人教版 (2019)第六章 化学反应与能量第一节 化学反应与能量变化优秀学案设计

化学反应与能量变化（2）

核心知识点一：

一、原电池

1. 原电池的工作原理

（1）原电池概念：将化学能转变为电能的装置。

（2）铜锌原电池工作原理：

电池总反应：Zn＋2H＋＝Zn2＋＋H2↑。

（3）反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。

2. 原电池构成的条件

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。

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

装置图

4. 原电池正负极的判断方法

（1）据组成原电池的两极材料判断：一般活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。

（2）据电流方向或电子流动方向判断：电流是由正极流向负极，而电子流动方向是由负极流向正极。

（3）据原电池内部电解质溶液中离子的定向移动方向判断：在原电池的电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。

（4）据原电池两极发生的变化判断：原电池的负极总是失电子发生氧化反应，相应元素化合价升高，而正极总是得电子发生还原反应，相应元素化合价降低。

（5）据反应现象判断：溶解的一极为负极，增重或者有气泡放出的一极为正极。

核心知识点二：

1. 电极反应式的书写

（1）电极反应式书写的一般步骤

列物质，标得失；

看环境，配守恒；

两式相加，验总式。

举例：硫酸作电解质

负极反应式为：2H2-4e-＝4H+；正极反应式为：O2 + 4H+ +4eˉ＝ 2H2O；

总反应式：2H2+O2＝2H2O

（2）已知总反应式，书写电极反应式

①写出电极反应式，标出电子转移的方向和数目。

②找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸、碱性。

③书写电极反应式

（3）书写技巧

若某电极反应式较难写出，可以先写出较易写出的电极反应式，用总反应式减去易写出的电极反应式。如二甲醚（CH3OCH3）酸性燃料电池：

总反应式：CH3OCH3 +3O2 ＝ 2CO2 + 3H2O；

正极的电极反应式： 3O2 +12H+ + 12e- ＝ 6H2O；

负极的电极反应式：CH3OCH3 +3 H2O -12e- ＝ 2CO2 + 12H+

2. 原电池原理的应用

（1）加快氧化还原反应的速率

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。

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

原理：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。

实例：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

以自发的氧化还原反应为基础，设计原电池。

核心知识点一：

下列各组电极材料和电解质溶液中，不能组成原电池的是（　　）

A. 铜片、石墨棒、稀硫酸

B. 铜片、石墨棒、硝酸银溶液

C. 锌片、铜片、稀盐酸

D. 铜片、铁片、FeCl3溶液

【答案】A

【解析】原电池的电极材料是活泼性不同的金属或能导电的非金属，同时负极金属要与电解质溶液能发生自发的氧化还原反应，A项中铜与稀硫酸不发生反应，故选A。

某科学探究小组为探究电化学原理，设计了如图所示的装置进行探究实验。下列对实验中观察到的现象或相关结论的叙述错误的是（　　）

A. a和b不连接时，该装置不能形成原电池，铁片上有红色的铜析出

B. a和b用导线连接时，铜片为负极，发生的反应为Cu2＋＋2e－＝Cu

C. 无论a和b是否连接，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2＋生成

D. a和b用导线连接时，溶液中的Cu2＋向铜电极移动

【答案】B

【解析】a和b不连接时，没有形成闭合回路，没有构成原电池，发生化学反应，铁把铜置换出来，A项正确；导线连接后，构成原电池，铁比铜活泼，铁作负极，发生的反应为Fe－2e－＝Fe2＋，B项错误；根据选项A、B分析可知，无论a和b是否连接，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2＋生成，C项正确；构成原电池时，阳离子向正极移动，铜作正极，D项正确。

核心知识点二

1. 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>Z      

B. X>Z>Y

C. Y>X>Z          

D. Y>Z>X

【答案】C

【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>X>Z。

2. Mg-AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl+Mg＝Mg2++2Ag+2Cl-。有关该电池的说法正确的是（　　）

A. Mg为电池的正极

B. 负极反应为AgCl+e-＝Ag+Cl-

C. 不能被KCl溶液激活

D. 可用于海上应急照明供电

【答案】D

【解析】Mg失去电子发生氧化反应，是电池的负极，A项错误；负极反应为Mg-2e-＝Mg2+，B项错误；Mg-AgCl电池能够被海水激活，改用KCl作电解质溶液也能够激活该电池，C项错误；Mg-AgCl电池可将化学能转化为电能用于海上应急照明供电，D项正确。

3. 科学家利用下图装置成功实现了由CO2和H2O合成CH4，下列叙述错误的是（    ）

A. 该装置中GaN电极为负极

B. 铜电极的电极反应式为：CO2 + 8e- + 8H+ ＝ CH4 + 2H2O

C. 电池内H+透过质子交换膜从右向左移动

D. 为提高该系统的工作效率，可向装置中加入稀硫酸

【答案】C

【解析】由装置图中电子流向可知GaN电极为负极，A项正确；电子流入的电极是正极，所以Cu是正极，Cu电极上二氧化碳得电子生成甲烷，CO2+e-＝CH4+2H2O，B正确，电池内H+向正极移动，即H+透过质子交换膜从左向右移动，C项错误，向装置中加入少量稀硫酸可以增强导电能力，提供该系统的工作效率，D项正确。

（答题时间：25分钟）

一、选择题：

1. 下列有关电池叙述正确的是（　　）

A. 水果电池是高效环保的家用电池

B. 锌锰干电池是一种常用的二次电池

C. 锌锰干电池碳棒是负极，锌片是正极

D. 锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄

2. 下列说法正确的是（　　）

A. 镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池

B. 燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池

C. 化学电池的反应基础是氧化还原反应

D. 铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2

3. 有关原电池的下列说法中正确的是（　　）

A. 在外电路中电子由正极流向负极

B. 在原电池中负极发生还原反应

C. 原电池工作时，阳离子向正极方向移动

D. 原电池中正极一定是不活泼金属

4. 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：

由此可判断这四种金属的活动性顺序是（　　）

A. a＞b＞c＞d   B. b＞c＞d＞a

C. d＞a＞b＞c   D. a＞b＞d＞c

5. 已知四种金属A、B、C、D，根据下列事实：①A＋B2＋＝A2＋＋B；②D＋2H2O＝D（OH）2＋H2↑；③以B、E为电极与E的盐溶液组成原电池，电极反应为E2＋＋2e－＝E，B－2e－＝B2＋，由此可知，A2＋、B2＋、D2＋、E2＋的氧化性强弱关系是（　　）

A. D2＋＞A2＋＞B2＋＞E2＋

B. A2＋＞B2＋＞D2＋＞E2＋

C. D2＋＞E2＋＞A2＋＞B2＋

D. E2＋＞B2＋＞A2＋＞D2＋

6. 锌、稀硫酸和铜组成的原电池装置中，当导线中有1 mol电子通过时，理论上两极的变化是（　　）

①锌片溶解32. 5 g；②锌片增重32. 5 g；③铜片上析出1 g H2；④铜片上析出1 mol H2

A. ①③     B. ①④

C. ②③     D. ②④

二、填空题

7. 理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu+2Ag+＝2Ag +Cu2+”设计一个化学电池（正极材料用石墨棒）回答下列问题：

（1）该电池的负极材料是________，发生________（填“氧化”或“还原”）反应，电解质溶液是______________________；

（2）正极上出现的现象是 _________________________________________；

（3）若导线上转移电子1 mol，则生成银____g。

8. 微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为Zn＋2OH－－2e－＝ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－＝2Ag＋2OH－，总反应为Ag2O＋Zn＝ZnO＋2Ag。根据反应式回答问题：

（1）Zn是________极，Ag2O发生________反应。

（2）电子由________极流向________极（填“Zn”或“Ag2O”），当通过电路1 mol电子时，负极消耗物质的质量是________g。

（3）在使用过程中，电解质溶液中KOH的物质的量________（填“增大”“减小”或“不变”）。

1.【答案】D

【解析】水果电池产生的电流非常微弱，不能作为家用电池，A错误；锌锰干电池是一种常用的一次电池，其中锌作负极，碳棒作正极，锌锰干电池工作时，Zn放电消耗，故工作一段时间后锌外壳会逐渐变薄，故B、C错误，D正确。

2.【答案】C

【解析】碱性锌锰干电池是一次电池；燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池；铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。

3.【答案】C

【解析】在原电池中，电子从负极流向正极；原电池中负极发生氧化反应；随着反应的进行，阳离子在正极被还原，所以电解质溶液中的阳离子向正极移动；原电池中一般正极金属比负极金属活泼性差，但不一定是不活泼金属，故选C。

4. 【答案】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。

5.【答案】D

【解析】由①知，A比B活泼；由②知，D的活泼性较强，能置换出H2O中的氢，故D的活泼性大于A；由③知，B作负极，活泼性大于E，则金属的活动性顺序是D>A>B>E，而金属单质的还原性越弱，其阳离子的氧化性越强，故D正确。

6.【答案】A

【解析】由电池总反应Zn＋2H＋＝Zn2＋＋H2↑、正极反应2H＋＋2e－＝H2↑、负极反应Zn－2e－＝Zn2＋可知，每当1 mol电子通过铜片时，会有0. 5 mol（即32. 5 g）锌溶解，铜片上析出0. 5 mol（即1 g）H2。

7.【答案】（1）Cu　氧化　AgNO3溶液

（2）石墨棒上出现银白色物质

（3）108

【解析】在Cu+2Ag+＝2Ag +Cu2+中，Cu作还原剂，应作原电池的负极，失去电子，发生氧化反应；Ag+作氧化剂，在原电池的正极得电子，故石墨棒上有银白色物质析出，且每转移1 mol电子，则生成银108 g；电解质是含Ag+的可溶性盐，通常是AgNO3溶液。

8.【答案】（1）负　还原　（2）Zn　Ag2O　32. 5　（3）不变

【解析】（1）根据电极反应可知Zn失电子被氧化而溶解，Ag2O得电子被还原发生还原反应。（2）发生原电池反应时，电子由负极经外电路到正极，即电子从Zn极经外电路到Ag2O极，当通过电路1 mol电子时，负极消耗Zn的质量是32. 5 g。（3）电池中KOH只起到增强导电的作用，不参与反应，故电池使用过程中KOH的量不变。