第1课时 化学能转化为电能
知识条目 1.原电池的概念 2.铜－锌原电池的原理及电极反应式 3.原电池的构成条件 必考要求 a b a 加试要求 a b b 1.通过实验探究认识化学能可以转化为电能。2.从电子转移的角度能力要求 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 ① 锌片逐渐溶解，现象 表面有气泡；铜片表面无气泡 ② 锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，电流计指针发生偏转 锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生，导线中有电流 ③ 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 无现象 ④ 锌与稀硫酸发生解释或说明 置换反应产生H2，而铜则不能 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
①分析下图并填空：
原电池总反应式：Zn＋2H===Zn＋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。
＋
2＋
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，
2
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H2SO4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－ne===a(氧化反应)；b(正)极：
－
＋
n＋
nnH＋＋ne－===H2↑(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
2
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
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)Cu＋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；据图Ⅱ知活动性：
－
2＋
－
2＋
2＋
－
C的质量增加 A上有气体产生 二价金属A不断溶解 3
B>C，正极反应式为Cu＋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：
＋
2＋－＋－
(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===2Fe，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·xH2O)。
(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＋2Fe===3Fe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( ) ①Fe转化为Fe ②O2被还原 ③产生H2 ④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O ⑤杂质碳被氧化 A．只有①② C．①②③④ 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===Fe，正极O2或H得电子，Fe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。
4
2＋
－
－
2＋
＋
2＋
3＋3＋
2＋－
2＋
－
－
B．只有②③④ D．①②③④⑤
4．铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：__________________________________ ______________________________________________。
(2)若将(1)中的反应设计成原电池，可用______作负极，______作正极，__________作电解质溶液。写出电极反应式：负极反应：_______________________________________； 正极反应：__________________________________________________。 答案 (1)2Fe＋Cu===2Fe＋Cu (2)铜 石墨 FeCl3溶液
Cu－2e===Cu 2Fe＋2e===2Fe
解析 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)：Cu－2e===Cu。 还原反应(正极反应)：2Fe＋2e===2Fe。
故Cu作负极，活动性比Cu差的材料作正极，如Ag、C等，FeCl3溶液作电解质溶液。
原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是
3＋
－
2＋
－
2＋
－
2＋
3＋
－
2＋
3＋
2＋
2＋
1．下列装置不能构成原电池的是( )
答案 C
解析 C选项中两种金属都不能和稀H2SO4发生自发的氧化还原反应，故C选项中装置不能构成原电池。
2．下列叙述正确的是( )
①原电池是把化学能转化成电能的一种装置 ②原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应
5
③不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池的装置均可实现 ④碳棒不能用来作原电池的正极
⑤反应Cu＋2Ag===2Ag＋Cu，能以原电池的形式来实现 A．①⑤ C．②③④ 答案 A
解析 ①原电池是把化学能转化为电能的一种装置，①正确；②在发生反应时，原电池的正极要得到电子而发生还原反应，负极要失去电子而发生氧化反应，②错误；③铜与稀硫酸不能发生反应，若用铜作负极，碳棒作正极，稀硫酸作电解质溶液，组成原电池，此反应仍然不能发生，③错误；④碳棒可以用来作原电池的正极，④错误；⑤可以用铜作负极，碳棒作正极，AgNO3溶液作电解质溶液，组成原电池，此时即可发生反应Cu＋2Ag===2Ag＋Cu，⑤正确。故A正确。
3．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( )
＋
2＋
＋
2＋
B．①④⑤ D．②⑤
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，氢离子在铜极上得电子，生成氢气；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。构成原电池后生成氢气的速率加快。
4．①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由强到弱的顺序是( ) A．①③②④ C．③④②① 答案 B
解析 ①②相连时，外电路电流从②流向①，说明①为负极；①③相连时，①为负极；②④相连时，②上有气泡产生，说明④为负极；③④相连时，③的质量减少，说明③为负极。综
6
B．①③④② D．③①②④
③不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池的装置均可实现 ④碳棒不能用来作原电池的正极
⑤反应Cu＋2Ag===2Ag＋Cu，能以原电池的形式来实现 A．①⑤ C．②③④ 答案 A
解析 ①原电池是把化学能转化为电能的一种装置，①正确；②在发生反应时，原电池的正极要得到电子而发生还原反应，负极要失去电子而发生氧化反应，②错误；③铜与稀硫酸不能发生反应，若用铜作负极，碳棒作正极，稀硫酸作电解质溶液，组成原电池，此反应仍然不能发生，③错误；④碳棒可以用来作原电池的正极，④错误；⑤可以用铜作负极，碳棒作正极，AgNO3溶液作电解质溶液，组成原电池，此时即可发生反应Cu＋2Ag===2Ag＋Cu，⑤正确。故A正确。
3．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( )
＋
2＋
＋
2＋
B．①④⑤ D．②⑤
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，氢离子在铜极上得电子，生成氢气；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。构成原电池后生成氢气的速率加快。
4．①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由强到弱的顺序是( ) A．①③②④ C．③④②① 答案 B
解析 ①②相连时，外电路电流从②流向①，说明①为负极；①③相连时，①为负极；②④相连时，②上有气泡产生，说明④为负极；③④相连时，③的质量减少，说明③为负极。综
6
B．①③④② D．③①②④
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