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第三单元化学能与电能的转化第1课时化学能转化为电能1．了解常见的化学能与电能的转化方式。2．理解原电池的工作原理，掌握原电池的构成条件，正确书写简单原电池的电极反应和总反应。(重点)知识点一原电池1．定义把能转变为能的装置叫作原电池。2．铜锌原电池化学电原电池总反应式：___________________________。电子流向：由→导线→。Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑锌片铜片[自我诊断]1．按要求完成下列实验，并填表：实验步骤现象解释或说明实验步骤现象解释或说明答案：①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应产生H2，而铜则不能。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，但导线中无电流。④无现象乙醇是非电解质，与Zn、Cu都不反应知识点二钢铁的电化学腐蚀1．电化学腐蚀金属跟接触――→发生反应――→结果比较活泼的金属失电子而被氧化。2．钢铁的腐蚀(1)构成原电池的条件：电极：铁与少量的碳形成两个电极；电解质溶液：钢铁表面水膜中溶有少量、，还溶解了氧气等气体。电解质溶液原电池H＋OH－(2)原电池反应：负极铁—2Fe－4e－===2Fe2＋；|正极碳—O2＋2H2O＋4e－===4OH－；|总反应—2Fe＋O2＋2H2O===2FeOH2。(3)后续反应：①Fe(OH)2氧化为Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。②Fe(OH)3转化为铁锈。[自我诊断]2．钢铁在干燥的空气中长时间不易生锈，但在潮湿的空气里很快就会生锈，纯的铁片在潮湿的空气里也不容易生锈，这是什么原因呢？答案：钢铁在潮湿的空气里，易发生电化学腐蚀；钢铁在干燥的空气里或纯铁片在潮湿的空气里均不易；发生电化学腐蚀。要点一原电池的判断[典例1]如图装置中，有电流产生的是()[解析]依据原电池的构成条件分析可知：A选项中酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；B选项中的两电极材料与电解质溶液不能发生自发的氧化还原反应，因而也不能构成原电池；D选项中的装置没有构成闭合回路，不能形成原电池；只有C选项中的装置符合原电池的构成条件。[答案]C构成原电池的4个条件(1)能进行自发的ΔH0的氧化还原反应；(2)两个活泼性不同的金属(或金属与非金属)；(3)电极插入电解质溶液中；(4)构成闭合回路。1．若将铜锌原电池中的Cu电极换成石墨电极，还可以构成原电池吗？为什么？答案：可以构成原电池。因为Cu在该原电池中起到的是传递电子的作用，其本身并未参与电极反应，所以把Cu电极换成能导电的石墨电极仍能构成原电池。要点二原电池的工作原理[典例2]某实验兴趣小组用如图所示装置做完实验后，在读书卡片上记下了如下6条记录，其中正确的是()卡片：No：28Date：2015.12.12实验后的记录：①Zn为正极，Cu为负极②H＋向负极移动③电子流动方向为Zn―→导线―→Cu④Cu极有H2产生⑤若有1mol电子流过导线，则产生0.5molH2⑥正极的电极反应式为：Zn－2e－===Zn2＋A．①②③B．③④⑤C．④⑤⑥D．②③④[解析]本题考查了原电池的组成及反应原理。在铜锌原电池中，锌为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Cu为正极，得到电子，发生还原反应，电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑，所以H＋向正极移动，电子由锌流出，经过导线流向铜，每流过1mol电子，生成0.5molH2，正确答案为③④⑤。[答案]B1．原电池的工作原理记忆口诀：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。2．原电池正负极的判断依据判断方法负极正极电极活泼性较活泼金属较不活泼金属或非金属反应类型氧化反应还原反应电子流向电子流出的电极电子流入的电极离子流向阴离子移向的一极阳离子移向的一极电极变化一般溶解或质量减轻一般质量增加或有气泡冒出3.在判断原电池正负极时，不要只根据金属活泼性的相对强弱，还要考虑电解质溶液。(1)AlMgNaOH溶液构成的原电池中，Al作负极。(2)AlCu浓HNO3构成的原电池中，Cu作负极。2.如图所示，两电极一为碳棒，一为铁片，若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是()A．a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为稀硫酸B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为稀硫酸D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液解析：由酸性介质(除氧化性酸外)为电解质溶液构成的原电池，活泼金属一定是负极。由题给信息“电流表指针发生偏转”，可确定该装置构成了原电池。又因“a极有大量气泡生成”，可知：a为正极(碳棒)，则b为负极(铁片)，即可确定烧杯中的溶液是稀硫酸。答案：C要点三原电池的应用[典例3]把a、b、c、d四块金属板浸入稀硫酸中，用导线两两相连，可以形成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c溶解；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，b极上有大量气泡。四块金属的活动性顺序是()A．acdbB．cabdC．acbdD．cadb[解析]该题考查根据原电池原理比较金属的活动性强弱。较活泼的金属为负极，被氧化溶解；相对不活泼的金属为正极，冒气泡或析出金属。所以，四块金属的活动性顺序是acdb。[答案]A1．加快氧化还原反应速率如实验室用Zn和稀硫酸(或稀盐酸)反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸溶液形成原电池，加快了锌的腐蚀，产生H2的速率加快。2．比较金属的活动性强弱原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。例如有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，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：AB。3．判断金属腐蚀快慢的规律原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。4．设计原电池从理论上说，任何一个氧化还原反应都可以设计成原电池。例如，利用Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2的氧化还原反应就可设计成原电池。[温馨提示]当原电池的负极材料与电解质溶液不能直接反应时，正极上发生的反应一般为溶解在溶液中的氧气得电子生成氢氧根离子，类似于钢铁的电化学腐蚀过程。3．100mL浓度为2mol·L－1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是()A．加入适量的6mol·L－1的盐酸B．加入数滴氯化铜溶液C．加入适量蒸馏水D．加入适量的氯化钠溶液解析：向溶液中再加入盐酸，H＋的物质的量增加，生成H2的总量也增加，A错。加入氯化铜后，锌置换出的少量铜附在锌片上，形成了原电池，反应速率加快，又因锌是过量的，生成H2的总量决定于盐酸的量，故B正确。向原溶液中加入水或氯化钠溶液都引起溶液中H＋浓度的下降，反应速率变慢，故C、D都不正确。答案：B探究铝电极在原电池中的作用[典例]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：编号电极材料电解质溶液电流计指针偏转方向1Mg、Al稀盐酸偏向Al2Al、Cu稀盐酸偏向Cu3Al、C(石墨)稀盐酸偏向石墨4Mg、Al氢氧化钠溶液偏向Mg5Al、Zn浓硝酸偏向Al试根据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“相同”或“不相同”)?________________________________________________________________________。(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中电流计指针偏向铝的原因：__________________________________________________________________________________________________(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：________________________________________________________________________________________________________________________________________。[解析]在稀盐酸中Mg比Al活泼，Mg作原电池的负极，Al作原电池的正极，电流计指针偏向Al；在稀盐酸中Al比Cu活泼，Al作原电池的负极，Cu作原电池的正极，电流计指针偏向Cu。由此可知，在这里的原电池中电流计指针是偏向于正极。在实验3中电流计指针偏向石墨，由上述规律可知，在该原电池中铝作负极，石墨作正极。化学反应是铝失去电子被氧化为铝离子，盐酸中的氢离子得到电子被还原为氢气。在氢氧化钠溶液中Al能与NaOH发生氧化还原反应而Mg不能与NaOH反应，所以Al作原电池的负极，Mg作原电池的正极。铝在浓硝酸中被钝化，锌在浓硝酸中被氧化，Zn作原电池的负极，Al作原电池的正极，所以在实验5中电流计指针偏向铝。该实验的设计运用比较法探究铝电极在原电池中的作用。实验1、2、3比较的是电解质溶液相同，电极材料不同；实验1和4比较的是电极材料相同，电解质溶液不同；实验5与其他实验比较的是电极材料和电解质溶液都不同。这些结果都是总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素。[答案](1)不相同(2)①负2Al－6e－===2Al3＋②正6H＋＋6e－===3H2↑③2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑(3)负极铝可与氢氧化钠溶液发生自发的氧化还原反应，而镁不与氢氧化钠溶液发生反应Al－3e－＋4OH－===AlO－2＋2H2O(4)铝在浓硝酸中被钝化，锌在浓硝酸中被氧化，即在浓硝酸中Zn作原电池的负极，Al作原电池的正极，所以电流计指针偏向铝(5)①另一个电极材料的活泼性；②铝电极与电解质溶液能否发生自发的氧化还原反应[随堂训练]1．原电池产生电流的本质原因是()A．原电池中溶液能电离出自由移动的离子B．有两根导线将两个活泼性不同的电极连接C．电极上进行的氧化还原反应的生成物为电子D．电极上进行的氧化还原反应中会有电子的转移解析：原电池产生电流的本质原因是在原电池的一极进行氧化反应另一极进行还原反应，发生氧化反应的一极所失去的电子沿导线流向另一极从而形成电流。答案：D2．在理论上不能用于设计原电池的化学反应是()A．Al(OH)3(s)＋NaOH(aq)===NaAlO2(aq)＋2H2O(l)ΔH0B．CH3CH2OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)ΔH0C．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)ΔH0D．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)ΔH0解析：原电池反应为自发且放出能量的氧化还原反应，A为非氧化还