化学能转化为电能

第二节 化学能与电能 第1课时 化学能转化为电能

[学习目标定位] 1.熟悉能源的分类和化学能与电能的转化关系。2.知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，通过实验会说明原电池的原理，会判断原电池的正极、负极，会正确书写电极反应式，熟知原电池的应用。

一、化学能与电能的转化

1.化学能是能量的一种形式，你知道的化学能转化形式有哪些？ 答案 化学能可转化成热能、光能、电能等。

2.电能

使用电器时都需要电能。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，又称电力。 3.火力发电

火力发电(火电)是通过化石燃料(如煤、石油、天然气)燃烧，使化学能转变为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。

燃煤发电是从煤中的化学能开始的一系列能量转换过程，该过程可表示为

化学能――→燃烧

热能――→蒸汽

机械能――→发电机

电能

其中，燃烧(氧化还原反应)是使化学能转换为电能的关键。 4.化学能与电能的直接转化

化学能可通过氧化还原反应直接转化成电能。 归纳总结

能源常见的分类形式

1.下列叙述不正确的是( )

A.根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源

B.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

C.火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程

D.在火力发电过程中，化学能转化为热能实际上是氧化还原反应发生的过程，伴随着能量的变化 答案 C

解析 氢气不能从自然界中直接取得，是二次能源，A 正确；电能也是二次能源，且使用方便、污染最小，B 正确；以煤为燃料，火力发电的能量转化过程：(煤)化学能――→燃烧

热能――→蒸汽

机械能――→发电机

电能，故C 错误，D 正确。 知识拓展 火力发电的优缺点

优点：(1)我国煤炭资源丰富；(2)电能清洁、安全，又快捷方便。

缺点：(1)排出大量的温室气体CO 2；(2)有些废气可能导致酸雨，如SO 2；(3)消耗大量的不可再生能源；(4)能量转化率低；(5)产生大量的废渣、废水。 2.下列各项中，属于一次能源的是( ) ①煤 ②石油 ③天然气 ④煤气 ⑤电力 A.①②③ B.①②④ C.②③⑤ D.③④⑤

答案 A

解析 煤、石油、天然气等没有经过加工或转换而直接从自然界中取得，称为一次能源；煤气、电力、汽油、煤油、焦炭等，是在一次能源基础上经过加工转换而来的，称为二次能源。 二、原电池的工作原理

1.按要求完成下列实验，并填表：

2.原电池

(1)原电池的概念是将化学能转化为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应。 (2)原电池的构成条件

理论上，自发的氧化还原反应均可构成原电池。

具体条件是：①具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)； ②溶液：两电极均插入电解质溶液中； ③导线：两极用导线相连，形成闭合回路。 (3)原电池的工作原理 ①分析下图并填空

原电池总反应式：Zn ＋2H ＋

===Zn 2＋

＋H 2↑；

②能量转化过程：原电池在工作时，负极失去电子，电子通过导线流向正极，溶液中氧化性物质得到电子，发生还原反应，这样氧化反应和还原反应不断发生，闭合回路中不断有电子流产生，也就形成了电流，即化学能转变为电能。 (4)原电池工作原理的应用 ①比较金属活动性

作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性弱； ②改变化学反应速率

如：在Zn 和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO 4溶液，则Zn 置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn 与稀硫酸反应的速率； ③设计原电池

如：把Fe ＋2Fe 3＋

===3Fe 2＋

设计成原电池，可用Fe 作负极，铜(或石墨)作正极，FeCl 3溶液

作电解质溶液； ④保护金属设备

如：船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀，在船体外壳焊接上比铁活泼的金属(如Zn)，则构成以Zn、Fe为电极的原电池，Zn被消耗掉而Fe得到保护。

3.在如图所示的8个装置中，属于原电池的是。

答案DFG

解析图中A、B都只有一个电极，C中是两个活泼性相同的电极，E中酒精不是电解质溶液，H不能形成闭合回路，它们不属于原电池，属于原电池的只有D、F、G。

思维启迪原电池的判定方法：一看反应原理(能否自发地进行氧化还原反应)；二看构成条件(两极一液成回路：两个活泼性不同的电极，插入电解质溶液中，装置形成闭合回路)。

4.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。

答案(1)A－2e－===A2＋(2)Cu2＋＋2e－===Cu

(3)增大(4)D>A>B>C

解析据装置甲知活动性：A>B，A作负极，电极反应式为A－2e－===A2＋；据装置乙知活动性：B>C，正极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；据装置丙知活动性：D>A，正极反应式为2H ＋＋2e－===H

↑，故c(H＋)减小，pH增大。据甲、乙、丙知活动性强弱顺序：D>A>B>C。

2

原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是

1.化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。下列说法正确的是()

A.天然气、石油、流水、风力、氢气为一次能源

B.无论是风力发电还是火力发电，都是将化学能转化为电能

C.PM2.5含有的铅、镉、铬、钒、砷等对人体有害的元素均是金属元素

D.发展低碳经济、循环经济，推广可利用太阳能、风能的城市照明系统

答案 D

解析A项，H2不是一次能源；B项，风力发电不是将化学能转化为电能；C项，砷不是金属元素。

2.下列叙述正确的是()

①原电池是把化学能转化成电能的一种装置

②原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应

③不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池的装置均可实现

④碳棒不能用来作原电池的正极

⑤反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，能以原电池的形式来实现

A.①⑤

B.①④⑤

C.②③④

D.②⑤

答案 A

解析①原电池是把化学能转化为电能的一种装置，①正确；②在发生反应时，原电池的正极要得到电子而发生还原反应，负极要失去电子而发生氧化反应，②错误；③铜与稀硫酸不能发生反应，若用铜作负极，碳棒作正极，稀硫酸作电解质溶液，组成原电池，此反应仍然

不能发生，③错误；④因为碳棒可以用来作原电池的正极，④错误；⑤可以用铜作负极，碳棒作正极，AgNO3溶液作电解质溶液，组成原电池，此时即可发生反应Cu＋2Ag＋===2Ag ＋Cu2＋，⑤正确。A正确。

3.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

答案 B

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。

4.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，可知活泼性Y>X，根据金属活动性顺序和置换反应原理，可知活泼性X>Z，故三种金属的活泼性顺序为Y>X>Z。

5.在铜锌原电池中(如下图)，以硫酸铜为电解质溶液，锌为极，电极上发生的是(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为。锌片上观察到的现象为；

铜为极，电极上发生的是(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式是；

铜片上观察到的现象是，原电池总反应的离子方程式为。

答案负氧化Zn－2e－===Zn2＋锌片溶解正还原Cu2＋＋2e－===Cu铜极变粗Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

解析CuSO4为电解质溶液时，铜锌原电池的负极为锌，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以锌片不断溶解，正极为铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，所以铜极不断变粗，电池总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。

[基础过关]

题组一能源及其能量转换

1.下列关于能量转换的认识中不正确的是()

A.白炽灯工作时，电能全部转化为光能

B.普通干电池工作时将化学能转变为电能

C.化学反应中的能量变化，通常主要表现为热量的变化

D.火电是通过化石燃料燃烧，使化学能经过一系列能量转化最终转变为电能

答案 A

解析A项，白炽灯工作时，电能除转化为光能外，还转化为热能。

2.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

答案 D

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。题组二原电池及正负极的判断

3.下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是()

答案 D

4.如图所示装置，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

答案 D

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两项中的反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则A项A极变细，B项A极不变；C 和D两项中的反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C项A极变细，D项A极变粗。

5.某学生用如图装置研究原电池原理，下列有关说法错误的是()

A.图(3)中Zn片增重质量与Cu片减轻质量的比为65∶64

B.图(2)中如果两极上都有气体产生，则说明Zn片不纯

C.图(1)中铜片上没有气体产生

D.图(2)与图(3)中正极生成物的质量比为1∶32时，Zn片减轻的质量相等

答案 A

解析图(3)中Zn片作负极，发生氧化反应而溶解，质量减轻，Cu片作正极，Cu2＋在此电极上发生还原反应析出Cu，质量增加，A错误；图(2)中Zn作负极，铜作正极，溶液中的H ＋在铜电极上生成H

，若Zn片不纯，会形成另一个原电池，Zn片表面也有气体生成，B正

2

确；Cu与稀硫酸不反应，C正确；图(2)与图(3)中正极生成物分别是H2和Cu，两者质量比为1∶32时，物质的量之比n(H2)∶n(Cu)＝1∶1，转移电子的物质的量也相等，消耗锌片的质量相等，D正确。

6.X、Y两根金属棒插入Z溶液中构成如图所示装置，实验中电流表指针发生偏转，同时X 棒变粗，Y棒变细，则X、Y、Z可能是下列中的()

答案 D

解析 由题中所给信息(X 棒变粗，Y 棒变细)可知X 棒是正极，Y 棒是负极，金属活动性Y 比X 活泼，所以选项A 、C 均错；再看电解质溶液，B 选项中硫酸里的H ＋

在正极X 棒上得电子生成氢气，X 棒不会变粗；D 选项中负极Y 棒Zn 失电子生成Zn 2＋

，Y 棒变细，Ag ＋

在

正极X 棒上得电子生成Ag 附着在X 棒上使其变粗。 题组三 原电池的工作原理及应用

7.在如右图所示的装置中，a 的金属活泼性比氢要强，b 为碳棒，下列关于此装置的叙述不正确的是( )

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 答案 B

解析 显然，电极a 、b 与电解质溶液稀H 2SO 4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 －n e －

===a n ＋

(氧化反应)

b(正)极：n H ＋＋n e －

===n 2

H 2↑(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。

8.按下图装置进行实验，若x 轴表示流入正极的电子的物质的量，则y 轴可以表示( )

①c (Ag ＋

) ②c (NO －

3) ③a 棒的质量 ④b 棒的质量

⑤溶液的质量

A.①③

B.②④

C.①③⑤

D.②④⑥

答案 A

解析根据图中装置可判断，Fe、Ag、AgNO3构成的原电池中，活泼金属Fe为负极，Ag 为正极，Fe和硝酸银之间发生氧化还原反应，所以银离子浓度减小，硝酸根浓度不变，①正确、②错误；在负极上金属铁本身失电子，即a棒质量减轻，③正确；正极b棒上析出金属银，即b棒质量增加，④错误；负极上金属铁本身失电子，正极Ag上析出金属银，所以溶液的质量是增加了Fe，但是析出了Ag，在转移电子数相等情况下，析出的金属质量多，所以溶液质量减轻，但不能为零，⑤错误。故A正确。

9.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：

①Zn为正极，Cu为负极

②H＋向负极移动

③电子流动方向：从Zn经外电路流向

④Cu极上有H2产生

⑤若有1 mol电子流过导线，则产生H2

⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋

A.①②③

B.③④⑤

C.④⑤⑥

D.②③④

答案 B

解析在该原电池中，金属活动性Zn＞Cu，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1 mol 电子时，产生H2 0.5 mol，在溶液中H＋向正极移动，SO2－4向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确，选B项。

10.现有M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P 用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极

反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是() A.P>M>N>E B.E>N>M>P

C.P>N>M>E

D.E>P>M>N

答案 A

解析由①知，金属还原性：M>N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属还原性：P>M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属还原性：N>E。

[能力提升]

11.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丝，使

之平衡(如右图所示)。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：

。

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，生成的Cu沉积在银圈上，质量增加(3)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu

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，生成的金属铜沉积在上面使其质量增加。

12.(1)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，电极反应式及反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)：负极：，，。

正极：，，。

(2)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池。

①负极材料是(写名称)，电极反应为。

②正极电极反应式为。

③溶液中SO2－4向极移动。

答案(1)①(A)不能，(B)可以②(A)不是氧化还原反应，没有电子转移③Cu Cu－2e－

===Cu2＋氧化反应碳棒、Ag、铂、金(任选一种)2Ag＋＋2e－===2Ag还原反应

(2)①铜Cu－2e－===Cu2＋②O2＋4e－＋4H＋===2H2O③负

解析(1)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。

(2)该氧化还原反应中还原剂为Cu，故负极是铜，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，氧化剂是O2，故正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，溶液中阴离子SO2－4向负极移动。

13.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。请填写下列空白：

(1)实验原理：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

(2)实验用品：电极(铁钉、铜钉)、稀硫酸、烧杯、导线、耳机(或者电流表)。

(3)实验装置如图。

(4)原电池设计及注意的问题：

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

②如果将装置中的耳机改为电流表，则铁钉应该接电流表的极，电极反应式为，

发生了反应；铜钉应该接电流表的极，电极反应式为，

发生了反应。

答案(4)①电能电能②负Fe－2e－===Fe2＋氧化正2H＋＋2e－===H2↑还原

解析原电池是将化学能转变为电能的装置，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼材料作正极，发生还原反应。电流表正极应接原电池正极，电流表负极应接原电池负极。

14.某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，在常温下，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下。

试根据上表中的实验现象回答下列问题：

(1)实验1、2中Al所作的电极(正极或负极)是否相同(填“是”或“否”)？。

(2)由实验3完成下列填空：

①铝为极，电极反应式：；

②石墨为极，电极反应式：；

③电池总反应式：。

(3)实验4中铝作负极还是正极？，理由是。写出铝电极的电极反应式：。

(4)解释实验5中电流表指针偏向铝的原因：。

(5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素：。答案(1)否(2)①负2Al－6e－===2Al3＋②正

6H＋＋6e－===3H2↑③2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑

(3)负极在NaOH溶液中，活动性Al＞Mg Al－3e－＋4OH－===AlO－2＋2H2O

(4)Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中发生反应，被氧化，即在浓硝酸中活动性Zn＞Al，Al是原电池的正极

(5)①另一个电极材料的活动性；②电解质溶液

解析在稀盐酸中的活动性Mg＞Al、Al＞Cu。由实验1和2可知，原电池中电流表指针是偏向正极。在实验3中电流表指针偏向石墨，由上述规律可知，Al是负极，石墨是正极，化学反应是Al失去电子被氧化为Al3＋，盐酸中的H＋得到电子被还原为H2。在NaOH溶液中活动性Al＞Mg，则Al是负极，Mg是正极。Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中被氧化，即在浓硝酸中活动性Zn＞Al，Zn是负极，Al是正极，所以在实验5中电流表指针偏向铝。