高中化学 第2章 化学键化学反应与能量 第3节 化学反应的利用 第2课时 化学反应为人类提供能量练习.docx
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高中化学第2章化学键化学反应与能量第3节化学反应的利用第2课时化学反应为人类提供能量练习
第2课时 化学反应为人类提供能量
1.了解原电池的工作原理，能书写简单的电极反应。
2.知道构成原电池的条件。
3．知道只有释放能量的自发氧化还原反应才可能通过原电池实现化学能和电能的转化。
化学反应为人类提供能量[学生用书P43]
1．化学反应中的能量转化形式
2．化学能转化为电能——原电池
（1）概念：
把化学能转化为电能的装置。
（2）工作原理（以锌铜原电池为例）
实验装置
现象
锌片不断溶解，铜片上有气泡产生，灯泡发光
结论
导线中有电流通过，化学能转化为电能
解释
锌失电子发生氧化反应形成Zn2＋进入溶液：
Zn－2e－===Zn2＋（填电极反应式），锌片上的电子沿导线流向铜片
溶液中的H＋从铜片上得电子发生还原反应生成H2逸出：
2H＋＋2e－===H2↑（填电极反应式）
（3）原电池的构成条件
①两个电极：
相对活泼的金属作负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属作正极；
②一个溶液：
两个电极插入电解质溶液中；
③一个回路：
用导线连接成闭合回路或直接接触。
（4）常见电池
①干电池：
又称一次电池，如锌锰干电池。
②蓄电池：
又称二次电池，如铅蓄电池。
③燃料电池：
能量转化率高，无污染。
1．判断正误
（1）所有的化学反应均能设计成原电池。
（ ）
（2）原电池的负极金属一定比正极金属活泼。
（ ）
（3）原电池的负极一定发生氧化反应。
（ ）
（4）原电池工作时，电子通过电解质溶液由正极移向负极。
（ ）
（5）原电池工作时，正极一定产生气体。
（ ）
（6）原电池中化学能全部转变为电能。
（ ）
（7）原电池的两极只能用金属材料。
（ ）
答案：
（1）×
（2）× （3）√ （4）× （5）× （6）× （7）×
2．下列装置能构成原电池的是（连接两个电极的均是金属导线）（ ）
解析：
选D。
A中两极金属活泼性相同；B中无电解质溶液；C中没构成闭合回路。
3．已知空气－锌电池的电极反应为锌片：
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；碳棒：
O2＋H2O＋2e－===2OH－，据此判断，锌片是（ ）
A．正极并被还原 B．正极并被氧化
C．负极并被还原D．负极并被氧化
解析：
选D。
由电极反应式：
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O可知，Zn失电子发生氧化反应，作负极。
1．原电池的工作原理
工作过程中电解质溶液中阳离子向正极移动（如H＋向Cu片定向移动），阴离子向负极移动（如SO
向Zn片定向移动）；与外电路构成闭合回路。
2．原电池正、负极判断（从5个角度思考判断）
一般而言，原电池负极金属活泼性大于正极金属，但也有特例，如MgAlNaOH（aq）原电池中，Mg作正极，Al作负极；FeCu浓HNO3原电池中，Fe作正极，Cu作负极。
锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是（ ）
A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c（SO
）减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
[解析] A．Cu作正极，电极上发生还原反应，错误；B.电池工作过程中，SO
不参加电极反应，故甲池的c（SO
）基本不变，错误；C.电池工作时，甲池反应为Zn－2e－===Zn2＋，乙池反应为Cu2＋＋2e－===Cu，甲池中Zn2＋会通过阳离子交换膜进入乙池，以维持溶液中电荷平衡，由电极反应式可知，乙池中每有64gCu析出，则进入乙池的Zn2＋为65g，溶液总质量略有增加，正确；D.由题干信息可知，阴离子不能通过阳离子交换膜，错误。
[答案] C
（1）上述例题的原电池装置中，ZnSO4（aq）与CuSO4（aq）能否互换？
（2）上述例题的原电池装置中，电子如何流动？
答案：
（1）不能。
（2）电子从Zn电极经导线流向Cu电极。
原电池的工作原理
1．某原电池结构如图所示，下列有关该原电池的说法正确的是（ ）
A．总电池反应为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
B．镁棒发生还原反应
C．电子从铜棒经外电路流向镁棒
D．铜棒为负极
解析：
选A。
A.镁比铜活泼，镁作负极，其总电池反应为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，故正确；B.镁失去电子，化合价升高，被氧化，发生氧化反应，故错误；C.根据原电池工作原理，电子从镁经外电路流向铜，故错误；D.镁化合价升高，作负极，故错误。
2．图1是铜锌原电池示意图。
图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示（ ）
A．铜棒的质量B．c（Zn2＋）
C．c（H＋）D．c（SO
）
解析：
选C。
图2显示，在铜锌原电池中，随着流入正极的电子的物质的量（x）的增加，y逐渐减小。
该铜锌原电池中发生的电池反应：
负极（Zn）：
Zn－2e－===Zn2＋；
正极（Cu）：
2H＋＋2e－===H2↑；
随着流入正极的电子的物质的量的增加，铜棒质量不变、c（Zn2＋）增加、c（H＋）减小、c（SO
）不变。
3．MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。
下列叙述错误的是（ ）
A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg（OH）2＋H2↑
解析：
选B。
该电池中Mg作负极，失去电子发生氧化反应，生成Mg2＋，A项正确；正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B项错误；电池放电时，Cl－从正极向负极移动，C项正确；在负极，Mg会发生副反应Mg＋2H2O===Mg（OH）2＋H2↑，D项正确。
原电池的电极判断
4．下列关于原电池的说法，正确的是（ ）
A．在正极上发生氧化反应
B．一般化学性质较活泼的电极为负极
C．在外电路中电子流出的一极为正极
D．原电池中的阳离子向负极移动
解析：
选B。
原电池负极发生氧化反应，A错误；外电路中电子流出的一极为负极，C错误；原电池中阳离子向正极移动，D错误。
5．如图所示装置均为原电池。
下列说法错误的是（ ）
A．在金属活动性顺序中，Mg在Al之前
B．电池a中，Al是负极
C．电池b中，Al是正极
D．电池a和b中，都是铝片上产生H2
解析：
选D。
在金属活动性顺序中，Mg排在Al之前。
在b中，镁为负极，但在a中，铝为负极。
6．如图所示的装置中可观察到电流计的指针发生偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的组合是（ ）
选项
M
N
P
A
锌
铜
稀硫酸
B
铜
铁
稀盐酸
C
银
锌
AgNO3溶液
D
锌
铁
Fe（NO3）3溶液
解析：
选C。
该原电池中M棒变粗，N棒变细，说明原电池反应时N棒溶解作负极，在M棒上有金属析出，M棒作正极。
A选项中，负极为M棒且反应为Zn－2e－===Zn2＋，没有金属析出；B选项中，电解质溶液为稀盐酸，原电池工作时，不会有金属析出；C选项中，正极为M棒且反应为Ag＋＋e－===Ag，符合题意；D选项中，正极为N棒且反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，没有金属析出。
原电池原理的应用[学生用书P45]
1．比较金属的活动性强弱
（1）原理：
一般原电池中活动性较强的金属作负极，活动性较弱的金属作正极。
（2）应用：
A、B两种金属用导线连接后插入稀H2SO4中，若A极溶解，B极上冒气泡，则活动性：
A＞B。
2．加快化学反应的进行
（1）原理：
在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的微粒运动时相互间的干扰小，使化学反应加快。
（2）应用：
实验室中用Zn和稀H2SO4制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液，原因是Zn与置换出的Cu构成原电池，加快了反应的进行。
3．原电池的设计
以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑为例说明。
↓
↓
等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀硫酸中，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] a和b中，均有反应Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，Zn的质量相等，都是H2SO4过量。
但a中还有反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，并且生成的Cu和剩余的Zn在稀硫酸中形成了原电池。
由于a中的反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu消耗了一部分Zn，故生成H2的体积小，由于a中形成了铜锌原电池加快了H2的生成速率，故a中生成H2的速率快。
[答案] D
（1）上述例题b中，若要加快Zn和稀硫酸反应速率，而不影响产生H2的体积，可采取哪些措施？
（2）若上述例题a中用“CH3COONa固体”代替“CuSO4溶液”，则哪项符合题意？
答案：
（1）加热、加入铜粉等（其他答案合理也可）。
（2）B。
金属活动性的比较
1．①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。
①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。
据此判断这四种金属活动性由强到弱的顺序是（ ）
A．①③②④ B．①③④②
C．③④②①D．③①②④
解析：
选B。
因为①②相连时，外电路电流从②流向①，说明电子由①流向②；根据电子由负极流向正极，所以金属活动性①＞②。
①③相连时，③为正极，所以金属活动性①>③。
②④相连时，②上有气泡逸出，发生反应2H＋＋2e－===H2↑则②为正极，所以金属活动性④＞②。
③④相连时，③的质量减少，根据质量减少的一极为负极，所以金属活动性③＞④，由以上得出金属活动性①＞③＞④＞②，故选B。
2．有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置图及部分反应现象如下：
a极质量减小，b极质量增大
b极有气泡产生，c极无变化
d极溶解，c极有气泡产生
电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性由强到弱的顺序是（ ）
A．a>b>c>dB．b>c>d>a
C．d>a>b>cD．a>b>d>c
解析：
选C。
装置甲中，a极质量减小，b极质量增大，a极为负极，b极为正极，所以金属的活动性顺序：
a>b；装置乙中，b极有气泡产生，c极无变化，所以金属的活动性顺序：
b>c；装置丁中，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：
d>a；装置丙中，d极溶解，所以d是负极，c极有气泡产生，所以c是正极，所以金属的活动性顺序：
d>c，故这四种金属的活动性顺序：
d>a>b>c。
3．X、Y、Z、M四种金属，已知X可以从Y的盐溶液中置换出Y；X和Z作原电池电极时，Z为正极；Y和Z作原电池电极时，Y极上有气泡产生；M的离子的氧化性强于Y的离子。
则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ）
A．X>Y>Z>MB．X>Z>M>Y
C．M>Z>X>YD．X>Z>Y>M
解析：
选D。
金属阳离子中，不活泼金属的阳离子氧化性比活泼金属阳离子的氧化性强，则X可以从Y的盐溶液中置换出Y，说明X的活动性强于Y；X和Z作原电池电极时，Z为正极，说明X的活动性强于Z；Y和Z作原电池电极时，Y极上有气泡产生，说明Y是正极，则Z的活动性强于Y；M的离子的氧化性强于Y的离子，说明Y的活动性强于M，所以得出这四种金属的活动性由强到弱的顺序为X>Z>Y>M。
原电池的设计
4．一个化学电池的总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该化学电池的组成可能为（ ）
选项
A
B
C
D
正极
Cu
Cu
Zn
Fe
负极
Zn
Zn
Cu
Zn
电解质溶液
H2SO4
CuCl2
ZnCl2
ZnCl2
解析：
选B。
电解质溶液中一定要含有Cu2＋，只有B项正确。
5．铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：
________________________________________________________________________。
（2）若将
（1）中的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。
正极反应式：
_______________________________________________；
负极反应式：
_________________________________________________。
解析：
首先分析Fe3＋与Cu反应中的氧化剂、还原剂，然后依据原电池原理，再设计成原电池。
依据反应：
2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，Cu失电子，应为原电池的负极，正极材料选用比铜不活泼的铂丝，或导电的非金属如石墨棒，电解质溶液选用FeCl3溶液。
答案：
（1）2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
（2）
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Cu－2e－===Cu2＋
重难易错提炼
1.原电池是将化学能转化成电能的装置。
2.原电池的构成条件
（1）相对活泼性不同的两个电极。
（2）电解质溶液。
（3）形成闭合回路。
（4）能发生自发的放热的氧化还原反应。
3.原电池工作原理口诀
原电池分为两极；负极氧化正极还原；
电子由负流向正；离子阳向正阴向负。
4.原电池正、负极的判断
（1）根据元素化合价判断
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。
（2）根据实验现象判断
有气体产生或质量增大的电极——正极；
质量减小的电极——负极。
5.原电池原理三大应用：
（1）比较金属的活动性强弱；
（2）加快化学反应速率；（3）设计化学电源。
课后达标检测[学生用书P102（单独成册）]
[基础巩固]
1．
暖宝宝（如图所示）采用的是铁的“氧化放热”原理，使其发生原电池反应，铁粉在原电池中充当（ ）
A．负极 B．正极
C．阴极D．阳极
解析：
选A。
铁被氧化，负极发生氧化反应，铁粉在原电池中充当负极，故A正确。
2．如图是某课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。
下列说法错误的是（ ）
A．铜极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．电子从锌片通过溶液流向铜片
C．装置中存在“化学能→电能→光能”的转化
D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变
解析：
选B。
铜锌原电池中，Cu作正极，溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气，所以Cu上有气体生成，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故A正确；锌比铜活泼，形成原电池时，锌为负极，失去电子，电子沿外电路流向铜，不是通过溶液，溶液中是离子的定向移动，故B错误；原电池中化学能转化为电能，LED灯发光时，电能转化为光能，故C正确；金属性Cu比Zn、Fe弱，将锌片换成铁片后，Cu仍作正极，所以电路中的电流方向不变，仍然由Cu流向负极，故D正确。
3．某原电池反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。
下列不能实现该反应原理的原电池是（ ）
A．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液
B．正极为C，负极为Fe，电解质溶液为Fe（NO3）3溶液
C．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为Fe2（SO4）3溶液
D．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液
解析：
选D。
由2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋和原电池的构成条件可知原电池的电解质溶液为含Fe3＋的盐溶液，负极为Fe，正极为活动性比Fe弱的金属或能导电的非金属。
4．如图是Fe和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录的下列内容正确的是（ ）
①Fe为正极，Cu为负极
②H＋向负极移动
③电子是由Fe电极经外电路流向Cu电极
④Cu电极上有H2产生
⑤若有1mol电子流过导线，则产生的H2为11.2L
⑥负极的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
A．①②③B．③④
C．③④⑤D．③④⑥
解析：
选B。
Fe为负极，Cu为正极，①错误；H＋向正极移动，②错误；电子由Fe电极经外电路流向Cu电极，③正确；Cu电极上发生反应：
2H＋＋2e－===H2↑，④正确；由2H＋＋2e－===H2↑可知，有1mol电子流过导线，产生氢气0.5mol，但未注明条件，不能说明H2的体积为11.2L，⑤错误；负极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，⑥错误。
5．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，以下叙述正确的是（ ）
①两烧杯中铜片表面均无气泡产生 ②甲中铜片是正极，乙中铜片是负极 ③两烧杯中溶液的c（H＋）均减小
④产生气泡的速率甲比乙慢 ⑤甲中SO
向Zn片移动，H＋向Cu片移动 ⑥乙中电流从Cu片流向Zn片
⑦甲、乙两烧杯中Cu片的质量均不变
A．①②③B．③⑤⑦
C．④⑤⑥D．②③④⑤⑦
解析：
选B。
甲构成Cu－Zn原电池，乙未形成闭合回路，不能构成原电池，只发生Zn与稀H2SO4的反应，不能产生电流。
甲中Zn为负极，Cu为正极，H＋向正极移动，在Cu片表面得电子被还原为H2逸出，SO
向负极移动。
甲、乙两烧杯中都发生反应：
Zn＋2H＋===
Zn2＋＋H2↑，故c（H＋）减小，铜片均不发生反应，故质量不变。
6．有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：
①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，A为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡；④B、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，D极发生氧化反应。
据此，判断四种金属的活泼性顺序是（ ）
A．A>C>D>BB．D>C>B>A
C．A>D>C>BD．C>A>B>D
解析：
选A。
①中，A为负极，B为正极，可知金属活泼性A>B；②中，外电路电流方向由D→导线→C，则D是正极，C是负极，金属活泼性C>D；③中，C极产生大量气泡，说明该极发生了还原反应2H＋＋2e－===H2↑，则C是正极，A是负极，金属活泼性A>C；④中，D极发生氧化反应，则D是负极，B是正极，金属活泼性D>B。
综上所述可得几种金属的活泼性顺序为A>C>D>B。
7．铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2，电解质溶液为H2SO4，电池放电时的反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，下列对电池放电时的分析正确的是（ ）
A．Pb为正极被氧化
B．电子从PbO2流向外电路
C．SO
向PbO2处移动
D．电解质溶液pH不断增大
解析：
选D。
根据元素化合价变化知，铅失电子被氧化，作还原剂，则铅作负极，故A错误；该原电池中，电子从负极铅沿导线流向正极二氧化铅，故B错误；该原电池放电时，硫酸根离子向负极铅移动，氢离子向正极二氧化铅移动，故C错误；根据电池反应式知，硫酸参加原电池反应被消耗，则溶液中氢离子浓度逐渐减小，溶液的pH逐渐增大，故D正确。
8．将镁片、铝片平行插入一定浓度的NaOH溶液中，用导线连接成闭合回路，如图所示。
该装置在工作时，下列叙述正确的是（ ）
A．镁比铝活泼，镁失去电子被氧化成Mg2＋
B．铝是电池负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀生成
C．该装置的内、外电路中，均是电子的定向移动形成电流
D．该装置开始工作时，铝片表面的氧化膜可不必处理
解析：
选D。
Mg与NaOH溶液不反应，Al与NaOH溶液反应，故Al作负极、Mg作正极。
9．如图所示，在银锌原电池中，以硫酸铜为电解质溶液，锌为________极，该电极上发生的是________反应（填“氧化”或“还原”），电极反应式为______________，锌片上观察到的现象为______________________；银为________极，电极上发生的是________反应（填“氧化”或“还原”），电极反应式是______________________，银片上观察到的现象是__________________。
解析：
在银、锌及CuSO4溶液形成的原电池中，由于活泼性Zn＞Ag，所以Zn作负极：
Zn－2e－===Zn2＋，Zn片逐渐溶解；Ag作正极：
Cu2＋＋2e－===Cu，析出的Cu沉积在Ag片上。
答案：
负 氧化 Zn－2e－===Zn2＋ Zn片逐渐溶解 正 还原 Cu2＋＋2e－===Cu 银片上有红色物质析出
10．由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。
装置
现象
金属A不断溶解
C的质量增加
A上有气体产生
根据实验现象回答下列问题：
（1）装置甲中负极的电极反应式是_____________________________________
（生成二价阳离子）。
（2）装置乙中正极的电极反应式是_____________________________________。
（3）装置丙中溶液的酸性________（填“增强”“减弱”或“不变”）。
（4）四种金属活泼性由强到弱的顺序是_____________________________________。
解析：
甲、乙、丙均为原电池装置。
依据原电池原理，装置甲中A不断溶解，则A为负极、B为正极，活泼性A＞B；装置乙中C极增重，即析出Cu，则C为正极、B为负极，活泼性B＞C；装置丙中A上有气体即H2产生，则A为正极、D为负极，活泼性D＞A，随着H＋的消耗，酸性减弱。
答案：
（1）A－2e－===A2＋
（2）Cu2＋＋2e－===Cu
（3）减弱 （4）D＞A＞B＞C
11．由铜片、锌片和100mL硫酸铜溶液组成的原电池工作一段时间后，铜片质量增加了12.8g，且溶液恰好变为无色。
假设锌片上没有铜析出，试填写下列空白：
（1）铜片是原电池的__________（填“正极”或“负极”）。
（2）锌片质量减轻了__________g。
（3）流过外电路的电子的物质的量是__________mol。
（4）原硫酸铜溶液的物质的量浓度是__________mol·L－1。
解析：
（1）由铜片、锌片和100mL硫酸铜溶液组成的原电池中，锌作负极，铜作正极。
（2）铜片质量增加了12.8g，物质的量为
＝0.2mol，转移的电子数为0.2mol×2＝0.4mol，那么被氧化的锌的质量为0.2mol×65g·mol－1＝13.0g。
（3）转移的电子的物质的量为0.4mol。
（4）溶液恰好变为无色，那么溶液中c（Cu2＋）＝
＝2.0mol·L－1。
答案：
（1）正极
（2）13.0 （3）0.4 （4）2.0
[能力提升]
12．
如图所示，电流表的指针发生偏转，正极变粗，负极变细，符合这种情况的是（ ）
A．正极Cu，负极Zn，S为稀H2SO4
B．正极Zn，负极Cu，S为CuSO4溶液
C．正极Ag，负极Zn，S为AgNO3溶液
D．正极Fe，负极Cu，S为AgNO3溶液
解析：
选C。
原电池中，负极失去电子，根据题意负极变细，即金属单质失电子，负极应该是活
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