池中，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，所以较活泼的金属作负极，较不活泼的电极为正极，不符合题意；C项，原电池中，电子从负极沿导线流向正极，所以电子流出的一极为负极，不符合题意；D项，原电池中，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，符合题意。
2．(2018·河南开封高一月考)下列叙述是某同学做完铜锌原电池实验后得出的结论和认识，其中正确的是( D )
A．构成原电池正极和负极的材料必然是两种金属
B．由铜、锌作为电极与稀硫酸溶液组成的原电池中，铜是负极
C．电子通过稀硫酸溶液由锌流向铜，通过稀硫酸溶液时被氢离子得到而放出氢气
D．铜锌原电池工作时，若有13 g锌被溶解，电路中就有0.4 mol电子通过
解析：两种活动性不同的金属与电解质溶液能够组成原电池，但不能因此说构成原电池电极的材料一定就是金属，例如，锌和石墨电极也能跟电解质溶液组成原电池；在原电池中，活泼金属中的电子经外电路流向不活泼的金属，因此活泼的金属是负极；电子不能通过电解质溶液，应该是氢离子在铜极上得到由锌沿外导线传递过来的电子；铜锌原电池工作时，锌失去电子，电极反应为：Zn－2e－===Zn2＋，1 mol锌失去2 mol电子，13 g锌被溶解时，电路中有0.4 mol电子通过。
3．(2018·河北沧州黄骅中学高一期中)人造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池，其电池的电极反应式为：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。据此判断氧化银是( B )
A．负极，被氧化 B．正极，被还原
C．负极，被还原 D．正极，被氧化
解析：电池的电极反应式为：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，从中可以看出锌的化合价升高，所以锌为负极，被氧化了，而氧化银中的银化合价降低，被还原了，故氧化银为正极，被还原，故B符合题意。
4．(2018·湖北校级期中)如图是化学课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置示意图。下列有关该装置的说法正确的是( C )
A．铜片为负极，其附近的溶液变蓝，溶液中有Cu2＋产生
B．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向将改变
C．其能量转化的形式主要是“化学能→电能→光能”
D．如果将稀硫酸换成柠檬汁，LED灯将不会发光
解析：锌片作负极，发生氧化反应，铜片作正极，发生还原反应，铜片上有气泡产生，故A错误；如果将锌片换成铁片，铁片依然作负极，电路中的电流方向不会发生改变，故B错误；其能量转化的形式主要是“化学能→电能→光能”，故C正确；如果将稀硫酸换成柠檬汁，由于柠檬汁中含有柠檬酸，溶液呈酸性，LED灯也会发光，故D错误。
5．(2018·湖北部分重点中学期末联考)某实验兴趣小组按下图装置实验后，所记录内容合理的是( B )
实验记录
①Cu为正极，Zn为负极；
②Zn质量减少，Cu质量增加；
③SO向Cu极移动；
④电子流方向是：由Zn经导线流入Cu片；
⑤Zn电极发生还原反应；
⑥正极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu。
A．②③④ B．①②④⑥
C．①②④⑤ D．②③⑤⑥
解析：①Zn比Cu活泼，Zn为负极，Cu为正极，故正确；②铜为正极，发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，铜极质量增大，故正确；③原电池工作时，阴离子向负极移动，故错误；④电子由负极流向正极，即电子由Zn电极流向Cu电极，故正确；⑤Zn电极发生氧化反应，故错误；⑥正极发生还原反应，电极反应方程式为Cu2＋＋2e－===Cu，故正确。综上所述，B正确。
6．(2018·湖北荆州监利一中月考)如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验中，不考虑两球的浮力变化)( D )
A．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低
B．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高
C．当杠杆为导体时，A端高B端低；杠杆为绝缘体时，A端低B端高
D．当杠杆为导体时，A端低B端高；杠杆为绝缘体时，A端高B端低
解析：若杠杆是导体，则滴入硫酸铜后，装置构成原电池，铁是负极，失去电子，被氧化，铜是正极，溶液中的铜离子得到电子，析出铜，附着在铜电极表面，所以A端低，B端高；若杠杆是绝缘体，不能构成原电池，此时铁直接和硫酸铜发生置换反应，生成的铜附着在铁表面，质量增加，因此A端高，B端低，故D正确。
7．下面是四个化学反应，你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应的是( D )
A．2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
B．2H2＋O22H2O
C．Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4
D．Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑
解析：D项中的反应不属于氧化还原反应，不能设计成原电池。
8．(2018·湖北荆州沙市中学检测)某原电池的电池反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，与此电池反应不符合的原电池是( C )
A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
B．石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
C．铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池
D．银片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
解析：由题给电池反应式可知，铁失电子应作负极，电解质溶液中含有Fe3＋在正极得电子，正极应是比铁活动性差的金属或非金属，故C项符合题意。
基 础 巩 固
一、选择题
1．下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是( B )
A．①②③④ B．④②①③
C．③①②④ D．②①③④
解析：③中的锌作负极，腐蚀速率最快；④中的锌与外界不接触，腐蚀速率最慢；②中的锌作正极，腐蚀速率比①中的锌要慢，因此腐蚀速率由慢到快的顺序为④②①③，故B正确。
2．(2018·河南开封高一期中)下列装置中，不能构成原电池的是( B )
解析：A、C、D项都具备两个活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路和能自发进行氧化还原反应的条件，都构成了原电池；B项，蔗糖溶液不是电解质溶液，不能构成原电池。
3．(2018·济南高一检测)某原电池反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，则下列说法正确的是( D )
A．硝酸可能为电解质溶液
B．锌可能为原电池正极
C．铁的质量不变
D．铜可能为原电池正极
解析：由原电池反应的离子方程式知，电池的负极为铁，则正极应是比铁不活泼的金属或能导电的非金属；在反应中负极不断被消耗，由于反应中放出了氢气并生成了Fe2＋，故知电解质溶液不是硝酸。由以上分析可知正确选项为D。
4．如图所示的8个装置属于原电池的是( C )
A．①④⑤ B．②③⑥
C．④⑥⑦ D．⑥⑦⑧
5．(新编题)如图所示的M和N均为原电池，四个金属棒的长度和横截面直径、导线的长度和横截面直径、溶液温度完全相同，下列说法一定正确的是( D )
A．M和N的正极都是铁棒
B．M和N的负极反应式不同
C．反应进行相同时间时，M中c(Fe2＋)是N中的3倍
D．用两块铁棒替换两块铜棒，M和N中均有化学能转化为热能
解析：M中发生化学反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，N中发生化学反应：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，则M和N的正极都是铜棒，负极都是铁棒，负极反应式相同。M和N中溶液体积、电解质溶液浓度是否相等均未知，则反应进行相同时间时，不能确定M中c(Fe2＋)一定是N中的3倍。M和N中的原电池反应均为释放能量的反应，用两块铁棒替换两块铜棒之后，Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋和Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu仍发生，但都不是原电池反应，故能量转化均为化学能转化为热能。
二、非选择题
6．(2018·咸宁高一检测)理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”设计一个化学电池(正极材料用碳棒)，回答下列问题：
(1)该电池的负极材料是__Cu__，发生__氧化__反应(填“氧化”或“还原”)，电解质溶液是__AgNO3溶液__。
(2)正极上出现的现象是__碳棒上出现银白色物质__。
(3)若导线上转移电子1 mol，则生成银__108__g。
解析：(1)根据电池的总反应，可知负极一般是失电子的物质，所以负极材料应该是铜，发生氧化反应，电解质溶液是一种可溶性的银盐溶液，所以是AgNO3溶液。
(2)正极上是溶液中的银离子得到电子变成银单质，所以正极上的现象是碳棒上出现银白色物质。
(3)当导线上转移1 mol电子的时候，正极上会析出1 mol银单质，所以正极上生成的银的质量是108 g。
7．(2018·南宁高一检测)某同学为了探究原电池产生电流的过程，设计了如图实验。
(1)打开K，观察到的现象为__锌棒上附着有红色固体__。
(2)关闭K，观察到的现象是__碳棒上附着有红色固体__。此电池的负极的电极反应式为__Zn－2e－===Zn2＋__。总反应式为__Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu__。
(3)关闭K，溶液中阳离子向__C__(填“Zn”或“C”)极运动，外电路中，电子流动方向是__Zn→C(或负极→正极)__。
解析：(1)打开K，锌与硫酸铜接触，置换出铜，所以可以看到锌棒上附着有红色固体。(2)关闭K，形成原电池，锌作负极，碳作正极，溶液中的铜离子在碳棒上得到电子生成铜，看到碳棒上附着有红色固体；其正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu；负极反应为Zn－2e－===Zn2＋；总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。(3)关闭K，溶液中的阳离子向正极移动，即向碳棒移动，电子从锌出来经过导线流向碳。
8．A、B、C三个烧杯中分别盛有200 mL相同物质的量浓度的稀硫酸。
(1)分别写出B、C装置中铁片表面发生反应的电极反应式：
B__Fe－2e－===Fe2＋__，C__2H＋＋2e－===H2↑__。
(2)一段时间后，C中产生3.36 L(标准状况下)气体时，硫酸恰好消耗完。此时，三烧杯中液体质量最大的为__C__(填字母)，稀硫酸的物质的量浓度为__0.75__mol·L－1。
解析：(1)A中是金属铁和硫酸发生置换反应，反应方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑；B中Sn、Fe、硫酸构成原电池，金属铁较活泼。作负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C中Zn、Fe、硫酸构成原电池，金属锌较活泼，作负极，金属铁作正极，该极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。
(2)A中是金属铁和硫酸发生置换反应，进入的是铁(设1 mol完全反应)，出去的是氢气，质量增重是54，B中Sn、Fe、硫酸构成原电池进入的是铁(设1 mol完全反应)，出去的是氢气，质量增重是54，C中Zn、Fe、硫酸构成原电池，进入的是锌(设1 mol完全反应)，出去的是氢气，质量增重是63，所以三个烧杯中液体质量最大的为C，C中电池总反应为H2SO4＋Zn===ZnSO4＋H2↑，n(H2SO4)＝n(H2)＝3.36 L÷22.4 L·mol—1＝0,15 mol，则c(H2SO4)＝0.75 mol·L－1。
能 力 提 升
一、选择题
1．如图所示装置中，可观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细。下表所列M、N、P物质中，可以组合成该装置的是( C )
选项
M
N
P
A
锌
铜
稀硫酸
B
铜
铁
稀盐酸
C
银
锌
硝酸银溶液
D
锌
铁
硝酸铁溶液
2.如右图所示，烧杯中盛的是水，铁圈和银圈直接相连，在接头处用一根绝缘细丝吊住，并使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液，反应一段时间后，观察到的现象是
( D )
A．两圈仍保持平衡
B．有气泡产生，两圈摇摆不定
C．铁圈向下倾斜
D．银圈向下倾斜
3．(2016·上海高考)图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示( C )
A．铜棒的质量 B．c(Zn2＋)
C．c(H＋) D．c(SO)
解析：图2显示，在铜锌原电池中，随着流入正极的电子的物质的量(x)的增加，y表示的意义逐渐减小。
该铜锌原电池中发生变化：
负极(Zn)：Zn－2e－===Zn2＋；
正极(Cu)：2H＋＋2e－===H2↑；
随着流入正极的电子的物质的量的增加，铜棒质量不变、c(Zn2＋)增加、c(H＋)减小、c(SO)不变。
二、非选择题
4．利用生活中或实验室中常用的物品，根据氧化还原反应知识和电学知识，自己动手设计一个原电池。请填写下列空白：
(1)实验原理：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
(2)实验用品：电极(__铁钉或铁条__、__铜钉(其他的惰性电极如铅笔芯、石墨等)__)、稀硫酸、__烧杯、导线__(填写所缺的实验用品)、耳机(或者电流计)。
(3)实验装置：(如右图所示)
(4)原电池设计及注意的问题。①按如图所示连接好实验仪器，注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出，如果没有，可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意：接触的同时耳机的另一个极是连接在原电池的另一个电极上的)，这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓”声音。其原因是：在原电池中，化学能转化为__电能__。
②如果将装置中的耳机改为电流计，则铁钉应该接电流计的__负__极，电极反应式是__Fe－2e－===Fe2＋__；另一极应该接电流计的__正__极，电极发生了__还原__(填“氧化”或“还原”)反应。
5．(1)原电池原理的应用之一是可以设计原电池装置。请利用反应Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋设计一个原电池，在方框内画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。
正极反应：__2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋__；
负极反应：__Cu－2e－===Cu2＋__。
若外电路中转移的电子为1.5 mol，则溶解铜的质量是__48_g__。
(2)实验室在用锌与稀硫酸反应制备氢气时，可向反应液中滴加少量硫酸铜溶液，其作用是__形成Zn－Cu原电池，增大化学反应的速率__，这体现了原电池原理的另一个应用。
6．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入100 mL相同浓度的稀硫酸中一段时间，回答下列问题：
(1)下列说法中正确的是__BD__(填序号)。
A．甲、乙均为化学能转变为电能的装置
B．乙中铜片上没有明显变化
C．甲中铜片质量减小、乙中锌片质量减小
D．两烧杯中H＋的浓度均减小
(2)在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速率：甲__>__乙(填“>”“<”或“＝”)。
(3)当甲中产生1.12 L(标准状况)气体时，理论上通过导线的电子数目为__0.1_NA(或6.02×1022)__。
(4)当乙中产生1.12 L(标准状况)气体时，将锌、铜片取出，再将烧杯中的溶液稀释至1 L，测得溶液中c(H＋)＝0.1 mol·L－1。试确定原稀硫酸中c(H2SO4)＝__1.0_mol·L－1__。
7．有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L－1的H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6 mol·L－1的NaOH溶液中，如图所示。
(1)写出甲中正极的电极反应式：__2H＋＋2e－===H2↑__。
(2)乙中负极为__Al__，总反应的离子方程式：__2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑__。
(3)若甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则负极材料的金属应比正极材料的金属活泼”，则甲会判断出__Mg__金属活动性更强，而乙会判断出__Al__金属活动性更强。(填写元素符号)
(4)由此实验得出的下列结论中，正确的有__AD__。
A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质
B．镁的金属性不一定比铝的金属性强
C．该实验说明金属活动性顺序已过时，没有实用价值了
D．该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析
第二节 化学能与电能
第1课时 化学能转化为电能
从前在伦敦上流社会，有一位贵族夫人格林太太，幼年时因蛀牙补过一颗不锈钢的假牙。不料后来，她又因为车祸掉了一颗牙，为了显示她的富有，她装了一颗黄金假牙。自此以后，她就经常出现头痛、失眠、心情烦躁等症状。更奇怪的是，众多的医学专家为她检查后，都找不到病因，这位夫人整日感到精神萎靡，找遍各大医院会诊也不见效果。格林太太的病因到底是什么呢？
原来这种病态与车祸有关：“车祸—假牙—病症”。两颗假牙为活泼性不同的金属，与唾液中的电解质接触，会产生电流从而刺激神经使格林太太头痛。那么，为何会产生电流呢？
一、一次能源和二次能源
点拨：电能是当今社会应用最广泛的二次能源。
二、化学能转化为电能
1．化学能间接转化为电能——火力发电
(1)过程：
化学能__热能__机械能电能
(2)关键：燃烧(氧化还原反应)是使化学能转换为电能的关键。
2．化学能直接转化为电能——原电池
(1)实验探究
装置
实验现象
实验结论
①
铜片上__无气泡__
铜与稀硫酸__不反应__
②
锌片上__有气泡__
锌与稀硫酸__反应__
③
铜片上__有气泡__,_锌片__溶解__，电流表指针__偏转__
该装置将__化学能__转化为__电能__
(2)原电池
①定义：将化学能转变为__电能__的装置。
②工作原理(以铜－锌－稀硫酸原电池为例)：
电极材料
电极名称
电子转移
电极反应式
反应类型
锌
负极
__失电子__
__Zn－2e－===Zn2＋__
__氧化反应__
铜
正极
__得电子__
__2H＋＋2e－===H2↑__
__还原反应__
总电极离子反应式
__Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑__
点拨：原电池反应的本质是一个自发的放热的氧化还原反应。
1．下列能源中属于二次能源的是( B )
A．天然气 B．电力
C．原煤 D．石油
解析：天然气、原煤、石油均是自然界中以现成形式提供的，属于一次能源；电力是风力、水能、火力等通过发电机转化而成的，属于二次能源。
2．“能源分类相关图”如右图所示，下面四组能源选项中，全部符合图中阴影部分的能源是( C )
A．煤炭、石油、沼气 B．水能、潮汐能、天然气
C．太阳能、风能、生物质能 D．地热能、海洋能、核能
解析：太阳能、风能、生物质能、沼气、水能、潮汐能等都是来自太阳辐射的能量，是可再生的新能源。
3．(2018·四川成都诊断)下面是有关各种形式能量的相互转化途径的叙述，其中错误的是( B )
A．家庭液化气灶将化学能转变为热能
B．灯泡将电能全部转变为光能
C．光合作用将光能转变为化学能
D．太阳能电池将光能转变为电能
解析：灯泡将电能转变为光能之外，还转变为热能等其他形式的能。
4．(2017·北京101中学期中)下列设备工作时，将化学能转化为电能的是( A )
A
B
C
D
锂离子电池
太阳能集热器
燃气灶
硅太阳能电池
解析：A项，锂离子电池是把化学能转化为电能，故正确；B项，太阳能集热器是把太阳能转化为热能，故错误；C项，燃烧是放热反应，是化学能转化为热能，故错误；D项，硅太阳能电池是把太阳能转化为电能，故错误。
5．(2018·浙江杭州期中)下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述中，错误的是( B )
A．化石燃料蕴藏的能量来自远古时期生物体所吸收利用的太阳能
B．太阳能不能直接转化为电能
C．物质的化学能可以在不同条件下转化为热能、电能等为人类所用
D．绿色植物发生光合作用时，将太阳能转化为化学能“贮存”起来
解析：远古时期生物体吸收利用太阳能，经过非常复杂的过程和漫长的时间形成化石燃料，故A正确；硅光电池、太阳能热电站能将太阳能直接转化为电能，故B错误；物质的化学能可以转化为热能、光能、电能等能量形式，故C正确；光合作用，即光能合成作用，是植物、藻类和某些细菌，在可见光的照射下，经过光反应和暗反应，利用光合色素，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程，把太阳能转化为化学能，故D正确。
6．下图装置能够组成原电池的是( B )
解析：A项两电极均为Zn，不能形成原电池；B项符合构成原电池的条件，能够形成原电池；C项蔗糖是非电解质，其溶液不导电，不能形成原电池；D项两烧杯中的稀硫酸不连通，不能形成闭合回路，也不能形成原电池。
7．(2018·湖南郴州适应性测试)如图为某兴趣小组制作的番茄电池，下列说法正确的是( C )
A．电子由铜通过导线流向锌
B．该装置是将电能转化为化学能的装置
C．锌电极发生氧化反应
D．电流由锌通过导线流向铜
解析：A项，铜作正极，锌作负极，因此电子由锌流向铜，故错误；B项，该装置将化学能转化为电能，故错误；C项，锌作负极失去电子，发生氧化反应，故正确；D项，电子与电流的方向相反，因此电流由铜极流向锌极，故错误。
8．(2018·江西南昌重点中学模拟)如图所示的装置中，M为活动性顺序位于氢之前的金属，N为石墨棒。下列关于此装置的叙述中，不正确的是( D )
A．N上有气体放出
B．M为负极，N为正极
C．是化学能转变为电能的装置
D．导线中有电流通过，电流方向由M到N
解析：M为活动性顺序位于氢之前的金属，N为石墨棒，则M为原电池的负极，石墨为正极，负极M被氧化，正极生成氢气，电流由正极经外电路流向负极，即由N流向M，故D项错误。
知识点一 原电池的工作原理
问题探究：
1．在铜锌原电池中，电子是怎样移动的？电子能否通过电解质溶液？如果不能，电流是如何形成的？
2．若将稀硫酸换作硫酸铜溶液，能否产生电流？电极反应有何不同？
探究提示：1.由于金属锌比金属铜活泼，锌失去电子，电子通过导线流向铜片。电子不能通过电解质溶液，在稀硫酸中H＋移向铜片，SO移向锌片，阴阳离子定向移动形成电流。
2．将稀硫酸换作硫酸铜溶液，也可以形成原电池，产生电流。锌为负极，发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋，铜为正
极，发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。
知识归纳总结：
1．原电池的构成条件——“两极一液一线一反应”
(1)两极——两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属)。
(2)一液——电解质溶液。
(3)一线——形成闭合回路。
(4)一反应——能自发进行的氧化还原反应。
2．原电池工作原理：
(1)装置示意图：
(2)工作原理(以铜、锌、稀硫酸原电池为例)
知识要点
实例
电极构成
负极：还原性相对较强的金属
正极：还原性相对较弱的金属或导电非金属
锌板——负极
铜板——正极
电极反应
负极：失去电子，氧化反应
正极：得到电子，还原反应
负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：2H＋＋2e－===H2
电子流向、电流方向
外电路：电子由负极流向正极，电流方向相反；
内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极，电流由负极流向正极
外电路：电子由锌板经导线流向铜板
内电路：SO移向锌板(负极)；Zn2＋移向铜板(正极)
电极反应式与总反应式的关系
两个电极反应式相加，即得总反应式
负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：2H＋＋2e－===H2
总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2
3.原电池正负极的判断方法：
点拨：(1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。
(2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。
(3)在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼的强弱也要考虑电解质溶液性质。如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。
典例1 (2018·淄博高一检测)如图所示电流计的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是( C )
A．B极为原电池的正极
B．A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸
C．C中阳离子向A极移动
D．A极发生氧化反应
解析：原电池中，负极金属失去电子，发生氧化反应溶解，质量减小，故A极为负极，B极为正极，A、D项正确；A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B项正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C项错误。
规律方法指导：对于原电池工作原理常考查的几个方面可用口诀帮助记忆：原电池分为两极；负极氧化正还原；电子由负流向正，离子阳正阴向负。
〔变式训练1〕 (2018·山东学考真题)关于如图所示原电池的说法正确的是( A )
A．Cu为正极，Zn为负极
B．电子由铜片通过导线流向锌片
C．正极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D．Zn发生还原反应
解析：在该原电池，Zn作负极，发生失电子的氧化反应，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；铜作正极，溶液中的H＋在铜电极上发生得电子的还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，电子由负极(Zn)经过导线移向正极(Cu)，只有A选项正确。
知识点二 原电池原理的应用
问题探究：
1．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，能利用这个反应设计成原电池吗？为什么？
2．锌与稀硫酸反应制H2时向溶液中加少量CuSO4后，为什么反应速率加快？
探究提示：1.不能。因为该反应不是氧化还原反应。
2．锌置换出的铜附着在锌上，铜、锌、稀硫酸构成原电池。
知识归纳总结：
1．加快氧化还原反应的速率：
(1)原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。
(2)实例：实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。
2．比较金属活泼性强弱：
(1)原理：一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。
(2)实例：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生。由原电池原理可知，金属活动性A>B。
3．设计原电池：
(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。
(2)选择合适的材料。
①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料。
②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应。
(3)实例
以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例
↓
↓
典例2 某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是( C )
选项
正极
负极
电解质溶液
A
Cu
Zn
HCl
B
Zn
Cu
CuSO4
C
Cu
Zn
CuSO4
D
Cu
Zn
ZnCl2
解析：将Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu拆开两个半反应：
氧化反应(负极反应)：Zn－2e－===Zn2＋。
还原反应(正极反应)：Cu2＋＋2e－===Cu。
则电池的负极是Zn，正极是比锌不活泼的金属或导电的非金属，电解质溶液中应含Cu2＋。
〔变式训练2〕 (2018·岳阳高一检测)把A、B、C、D四块金属浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时，A极质量减轻；B、D相连时，B为正极。则四种金属的活泼性顺序由强到弱排列为( A )
A．A>C>D>B B．A>C>B>D
C．B>D>C>A D．A>B>C>D
解析：A、B相连时，A为负极，则说明A与B相比较，A更加活泼；C、D相连，D上有气泡逸出，则C为原电池的负极，C比D活泼；A、C相连时，A极质量减轻，A参与了电极反应，被消耗，应是活泼金属；B、D相连，B为正极，则D是活泼金属，作原电池的负极。故四种金属的活泼性顺序由强到弱为A>C>D>B。
1．火电在我国发电总量中的地位
我国是用电大国。2001年我国的火电(火力发电)量占发电总量的81.2%。估计在2050年前后，相对比率会有所变化(水力和其他能源提供的发电量会逐步增加)，但火电仍将居于首位。
2。火电产生的过程
火电是通过化石燃料燃烧，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。能量转化过程具体如下：
化学能热能机械能电能
其中，燃烧(氧化还原反应)是使化学能转换为电能的关键。氧化还原反应的本质是氧化剂与还原剂之间发生电子转移的过程，电子转移引起化学键的重新组合，同时伴随着体系能量的变化。
3．化学能直接转化为电能的思路分析
要想使氧化还原反应释放的能量直接转变为电能，就要设计一种装置，使氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行，并使其间的电子转移，在一定条件下形成电流。为了使用方便，还需要把可产生的电能以化学能的形式储存起来。化学电池就是这样的一种装置。这种装置可以将氧化还原反应体系的能量储存起来，类似于水库的蓄水功能。
〔即时训练〕
(2018·山东济宁高一期末)下列叙述不正确的是( C )
A．根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源
B．电能是现代社会中应用广泛、使用方便、污染小的一种二次能源
C．火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程
D．火力发电过程中的能量转化方式是化学能→热能→机械能→电能
解析：氢气不能从自然界中直接取得，是二次能源，A正确；电能也是二次能源，且使用方便、污染小，B正确；以煤为燃料，火力发电的能量转化过程为(煤)化学能热能机械能电能，故C错误，D正确。
1．(2018·四川成都石室佳兴外国语学校检测)对原电池的电极名称，下列叙述中错误的是( D )
A．电子流入的一极为正极
B．比较不活泼的一极为正极
C．电子流出的一极为负极
D．发生氧化反应的一极为正极
解析：A项，原电池中，电子从负极沿导线流向正极，所以电子流入的一极为正极，不符合题意；B项，原电池中，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，所以较活泼的金属作负极，较不活泼的电极为正极，不符合题意；C项，原电池中，电子从负极沿导线流向正极，所以电子流出的一极为负极，不符合题意；D项，原电池中，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，符合题意。
2．(2018·河南开封高一月考)下列叙述是某同学做完铜锌原电池实验后得出的结论和认识，其中正确的是( D )
A．构成原电池正极和负极的材料必然是两种金属
B．由铜、锌作为电极与稀硫酸溶液组成的原电池中，铜是负极
C．电子通过稀硫酸溶液由锌流向铜，通过稀硫酸溶液时被氢离子得到而放出氢气
D．铜锌原电池工作时，若有13 g锌被溶解，电路中就有0.4 mol电子通过
解析：两种活动性不同的金属与电解质溶液能够组成原电池，但不能因此说构成原电池电极的材料一定就是金属，例如，锌和石墨电极也能跟电解质溶液组成原电池；在原电池中，活泼金属中的电子经外电路流向不活泼的金属，因此活泼的金属是负极；电子不能通过电解质溶液，应该是氢离子在铜极上得到由锌沿外导线传递过来的电子；铜锌原电池工作时，锌失去电子，电极反应为：Zn－2e－===Zn2＋，1 mol锌失去2 mol电子，13 g锌被溶解时，电路中有0.4 mol电子通过。
3．(2018·河北沧州黄骅中学高一期中)人造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池，其电池的电极反应式为：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。据此判断氧化银是( B )
A．负极，被氧化 B．正极，被还原
C．负极，被还原 D．正极，被氧化
解析：电池的电极反应式为：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，从中可以看出锌的化合价升高，所以锌为负极，被氧化了，而氧化银中的银化合价降低，被还原了，故氧化银为正极，被还原，故B符合题意。
4．(2018·湖北校级期中)如图是化学课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置示意图。下列有关该装置的说法正确的是( C )
A．铜片为负极，其附近的溶液变蓝，溶液中有Cu2＋产生
B．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向将改变
C．其能量转化的形式主要是“化学能→电能→光能”
D．如果将稀硫酸换成柠檬汁，LED灯将不会发光
解析：锌片作负极，发生氧化反应，铜片作正极，发生还原反应，铜片上有气泡产生，故A错误；如果将锌片换成铁片，铁片依然作负极，电路中的电流方向不会发生改变，故B错误；其能量转化的形式主要是“化学能→电能→光能”，故C正确；如果将稀硫酸换成柠檬汁，由于柠檬汁中含有柠檬酸，溶液呈酸性，LED灯也会发光，故D错误。
5．(2018·湖北部分重点中学期末联考)某实验兴趣小组按下图装置实验后，所记录内容合理的是( B )
实验记录
①Cu为正极，Zn为负极；
②Zn质量减少，Cu质量增加；
③SO向Cu极移动；
④电子流方向是：由Zn经导线流入Cu片；
⑤Zn电极发生还原反应；
⑥正极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu。
A．②③④ B．①②④⑥
C．①②④⑤ D．②③⑤⑥
解析：①Zn比Cu活泼，Zn为负极，Cu为正极，故正确；②铜为正极，发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，铜极质量增大，故正确；③原电池工作时，阴离子向负极移动，故错误；④电子由负极流向正极，即电子由Zn电极流向Cu电极，故正确；⑤Zn电极发生氧化反应，故错误；⑥正极发生还原反应，电极反应方程式为Cu2＋＋2e－===Cu，故正确。综上所述，B正确。
6．(2018·湖北荆州监利一中月考)如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验中，不考虑两球的浮力变化)( D )
A．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低
B．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高
C．当杠杆为导体时，A端高B端低；杠杆为绝缘体时，A端低B端高
D．当杠杆为导体时，A端低B端高；杠杆为绝缘体时，A端高B端低
解析：若杠杆是导体，则滴入硫酸铜后，装置构成原电池，铁是负极，失去电子，被氧化，铜是正极，溶液中的铜离子得到电子，析出铜，附着在铜电极表面，所以A端低，B端高；若杠杆是绝缘体，不能构成原电池，此时铁直接和硫酸铜发生置换反应，生成的铜附着在铁表面，质量增加，因此A端高，B端低，故D正确。
7．下面是四个化学反应，你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应的是( D )
A．2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
B．2H2＋O22H2O
C．Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4
D．Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑
解析：D项中的反应不属于氧化还原反应，不能设计成原电池。
8．(2018·湖北荆州沙市中学检测)某原电池的电池反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，与此电池反应不符合的原电池是( C )
A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
B．石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
C．铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池
D．银片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
解析：由题给电池反应式可知，铁失电子应作负极，电解质溶液中含有Fe3＋在正极得电子，正极应是比铁活动性差的金属或非金属，故C项符合题意。
基 础 巩 固
一、选择题
1．下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是( B )
A．①②③④ B．④②①③
C．③①②④ D．②①③④
解析：③中的锌作负极，腐蚀速率最快；④中的锌与外界不接触，腐蚀速率最慢；②中的锌作正极，腐蚀速率比①中的锌要慢，因此腐蚀速率由慢到快的顺序为④②①③，故B正确。
2．(2018·河南开封高一期中)下列装置中，不能构成原电池的是( B )
解析：A、C、D项都具备两个活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路和能自发进行氧化还原反应的条件，都构成了原电池；B项，蔗糖溶液不是电解质溶液，不能构成原电池。
3．(2018·济南高一检测)某原电池反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，则下列说法正确的是( D )
A．硝酸可能为电解质溶液
B．锌可能为原电池正极
C．铁的质量不变
D．铜可能为原电池正极
解析：由原电池反应的离子方程式知，电池的负极为铁，则正极应是比铁不活泼的金属或能导电的非金属；在反应中负极不断被消耗，由于反应中放出了氢气并生成了Fe2＋，故知电解质溶液不是硝酸。由以上分析可知正确选项为D。
4．如图所示的8个装置属于原电池的是( C )
A．①④⑤ B．②③⑥
C．④⑥⑦ D．⑥⑦⑧
5．(新编题)如图所示的M和N均为原电池，四个金属棒的长度和横截面直径、导线的长度和横截面直径、溶液温度完全相同，下列说法一定正确的是( D )
A．M和N的正极都是铁棒
B．M和N的负极反应式不同
C．反应进行相同时间时，M中c(Fe2＋)是N中的3倍
D．用两块铁棒替换两块铜棒，M和N中均有化学能转化为热能
解析：M中发生化学反应：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，N中发生化学反应：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，则M和N的正极都是铜棒，负极都是铁棒，负极反应式相同。M和N中溶液体积、电解质溶液浓度是否相等均未知，则反应进行相同时间时，不能确定M中c(Fe2＋)一定是N中的3倍。M和N中的原电池反应均为释放能量的反应，用两块铁棒替换两块铜棒之后，Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋和Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu仍发生，但都不是原电池反应，故能量转化均为化学能转化为热能。
二、非选择题
6．(2018·咸宁高一检测)理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”设计一个化学电池(正极材料用碳棒)，回答下列问题：
(1)该电池的负极材料是__Cu__，发生__氧化__反应(填“氧化”或“还原”)，电解质溶液是__AgNO3溶液__。
(2)正极上出现的现象是__碳棒上出现银白色物质__。
(3)若导线上转移电子1 mol，则生成银__108__g。
解析：(1)根据电池的总反应，可知负极一般是失电子的物质，所以负极材料应该是铜，发生氧化反应，电解质溶液是一种可溶性的银盐溶液，所以是AgNO3溶液。
(2)正极上是溶液中的银离子得到电子变成银单质，所以正极上的现象是碳棒上出现银白色物质。
(3)当导线上转移1 mol电子的时候，正极上会析出1 mol银单质，所以正极上生成的银的质量是108 g。
7．(2018·南宁高一检测)某同学为了探究原电池产生电流的过程，设计了如图实验。
(1)打开K，观察到的现象为__锌棒上附着有红色固体__。
(2)关闭K，观察到的现象是__碳棒上附着有红色固体__。此电池的负极的电极反应式为__Zn－2e－===Zn2＋__。总反应式为__Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu__。
(3)关闭K，溶液中阳离子向__C__(填“Zn”或“C”)极运动，外电路中，电子流动方向是__Zn→C(或负极→正极)__。
解析：(1)打开K，锌与硫酸铜接触，置换出铜，所以可以看到锌棒上附着有红色固体。(2)关闭K，形成原电池，锌作负极，碳作正极，溶液中的铜离子在碳棒上得到电子生成铜，看到碳棒上附着有红色固体；其正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu；负极反应为Zn－2e－===Zn2＋；总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。(3)关闭K，溶液中的阳离子向正极移动，即向碳棒移动，电子从锌出来经过导线流向碳。
8．A、B、C三个烧杯中分别盛有200 mL相同物质的量浓度的稀硫酸。
(1)分别写出B、C装置中铁片表面发生反应的电极反应式：
B__Fe－2e－===Fe2＋__，C__2H＋＋2e－===H2↑__。
(2)一段时间后，C中产生3.36 L(标准状况下)气体时，硫酸恰好消耗完。此时，三烧杯中液体质量最大的为__C__(填字母)，稀硫酸的物质的量浓度为__0.75__mol·L－1。
解析：(1)A中是金属铁和硫酸发生置换反应，反应方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑；B中Sn、Fe、硫酸构成原电池，金属铁较活泼。作负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C中Zn、Fe、硫酸构成原电池，金属锌较活泼，作负极，金属铁作正极，该极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。
(2)A中是金属铁和硫酸发生置换反应，进入的是铁(设1 mol完全反应)，出去的是氢气，质量增重是54，B中Sn、Fe、硫酸构成原电池进入的是铁(设1 mol完全反应)，出去的是氢气，质量增重是54，C中Zn、Fe、硫酸构成原电池，进入的是锌(设1 mol完全反应)，出去的是氢气，质量增重是63，所以三个烧杯中液体质量最大的为C，C中电池总反应为H2SO4＋Zn===ZnSO4＋H2↑，n(H2SO4)＝n(H2)＝3.36 L÷22.4 L·mol—1＝0,15 mol，则c(H2SO4)＝0.75 mol·L－1。
能 力 提 升
一、选择题
1．如图所示装置中，可观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细。下表所列M、N、P物质中，可以组合成该装置的是( C )
选项
M
N
P
A
锌
铜
稀硫酸
B
铜
铁
稀盐酸
C
银
锌
硝酸银溶液
D
锌
铁
硝酸铁溶液
2.如右图所示，烧杯中盛的是水，铁圈和银圈直接相连，在接头处用一根绝缘细丝吊住，并使之平衡。小心地从烧杯中央滴入CuSO4溶液，反应一段时间后，观察到的现象是
( D )
A．两圈仍保持平衡
B．有气泡产生，两圈摇摆不定
C．铁圈向下倾斜
D．银圈向下倾斜
3．(2016·上海高考)图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示( C )
A．铜棒的质量 B．c(Zn2＋)
C．c(H＋) D．c(SO)
解析：图2显示，在铜锌原电池中，随着流入正极的电子的物质的量(x)的增加，y表示的意义逐渐减小。
该铜锌原电池中发生变化：
负极(Zn)：Zn－2e－===Zn2＋；
正极(Cu)：2H＋＋2e－===H2↑；
随着流入正极的电子的物质的量的增加，铜棒质量不变、c(Zn2＋)增加、c(H＋)减小、c(SO)不变。
二、非选择题
4．利用生活中或实验室中常用的物品，根据氧化还原反应知识和电学知识，自己动手设计一个原电池。请填写下列空白：
(1)实验原理：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
(2)实验用品：电极(__铁钉或铁条__、__铜钉(其他的惰性电极如铅笔芯、石墨等)__)、稀硫酸、__烧杯、导线__(填写所缺的实验用品)、耳机(或者电流计)。
(3)实验装置：(如右图所示)
(4)原电池设计及注意的问题。①按如图所示连接好实验仪器，注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出，如果没有，可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意：接触的同时耳机的另一个极是连接在原电池的另一个电极上的)，这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓”声音。其原因是：在原电池中，化学能转化为__电能__。
②如果将装置中的耳机改为电流计，则铁钉应该接电流计的__负__极，电极反应式是__Fe－2e－===Fe2＋__；另一极应该接电流计的__正__极，电极发生了__还原__(填“氧化”或“还原”)反应。
5．(1)原电池原理的应用之一是可以设计原电池装置。请利用反应Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋设计一个原电池，在方框内画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。
正极反应：__2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋__；
负极反应：__Cu－2e－===Cu2＋__。
若外电路中转移的电子为1.5 mol，则溶解铜的质量是__48_g__。
(2)实验室在用锌与稀硫酸反应制备氢气时，可向反应液中滴加少量硫酸铜溶液，其作用是__形成Zn－Cu原电池，增大化学反应的速率__，这体现了原电池原理的另一个应用。
6．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入100 mL相同浓度的稀硫酸中一段时间，回答下列问题：
(1)下列说法中正确的是__BD__(填序号)。
A．甲、乙均为化学能转变为电能的装置
B．乙中铜片上没有明显变化
C．甲中铜片质量减小、乙中锌片质量减小
D．两烧杯中H＋的浓度均减小
(2)在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速率：甲__>__乙(填“>”“<”或“＝”)。
(3)当甲中产生1.12 L(标准状况)气体时，理论上通过导线的电子数目为__0.1_NA(或6.02×1022)__。
(4)当乙中产生1.12 L(标准状况)气体时，将锌、铜片取出，再将烧杯中的溶液稀释至1 L，测得溶液中c(H＋)＝0.1 mol·L－1。试确定原稀硫酸中c(H2SO4)＝__1.0_mol·L－1__。
7．有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L－1的H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6 mol·L－1的NaOH溶液中，如图所示。
(1)写出甲中正极的电极反应式：__2H＋＋2e－===H2↑__。
(2)乙中负极为__Al__，总反应的离子方程式：__2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑__。
(3)若甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则负极材料的金属应比正极材料的金属活泼”，则甲会判断出__Mg__金属活动性更强，而乙会判断出__Al__金属活动性更强。(填写元素符号)
(4)由此实验得出的下列结论中，正确的有__AD__。
A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质
B．镁的金属性不一定比铝的金属性强
C．该实验说明金属活动性顺序已过时，没有实用价值了
D．该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析
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