5.3.2 化学变化中的能量变化（第2课时）-2023-2024学年度高一化学同步精品讲义（沪科版必修第二册）

5.3.2  化学能与电能的转化

知识点01  铜-锌原电池

1．实验现象

图1，铜片上                 ，锌片上                   。

图2，铜片上                 ，电流表的指针             。

2．铜锌原电池的电极反应式

锌片为    极，发生        反应，电极反应式为                        ；

铜片为    极，发生        反应，电极反应式为                        。

该反应的总化学方程式为                                 。

3．闭合回路：锌失去的电子经      流向铜电极，同时锌离子进入溶液，溶液中的氢离子向铜电极移动，从而形成闭合回路。

【即学即练1】某同学按如图所示的装置做实验，并把实验情况归纳成几条，你认为叙述合理的是

①锌为正极，铜为负极

②电解质溶液的pH值不变

③电流表的指针发生偏转

④铜极上有气泡产生

⑤溶液中的正离子向负极移动

⑥电流方向是由铜极经导线流向锌极

A．①③⑥          B．②④⑤      

C．③④⑥          D．①③⑤

知识点02  原电池的形成条件和工作原理

1．形成条件

（1）电极材料由两种金属活泼性不同的金属或由金属与其他导电的材料（非金属或某些氧化物等）组成。

（2）有电解质存在。

（3）两电极之间有导线连接，形成闭合回路。

（4）发生的反应是自发进行的氧化还原反应。

2．工作原理

负极：失电子，发生氧化反应。

正极：得电子，发生还原反应。

说明：有的电池形成的原理不一定是氧化还原反应，比如浓差电池，是通过浓度差来产生电流的。

【即学即练2】用Zn、Cu片和稀H2SO4组成的原电池装置中，经一段时间工作后，下列说法正确的是

A．Zn片是正极，Cu片是负极

B．电流方向是从Zn经外电路流向Cu

C．电解液的pH保持不变

D．Cu片上有气泡产生

知识点03  化学电源

1．放电之后不可再充电的化学电池叫          ，如            。

2．放电之后可再充电，反复使用的化学电池叫          ，如            。

3．将燃料和氧化剂反应，使化学能直接转化为电能的化学电池叫          ，如            。

【即学即练3】下列有关电池的说法不正确的是

A．手机上用的锂离子电池属于二次电池

B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极

C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能

D．锌锰干电池中，锌电极是负极

知识点04  电解池

原电池与电解池的比较：

说明：判断原电池与电解池最直接的特征——是否有电源。

【即学即练4】如下图所示，甲乙两装置的电极材料和电解质溶液均相同，则两装置中相同的是

A．在碳电极上所发生的电极反应

B．在铁电极附近的溶液先变红色

C．铁极与导线连接处的电流方向

D．碳电极既不会变大也不会减小

常见考法一  原电池的形成条件和工作原理

【例1】某电池总反应为Fe+2Fe3+3Fe2+，下列与此电池总反应不符的原电池是

    A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池

    B．石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池

    C．铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池

    D．银片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池

必杀技 

1．原电池是把化学能转化为电能的装置。

2．原电池的构成条件：

①两个电极（正极和负极）；②电解质溶液；③形成闭合回路；④能自发进行的氧化还原反应。

【同步练习1】如图各装置中，溶液均为稀硫酸，不能构成原电池的是

常见考法二  原电池原理的应用

【例2】把a、b、c、d四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。若a，b相连，a为负极；c、d相连，d上有气泡溢出；a，c相连，a质量减少；b，d相连，b为正极。则四种金属的活动性顺序由大到小为

A．a＞c＞b＞d      B．a＞c＞d＞b      C．b＞d＞c＞a      D．a＞b＞c＞d

必杀技

原电池原理有着广泛的应用，如：

1．可设计出不同的化学电池。

2．判断化学反应的快慢（金属作负极时反应速率加快，做正极时被保护）。

3．比较不同金属的活动性强弱（做负极的金属活动性较强）。

【同步练习2】100 mL浓度为2 mol·L－1的盐酸跟过量的锌片反应，为加快反应速率，又不影响生成氢气的总量，可采用的方法是

A．加入适量的6 mol·L－1的盐酸        B．加入数滴氯化铜溶液

C．加入适量蒸馏水                   D．加入适量的氯化钠溶液

常见考法三  其他形式的化学电源

【例3】下列说法中错误的是

A．燃料电池的反应物必须储存在电池的内部

B．锌锰干电池是一次电池,铅酸蓄电池是二次电池

C．锂电池是新一代可充电电池

D．二次电池的充电是电能转变为化学能

必杀技

（1）放电之后不可再充电的化学电池，属于一次电池，如锌锰干电池，锌银纽扣电池。

（2）放电之后可再充电反复使用的化学电池，属于二次电池，如铅酸蓄电池，锂离子电池。

（3）燃料电池是将氢气、甲醇等燃料的化学能直接转化为电能的化学电池，如氢燃料电池，甲醇燃料电池。燃料电池的反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供。

【同步练习3】据报道，某公司将推出一种全新的银锌电池，这种银锌电池的续航能力要比锂离子电池强，有望取代锂电池。其放电过程可表示为Ag2O+ZnZnO+2Ag，此电池放电时，有关说法正确的是

    A．电能转化为化学能

    B．电解质溶液是稀硫酸

    C．电子通过外电路从正极流向负极

    D．Zn作负极被氧化

题组A  基础过关练

1．下列可设计成原电池的化学反应是

    A．H2O(l) + CaO(s)＝Ca(OH)2(s)

    B．Ba(OH)2·8H2O + 2NH4Cl＝BaCl2+2NH3·H2O+8H2O

    C．BaCl2+Na2SO4 = BaSO4↓+2NaCl

    D．CH4(g) +2O2(g)CO2(g) +2H2O(l)

2．下列类型的反应一定不能设计成原电池的是

A．化合反应      B．分解反应      C．置换反应      D．复分解反应

3．下列电池工作时能量转化形式与其他三个不同的是

4．下面几种情况，能够形成原电池的是

5．某原电池的总反应是，该原电池的正确组成是

A．   B．  C．  D．

6．用右图所示装置研究原电池原理。下列叙述错误的是

A．Cu棒和Zn棒用导线连接时，铜片上有气泡逸出

B．Cu棒和Zn棒不连接时，锌片上有气泡逸出

C．无论Cu棒和Zn棒是否用导线连接，装置中所涉及的总反应都相同

D．无论Cu棒和Zn棒是否用导线连接，装置都是把化学能转化为电能

7．某原电池的总反应的离子方程式是Zn+Cu2+Zn2++Cu，则该反应的原电池组成正确的是

8．用Zn、Cu片和稀H2SO4组成的原电池装置中，经一段时间工作后，下列说法正确的是

A．Zn片是正极，Cu片是负极

B．电流方向是从Zn经外电路流向Cu

C．电解液的pH保持不变

D．Cu片上有气泡产生

9．在如图所示的装置中，a为锌棒，b为碳棒，关于此装置的叙述不正确的是

A．碳棒上有气体放出，溶液的酸性减弱  

B．导线中有电子流动，电子从a极流到b极

C．a是正极，b是负极  

D．a极上的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋

10．关于右图所示的番茄电池，下列说法正确的是

A．电子由铜通过导线流向锌

B．该装置是将电能转化为化学能的装置

C．锌电极发生氧化反应

D．电流由锌通过导线流向铜

题组B  能力提升练

11．某课外小组利用废旧金属器件制作一个简易的铜锌原电池，为确保实验安全设计了如图装置，则下列说法正确的是  

A．该装置将电能转化为化学能   

B．电子从电极X转移到电极 Y

C．X为阳极，表面产生大量气泡

D．Y为负极，电极反应为Zn-2e- = Zn2+

12．《RSC Advances》报道了一种固体铁-空气电池（采用铁-石墨电极），是大规模应用于牵引力最有可能的电化学动力源之一。有关该电池工作时说法不正确的是 

A．电子由铁电极流向石墨电极      

B．石墨电极本身发生还原反应

C．电池的负极反应为：Fe-2e-=Fe2+  

D． 该电池工作时化学能转化为电能

13．如图所示，C为电解质溶液。电流计G发生偏转，同时A极逐渐变细，B极逐渐变粗，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Fe、B是Ag、C为AgNO3溶液

C．A是Cu、B是Zn、C为稀硫酸

D．A是Ag、B是Fe、C为AgNO3溶液

14．在盛有稀 H2SO4的烧杯中放入用导线连接的电极X 、Y ，外电路中电子流向如图所示。关于该装置，下列说法正确的是

A．外电路中电流方向为： X→A→Y

B．若两电极分别为铁棒和碳棒，则 X为碳棒， Y为铁棒

C．X极上发生的是还原反应， Y极上发生的是氧化反应

D．若两电极都是金属单质，则它们的活动性顺序为 X > Y

15．由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。

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                                        。

(2)装置乙中正极的电极反应式是                                           。

(3)装置丙中溶液的pH变化是        。

(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是                                  。

16．某同学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化学知识，自己动手设计了一个原电池。

(1)实验原理：Fe＋2H＋== Fe2＋＋H2↑

(2)实验用品：电极(铁钉、铜钉)、稀硫酸、NaOH溶液、烧杯、导线、耳机。

(3)实验装置如图。

请回答以下问题：

①按如图所示装置连接好实验仪器，可以听见耳机发生“嚓嚓……”的声音。其原因是在原电池中，化学能转化为       ，在耳机中又由       转化为声音这种能量。

②铁钉是原电池的    极，电极反应式为                            ，发生了        反应；铜钉上的电极反应式为                            。

③一段时间后，取烧杯内的溶液少许，滴加足量的NaOH溶液，发生的反应依次有（用化学方程式表示）                      、                        、                       。

题组C  培优拔尖练

17．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

18．镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛的应用,它的充放电反应按下式进行:

Cd+2NiO(OH)+2H2O Cd(OH)2+2Ni(OH)2;由此可知,该电池放电时的负极材料是

A．Cd        B．Ni(OH)2        C．Cd(OH)2        D．NiO(OH)

19．燃料电池是一种新型电池，它主要是利用燃料在燃烧过程中把化学能直接转化为电能，氢氧燃料电池的电极反应如下：

X极：O2+2H2O+4e−=4OH−      Y极：2H2+4OH−-4e−=4H2O

下列判断正确的是

A．X是正极，发生还原反应      

B．该电池可用稀硫酸作为电解质溶液

C．供电时Y极附近的酸性减弱    

D．使用时若生成1mol H2O则转移1mol电子

20．一个完整的氧化还原反应方程式可以拆写成两个“半反应式”，如2Fe3＋＋Cu = 2Fe2＋＋Cu2＋，可拆写为氧化反应式：Cu－2e- = Cu2＋，还原反应式：2Fe3＋＋2e- = 2Fe2＋。并由此实现了化学能与电能的相互转化。据此，回答下列问题。

（1）将反应Zn＋2H＋= Zn2＋＋H2↑拆写为两个“半反应式”，氧化反应式为：______________________，还原反应式为：_________________________。

（2）由题(1)反应，设计成原电池如图所示：若电极a为Zn，电极b可选择材料：________（只填一种）；电解质溶液甲是________；电极b处的电极反应式：___________________________。

（3）由反应2H2＋O22H2O，设计出以稀硫酸为电解质溶液的原电池电极反应式：

负极____________________________，正极：____________________________。