高中化学同步讲义活动课时3　实验活动6　化学能转化成电能

活动课时3实验活动6化学能转化成电能[实验目的]1.理解氧化还原反应在化学能转化成电能过程中的作用，体会化学的价值。2.认识原电池的构成要素及其作用。[实验步骤]1.电极材料的实验(1)用导线将电流表分别与锌片、铜片相连接，使锌片与铜片接触，观察电流表指针是否发生偏转；用石墨棒代替铜片进行上述实验。解释所观察到的现象。电极材料电流表指针是否发生偏转解释锌片、铜片否没有电解质溶液，不能发生原电池反应锌片、石墨棒否(2)按如图所示的装置实验，记录实验现象并解释原因。实验装置实验现象解释锌片溶解，表面产生无色气泡锌的还原性比H2强，溶液中的H＋直接得到Zn失去的电子生成H2①锌片溶解，表面产生无色气泡；②铜片表面无明显现象铜的还原性比H2弱，不能置换出H2，H＋在锌片表面被还原成H2①锌片溶解，表面产生无色气泡；②石墨棒表面无明显现象石墨为惰性材料，不能置换出H2，H＋在锌片表面被还原成H22.原电池实验按如图所示的装置实验，记录实验现象并解释原因。实验材料实验现象解释Zn、Cu、H2SO4①锌片溶解；②铜片不溶解，表面产生无色气泡；③电流表指针偏转锌失去的电子通过导线转移至铜片表面产生电流，溶液中的H＋在铜片表面获得电子生成H2Zn、石墨、H2SO4①锌片溶解；②石墨棒表面产生无色气泡；③电流表指针偏转锌失去的电子通过导线转移至石墨棒表面产生电流，溶液中的H＋在石墨棒表面获得电子生成H2Cu、石墨、H2SO4铜片不溶解，电流表指针不偏转铜的还原性比H2弱，不能发生氧化还原反应，没有电子转移，因而不能产生电流[问题讨论]1.指出原电池实验中铜锌原电池的电极名称，并写出电极反应和电池总反应。提示Zn：负极，Zn－2e－=Zn2＋；Cu：正极，2H＋＋2e－=H2↑；电池总反应：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑。2.在原电池实验中，若锌片、铜片接触，插入硫酸溶液，能否观察到电流？提示不能。3.将原电池实验中锌－石墨原电池中的锌片换成铁片，能否形成电流？若能产生电流，写出电极反应和电池总反应。提示能产生电流。负极：Fe－2e－=Fe2＋；正极：2H＋＋2e－=H2↑；电池总反应：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑。原电池正、负极的判断[例](2022·桂林高一期中)如图所示的原电池装置，两电极分别为Zn和石墨棒，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，对此装置的下列说法正确的是()A.电流流动方向为：X→外电路→Y→溶液→XB.若两电极分别为Zn和石墨棒，则X为石墨棒，Y为ZnC.SOeq\o\al(2－,4)移向X电极，Y电极上有氢气产生D.若Zn电极消耗6.5g，外电路转移0.1mole－答案C解析从电子流动方向看，X为负极，Y为正极；电极材料为Zn和石墨棒，则X为Zn，Y为石墨棒。A项，电流方向与电子流动方向相反，则电流方向为Y→外电路→X→溶液→Y；B项，由分析可知，两电极分别为Zn和石墨棒，则X为Zn，Y为石墨棒；C项，在原电池中，阴离子向负极移动，则SOeq\o\al(2－,4)移向X电极，Y电极为正极，H＋得电子生成氢气；D项，由反应可得下列关系式：Zn～2e－，若Zn电极消耗6.5g(0.1mol)，外电路转移0.2mole－。1.(2022·朝阳联考)下图各装置中，溶液均为稀硫酸，不能构成原电池的是()答案D解析D项中没有构成完整的闭合回路，不能构成原电池。2.某小组为研究原电池原理，设计了如图所示装置。下列叙述正确的是()A.a和b不连接时，铁片上会有H2产生B.a和b用导线连接时，铁片上发生的反应为Cu2＋＋2e－=CuC.a和b用导线连接时，电子由a流向bD.无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色答案D解析a和b不连接时，铁片直接在溶液中与硫酸铜发生反应，不会产生氢气，A项错误；a和b用导线连接时，构成原电池，铁比铜活泼，铁为负极，则电子由b流向a，铁片上发生的反应为Fe－2e－=Fe2＋，B、C项错误；无论a和b是否连接，铁片均会溶解，都生成Fe2＋，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色，D项正确。3.(2022·张家口高一期末)镁海水电池是直接利用海水将化学能转化为电能的装置，它以镁为负极材料并以海水为电解质溶液，能量密度高、安全性好，在海洋装备领域具有很好的应用前景。Mg－CuCl(CuCl难溶于水)海水电池的总反应式：Mg＋2CuCl=MgCl2＋2Cu。下列关于该电池的说法错误的是()A.负极反应式为Mg－2e－=Mg2＋B.正极反应式为Cu＋＋e－=CuC.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↑答案B解析A项，负极镁失电子发生氧化反应，反应式为Mg－2e－=Mg2＋；B项，正极氯化亚铜得电子，反应式为CuCl＋e－=Cu＋Cl－；C项，原电池内部阴离子移向负极，电池放电时Cl－由正极向负极迁移；D项，Mg是活泼金属，能与水反应，负极会发生副反应：Mg＋2H2O=Mg(OH)2＋H2↑。1.下列设备工作时，将化学能转化为电能的是()ABCD锂离子电池太阳能集热器燃气灶硅太阳能电池答案A解析A项，锂离子电池是把化学能转化为电能的设备，故正确；B项，太阳能集热器是把太阳能转化为热能的设备，故错误；C项，燃烧是放热反应，燃气灶是把化学能转化为热能的设备，故错误；D项，硅太阳能电池是把太阳能转化为电能的设备，故错误。2.(2022·莆田高一期中)如图是化学课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置示意图。下列有关该装置的说法正确的是()A.其能量转化的形式主要是：化学能→电能→光能B.导线中电子的流动方向是：铜片→导线→锌片C.铜片上发生氧化反应，锌片上发生还原反应D.电池工作一段时间后，溶液的pH会减小答案A解析根据装置所示为铜锌原电池，锌比铜活泼，锌做负极，电极上发生氧化反应：Zn－2e－=Zn2＋，铜做正极，电极上发生还原反应：2H＋＋2e－=H2↑，原电池中电子由负极流向正极。A项，该装置为原电池，原电池原理为化学能转化为电能，外电路中LED灯发光，原电池产生的电能转化为光能，则其能量转化的形式主要是：化学能→电能→光能；B项，原电池外电路中，电子由负极流向正极，锌做负极，铜做正极，则导线中电子的流动方向是：锌片→导线→铜片；C项，根据分析，铜片上发生还原反应，锌片上发生氧化反应；D项，电池工作一段时间后，铜电极上发生还原反应，2H＋＋2e－=H2↑，电解质溶液中的氢离子浓度减小，酸性减弱，溶液的pH会增大。3.(2022·昆明高一期中)下列各组材料中，能组成原电池的是()选项ABCD两极材料Fe片、Al片Cu片、Ag片Zn片、Cu片Fe片、Al片溶液浓硫酸CuSO4溶液蔗糖溶液稀盐酸答案D解析A项，Al、Fe遇浓H2SO4钝化；B项，无自发进行的氧化还原反应；C项，蔗糖为非电解质，蔗糖溶液导电性很差，且没有可以自发进行的氧化还原反应，不能形成原电池；D项，铝可以和盐酸反应，铁和铝活泼性不同，盐酸是电解质溶液，可以形成原电池。4.(2022·益阳高一月考)下列反应理论上不能设计成原电池的是()A.3NO2＋H2O=2HNO3＋NOB.FeCl3＋3NaOH=3NaCl＋Fe(OH)3↓C.2KMnO4eq\o(=,\s\up7(△))K2MnO4＋MnO2＋O2↑D.Cl2＋2NaOH=NaClO＋NaCl＋H2O答案B解析自发的氧化还原反应可以设计成原电池。A项，反应中N元素的化合价发生变化，属于氧化还原反应；B项，反应中所有元素的化合价均未改变，属于非氧化还原反应；C项，反应中Mn、O元素的化合价发生改变，属于氧化还原反应；D项，反应中Cl元素的化合价发生改变，属于氧化还原反应。5.(2022·许昌高一期末)根据如图判断下列说法正确的是()A.图1所示装置能够将化学能转化为电能B.图1所示装置不会有能量的变化C.图2所示反应为吸热反应D.图2反映了图1能量变化的特点答案D解析A.图1所示的装置没有形成闭合回路，没有电流通过，不能形成原电池，所以不能把化学能转变为电能，故A错误；B.图1中锌与稀盐酸反应为放热反应，化学能转化为热能，故B错误；C.图2所示的反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，所以该反应为放热反应，故C错误；D.图1中锌与稀盐酸反应为放热反应，图2为放热反应，故D正确；故选D。6.(2022·宜春高一期末)某同学用铝片、铜片和西红柿组成水果电池，下列说法不正确的是()A.该水果电池中，水果的作用是提供电解质溶液B.该电池放电时，电子由铝片经电解质溶液流向铜片C.该水果电池中，铝片做负极发生氧化反应D.可以通过调节电极材料、水果的种类来调节电池效果答案B解析用铝片、铜片和西红柿组成水果电池，水果的作用是提供电解质溶液，铜片为原电池的正极，发生还原反应，铝片为原电池的负极，发生氧化反应。A项，该水果电池中，水果的作用是提供电解质溶液，形成原电池；B项，该水果电池中，铜片为正极，铝片为负极，电池放电时，电子由铝片经导线流向铜片；C项，该水果电池中，铝片做负极，失去电子，发生氧化反应；D项，可以通过调节电极材料、水果的种类以达到电势差不同、电解质溶液导电能力不同来调节电池效果。7.(2022·通化高一期中)用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H2SO4溶液中，A极为负极②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极逐渐变小据此，判断四种金属的活动性顺序是()A.A>B>C>D B.C>A>B>DC.A>C>D>B D.B>D>C>A答案C解析一般来说，在原电池中，较活泼的金属作负极，较不活泼的金属作正极。负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应。放电时电流从正极经外电路流向负极，电子从负极经外电路流向正极，据此判断金属活动性顺序。①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，A极为负极，所以活泼性：A＞B；②在原电池中，电子从负极流经外电路流向正极，C、D用导线相连后同时浸入稀H2SO4中，电流由D→导线→C，则电子由C→导线→D，则活泼性：C＞D；③A、C相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，C极产生大量气泡，说明C极是正极，所以金属活泼性：A＞C；④B、D相连后，同时浸入稀硫酸溶液中，D极逐渐变小，说明发生氧化反应，说明D极是负极，所以金属活泼性：D＞B。综上可知四种金属活泼性由强到弱顺序是：A＞C＞D＞B。8.(2022·沈阳新民第一高级中学高一期末)用下表中实验装置探究原电池中的能量转化，注射器用来收集生成气体并读取气体体积，根据记录的实验数据，下列说法错误的是()实验①实验②时间/min气体体积/mL溶液温度/℃时间/min气体体积/mL溶液温度/℃0022.00022.08.53024.88.55023.810.55026.010.5未测未测A.①和②中的总反应方程式均为：Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑B.0～8.5min，生成气体的平均速率①＜②C.8.5min时，对比①和②溶液温度，说明反应释放的总能量①＞②D.气体体积为50mL时，对比①和②溶液温度，说明②中反应的化学能部分转化为电能答案C解析A项，根据图中信息得到反应都是锌和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，①和②中的总反应方程式均为：Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑；B项，0～8.5min，根据表格中数据②生成的氢气更多，由于时间相同，因此生成气体的平均速率①＜②；C项，8.5min时，根据产生的氢气量分析，说明②消耗的锌和硫酸比①消耗的锌和硫酸多，则反应释放的总能量②＞①，根据溶液温度是不能分析，主要是②中一部分化学能转为电能；D项，气体体积为50mL时，对比①和②溶液温度，②的温度低，说明②中反应的化学能部分转化为电能。9.(2022·北京顺义区一中高一期中)Fe、Mg与H2SO4反应的实验记录如下：实验现象Fe表面产生大量无色气泡Fe表面产生少量气泡后迅速停止实验现象Mg表面迅速产生大量气泡Fe表面有大量气泡，Mg表面有少量气泡关于上述实验的说法不合理的是()①Ⅰ中产生气体的原因是：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑②Ⅱ中产生的气体与Ⅰ中相同③Ⅲ中现象说明Mg在浓H2SO4中没被钝化④Ⅳ中现象说明不能构成原电池A.①② B.②③C.①③ D.②④答案D解析①，稀硫酸具有酸性，能够与Fe反应生成氢气，反应的离子方程式为Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑；②，浓硫酸具有强氧化性，常温下，与铁发生钝化，生成致密的氧化膜覆盖在Fe的表面，Fe表面产生少量气泡后迅速停止，该气体主要为二氧化硫；③，Mg与浓硫酸可发生氧化还原反应生成二氧化硫气体，说明Mg在浓H2SO4中没被钝化；④，可以构成原电池，Fe表面有大量气泡，Mg表面有少量气泡，是因为Mg为负极失去电子，Fe为正极，正极上氢离子得到电子放出氢气，可知Mg的金属性比Fe强。10.(2022·榆林绥德中学高一期中)根据所学知识，按要求回答下列问题：(1)如图1所示的四种装置中可以构成原电池的是(填字母序号)。能构成原电池的装置中，负极材料是(填元素符号)，反应一段时间后，电解质溶液质量(填“增大”“减小”或“不变”)，正极的电极反应式为___________________________________________________________。(2)若根据氧化还原反应2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋设计的原电池如图2所示，则电极X的材料应为___________________________________________________________(填名称)，电解质溶液Y的溶质为(填化学式)。(3)原电池可以将化学能直接转化为电能，根据这一原理推测，能设计原电池的氧化还原反应应该是(填“吸热”或“放热”)反应，下列物质之间的化学变化能设计成原电池的是(填字母)。A.碳与二氧化碳反应B.碳酸氢钠与盐酸反应C.氢气与氧气反应D.氢氧化钠与盐酸反应答案(1)BCu减小Ag＋＋e－=Ag(2)铁(棒)FeCl3[Fe2(SO4)3](3)放热C解析(1)原电池的构成要素：活动性不同的两极、电解质溶液、闭合回路和自发的氧化还原反应。A中没有电解质溶液，C没有形成闭合回路，D中两电极活动性相同，故能构成原电池的只有B。在B中，铜比银活泼，则Cu做负极，失去电子变为Cu2＋：Cu－2e－=Cu2＋，银做正极，溶液中的Ag＋得到电子：Ag＋＋e－=Ag，总反应为：Cu＋2Ag＋=Cu2＋＋2Ag，若进入溶液中的铜离子为64g，则从溶液中析出的Ag为216g，所以电解质溶液质量减小。(2)若根据氧化还原反应2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋设计原电池，在该反应中，铁失去电子生成Fe2＋，Fe3＋得到电子也生成Fe2＋，则应选择铁作负极，不如铁活泼的金属或非金属做正极，含Fe3＋的溶液做电解质溶液。图示的原电池中，石墨电极为正极，则电极X为负极，X为铁，电解质溶液Y可以是FeCl3或Fe2(SO4)3。(3)原电池可以将化学能直接转化为电能，根据这一原理推测，能设计原电池的氧化还