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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[目标导学]1．通过对铜—锌原电池的实验探究，认识化学能转化为电能的装置。2．初步认识原电池反应原理，并能正确书写电极反应。3．了解原电池的应用。4．了解钢铁腐蚀原理。[背诵经典导学]1．构成原电池的条件：(1)有活泼性不同的两个电极；(2)电极插入电解质溶液中；(3)电极间形成闭合回路；(4)能自发地发生氧化还原反应。2．原电池正、负极的判断：化合价升高―→失去电子―→发生氧化反应―→负极；化合价降低―→得到电子―→发生还原反应―→正极。3．钢铁发生电化学腐蚀的电极反应和总反应：负极反应：Fe－2e－===Fe2＋，正极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，总反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3。扬帆起航温习双基课前学习空间1．锌—铜—稀H2SO4电池(1)电子由______片经电流计流向了______片，电流由_______片流向了_______片。锌铜铜锌(2)该原电池的_______片作正极，_____片作负极。(3)电解质溶液中：锌片不断溶解，生成的Zn2＋和溶液中的H＋向______________极移动，由于H＋的氧化性强于Zn2＋，因而H＋在正极上得电子生成H2；而溶液中的SO2－4向负极移动。铜锌正(4)两极上发生的电极反应：正极：____________________(反应类型：______________)；负极：_________________(反应类型：______________)；总的反应为_________________________。还原反应氧化反应2H＋＋2e－===H2↑Zn－2e－===Zn2＋Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑2．原电池概念原电池是将化学能转化为电能的装置。3．电化学腐蚀(1)不纯的金属与______________接触，可以形成______________，比较______________的金属失去电子而被______________，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。电解质溶液原电池活泼氧化(2)在钢铁的电化学腐蚀中，铁作_________极，电极反应为____________________；碳作______极不参加反应，电极反应为_____________________，生成的Fe(OH)2进一步被氧气氧化的化学方程式为____________________________________。负正Fe－2e－===Fe2＋O2＋2H2O＋4e－===4OH－4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3——小试身手考查：1,21．关于如图所示的装置的说法错误的是()A．该装置能将化学能转化成电能B．铜片周围溶液变为蓝色C．电子由锌片通过外电路流向铜片D．溶液中SO2－4向负极方向流动解析：原电池能将化学能转化成电能，故A正确；铜片为正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，铜片上有气泡产生，铜不反应，铜片周围溶液不会变为蓝色，故B错误；锌是负极，电子由锌片通过外电路流向铜片，故C正确；原电池溶液中阴离子向负极方向流动，故D正确。答案：B考查：32．铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法中，不正确的是()A．正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑B．此过程中还涉及到反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3C．此过程中铜并不被腐蚀D．此过程中电子从Fe移向Cu解析：根据图示可知，Fe作负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Cu作正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电池总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，Fe(OH)2不稳定，易被氧气氧化，反应为4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3，A错，B、C正确；电子由Fe移向Cu，D正确。答案：A核心要点突破定位重点深化理解知识点一原电池的构成条件1．有能够自发进行的氧化还原反应没有氧化还原反应就不可能有原电池，换句话说，任何能够自发进行的氧化还原反应，理论上都可以设计成原电池。2．有电解质溶液参与电解质的作用主要有两个：一是导电，二是参与电极反应。3．有适当的电极材料，组成闭合回路通常是用金属材料或石墨作电极(能与水剧烈反应的金属不能作电极，如钠等)。电极的主要作用是提供电子转移的场所，使电极反应得以顺利进行。金属可以参与电极反应(如铜锌原电池中的锌)，也可以不参与电极反应(如氢氧燃料电池中的铂电极)。中学中常见的原电池大多是由活泼性不同的两种金属作电极，其中较活泼的金属作负极，它既作电极，同时又作还原剂。知识点二原电池的工作原理，电极名称及电极反应原电池原理示意图：以Cu(s)|H2SO4(aq)|Zn(s)为例：知识点三原电池正负极判断【名师提示】判断电极时，不能简单地依据金属的活动性顺序来判断，要看反应的具体情况，例如：在强碱溶液中Al比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；在浓硝酸溶液中Fe、Al发生钝化，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。知识点四原电池原理应用1．加快化学反应速率(1)分析：构成原电池，加快了电子转移，加快了化学反应速率。(2)实例：实验室用Zn和稀H2SO4(或稀HCl)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H2SO4(或稀HCl)的溶液形成原电池，使产生H2的速率加快。2．比较金属的活动性强弱(1)分析：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。(2)实例：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．制作化学电源——设计原电池(1)分析：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。即：负极：还原剂－ne－===氧化产物；正极：氧化剂＋ne－===还原产物。(2)实例：根据氧化还原反应和原电池原理设计原电池时，要确定负极、正极，电解质溶液和电极反应。如：——对点训练考查：知识点一【例1】如图装置中，明显有电流产生的是()【解析】酒精是非电解质，因此不能构成原电池，故A错误；Pb、Cu和硝酸钠不能发生氧化还原反应，因此不能构成原电池，故B错误；Cu比银活泼，发生Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag，因此能够构成原电池，故C正确；没有形成闭合回路，不能构成原电池，故D错误。【答案】C【名师指导】判断原电池要“四看”。一看本质：反应是自发进行的氧化还原反应。二看电极：具有两个活泼性不同的电极(燃料电池的电极一般是惰性电极)。三看溶液：电解质溶液(一般负极材料与电解质溶液反应)。四看回路：电极、电解质溶液构成闭合回路。考查：知识点二【例2】有关原电池的下列说法中正确的是()A．在外电路中电子由正极流向负极B．在原电池中负极发生还原反应C．原电池工作时，阳离子向正极方向移动D．原电池中正极一定是不活泼金属【解析】原电池中，失电子的电极作负极，电子由负极流向正极，故A错误；负极失去电子发生氧化反应，故B错误；原电池放电时，溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故C正确；原电池中正极不一定是不活泼金属，如金属镁、铝、氢氧化钠构成的原电池中，金属镁是正极，故D错误，故选C。【答案】C考查：知识点三【例3】原电池的正负极不仅与电极的性质有关，而且与电解质溶液有关，下列说法中不正确的是()A．Al、Cu、稀硫酸组成原电池，其负极反应式为Al－3e－===Al3＋B．Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为Al－3e－===Al3＋C．Fe、Cu、FeCl3溶液组成原电池，其负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋D．Al、Cu、浓硝酸组成原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋【解析】A项组成的原电池中，Al易失去电子而作负极，Cu作正极，其负极反应式为Al－3e－===Al3＋，正确；B项组成的原电池中，Al和NaOH反应易失去电子而作负极，Mg作正极，其负极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO－2＋2H2O，错误；C项组成的原电池中，Fe易失去电子而作负极，Cu作正极，其负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正确；D项组成的原电池中，Al发生钝化，Cu作负极，Al作正极，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，正确。【答案】B考查：知识点四1【例4】过量锌粉与一定量稀盐酸反应，为了减慢反应速率，但又不影响生成的氢气总量，可采取的措施是()A．升高温度B．加入浓度较大的盐酸C．加入少量CuSO4D．加入适量的水【解析】升高温度反应速率加快，A错误；加入浓度较大的盐酸，氢离子浓度增大，反应速率加快，B错误；加入少量CuSO4，锌置换出铜，构成原电池，加快反应速率，C错误；加入适量的水，氢离子浓度降低，反应速率减小，D正确，答案选D。【答案】D考查：知识点四2【例5】a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置、部分实验现象如下：实验装置部分实验现象a极质量减小，b极质量增加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＞dB．d＞a＞b＞cC．b＞c＞d＞aD．a＞b＞d＞c【解析】装置一：a极质量减小，b极质量增加，a极为负极，b极为正极，所以金属的活动性顺序ab；装置二：不是原电池装置，b极有气体产生，c极无变化，可知b为氢前金属，c为氢后金属，所以金属的活动性顺序bc；装置三：d极溶解，所以d极是负极，c极有气体产生，所以c极是正极，所以金属的活动性顺序dc；装置四：电流从a极流向d极，a极为正极，d极为负极，所以金属的活动性顺序da，所以这四种金属的活动性顺序dabc，故选B。【答案】B电池反应负极正极电解质溶液电极反应Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2AgCuCAgNO3负极：Cu－2e－===Cu2＋正极：2Ag＋＋2e－===2Ag电池反应负极正极电解质溶液电极反应2FeCl3＋Fe===3FeCl2FeCFeCl3负极：Fe－2e－===Fe2＋正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋2H2＋O2===2H2OPt(H2)Pt(O2)KOH负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－考查：知识点四3【例6】一个原电池的总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池的合理组成是()正极负极电解质溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DZnFeCuCl2【解析】根据反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu可知，Zn应作负极，比Zn不活泼的金属作正极，含有Cu2＋的溶液作电解质溶液，故C正确。【答案】C随堂基础演练现学现用小试身手1．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，下列叙述正确的是()A．装置甲中铜片表面产生气泡B．装置甲溶液中SO2－4向铜片做定向移动C．装置乙中电子从铜片经导线流向锌片D．装置乙中正极的电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑解析：装置甲中铜与稀硫酸不反应，锌与稀硫酸反应，锌片表面产生气泡，装置甲没有形成原电池，溶液中离子不会发生定向移动，A、B错；装置乙构成铜锌稀硫酸原电池，锌作负极，失去电子，电子从锌片经导线流向铜片，铜作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C错，D正确。答案：D2．下列图示的装置可以构成原电池的是()解析：A项构成Ag、Cu、硝酸银溶液原电池，正确；B项没有构成闭合回路，错误；C项两电极相同，错误；D项乙醇是非电解质，错误。答案：A3．理论上不能设计为原电池的化学反应是()A．2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)B．HNO3(aq)＋NaOH(aq)===NaNO3(aq)＋H2O(l)C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)D