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专题6
第三单元　化学能与电能的转化
课时1　化学能转化为电能
化学反应与能量变化
1．知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化。
2．以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。
3．能辨识简单原电池的构成要素，并能分析简单原电池的工作原理。
活动一：探究化学电源供电的基本原理
1．完成下列实验，将实验现象和得出的结论填入表格中：
步骤1：把一块锌片和一块铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察实验现象。
步骤2：把一块锌片和一块铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察实验现象。
步骤3：用导线把步骤2中的锌片和铜片连起来，观察实验现象。
步骤4：在步骤3的导线中间连接一个灵敏电流计(如左下图所示)，观察实验现象。
原电池示意图
实验步骤 实验现象 实验结论或解释
步骤1

步骤2

步骤3


步骤4

锌片表面有气泡产生，逐渐溶解，铜片表面无明显现象
锌与稀硫酸反应，铜与稀硫酸不反应
锌片表面有气泡产生，逐渐溶解，铜片表面无明显现象
锌与稀硫酸反应，铜与稀硫酸不反应
铜片表面有气泡产生，锌片逐渐溶解
锌失去电子形成Zn2+进入溶液，氢离子在铜片上得到电子生成氢气
铜片表面有气泡产生，锌片逐渐溶解，电流计指针发生偏转
该装置可以将化学能转化为电能
(1) 上述步骤3、4的装置中，________能转化为______能。这两个装置中发生反应的离子方程式为___________________________。
(2) 实验中，锌失去________，发生________反应，作原电池的______极，铜片为原电池的______极，溶液中______得到________，产生气体。
(3) 分别写出负极和正极的电极反应式，注明反应类型。
【答案】 负极：Zn－2e－===Zn2+(氧化反应)
正极：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
化学
电
Zn＋2H＋═══Zn2+＋H2↑
电子
氧化
负
正
H＋
电子
思考1：步骤3、4的装置中铜片不与稀硫酸反应，为什么铜上会有氢气生成？
【答案】 虽然铜不活泼，不能失去电子，但锌比铜活泼，锌与稀硫酸接触时，失去电子，这些电子沿着导线传递到铜的表面，被溶液中接近的氢离子获得后，生成了氢气。
思考2：若将步骤3的装置中铜片换作石墨棒，能否产生电流？电极反应式有无变化？
【答案】 改为石墨棒后，仍可构成原电池，产生电流。更换后锌作负极，石墨棒作正极，电极反应式与电池总反应均不变。
思考3：若将步骤3的装置中稀硫酸换成硫酸铜溶液，能否产生电流？电极反应式有何不同？
【答案】 将稀硫酸换成硫酸铜溶液，同样能构成原电池，产生电流。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Cu2+在铜电极上发生得电子的还原反应，电极反应式为Cu2+＋2e－===Cu，总反应式为Zn＋Cu2+===Cu＋Zn2+。
2．原电池装置如图所示。什么是原电池？原电池的电极上分别发生什么反应？原电池中电子转移的方向是什么？电解质中离子移动的方向是什么？
【答案】 原电池是将化学能转化为电能的装置。原电池的两个电极上分别发生氧化反应和还原反应。还原剂在负极发生氧化反应，失去电子；氧化剂在正极发生还原反应，得到电子。电子通过导线由原电池负极流向正极。溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
3．按如图装置完成下列实验，并根据电流计偏转方向确定A、B电极的类型。
序号 电极材料 电流计是否偏转 原电池的正、负极
A电极 B电极 A电极 B电极
① Cu C
② Fe C
③ Cu Al
④ Fe Cu
⑤ Cu Zn
偏转
负极
正极
偏转
负极
正极
偏转
正极
负极
偏转
负极
正极
偏转
正极
负极
(1) 若两种金属作电极，一般来说何种金属作正极，何种金属作负极？如果一个电极是金属，一个电极是石墨，则电极的规律又如何？
【答案】 较活泼的金属作负极，较不活泼的金属作正极。金属电极作负极，石墨电极作正极。
(2) 原电池的负极和正极分别发生什么类型的反应？
【答案】 负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
【归纳总结】
活动二：原电池的构成要素
1．结合前面介绍的各种原电池装置，分析讨论构成原电池有哪些基本要素。一般什么反应可能会形成原电池？
【答案】 构成原电池的要素：有两个活动性不同的电极、有电解质溶液、形成闭合电路。一般自发的氧化还原反应(放热)可能会形成原电池。
2．下列装置能形成原电池的有 (　　)
A　　　　　　B　　　　　　　C　　　 　　　　D
B
活动三：探究钢铁的电化学腐蚀原理，了解其应用
1．钢铁在潮湿的空气中很容易被腐蚀，因为在潮湿的空气中，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜，水膜里含有少量H＋、OH－和氧气等，从而形成一层电解质溶液，它与钢铁里的铁和少量碳形成无数微小的原电池。写出电极反应式和溶液中发生反应的离子、化学方程式，解释铁锈是怎样生成的。
【答案】 负极(铁)：Fe－2e－===Fe2+
正极(碳)：2H2O＋O2＋4e－===4OH－
铁失去电子被氧化，Fe2+与OH－结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3在一定条件下发生脱水反应，生成红色的铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)。
2．什么叫电化学腐蚀？钢铁的电化学腐蚀原理在生活中有广泛应用，如生活中常用的取暖产品——暖贴，阅读教材，了解暖贴放热的原理。
【答案】 不纯的金属与电解质溶液接触，发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子被氧化，这种腐蚀叫作电化学腐蚀。暖贴的内部含铁粉、活性炭、食盐、蛭石、木粉的混合物。铁粉、活性炭、食盐一旦与空气中的氧气和水蒸气接触就会构成原电池，木粉能够吸水并保持水分，蛭石能够保温。原电池的形成提高了铁被氧气氧化的速率，短时间内产生较多的热，供人们取暖。
活动四：讨论原电池原理的其他应用
结合原电池原理，讨论原电池有哪些应用。
【答案】 原电池原理可用于比较金属活动性，通常情况下活动性较强的金属作负极(有例外)。根据反应现象可以判断原电池的正、负极，一般析出金属或产生氢气的一极为原电池的正极。原电池可用于改变化学反应速率，如Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，Zn置换出的铜与锌能构成原电池，从而提高Zn与稀硫酸反应的速率。利用原电池原理，设计保护金属的方法，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)，构成原电池，比铁活泼的金属被氧化，船体得到保护。
1．下列各装置露置在空气中，能在外电路获得电流的是 (　　)
1
B
【解析】 A、D项，两极的材料相同，不能构成原电池；C项，酒精是非电解质，不能构成原电池。
2．(教材习题)某原电池的总反应是Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu，该原电池的正确组成是 (　　)
2
A
【解析】 由总反应：Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu可知，锌为负极材料，电解质溶液中含有Cu2+，正极材料的活动性要弱于锌，故选A。
3．(2025盐城东台一中月考)钢铁在潮湿的空气中因形成无数微小的原电池而被腐蚀，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．铁为正极
B．电子由碳流向铁
C．碳电极上发生氧化反应
3
D
D．该原理常被用于“暖宝宝”等自发热取暖产品
【解析】 由图可知，Fe失去电子变为Fe2+，故Fe为负极，A错误；电子由Fe流向C，B错误；碳电极上发生得电子的还原反应，C错误。
4．(教材习题)把a、b、c、d 4种金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池。a、b相连，a为负极；c、d相连，d上有气泡逸出；a、c相连时，a质量减小；b、d相连，b为正极。则4种金属的活动性顺序由大到小排列为 (　　)
A．a＞c＞d＞b B．a＞c＞b＞d
C．b＞d＞c＞a D．a＞b＞c＞d
4
A
【解析】 a、b相连，a为负极，则金属活动性a＞b，c、d相连，d上有气泡逸出，则d为正极，金属活动性c＞d，a、c相连时，a质量减小，则a为负极，金属活动性a＞c；b、d相连，b为正极，则金属活动性d＞b；综上所述，金属活动性a＞c＞d＞b。故选A。
5．(教材习题)现有如图所示的甲、乙两装置，下列说法正确的是(　　)
A．甲装置中铜片是正极材料
B．乙装置中锌片是负极反应物
5
A
甲　　　　　　乙
C．两装置中，铜片表面均无气泡产生
D．甲装置中，铜片上发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2+
【解析】 甲装置中，锌为负极材料，铜为正极材料，A正确；装置乙没有构成原电池，不存在正、负极，B错误；甲装置中，铜片表面生成H2，C错误；甲装置中，铜片上发生的电极反应为2H＋＋2e－=== H2↑，D错误。
6．某电池的总反应式为Cu＋2Ag＋===Cu2+＋2Ag，该原电池的正确组合是 (　　)
6
B
选项 A B C D
正极材料 Cu Ag Ag Cu
负极材料 Ag Cu Cu Ag
电解质溶液 AgNO3 AgNO3 CuSO4 CuSO4
【解析】 根据电池的总反应式Cu＋2Ag＋===Cu2+＋2Ag分析，Cu元素的化合价升高，Cu作负极，Ag元素的化合价降低，Ag＋在正极上发生得电子的还原反应，电解质溶液是含Ag＋的可溶性盐溶液，即硝酸银溶液，B符合题意。
7. 用如图所示装置研究原电池原理，下列说法错误的是(　　)
7
B
图1　　　图2　　 　图3
A. 若将图1装置的Zn、Cu直接接触，Cu片上能看到气泡产生
C. 若将图2中的Zn片改为Mg片，Cu片上产生气泡的速率加快
D. 图2与图3中正极生成物的质量比为1∶32时，Zn片减轻的质量相等
7
8．Ⅰ．A、B、C、D四种金属按表中装置图进行实验。
8
(1) 装置甲中负极反应式是_________________。
(2) 装置乙中正极反应式是_____________________。
(3) 四种金属活动性由强到弱的顺序是________________。
装置


甲


乙


丙
现象 二价金属A不断溶解 C的质量增加 A上有气体产生
A－2e－═══A2+
Cu2+＋2e－═══Cu
D＞A＞B＞C
Ⅱ．分别按装置丁、戊进行实验，图中两只烧杯中的溶液为相同浓度的稀硫酸。
(1) 下列叙述正确的是______(填字母)。
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．丁中铜片作正极，戊中铜片作负极
C．两烧杯的溶液中的H＋浓度均减小
D．产生气泡的速率：丁＜戊
C
8
丁　　　　　　戊
(2) 装置丁中，某同学发现不仅铜片上有气泡产生，锌片上也产生了气体，原因可能是________________________________。
(3) 装置丁中，若把稀硫酸换成CuSO4溶液，试写出铜电极的电极反应式：_____________________。
锌片不纯，锌与杂质构成原电池
8
Cu2+＋2e－═══Cu

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