人教版化学必修2讲义第二章 化学反应与能量 第2节 第1课时Word文件下载.docx
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将化学能转变为电能的装置。
（3）铜锌原电池工作原理：
电极材料
电子转移
电极反应式
反应类型
Zn
失电子
Zn－2e－===Zn2＋
氧化反应
Cu
得电子
2H＋＋2e－===H2↑
还原反应
电池总反应：
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。
（4）反应本质：
原电池反应的本质是氧化还原反应。
（5）构成原电池的条件
理论上，自发的氧化还原反应均可设计成原电池。
①两个活泼性不同的金属（或一个为金属，一个为能导电的非金属）电极。
②具有电解质溶液。
③形成闭合回路。
【自主思考】
1．原电池是如何构成闭合回路的？
（请从电子流向和离子移动方向分析）
提示 在外电路，电子从负极流出经导线流向正极，在电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
2．原电池中作负极的一定是活泼金属，作正极的一定是不活泼金属吗？
提示 不一定。
在原电池中的两极可以都是活泼金属（如Zn－Fe－稀硫酸，Zn作负极），也可以都是不活泼金属（如Cu－Ag－AgNO3，Cu作负极）也可以是一种金属和一种能导电的非金属（如Cu－C－AgNO3，Cu作负极）。
[效果自测]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×
”。
（1）根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源（ ）
（2）电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源（ ）
（3）火力发电是化学能间接转化为电能的过程（ ）
（4）水力发电是将化学能转化为电能的过程（ ）
（5）HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池（ ）
（6）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（ ）
（7）在铜—锌—稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌（ ）
（8）原电池中阳离子向正极移动（ ）
（9）原电池中的负极反应一定是电极材料失电子（ ）
答案
（1）√
（2）√ （3）√ （4）×
（5）×
（6）×
（7）×
（8）√ （9）×
2．下列装置中能够组成原电池的是________。
解析 构成原电池的条件缺一不可：
①②缺少一个电极；
③中电极相同；
⑤中酒精为非电解质；
⑧中不能形成闭合回路。
答案 ④⑥⑦⑨
探究一、原电池的构成条件、工作原理及正负极的判断
【合作交流】
1．原电池是由哪几部分组成？
各起什么作用？
提示 构成原电池需有两个活泼性不同的电极，将电极插入电解质溶液中，两电极间用导线连接使之构成闭合回路。
电极的作用是导电，有些电池中电极材料会参加反应；
导线的作用是传导电子；
电解质溶液的作用是通过自由离子的移动传导电荷。
2．在铜锌原电池中，电子是怎样移动的？
电子能否通过电解质溶液？
如果不能，电流是如何形成的？
提示 由于金属锌比金属铜活泼，锌失去电子，电子通过导线流向铜片。
电子不能通过电解质溶液，在稀硫酸中H＋移向铜片，SO
移向锌片，阴阳离子定向移动形成电流。
3．
（1）若将2中铜片换作石墨棒，能否产生电流？
电极反应有无变化？
（2）若将2中稀硫酸换作硫酸铜溶液，能否产生电流？
电极反应有何不同？
（3）若将稀硫酸换为酒精，还能否产生电流？
提示
（1）改为石墨棒后，仍然可以形成原电池，产生电流。
锌为负极，石墨棒为正极，电极反应及原电池反应均不变。
（2）将稀硫酸换作硫酸铜溶液，也可以形成原电池，产生电流。
锌为负极，发生氧化反应：
Zn－2e－===Zn2＋，铜为正极，发生还原反应：
Cu2＋＋2e－===Cu，总反应为：
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。
（3）酒精是非电解质，此时不能构成原电池，因此不能产生电流。
【点拨提升】
1．原电池的工作原理
（1）反应类型：
负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
（2）电子的移动方向：
负极流出，经导线流向正极。
（3）离子的移动方向：
阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
2．原电池的判断方法
3．原电池正负极的判断方法
易错提醒
（1）构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。
两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。
（2）两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。
（3）在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼的强弱也要考虑电解质溶液性质。
如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；
但是Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。
【典题例证1】 如图所示，电流表指针发生偏转，同时A极质量减少，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是（ ）
A．B极为原电池的正极
B．A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸
C．C中阳离子向A极移动
D．A极发生氧化反应
解析 原电池中，负极金属失去电子，溶解，质量减小，故A极是负极，B极是正极，根据构成情况可判断A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸，A、B正确；
离子移动方向：
阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C错误；
负极发生氧化反应，正极发生还原反应，D正确。
答案 C
【学以致用1】 如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下，在卡片上描述合理的是（ ）
实验后的记录：
A．①②③ B．③④⑤
C．④⑤⑥D．②③④
解析 在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu片，负极反应为：
Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为：
2H＋＋2e－===H2↑，故转移1mol电子时，产生H20.5mol，在溶液中H＋向正极移动，SO
向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确，选B项。
答案 B
探究二、原电池原理的应用
1．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，这个反应能设计成原电池吗，为什么？
提示 不能，因为它不是氧化还原反应。
2．CO2＋C
2CO，这个反应能设计成原电池，为什么？
提示 不能，虽然它是氧化还原反应，但不是释放能量的氧化还原反应。
3．锌与H2SO4反应制H2时向溶液中加少量CuSO4后为什么反应速率加快？
提示 锌置换出铜构成原电池。
1．加快氧化还原反应的速率
（1）原理：
原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。
（2）实例：
实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。
2．比较金属活泼性强弱
一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。
有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，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A＞B。
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），氧化剂（电解质溶液中的阳离子）在正极上被还原。
（2）选择合适的材料。
①电极材料：
电极材料必须导电。
负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料。
②电解质溶液：
电解质溶液一般能与负极反应。
（3）实例：
以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例
【典题例证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：
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
由此可判断这四种金属的活动性顺序是（ ）
A．a＞b＞c＞dB．b＞c＞d＞a
C．d＞a＞b＞cD．a＞b＞d＞c
解析 装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属易失去电子形成离子，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，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；
装置三和四均形成原电池，易知d比c活泼，d比a活泼。
因此四种金属的活动性顺序为d＞a＞b＞c，故选C。
【学以致用2】 100mL2mol·
L－1的盐酸与过量的锌反应，为加快速率，又不影响产生氢气的总量，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．加入适量的蒸馏水
D．加入适量的氯化钠溶液
解析 A中能加快反应速率，但增加了产生氢气的总量，A错误；
C、D中不影响H2的量，但稀释了盐酸，降低了反应速率，C、D错误；
B中发生反应：
Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu，形成Cu－Zn原电池，加快了反应速率，B正确。
1．下列装置中，能构成原电池的是（ ）
A．只有甲 B．只有乙
C．只有丙D．除乙均可以
解析 甲装置不能构成闭合回路，乙装置两极材料相同，丁装置酒精是非电解质，只有丙装置具备原电池的构成条件。
2．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（ ）
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
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。
3．X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极。
X、Y、Z三种金属的活动性顺序为（ ）
A．X>
Y>
ZB．X>
Z>
Y
C．Y>
X>
ZD．Y>
X
解析 根据原电池原理，负极的金属比正极活泼，可知Y>
X，根据金属活动性顺序和置换反应原理，可知X>
Z，故有Y>
Z。
4．下列有关电池的说法不正确的是（ ）
A．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从锌电极流向铜电极
C．氢氧燃料电池工作时，氢气在负极被氧化
D．原电池中一定发生了氧化还原反应
解析 太阳能电池的主要材料是高纯度的晶体硅，A项错误；
铜锌原电池工作时，电子沿外电路由负极（锌）流向正极（铜），B项正确；
氢氧燃料电池工作时，氢气在负极失去电子被氧化，C项正确；
由原电池的工作原理可知原电池中一定发生了氧化还原反应，D项正确。
答案 A
5．现有如下两个反应：
（A）NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
（B）Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋
（1）根据两反应本质，判断能否设计成原电池___________________________________。
（2）如果不能，说明其原因___________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）如果可以，则写出正、负极材料、其电极反应式、反应类型（“氧化反应”或“还原反应”）：
负极：
________，________________，________。
正极：
解析
（1）只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池，（B）是氧化还原反应且能自发进行。
（3）根据电池反应式：
Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋可知，Cu失电子作负极，负极材料是Cu，正极材料应是比铜不活泼的金属或能导电的非金属；
Ag＋得电子，所以此电解质溶液只能为AgNO3溶液。
答案
（1）（A）不能，（B）可以
（2）（A）不是氧化还原反应，没有电子转移 （3）Cu Cu－
2e－===Cu2＋ 氧化反应 碳棒、Ag、铂、金（任选一） 2Ag＋＋2e－===2Ag 还原反应
课时作业
1．下列有关能源的说法错误的是（ ）
A．风能是人类通过风车等工具获取的能源，但属于一次能源
B．在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将成为主要能源
C．月球土壤中含有丰富的质量数为3的氦，它可作为未来核能的重要原料
D．原电池把化学能直接转化为电能，所以由原电池提供的电能是一次能源
解析 风能是直接从自然界中取得的能源，属于一次能源，原电池提供的电能是由化学能转化而得到的，不是直接获得的，属于二次能源，A正确，D错误；
随着时代的发展，化石能源逐渐枯竭，所以新能源时代污染小的核能、太阳能、氢能将成为主要能源，B、C正确。
答案 D
2．下列装置可以构成原电池的是（ ）
3．为探究原电池的形成条件和反应原理，某同学设计了如下实验，并记录了实验现象：
①向一定浓度的稀硫酸中插入锌片，看到有气泡生成；
②向上述浓度的稀硫酸中插入铜片，没有气泡生成；
③将锌片与铜片上端接触并捏住，一起插入上述浓度的稀硫酸中，看到铜片上有气泡生成，且生成气泡的速率比实验①中快；
④在锌片和铜片中间接上电流计，再将锌片和铜片插入上述浓度的稀硫酸中，发现电流计指针偏转。
下列关于以上实验设计及现象的分析，不正确的是（ ）
A．实验①、②说明锌能与稀硫酸反应而铜不能
B．实验③说明发生原电池反应时会加快化学反应速率
C．实验③说明在该条件下铜可以与稀硫酸反应生成氢气
D．实验③、④说明该原电池中铜为正极、锌为负极
4.在如图所示的装置中，a的金属活泼性比氢要强，b为碳棒，关于此装置的下列叙述不正确的是（ ）
A．碳棒上有气体放出，溶液pH变大
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
解析 显然，电极a、b与电解质溶液稀H2SO4组成原电池。
因活泼性a>
b（碳棒），所以a为电池的负极，b为正极。
电极反应式：
a（负）极：
a－ne－===an＋（氧化反应）
b（正）极：
nH＋＋ne－===
H2↑（还原反应）
由于正极放电消耗H＋，溶液中c（H＋）减小，pH增大，在外电路中，电子由a极流出经电流表流向b极。
5．等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积（V）与时间（t）的关系，其中正确的是（ ）
解析 分析好图象中线的走势。
由于a中Zn还与CuSO4发生置换反应，所以最后生成H2的量小于b，而a中Zn Cu形成原电池，可加快反应速率。
6.如右图所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的（ ）
A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸
B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸
C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液
D．A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液
解析 A极逐渐变粗，说明A极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；
B极逐渐变细，说明B极为原电池的负极，失去电子后变成离子进入溶液中。
A和B中的反应为：
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则A中A极变细，B中A极不变。
C和D两项中的反应为：
Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe（NO3）2，其中C中A极变细，D中A极变粗。
7．一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
A
CuCl2
B
H2SO4
C
CuSO4
D
Fe
解析 由总反应式知，Zn被氧化作原电池的负极，符合条件的有B、C两项，正极反应为：
Cu2＋＋2e－===Cu，B选项中是：
2H＋＋2e－===H2↑，C正确。
8．各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（ ）
A．②①③④ B．④③①②
C．④②①③D．③②④①
解析 ②③④实质均为原电池装置。
③中Fe为正极，被保护；
②④中Fe为负极，均被腐蚀。
但相对来说，Fe和Cu的金属活动性差别较Fe和Sn的差别大，故Fe－Cu原电池中的Fe被腐蚀得更快；
①中构成原电池，，作为正极的杂质碳较少，腐蚀速率最慢。
9．利用生活中或实验室中常用的物品，根据氧化还原反应知识和电学知识，自己动手设计一个原电池。
请填写下列空白。
（1）实验原理：
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
（2）实验用品：
电极（________、________）、稀硫酸、________（填写所缺的实验用品）、耳机（或者电流计）。
（3）实验装置：
（如右图所示）
（4）原电池设计及注意的问题。
①按如图所示连接好实验仪器，注意观察（耳朵听）耳机是否有声音发出，如果没有，可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极（注意：
接触的同时耳机的另一个极是连接在原电池的另一个电极上的），这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓”声音。
其原因是：
在原电池中，由化学能转化为________。
②如果将装置中的耳机改为电流计，则铁钉应该接电流计的________极，电极反应是________________；
另一极应该接电流计的________极，电极发生了________反应（填“氧化”或“还原”）。
解析 由实验原理：
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，可知组成该原电池的负极应为Fe，正极可选用活动性比Fe弱的金属或导电的非金属。
答案
（2）铁钉或铁条 铜钉（其他的惰性电极如铅笔芯、石墨等） 烧杯、导线 （4）①电能 ②负 Fe－2e－===Fe2＋ 正 还原
10．如图所示的装置，在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细线，使之平衡。
小心地往烧杯中央滴入CuSO4溶液。
（1）片刻后可观察到的现象是（指悬吊的金属圈）________________________（填字母）。
A．铁圈和银圈左右摇摆不定
B．保持平衡状态不变
C．铁圈向下倾斜
D．银圈向下倾斜
（2）产生上述现象的原因是__________________________________________________
（3）写出反应的化学方程式：
_______________________________________________
解析 加入CuSO4溶液后，构成Fe—Ag原电池，Fe失电子作负极，质量减轻，Cu2＋在正极银圈上得电子，生成金属铜沉积在上面使其质量增加。
答案
（1）D
（2）加入CuSO4溶液后，构成Fe－Ag原电池，铁溶解，质量减轻，Cu2＋在银圈上得电子，生成Cu沉积在其上，质量增加 （3）Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
11．有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6mol·
L－1的H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6mol·
L－1的NaOH溶液中，如图所示。
（1）写出甲中正极的电极反应式：
_____________________________________________。
（2）乙中负极为________，总反应的离子方程式：
________________________________
（3）如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则负极材料的金属应比正极材料的金属活泼”，则甲会判断出________金属活动性更强，而乙会判断出________金属活动性更强（填写元素符号）。
（4）由此实验得出的下列结论中，正确的有________。
A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质
B．镁的金属性不一定比铝的金属性强
C．该实验说明金属活动性顺序表已过时，没有实用价值了
D．该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析
解析 甲同学依据的化学反应原理是：
Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑，乙同学依据的化学反应原理是：
2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。
但是由于Al与碱的反应是一特例，不可作为判断金属性强弱的依据。
所以判断一个原电池的正负极应具体问题具体分析。
答案
（1）2H＋＋2e－===H2↑
（2）Al 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO
＋3H2↑
（3）Mg Al （4）AD
12．【实验目的】 利用所学知识，设计原电池装置。
【实验用品】 电极：
镁条、铜片、铁片等。
【电解质】 果汁（橙汁、苹果汁、柠檬汁等）。
【其他】 导线、金属夹、发光二极管、500mL烧杯。
【实验方案】 ①Cu Mg原电池，电解质溶液为橙汁；
②Cu Fe原电池，电解质溶液为苹果汁；
③Fe Mg原电池，电解质溶液为柠檬汁。
【实验操作】 用导线分别将三种方案中的金属片连接到金属夹上，分别将金属片两两插入到盛有果汁的三个500mL的烧杯中，将发光二极管两端分别接在三种方案中金属活动性不同的金属夹上。
观察现象，连接方式如图所示。
【实验现象】 三种方案中发光二极管均发光。
【实验结论】 原电池把化学能转变为电能。
回答问题：
（1）连接装置时活泼金属接二极管的________极上，较不活泼金属接二极管的________极上。
（2）在方案①②中铜作电极情况：
______________________________________________。
（3）在方案①③中镁作电极情况：
___________________
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