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第六章　化学反应与能量
第一节　化学反应与能量变化
第2课时　化学反应与电能
学习目标：1.了解化学能与电能的转化关系。2.初步了解原电池的工作原理及应用。 3.了解研制新型电池的重要性。4.会书写简单的电极反应式。
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研习任务一　原电池构成条件及工作原理
教材　认知
1. 燃煤发电的能量转化
（1）火力发电原理
热能　
蒸汽　
热　
机械　
燃烧　
[思考1]　火力发电存在哪些弊端？
提示：①使用的化石燃料属于不可再生资源；②化石燃料的燃烧会产生大量的有害气 体（如SO2、CO等）及粉尘，污染环境；③能量经过多次转化，能量利用率低。
2. 原电池——化学能直接转化为电能
（1）实验探究
实验
序号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
实验
装置
实验
现象 锌片： 　逐渐溶解， 有气泡产生　；
铜片：无气泡产生 锌片： 　逐渐溶解　；
铜片： 　有气泡产生　 锌片： 　逐渐溶解　；
铜片： 　有气泡产生　；
电流表：指针 　发生偏转　
实验
结论 锌与稀硫酸反应产生 氢气，而铜不反应 锌 　失去　电子，经导线 流向 　铜片　，H＋在铜 片上 　得到　电子被还原 生成H2 导线中有 　电流　通过，反 应过程中产生了 　电能　
逐渐溶解，
有气泡产生　
逐渐溶解　
有气泡产生　
逐渐溶解　
有气泡产生　
发生偏转　
失去　
铜片　
得到　
电流　
电能　
化学　
电　
氧化还原　
流出　
氧化　
流入　
还原　
[思考2]　结合上述实验和课本原电池原理示意图，分析说明该原电池的电极和导 线、电解质溶液中的导电微粒分别是什么，并说明其移动方向。
（3）原电池工作原理
[思考3]　在“Fe－H2SO4－Cu”构成的原电池中。负极材料是 　　，电极反应式 为 　　；正极材料是 　　，电极反应式为 　　　　　　　　　　　　　　；该原电池的总离子方程式为 　　　　　　　　　　　　　。
[思考4]　（1）图1装置中的铜起什么作用？铜能否用锌代替？铜能用什么物质 代替？
提示：（1）铜作正极，能导电。若用锌代替铜，两极活泼性相同，不能构成原电 池。能用石墨、较不活泼的金属等代替铜。
（2）图2中将锌片换成铜，能形成原电池吗？
提示：（2）不能，无自发进行的氧化还原反应。
（3）图2中用酒精代替稀硫酸能形成原电池吗？
提示：（3）不能，酒精是非电解质，不导电。
（4）原电池的构成条件
[特别提醒]　以上四个条件也可作为判断一个装置是否为原电池的依据，只要有一个 条件不满足就不能构成原电池。
应用　体验
1. 微判断
（3）将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转。
√



√

2. 根据原电池原理，结合装置图，按要求解答问题：
负极　
锌
的活泼性比铜强（或Zn的还原性比Cu强）
正极　
Cu　
正极　
铜
的活泼性比银强（或Cu的还原性比Ag强）
负极　
X　
归纳总结
原电池工作原理的思维模型
[特别提醒]　电子线上走，离子水中游，电解质溶液中无电子通过。
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研习任务二　原电池工作原理的应用
教材　认知
1. 加快氧化还原反应的速率
（1）原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中的粒子运 动时相互间的干扰减小，使反应速率增大。
（2）应用：实验室用Zn和稀H2SO4（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H2SO4（或稀盐酸）形成原电池，加快了锌的 反应，使产生H2的速率加快。
[思考]　用Zn和稀硫酸反应制氢气时，为了使反应加快，常常加入少量CuSO4溶液， 请问这是为什么？
提示：锌和置换出的铜、稀硫酸构成了原电池，可以加快反应进行。
A＞B　
Mg　
Al　
Mg　
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（或在负极上被氧化的物质），氧化剂为电解质溶液中的阳离子（或在正极 上被还原的物质）。
步骤 实例
将反应拆
分为电极反应 负极反应
正极反应
选择电极材料 负极：较活泼金属，一般为发生氧化反应 的金属 Fe
正极：活泼性弱于负极材料的金属或石墨 Cu或C
选择电解质 一般为与负极反应的电解质 CuSO4溶液
画出装置图
应用　体验
1. 微判断
（3）原电池的负极上一定发生氧化反应，故负极本身质量一定减轻。



√

2. 有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下所示。
实验
装置
部分实 验现象 a极质量减小， b极质量增大 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
A. a＞b＞c＞d B. b＞c＞d＞a
C. d＞a＞b＞c D. a＞b＞d＞c
C
解析：装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属失电子形成离子，故a极金属比b 极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼；装置三形成原电池，易知d比c 活泼；装置四中，电流从a极流向d极，则电子是从d极流向a极，知d比a活泼。因此四 种金属的活动性顺序为d＞a＞b＞c。
归纳总结
金属性强弱判断
（1）利用置换反应：金属性强的置换金属性弱的。
（2）最高价氧化物的水化物碱性：碱性NaOH＞Mg（OH）2＞Al（OH）3，则金 属性Na＞Mg＞Al。
（3）与水、H＋反应剧烈程度：越剧烈，金属性越强。
（4）原电池：一般情况下，负极的金属性大于正极的金属性，特殊情况如Mg、 Al、碱性电池，其中Al作负极。
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课堂强研习 合作学习 精研重难
课后提素养
①铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
②石墨、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
③铁片、锌片、Fe2（SO4）3溶液组成的原电池
④银片、铁片、Fe（NO3）2溶液组成的原电池
A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ②④
C
A. ①③②④ B. ①③④②
C. ③④②① D. ③①②④
解析：①②相连时，外电路电流从②流向①，说明①为负极，金属活动性：①＞②； ①③相连时，①为负极，金属活动性：①＞③；②④相连时，②上有气泡产生，说明 ④为负极，金属活动性：④＞②；③④相连时，③的质量减少，说明③为负极，金属 活动性：③＞④。综上所述可知，这四种金属活动性由大到小的顺序为①③④②。
B
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
C
解析：（1）X极Zn失电子，X作负极，Zn2＋移向正极。
负　
正　
＋Zn2＋
氧化剂　
解析：（3）因为1 mol Zn失2 mol电子，反应消耗16.25 g即0.25 mol Zn，所以电池中 转移电子的物质的量为0.25 mol×2＝0.5 mol。
0.5 mol　
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课时作业
[基础训练]
A. 用天然气火力发电时，每一步都需要化学反应来完成
B. 利用太阳能等清洁能源代替化石燃料，有利于节约资源，保护环境
C. 原电池反应一定为氧化还原反应
D. 在火力发电时，化学能转化为热能的过程实际上是氧化还原反应发生的过程，伴 随着能量的变化
A
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A B
C D
B
解析：两种电极为同种物质，均可以和电解质溶液发生反应，故不会出现电流，不构 成原电池，A错误；两电极的活动性不同，Fe在电解质溶液中发生氧化反应，H＋在 Cu电极上发生还原反应，两电极相互接触，构成闭合回路，故构成原电池，B正确； 两电极均不和电解质溶液反应，不构成原电池，C错误；Fe可以和电解质溶液发生反 应，但两个烧杯并没有构成闭合回路，不构成原电池，D错误。
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A. ①②③ B. ③④⑤
C. ④⑤⑥ D. ②③④
B
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A. ①⑥ B. ②④ C. ③⑤ D. ⑥
D
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A. 锌片作电池的负极
B. 氧气在正极发生还原反应
C. 理论上每转移1 mol电子消耗标准状况下氧气的体积为5.6 L
D. 电池工作时，电解质溶液中OH－向正极移动
D
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C. 因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中，若能组成原 电池，必是铁作负极、铜作正极
D. 理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
D
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解析：所给反应不是氧化还原反应，没有电子转移，虽然为放热反应，但不能将该反 应设计成原电池，A错误；据所给反应，负极材料应该是Cu，但正极材料可以用Ag， 也可以用碳棒等惰性电极，B错误；当铁和铜作为电极放入浓硝酸中时，铁因钝化瞬 间停止反应，而铜可持续被浓硝酸溶解，所以铜是负极，C错误；理论上说，任何能 自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池，D正确。
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选项 正极 负极 电解质溶液
A Zn Cu CuCl2
B Cu Zn H2SO4
C Cu Zn CuSO4
D Zn Fe CuCl2
C
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9. Ⅰ.由A、B、C、D四种金属按表中装置图进行实验。
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
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解析：（3）丙装置中，A电极上有气体产生，说明A电极上氢离子得电子发生还原反 应，则A电极作正极，D作负极，结合（1）（2）分析可知，四种金属活动性由强到 弱的顺序是D＞A＞B＞C。
D＞A＞B＞C
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Ⅱ.分别按如图所示甲、乙装置进行实验，图中两个烧杯中的溶液为相同浓度的稀硫 酸，甲中 为电流表。
A. 两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B. 甲中铜片作正极，乙中铜片作负极
C. 两烧杯中溶液中的H＋浓度均减小
D. 产生气泡的速率：甲比乙慢
C
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解析：（2）在甲装置中，某同学发现不仅在铜片上有气泡产生，而且在锌片上也产 生了气体，可能是由于锌片不纯，在锌片上形成原电池。
锌片不纯，锌与杂质构成原电池
Cu2＋
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[提升训练]
A. 若X为Zn，Y为CuSO4溶液，则溶液中的Cu2＋向X电极移动
D. 若X为Zn，Y为CuSO4溶液，当电路中转移0.2 mol电子时，电解 质溶液增加0.1 g
D
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A. （2）图中电子由Zn沿导线流向Cu
B. （3）图中Zn片增重质量与Cu棒减轻的质量之比为65∶64
C. （1）图中铜棒上没有气体产生
D. （2）图与（3）图中正极生成物质量比为1∶32时，Zn片减轻的质量相等
B
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A. ①中金属片Y发生还原反应
B. ②中金属片W作正极
C. 上述四种金属的活动性顺序为Y＞X＞Z＞W
D. 如果把Y、W用导线相连后同时浸入硫酸溶液中，则电子流动方向为Y→导线→W
A
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解析：①把X、Y用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中，X上有气泡产生，Y溶解，说 明X是正极、Y是负极，则金属活动性Y＞X；②把Z、W用导线连接后同时浸入稀硫 酸溶液中，W极上发生还原反应，则W是正极、Z是负极，金属活动性Z＞W；③把 X、Z用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中，电子流动方向为X→导线→Z，则X是负 极、Z是正极，金属活动性X＞Z，通过以上分析知，金属活动性顺序是Y＞X＞Z＞ W，故C正确；在①中，Y是负极、X是正极，X得电子发生还原反应，负极上Y失电 子发生氧化反应，故A错误；在②中，金属片Z作负极、W作正极，故B正确；金属性 Y＞W，如果把Y、W用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液，构成原电池，Y是负极、W 是正极，则电子流动方向为Y→导线→W，故D正确。
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13. 为了探究原电池的工作原理，某化学学习小组设计了一组实验，其装置如图 所示：
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回答下列问题：
（1）根据原电池原理填写下表：
装置
序号 正极 负极反应式 阳离子
移动方向
甲
乙
丙
丁
戊
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答案：（1）
装置
序号 正极 负极反应式 阳离子
移动方向
甲 Al 移向铝极
乙 Pt 移向铂极
丙 Mg 移向镁极
丁 Al 移向铝极
戊 石墨 移向石墨极
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解析：（2）电极类型与电极材料和电解质溶液的性质都有关。
电解质溶液的性质　
解析：（3）负极材料不一定参加电极反应，如装置戊，而其他4个装置负极材料均失 电子发生氧化反应。
不一定　
在5个装置中，戊装置负极材料未参与反
应，其他电池负极材料发生了氧化反应
解析：（4）甲中消耗稀硫酸，溶液酸性减弱，丙和戊反应中均消耗OH－，溶液碱性 均减弱。
酸性减弱　
碱性
减弱　
碱性减弱　
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