高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化导学案及答案

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化导学案及答案，共24页。学案主要包含了新知学习，实验探究，知识进阶，问题探究，知识归纳总结，效果检测等内容，欢迎下载使用。
高一化学同步学习高效学讲练（精品学案）
第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
第2课时 化学反应与电能
课程学习目标
1．通过实验探究，认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。
2．通过对原电池的学习，体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。
3．通过原电池的学习，能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要素，并能分析简单原电池的工作原理。
学科核心素养
宏观辨识与微观探析：能从宏观(能量变化)和微观(电子转移)相结合的视角分析原电池的组成和工作原理
科学探究与创新意识：能根据教材中原电池原理的实验探究方案，完成实验操作，观察物质及其变化的现象，客观地进行记录，对实验现象作出解释。
科学态度与社会责任：通过对原电池的学习，体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。主动关心与资源开发等有关的社会热点问题。
【新知学习】
一.化学能与电能的相互转化
1.火力发电的能量转化关系
化学能 热能 机械能 电能
火力发电的缺点：
①化石燃料属于不可再生资源，用化石燃料发电会造成资源的浪费。
②火力发电的过程中，能量经过多次转化，利用率低，能量损失大。
③化石燃料燃烧会产生大量的有害物质(如SO2、CO、NO2、粉尘等)，污染环境。
2.原电池
原电池是一种 将化学能转化为电能的 装置。

【实验探究】
实验装置
实验现象
实验结论

__锌片上有气泡，铜片上无气泡__
锌与稀硫酸反应，铜与稀硫酸不反应

__锌片上无气泡，铜片上有气泡__
产生H2(还原反应)的位置发生了改变

锌片上无气泡，铜片上有气泡，电流表指针偏转
该装置将__化学能__转化为__电能__

(1)原电池的电极
负极： 发生氧化反应，电子流出（流向正极）的一极
正极： 发生还原反应，电子流入（来自负极）的一极
(2)原电池的原理：
原电池中电子的流动方向是从 负 极到 正 极；电流方向是从 正 极到 负 极。
根据铜锌原电池，填写下表：
电极
电极材料
电极反应
反应类型
得失电子的粒子
电子流动方向
负极
Zn
Zn-2e-=Zn2+
氧化反应
Zn
电子流出
正极
Cu
2H++2e-=H2↑
还原反应
H+
电子流入

总反应：________Zn+2H+=Zn2++H2↑___________
(3)组成原电池的条件：
① 自发进行的氧化还原反应
② 活泼性不同的两个电极
③ 闭合回路
④ 电解质溶液（熔融电解质）

(4)原电池正、负极的判断


(5)原电池原理的应用
①比较金属活动性强弱。一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
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。
②金属的防护。使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。
③设计制作化学电源。化学能转化为电能。
④加快化学反应速率。自发进行的氧化还原反应，形成原电池时会使反应速率加快。
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。
3.原电池电极反应式的书写
(1)一般电极反应式的书写，以离子方程式形式表示。
①书写步骤
A.列物质，标得失：按照负极氧化反应，正极还原反应，判断电极反应物、生成物，标出电子得失。
B.看环境，配守恒：电极产物在电解质溶液的环境中应能稳定存在，如酸性介质中，OH－不能存在，应生成水；碱性介质中，H＋不能存在，应生成水；电极反应式同样要遵循电荷守恒、原子守恒、得失电子守恒。
C.两式加，验总式：正负极反应式相加，与总反应离子方程式验证。
②常见介质
常见介质
注意事项
中性溶液
反应物若是H＋得电子或OH－失电子，则H＋或OH－均来自于水的电离
酸性溶液
反应物或生成物中均没有OH－
碱性溶液
反应物或生成物中均没有H＋
水溶液
不能出现O2－

(2)利用总反应式书写电极反应式
①根据总反应式，找出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物。
②确定介质的酸碱性或者其它特性。
③按照负极反应：还原剂-ne-=氧化产物
正极反应：氧化剂+ne-=还原产物，书写电极反应式。
④书写技巧：若某电极反应式较难写出时，可先写出较易写的电极反应式，然后根据得失电子守恒，用总反应式减去较易写的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。
二．化学电源
1.一次电池——锌锰干电池
构造示意图

工作
原理
负极
锌筒
锌被氧化，逐渐消耗
电解质
氯化铵糊
正极
石墨棒
二氧化锰被还原
特点
放电后不能充电
便于携带，价格低

2.二次电池（充电电池）
（1）常见类型：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等；
（2）特点
放电：化学能转化为电能；
充电：电能转化为化学能。
放电时发生的氧化还原反应，在充电时逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。
3.燃料电池
一种将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂（如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置
特点：清洁、安全、高效；能量转化率可以达到80%以上；反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，供电量易于调节。
三.电池回收
废旧电池中含汞、镉、铅等重金属，随意丢弃会给土壤、水源等造成严重的污染。

【知识进阶】
一．原电池的工作原理
【问题探究】
1．原电池内部阴、阳离子如何移动？移动的原因是什么？
阴离子要移向负极，阳离子要移向正极。这是因为负极失电子，生成大量阳离子积聚在负极附近，致使该极附近有大量正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电荷，所以溶液中的阳离子要移向正极。
2．两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同通入电解质溶液中就能构成原电池吗？

不一定。构成原电池除具备①两种活泼性不同的金属②电解质溶液③形成闭合回路外，还必须有一个能自发进行的氧化还原反应，如图由于Cu、Ag都不能与稀硫酸反应，故不能构成原电池。
【知识归纳总结】
1．原电池的构成条件——“两极一液一线一反应”
(1)两极——两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属)。
(2)一液——电解质溶液。
(3)一线——形成闭合回路。
(4)一反应——能自发进行的氧化还原反应。
2．原电池工作原理：
(1)装置示意图：

(2)工作原理(以铜、锌、稀硫酸原电池为例)

知识要点
实例
电极
构成
负极：还原性相对较强的金属
正极：还原性相对较弱的金属或导电非金属
锌板——负极
铜板——正极
电极
反应
负极：失去电子，氧化反应
正极：得到电子，还原反应
负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：2H＋＋2e－===H2
电子流
向、电
流方向
外电路：电子由负极流向正极，电流方向相反；
内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极，电流由负极流向正极
外电路：电子由锌板经导线流向铜板
内电路：SO移向锌板(负极)；Zn2＋移向铜板(正极)
电极反应式与
总反应式的关系　　
两个电极反应式相加，即得总反应式
负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：2H＋＋2e－===H2
总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2
3．原电池正负极的判断方法：

【点拨】
(1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。
(2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。
(3)在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼性的强弱也要考虑电解质溶液性质。如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。
【典例1】

如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，记录如下，其中描述合理的是(　 　)
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Cu。 ④Cu极上有H2产生。
⑤Zn极上发生氧化反应。 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，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，发生氧化反应；Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu，负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，在溶液中H＋向正极移动，SO向负极移动。
（变式训练1）如图所示电流计的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是(　 　)

A．B极为原电池的正极
B．A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸
C．C中阳离子向A极移动
D．A极发生氧化反应
【答案】C
【解析】
由题意知，A为原电池负极，发生氧化反应，B为正极，溶液中阳离子向正极移动，C项错误。
二．原电池原理的应用
【问题探究】
1．在原电池中，负极材料的金属性一定大于正极材料吗？
一般原电池中负极材料的金属性大于正极材料，在特殊情况下也有特例，如Al－Mg－NaOH原电池中，Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极。
2．如何利用Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag设计原电池？

该氧化还原反应可拆分为如下两个半反应：氧化反应(负极反应)：Cu－2e－===Cu2＋。还原反应(正极反应)：2Ag＋＋2e－===2Ag。故Cu作负极，活泼性比Cu差的材料作正极，如Ag、C等，AgNO3溶液作电解质溶液。如图。
【知识归纳总结】
1．加快化学反应速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池可以加快反应速率。
—
|
—
2．比较金属活泼性强弱：
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
—
|
—
3．用于金属保护
将被保护的金属与比其活泼的金属连接。


4．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)，氧化剂为电解质溶液中的阳离子(或在正极上被还原)。
(2)步骤：以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例。
步骤
实例
将反应拆分
为电极反应
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
正极反应
Cu2＋＋2e－===Cu
选择电极
材料
负极：较活泼金属，一般为发生氧化反应的金属
Fe
正极：活泼性弱于负极材料的金属或石墨
Cu或C
选择电解质
一般为与负极反应的电解质
CuSO4溶液
画出装置图


【典例2】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(正极材料用碳棒)，回答下列问题：
(1)该电池的负极材料是 ，发生 反应(填“氧化”或“还原”)，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。
【答案】Cu 氧化 AgNO3溶液 碳棒上出现银白色物质 108
【解析】
(1)根据电池的总反应，可知负极一般是失电子的物质，所以负极材料应该是铜，发生氧化反应，电解质溶液是一种可溶性的银盐溶液，所以是AgNO3溶液。
(2)正极上是溶液中的银离子得到电子变成银单质，所以正极上的现象是碳棒上出现银白色物质。
(3)当导线上转移1 mol电子的时候，正极上会析出1 mol银单质，所以正极上生成的银的质量是108 g。
（变式训练2）四中某学习小组依据氧化还原反应原理：2Ag＋＋Cu=Cu2＋＋2Ag设计成的原电池如右图所示。

(1) 从能量转化角度分析，上述原电池将化学能转化为_________ ；
(2) 负极的电极材料为_____________；
(3) 正极发生的电极反应__________________________________；
(4) 假设反应初两电极质量相等，当反应进行到一段时间后(AgNO3溶液足量)，取出两电极洗净干燥后称量，测得两电极质量差为11.2 g，则该时间内原电池反应转移的电子数为_____________。(设NA表示阿伏加德罗常数的值)
【答案】电能 Cu (或铜) Ag+ + e- = Ag 0.08NA
【解析】
（1）该装置为原电池，原电池将化学能转化为电能，
（2）铜的金属活泼性比银强，铜失电子生成铜离子，银离子得电子生成银，因此负极的电极材料为铜，
（3）正极上银离子得电子生成银，电极反应式为：Ag+ + e- = Ag，
（4）正极上的电极反应式为：Ag+ + e- = Ag，负极上的电极反应式为：Cu - 2e-=Cu2+，设转移电子物质的量为xmol，则正极上生成银的质量为xmol×108g/mol=108xg，负极上消耗铜的质量为1/2xmol×64g/mol=32xg，反应后测得两电极质量差为11.2g，则108xg +32xg =11.2g，解得x=0.08mol，该时间内原电池反应转移的电子数为0.08NA
三．燃料电池（碱性）
燃料电池与一般的电池不同的是，反应物不是储存在 电池内部 ，而是由外部提供，电池装置起着类似于试管、烧杯等反应容器的作用。
工作原理：利用原电池的工作原理将燃料(如H2)和氧化剂(如O2)分别在两个电极上反应所放出的化学能直接转化为　电能　。(实验装置如下) 

氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分成酸性、碱性和中性三种。

酸性
碱性
中性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
2H2－4e－===4H＋
正极反应式
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式
2H2＋O2===2H2O
【注意】不是燃烧反应。燃料电池是化学能直接转化为电能，具有清洁、安全、高效的优点。
燃料电池能量利用率可高达80%以上，但是说达到100%是错误的。
【典例3】（苏州市相城区陆慕高级中学高一期中）氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法中不正确的是( )

A．该电池中电极a是正极
B．外电路中电子由电极a通过导线流向电极b
C．该电池的正极反应为：O2+4H++4e-=2H2O
D．该电池的总反应为：2H2+O2=2H2O
【答案】A
【详解】
A．该电池中电极a通入的氢气，氢气失去电子，发生氧化反应，电极a是负极，故A错误；
B．通入氧化剂的电极为正极，b为正极，电子从负极a沿导线流向正极b，因此外电路中电子由电极a通过导线流向电极b，故B正确；
C．通入氧气的电极为正极，由于氢离子移向正极，因此正极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，故C正确；
D．该电池中，负极上电极反应式为2H2-4e-=4H+，正极电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，正负极电极反应式相加得电池反应式2H2+O2=2H2O，故D正确；
故选A。
（变式训练3）新型燃料电池：该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极上分别
通甲烷和氧气。
写出电极反应式：
负极：
正极：
电池的总反应式为：
【答案】CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O
O2+4e-+2H2O=4OH-
CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O
【效果检测】
1．（辽宁·清原满族自治县第二高级中学高一期中）下列选项描述的过程能实现化学能转化为电能的是
A
B
C
D




太阳能发电
电池充电
风力发电
氢氧燃料电池放电

【答案】D
【详解】
A．太阳能发电是把太阳能转化为电能的过程，故A不符合题意；
B．电池充电是把电能转化为化学能的过程，故B不符合题意；
C．风力发电是将风能转化为电能的过程，故C不符合题意；
D．氢氧燃料电池放电是将化学能转化为电能的过程，故D符合题意；
故选D。
2．（湖北·襄阳市襄州区第一高级中学高一期末）关于原电池的下列说法中，正确的是
A．在正极上发生还原反应
B．化学性质较活泼的金属为正极
C．在外电路，电子流出正极
D．是由电能转化为化学能的装置
【答案】A
【分析】
原电池是把化学能转变为电能的装置，原电池放电时，负极上失去电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，电子从负极沿导线流向正极，据此回答判断。
【详解】
A．原电池放电时，正极上得电子发生还原反应，故A正确；
B．原电池中，化学性质较活泼的金属失电子作负极，故B错误；
C．原电池放电时，电子从负极沿导线流向正极，故C错误；
D．原电池是把化学能转变为电能的装置，故D错误；
故选A。
3．（云南·罗平县第二中学高一阶段练习）理论上放热的氧化还原反应都可以设计成原电池，关于该反应Fe+2H+=Fe2++H2↑设计成原电池的说法中正确的是
A．硝酸可能为电解质溶液 B．工作时溶液H+向负极移动
C．负极反应为2H++2e-=H2 D．碳棒可能为原电池正极
【答案】D
【详解】
A．正极反应式是2H++2e-=H2，硝酸与金属反应不产生氢气，故不能是硝酸溶液，错误；
B．原电池中阳离子向正极移动，工作时溶液H+向正极移动，错误；
C．正极发生还原反应，正极反应为2H++2e-=H2，错误；
D．正极为比铁不活泼的金属单质或碳棒，正确；
故选D。
4．（新疆·和田市第一高级中学高一期末）下列叙述中正确的是
A．任何化学反应都能设计成原电池 B．任何氧化还原反应都能设计成原电池
C．原电池反应一定是氧化还原反应 D．两种不同的金属电极插入到电解质溶液中一定能形成原电池
【答案】C
【详解】
A．只有放热的氧化还原反应才能设计为原电池，A错误；
B．只有放热的氧化还原反应才能设计为原电池，B错误；
C．只有放热的氧化还原反应才能设计为原电池，可见原电池反应一定是氧化还原反应，C正确；
D．两种不同的金属电极插入到电解质溶液中，若活动性强的金属电极能够与电解质溶液发生反应，且形成了闭合回路，就能够形成原电池；若活动性强的金属电极不能与电解质溶液发生反应，或两个电极没有形成闭合回路，就不能形成原电池，D错误；
故合理选项是C。
5．（广西南宁·高一期末）氢氧燃料电池的构造如图所示。下列说法正确的是

A．a是电池正极
B．b电极的电极反应为O2+4e-+4H+=2H2O
C．电池工作时，电池内部中的H+向a电极迁移
D．电子由a沿导线流向b，再由b通过电解质溶液流回a
【答案】B
【详解】
A．该燃料电池中，通入氢气的一极为负极，即a电极为负极，b电极为正极，故A错误；
B．通入氧气的b电极为原电池的正极，氧气得电子生成水，电极反应式为O2+4H++4e -=2H2O，故B正确；
C．电池工作时，H2在负极发生失电子的反应生成H+，H+向b电极迁移，故C错误；
D．原电池工作时，电子由负极a经外电路流向正极b，但电子不能进入溶液中，故D错误；
故选：B。
6．（山东·枣庄八中高一阶段练习）由U形管、质量为的铁棒、质量为的碳棒和溶液组成的装置如图所示，下列说法正确的是

A．闭合K，电子通过电解质溶液移到碳棒上
B．闭合K，铁棒上有紫红色固体析出
C．闭合K，当电路中有个电子通过时，理论上碳棒与铁棒的质量差为
D．闭合K，铁棒表面发生的电极反应为
【答案】C
【分析】
该装置为原电池，铁棒做原电池的负极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe—2e-=Fe2+，碳棒为正极，溶液中铜离子在正极得到电子发生还原反应生成铜，电极反应式为Cu2++2e-=Cu。
【详解】
A．闭合K，电子由铁棒通过导线移到碳棒上，故A错误；
B．由分析可知，闭合K，碳棒为正极，溶液中铜离子在正极得到电子发生还原反应生成铜，碳棒上有紫红色固体析出，故B错误；
C．闭合K，当电路中有0.3NA个电子通过时，负极上减少的质量为，正极上增加的质量为，则理论上碳棒与铁棒的质量差为(8.4g+9.6g)=18g，故C正确；
D．由分析可知，闭合K，铁棒做原电池的负极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe—2e-=Fe2+，故D错误；
故选C。
7．（云南·昆明八中高一期中）有A、B、C、D四种金属。将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B为正极。将A、D分别投入等浓度盐酸中，D比A反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化。如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们的活泼性由强到弱的顺序是
A．D＞A＞B＞C B．B＞A＞D＞C C．D＞B＞A＞C D．D＞A＞C＞B
【答案】A
【详解】
两种活动性不同的金属和电解质溶液构成原电池，较活泼的金属作负极，负极上金属失电子发生氧化反应被腐蚀，较不活泼的金属作正极，将A与B用导线连接起来浸入电解质溶液中，B为正极，所以活动性A＞B。金属和相同的酸反应时，活动性强的金属反应剧烈，将A、D分别投入等浓度盐酸溶液中，D比A反应剧烈，所以活动性D＞A；金属的置换反应中，较活泼金属能置换出较不活泼的金属，将铜浸入B的盐溶液中，无明显变化，说明活动性B＞铜。如果把铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出，说明活动性Cu＞C，则活动性B＞Cu＞C；由上分析可知，金属的活动性顺序为D＞A＞B＞C，A选项符合题意；答案为A。
8．（四川省南充市白塔中学高一阶段练习）有关如图所示四个常用电化学装置的叙述中，正确的是

A．图Ⅰ所示电池中，MnO2的作用是作催化剂
B．图Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度不断增大
C．图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2+浓度始终不变
D．图Ⅳ所示电池中，Ag2O是氧化剂，电池工作过程中被还原为Ag
【答案】D
【详解】
A．该电池反应中二氧化锰得到电子被还原，的作用是作氧化剂，A项错误；
B．铅蓄电池放电时电池反应为：，被消耗，浓度减小，B项错误；
C．正极析出铜，浓度减小，C项错误；
D．负极氧化反应，作还原剂；正极还原反应，是氧化剂，D项正确；
答案选D。
9．（河北衡水·高一期中）锌一铜西红柿电池装置示意图如图所示，下列说法不正确的是

A．铜片为正极，发生还原反应
B．锌片上发生氧化反应：Zn-2e-=Zn2+
C．可将西红柿替换成盛装酒精的装置
D．电子由锌片沿导线流向铜极
【答案】C
【详解】
A．该原电池工作时，Zn为负极，Cu为正极，正极发生还原反应，A项正确；
B．Zn为负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，B项正确；
C．酒精是非电解质，不能导电，若将西红柿替换成盛装酒精的装置，则不能形成闭合回路，不能构成原电池，C项错误；
D．电子由负极经导线流向正极，即电子由锌片沿导线流向铜极，D项正确；
答案选C。
10．（河北承德第一中学高一阶段练习）已知：电流效率等于电路中通过的电子数与消耗负极材料失去的电子总数之比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。(阴离子交换膜只允许阴离子可以“通过”)下列说法正确的是

A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同
B．能量转化形式不同
C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率
D．5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质
【答案】C
【分析】
电池Ⅰ构成中，金属铜是负极，发生氧化反应而被腐蚀，负极反应式： Cu-2e- =Cu2+，石墨碳棒是正极，正极上是铁离子发生还原反应：2Fe3++2e-=2Fe2+，电池Ⅰ的工作原理和电池Ⅱ相似，都是将化学能转化为电能的装置，采用了离子交换膜，可以减少能量损失，据此回答。
【详解】
A．电池Ⅰ和电池Ⅱ的电池反应相同，A错误；
B．Ⅰ和Ⅱ都是将化学能转化为电能的装置，B错误；
C．电池Ⅰ的工作原理和电池Ⅱ相似,都是将化学能转化为电能的装置，采用了离子交换膜，金属铜和铁离子之间不接触，减少能量损失，Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率，C正确；
D．根据电极反应，负极反应式：Cu-2e-=Cu2+，正极上是2Fe3++2e-=2Fe2+，总反应是：2Fe3+ +Cu=Cu2++2Fe2+，5 min后Ⅰ和Ⅱ中都含2种溶质：氯化铜和氯化亚铁，D错误；
故合理选项是C。
11．（江苏·东海县教育局教研室高一期中）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

A．产生气泡的速率甲比乙慢
B．两烧杯中溶液的酸性均减弱
C．甲中铜片作正极，乙中铜片作负极
D．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
【答案】B
【详解】
A．甲构成原电池，产生气泡的速率甲比乙快，故A错误；
B．两烧杯中的总反应都是，硫酸浓度减小，溶液的酸性均减弱，故B正确；
C．甲构成原电池，锌的活泼性大于铜，甲中铜片作正极；乙没有构成原电池，故C错误；
D．甲构成原电池，锌的活泼性大于铜，甲中铜片作正极，正极反应为，甲中铜片表面有气泡产生，故D错误；
选B。
12．（云南·昆明八中高一期中）图1是原电池示意图，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．溶液的质量 B． C． D．锌棒的质量
【答案】A
【详解】
A．图1发生反应Zn+CuSO4= ZnSO4+Cu，随转移电子的物质的量增多，溶液质量增大，故选A；
B．图1发生反应Zn+CuSO4= ZnSO4+Cu，随转移电子的物质的量增多，溶液中由0逐渐增大，故不选B；
C．图1发生反应Zn+CuSO4= ZnSO4+Cu，随转移电子的物质的量增多，溶液中逐渐减小，故不选C；
D．图1发生反应Zn+CuSO4= ZnSO4+Cu，随转移电子的物质的量增多，锌棒的质量减小，故不选D；
选A。
13．（上海静安·高一期末）下图为铜锌原电池示意图，下列说法中不正确的是

A．锌为阴极，铜为阳极
B．电子由锌片通过导线流向铜片
C．锌片质量逐渐减少，溶液的质量逐渐增加
D．该装置能把化学能转化为电能
【答案】A
【分析】
由图中的铜锌原电池可知，Zn较活泼，则Zn作负极，Cu作正极，电池总反应式为Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑，负极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正极反应式为2H++2e-=H2↑，电子由负极经导线流向正极，该装置可将化学能转变为电能，据此解答。
【详解】
A．用锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池装置中，锌片的活泼性大于铜片的活泼性，所以锌片作负极，铜片作正极，A项错误；
B．电子由负极（锌片）通过导线流向正极（铜片），B项正确；
C．锌、铜和稀硫酸构成的原电池中，锌易失电子生成锌离子进入溶液而质量逐渐减少，铜电极上氢离子得电子生成氢气而产生气泡，根据Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑，溶液的质量逐渐增加，C项正确；
D．该装置是把化学能转化为电能，D项正确；
答案选A。

14．（甘肃·兰州一中高一期中）如图所示，电流计G发生偏转，同时A极逐渐变细，B极逐渐变粗，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Al、C为CuSO4溶液
C．A是Zn、B是石墨、C为AgNO3溶液
D．A是石墨、B是Fe、C为FeCl3溶液
【答案】C
【分析】原电池中负极的活泼性大于正极的活泼性，负极上金属失电子变成离子进入溶液，质量减少，正极上得电子发生还原反应，正极上析出物质，若析出的物质是金属，则正极质量增加，A极逐渐变细则A为负极，B极逐渐变粗则B为正极；
【详解】
分析可知，A为负极，B为正极，
A．Zn的金属性比Cu活泼，与稀硫酸组成原电池时Zn做负极，失电子生成锌离子，A极变细，由于得电子能力：H+>Cu2+，B极产生氢气，B极不变粗，A错误；
B．Al的金属性比Cu活泼，A为正极，铜离子得电子生成铜，A极变粗，B为负极，B极变细，B错误；
C．石墨是惰性电极，B为正极，银离子得电子生成Ag，B极变粗，A为负极，Zn失电子生成锌离子，A极变细，C正确；
D．Fe与FeCl3溶液反应生成FeCl2，A是石墨为正极，质量不变，B是Fe为负极，Fe失电子生成亚铁离子，B极变细，D错误；故选：C。
15．（浙江·宁波市北仑中学高一期中）微生物燃料电池在净化废水的同时能获得能源或得到有价值的化学产品，图1为其工作原理，图2为废水中Cr2O离子浓度与去除率的关系。下列说法正确的是

A．M为燃料电池的正极
B．电池工作时，N极附近溶液H+浓度增大
C． 离子浓度较大时，可能会造成还原菌失活
D．反应时H+从交换膜右侧向左侧迁移
【答案】C
【分析】
由图知，电子流入电极N，则N电极为正极，发生还原反应，得电子生成Cr3+，M极失电子发生氧化反应，有机物被氧化生成CO2，为原电池的负极，以此解答该题。
【详解】
A．由分析可知M为燃料电池的负极，选项A错误；
B．根据图示，正极反应为+6e-+14H+=2Cr3++7H2O，消耗氢离子，N极附近溶液pH增大，选项B错误；
C．具有强氧化性，能使蛋白质变性，浓度较大时，可能会造成还原菌失活，选项C正确；
D．Cr元素由+6价变为+3价， 处理0.5 mol时转移3mol电子，根据电荷守恒，处理0.5 mol 时有3mol H＋从交换膜左侧向右侧迁移，选项D错误；
答案选C。
16．（重庆八中高一期中）乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200℃左右时供电，电池总反应为：C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O，电池示意如图，下列说法中，正确的是

A．电池工作时，质子向电池的负极迁移
B．电池工作时，电子由b极沿导线流向a极
C．b极上发生的电极反应是：4H++O2+4e-=2H2O
D．a极上发生的电极反应是：C2H5OH+3H2O+12e-=2CO2+12H+
【答案】C
【详解】
A．该燃料电池放电时，带正电荷的微粒向正极移动，所以质子向正极移动，选项A错误；
B．燃料电池中，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，所以该燃料电池放电时，电子从负极a沿导线流向正极b，选项B错误；
C．燃料电池中，投放氧化剂的电极是正极，则 b极上氧气得电子和氢离子反应生成水，所以电极反应式为4H++O2+4e-=2H2O，选项C正确；
D．燃料电池中，投放燃料的电极是负极，负极上燃料失去电子发生氧化反应，所以a电极反应式为C2H5OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+，选项D错误；
答案选C。
17．（广东梅县东山中学高一期末）将质量相等的锌片和铜片用导线相连浸入500 mL硫酸铜溶液中构成如图的装置。

（1）此装置为___________，该装置中发生反应总的离子方程式为___________，铜片周围溶液会出现___________的现象。
（2）Cu电极是___________(填“正极”或“负极”)，写出其电极反应式___________。
（3）若2 min后测得锌片质量减少13 g，则导线中流过的电子为___________mo1。
【答案】
（1） 原电池 Zn+Cu2+ =Zn2++Cu 溶液颜色变浅
（2） 正极 Cu2++2e-=Cu
（3）0.4
【解析】
（1）该装置具备原电池的构成条件，因此Zn、Cu及CuSO4溶液构成了原电池。其中活动性强的Zn为负极，发生氧化反应：Zn-2e-=Zn2+；活动性弱的Cu为正极，正极上溶液中的Cu2+得到电子发生还原反应，电极反应式为：Cu2++2e-=Cu，由于在Cu片上Cu2+不断产生Cu单质附着在正极Cu电极上，导致正极附近溶液中c(Cu2+)浓度减小，因此铜片周围溶液会出现溶液颜色变浅的现象，该电池的总反应方程式为Zn+Cu2+=Zn2++Cu；
（2）由于金属活动性：Zn＞Cu，所以活动性强的Zn为负极，活动性弱的Cu为正极，正极上Cu2+得到电子被还原为Cu单质，则正极的电极反应式为：Cu2++2e-=Cu；
（3）若2 min后测得锌片质量减少13 g，n(Zn)=，由于Zn是+2价金属，因此反应过程中转移电子的物质的量n(e-)=0.2 mol×2=0. 4 mol。
18．（江西省崇义中学高一期中）电化学在生产生活中都具有重要的作用和意义。
（1）研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电，在海水中电池反应可表示为：5MnO2+2Ag+2NaCl=Na2Mn5O10+2AgCl
①该电池的负极反应式为___________；
②在电池中，Na+不断移动到“水”电池的___________极(填“正”或“负”)；
③外电路每通过4 mol电子时，生成Na2Mn5O10的物质的量是___________；
（2）中国科学院应用化学研究所在二甲醚(CH3OCH3)燃料电池技术方面获得新突破。二甲醚燃料电池的工作原理如图所示。

①该电池工作时，b口通入的物质为___________；
②该电池负极的电极反应式为___________；
③工作一段时间后，当9.2 g二甲醚完全反应生成CO2时，有___________ 个电子转移。
【答案】（1） Ag-e-+Cl-=AgCl 正 2 mol
（2） 二甲醚(CH3OCH3) CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+ 2.4NA
【解析】
（1）①由总方程式分析可知：Ag在反应中失电子作原电池的负极，电极反应为Ag-e-+Cl-=AgCl；
②在电池中，阳离子向负电荷较多的正极移动，故Na+移向电池的正极；
③根据①可知负极电极反应为Ag-e-+Cl-=AgCl，故反应中转移4 mol电子，消耗4 mol Ag，由总反应方程可知：每生成1 mol的Na2Mn5O10，反应转移2 mol电子，则现在反应转移4 mol电子，因此生成Na2Mn5O10的物质量为2 mol；
（2）①在原电池反应中阳离子向负电荷较多的正极移动。根据图示可知H+移向右侧电极，说明右侧电极为正极，左侧电极为负极。故该电池工作时。b口通入的物质是燃料二甲醚；
②在负极上燃料失去电子发生氧化反应产生CO2、H+，故负极的电极反应式为：CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+；
③9.2 g二甲醚的物质的量n(二甲醚)=，根据负极反应式可知：每有1 mol二甲醚发生反应，转移12 mol电子，则当有9.2 g(即有0.2 mol)二甲醚发生反应时转移电子的物质的量为n(e-)=0.2 mol×12=2.4 mol，则反应过程中转移的电子数目为N(e-)=2.4 mol ×NA/mol=2.4NA。
19．（甘肃·兰州一中高一期中）人们应用原电池原理制作了多种电池，以满足不同的需要。请根据题中提供的信息，填写空格。
（1）碱性水溶液条件下纽扣式银锌电池的总反应为：Zn+Ag2O=2Ag+ZnO，则其正极电极反应式为：___________。
（2）FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，发生反应2FeCl3+Cu=2FeCl2+CuCl2，若将此反应设计成原电池，则负极所用电极材料为___________，电解质溶液为___________，反应中Cl-移向___________(填“负极”或“正极”)，FeCl3溶液发生___________反应(填“氧化”或“还原”)。当线路中转移0.2mol电子时，参与反应的铜的质量为___________g．
（3）燃料电池是一种高效、环境友好的供电装置，如图为乙烷燃料电池原理示意图。


①乙烷通入的一极为电源的___________极，该电极反应式：___________。
②有0.05molC2H6参与反应时，消耗的氧气体积在标准状况下为___________L。
【答案】
（1）Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-
（2）Cu FeCl3 负极 还原 6.4
（3）负极 C2H6−14e−+18OH−=2CO+12H2O 3.92
【解析】
（1）原电池的正极，得到电子，发生还原反应；根据总反应，可知Ag2O得到电子，转化为Ag，则正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O=2Ag+2OH-；
（2）该电池反应中，铜失电子发生氧化反应，Cu作负极；负极反应式为Cu-2e-=Cu2+，电解质溶液为FeCl3，反应中Cl-移向负极，FeCl3溶液中Fe元素化合价降低，发生还原反应；当线路中转移0.2mol电子时，反应的Cu为0.1mol，其质量为m=nM=6.4g；
（3）①燃料电池中通入氧气的一极为原电池的正极，乙烷通入的一极为电源的负极，电极反应式：C2H6−14e−+18OH−=2CO+12H2O；
②通入氧气的正极反应式为2H2O+O2+4 e−=4OH−，可得关系式：2C2H6~28e−~7O2，有0.05molC2H6参与反应时，消耗的氧气物质的量为0.175mol，在标准状况下体积为V=nVm=0.175mol×22.4L/mol=3.92L。
20．总电能在生产、生活中起着十分重要的作用。某学习小组的同学利用已经学习的氧化还原反应知识与电流的产生进行探究。
（1）（发思考）氧化还原反应的发生的本质是___。
（2）（提出问题）可否让氧化还原反应中某些带电粒子的移动产生电流？
（查阅资料）
①导线中的电流足由于电子的定向移动产生的。
②2019版人教版化学教材必修二P36有下描述：
利用反应Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑(用单线桥分析此反应并标出电子转移方向和数目__)。通过如图1特定装置使氧化反应与还原反应分别在两个不同的区域进行，可以使电子通过导体发生定向移动，形成电流。
（3）如图1所示，插入稀硫酸的锌片和铜片用导线连接时，由于锌比锅活泼，与稀硫酸作用容易失去电子，被氧化成锌离子而进入溶液；锌片区域：(氧化反应)Zn-2e-=Zn2+；电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中的氢离子从铜片获得电子，被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上放出：铜片区域；(还原反应)__。

（4）（实验探究）利用铁和硫酸铜溶液的反应(Fe+CuSO4=FeSO4+Cu)产生电流。
第一步：按图2装置组成实验装置，用导线将铜片与电流表红色接线柱相连接，用导线将___片与电流表黑色接线柱相连接；

第二步：向烧杯中加入硫酸铜溶液；
第三步：观察到电流表指针偏转，___片逐渐溶解，溶液由蓝色逐渐变为___色。
（5）（交流反思）两个金属片区域发生的反应式分别为：(氧化反应)：___，(还原反应)：___。
【答案】
（1）电子的得失或电子的偏移
（2）
（3）2H++2e-= H2↑
（4） 铁； 铁 浅绿
（5） Fe-2e-=Fe2+ Cu2++2e-=Cu
【分析】
(1)氧化还原反应的发生的本质是电子的得失或电子的偏移；
(2)Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，反应中，Zn失去2个电子变为锌离子，则总转移电子为2个，据此做单线桥；
(3)铜片区域做正极，发生还原反应，氢离子得电子，生成氢气，据此写电极方程式；
(4)铁和硫酸铜溶液的反应(Fe+CuSO4=FeSO4+Cu)产生电流，可知铁做负极，用导线将铜片与电流表红色接线柱相连接，可知铜片为正极；
(5)反应中，铁做负极，发生氧化反应，电极方程式为：Fe-2e-=Fe2+；铜做正极，铜离子得电子，发生还原反应，电极方程式为：Cu2++2e-=Cu。
（1）氧化还原反应的发生的本质是电子的得失或电子的偏移，故答案为：电子的得失或电子的偏移；
（2）Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，反应中，Zn失去2个电子变为锌离子，则总转移电子为2个，用单线桥表示为：，故答案为：；
（3）铜片区域做正极，发生还原反应，氢离子得电子，生成氢气，则电极方程式为：2H++2e-= H2↑，故答案为：2H++2e-= H2↑；
（4）铁和硫酸铜溶液的反应(Fe+CuSO4=FeSO4+Cu)产生电流，可知铁做负极，用导线将铜片与电流表红色接线柱相连接，可知铜片为正极，则用导线将铁片与电流表黑色接线柱相连接；观察到电流表指针偏转，则铁片逐渐溶解，生成亚铁离子，则溶液由蓝色逐渐变为浅绿色，故答案为：铁；铁；浅绿；
（5）反应中，铁做负极，发生氧化反应，电极方程式为：Fe-2e-=Fe2+；铜做正极，铜离子得电子，发生还原反应，电极方程式为：Cu2++2e-=Cu，故答案为：Fe-2e-=Fe2+；Cu2++2e-=Cu。
【点睛】
本题考查原电池，原电池的分析，结合氧化还原反应，判断出得失电子的 物质，根据得失电子，确定正负极，可以正确解题。