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人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化背景图ppt课件
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这是一份人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化背景图ppt课件，共57页。PPT课件主要包含了必备知识·自主学习，化学能转化为热能，汽化为蒸汽，逐渐溶解，发生改变，2工作原理分析，石墨棒，二次电池，发展中的燃料电池，关键能力·合作学习等内容，欢迎下载使用。
一、化学反应与电能1.火力发电——化学能间接转化为电能(1)火力发电的原理首先通过化石燃料燃烧,使_________________,加热水使之___________以推动蒸汽轮机,然后带动发电机发电。(2)能量转化过程化学能 ___能 _____能 电能
2.原电池——化学能直接转化为电能(1)实验探究电流的形成过程
(3)原电池①概念:将_____能转化为___能的装置。②工作原理(以铜-锌-稀硫酸为例)
Zn-2e-====Zn2+
2H++2e- ====H2↑
Zn+2H+====Zn2++H2↑
【自主探索】原电池工作时,负极失去的电子总数与正极得到的电子总数有何关系?为什么?提示:相等。原电池中,负极失电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应,根据氧化还原反应中电子守恒规律知,正极上得电子总数与负极上失电子总数相等。
(情境思考)早期环保主义领袖约翰·缪尔曾说:“成千上万的疲惫不堪、丧失斗志的后文明时期的人类开始领悟到远山才是家;回归原野是必须的。”某野外生存者为了给自己带来一点点光明,进行了如图设计。两金属片有何现象?内电路中移向负极参与反应的离子是什么?
提示:其一金属片逐渐溶解,另一金属片表面有气泡冒出。内电路中移向负极的离子是酸根阴离子。
二、化学电池——新能源和可再生能源的重要组成部分1.一次电池——锌锰干电池
【自主探索】(1)若碱性锌锰电池总反应式为Zn+2MnO2+2H2O====2MnOOH+Zn(OH)2,则其正极反应式是什么?提示:MnO2+H2O+e-====MnOOH+OH-。分析负极变化,写出负极电极反应式,总反应方程式减去负极反应式即得正极反应式。
(2)(情境思考)法国的普朗泰发明出用铅作电极的电池。这种电池的独特之处是当电池使用一段时间后电压下降,可以给它通反向电流,使电池电压回升。以上电池属于哪种类型电池?
提示:二次电池。可充电电池属于二次电池。
(3)(教材二次开发)教材P39“以氢气为燃料时,产物为水”,氢氧燃料电池往往以KOH溶液或硫酸溶液作电解质溶液,两种电解质溶液工作时溶液的pH如何变化?提示:以氢气为燃料时,产物为水,故碱性环境中pH减小,酸性环境中pH增大。
知识点一 原电池的工作原理 1.原电池构成条件“三看”(1)一看反应:看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液的反应)。(2)二看两电极:一般是活泼性不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路,形成闭合回路需三个条件:①电解质溶液;②两电极直接接触或有导线连接;③两电极插入电解质溶液中。
(1)反应类型:负极发生氧化反应,正极发生还原反应。(2)电子的移动方向:从负极流出,经导线流向正极。(3)离子的移动方向:阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。(4)电流方向:正极→导线→负极
3.原电池正、负极的判断
【规律方法】“正正负负”法判断离子移动方向原电池中“电子不下水,离子不上岸”(或电子走陆路,离子走水路)。阳离子移向正极(不是负极),即“正向正”,阴离子移向负极(不是正极),即“负向负”。
【合作探究】(1) (情境应用)1780年意大利著名生物学家伽伐尼做了如下实验:用一根铜钩插入死青蛙的脊髓中,再挂在铁栏杆上,当青蛙腿碰到铁栏杆时,就发生颤抖。善于质疑的意大利物理学家伏打,提出了疑问:为什么只有青蛙腿与铜器和铁器接触时才发生抽搐?伏打用实验证明,两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿,蛙腿才会抽搐,其原因是构成了原电池,有电流产生。铜片、石墨棒、硝酸银溶液能不能形成原电池?铜片、石墨棒、稀硫酸能不能形成原电池?(科学探究与创新意识)
提示:可以 不可以。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。
(2)(教材二次开发)教材P36“由于锌比铜活泼,与稀硫酸作用容易失去电子”两种不同金属作电极时,一定是较活泼的金属作负极吗?(证据推理与模型认知)提示:判断电极时,有时不能只看金属的活动性强弱,还要看电解质溶液的性质,如Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子,Al作负极,Mg作正极。
【典例示范】【典例】(2020·湖州高一检测)银锌纽扣电池,其电池的总反应式为Zn+Ag2O+H2O====Zn(OH)2+2Ag。下列说法不正确的是( )
A.锌作负极B.正极发生还原反应C.电池工作时,电流从Ag2O经导线流向ZnD.负极的电极方程式为Zn-2e-====Zn2+
【解题指南】解答本题要明确如下三点:(1)明确电极反应的类型。(2)明确电子、电流和离子的移动方向。(3)电极反应式为离子方程式,明确物质的拆分原则。
【解析】选D。Zn失电子发生氧化反应而作负极,故A正确;正极上Ag2O得电子发生还原反应,故B正确;原电池中电流从正极沿导线流向负极,该原电池中Zn是负极、Ag2O是正极,所以放电时电流从Ag2O经导线流向Zn,故C正确;碱性条件下锌离子生成Zn(OH)2,所以负极反应式为Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2,故D错误。
【母题追问】(1)银锌纽扣电池中的OH-向哪一电极移动?提示:在原电池中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以OH-向负极移动。(2)银锌纽扣电池中负极的质量是增加还是减少?提示:增加。因为负极是Zn→Zn(OH)2,所以负极的质量增加。(3)写出正极反应式。提示:正极是Ag2O→2Ag,发生得电子的还原反应,转移2个电子,根据电荷守恒和元素守恒,可得正极反应式为Ag2O+2e-+H2O====2Ag+2OH-。
【规律方法】原电池正负极的判断方法①根据电极材料的活泼性判断:负极:活泼性相对强的一极;正极:活泼性相对弱的一极;②根据电子流向或电流的流向判断:负极:电子流出或电流流入的一极;正极:电子流入或电流流出的一极;
③根据溶液中离子移动的方向判断:负极:阴离子移向的一极;正极:阳离子移向的一极;④根据两极的反应类型判断:负极:发生氧化反应的一极;正极:发生还原反应的一极;⑤根据电极反应的现象判断:负极:溶解或减轻的一极;正极:增重或放出气泡的一极。
【素养训练】某兴趣小组设计的简易原电池装置如图所示。该电池工作时,下列说法正确的是( )
A.锌片作正极B.铜片上有气泡产生C.将电能转化为化学能D.电子由铜片经导线流向锌片
【解析】选B。根据原电池的工作原理,活泼金属作负极,锌比铜活泼,锌片作负极,A错误;铜片作正极,电极反应式为2H++2e-====H2↑,铜片上有气泡冒出,B正确;该装置为原电池装置,是将化学能转化成电能的装置,C错误;根据原电池的工作原理,电子从负极经导线流向正极,即电子从锌片经导线流向铜片,D错误。
【加固训练】1.下列说法正确的是( )A.原电池中,负极上发生的反应是还原反应B.原电池中,电流的方向是负极→导线→正极C.在内电路中,电子由正极流向负极D.在原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极
【解析】选D。原电池中,负极上发生的反应是氧化反应,A错误;电流的方向是正极→导线→负极,B错误;内电路只有阴、阳离子定向移动,C错误;电解质溶液中的阳离子移向正极,阴离子移向负极,D正确。
2.如图所示装置中,观察到电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细,由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是
【解题指南】解答本题要注意以下两个方面:(1)负极参与反应,质量一般减小。(2)负极与电解质溶液反应,正极质量增加或产生气体。【解析】选C。本题通过电极质量变化来确定电极,N棒变细,即N极上发生氧化反应,N棒金属较活泼,A、D错误,由M棒变粗,可知B错误。
Zn－2e－＝Zn2+
2H++2e－＝H2↑
活泼性较弱的金属（或非金属）
知识点二 原电池原理的应用
【方法导引】设计制作化学电源的三步骤(1)拆:首先将氧化还原反应离子方程式分成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作为负极和正极的电极反应式,还原剂-ne-====氧化产物(负极电极反应式);氧化剂+ne-====还原产物(正极电极反应式)。(2)找:根据原电池的反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液,正极一般选择比负极更稳定的金属或能导电的非金属。(3)画:连接电路形成闭合回路,画出原电池示意图(标注电极材料、电极名称、电解质溶液)。
【合作探究】(情境思考)2019年诺贝尔化学奖授予来自美国的科学家约翰·古迪纳夫、斯坦利·威廷汉和日本科学家吉野彰,以表彰他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。这种重量轻、可再充电且功能强大的电池,如今被用于从手机到笔记本电脑和电动汽车的各个领域。它还可以储存大量来自太阳能和风能的能源,使一个无化石燃料的社会成为可能。锂电池属于哪种类型的电池?锂在该电池中作正极还是负极?
提示:锂电池属于二次电池中的可充电电池。锂是活泼金属,在原电池中作负极发生氧化反应。
(思维升华)现有如图所示装置:
①产生H2的位置有什么不同?能量转化形式有什么不同?提示:装置甲中Zn棒表面产生H2,化学能转化为热能。装置乙中Cu棒表面产生H2,化学能转化为电能。
②产生H2的反应速率哪个快?为什么?提示:装置乙产生H2的反应速率快。装置甲中,氧化反应和还原反应都在Zn表面进行,生成的Zn2+排斥H+,使H+越来越难靠近Zn表面得电子。装置乙构成了原电池,氧化反应和还原反应分别在两个不同区域进行,Zn失去的电子沿导线聚集在Cu棒上,溶液中H+非常容易靠近Cu表面得电子生成H2,因此反应速率加快。
【典例示范】【典例】铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式:___________________。 (2)若将(1)中的反应设计成原电池,请在方框内画出原电池的装置图,标出正、负极,并写出电极反应式。
正极反应式:________________________________________负极反应式:________________________________________
【思维建模】首先将氧化还原反应分成两个半反应;根据原电池的反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
【解析】依据反应:2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+。氧化反应为Cu-2e-====Cu2+,还原反应为2Fe3++2e-====2Fe2+,则设计思路明确: 原电池组成为Cu是负极,正极材料选用比铜不活泼的铂丝或导电的非金属如石墨棒,电解质溶液可选用Fe2(SO4)3、FeCl3溶液。
答案:(1)2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+(2)
2Fe3++2e-====2Fe2+ Cu-2e-====Cu2+
【误区警示】(1)能设计成原电池的反应一般是自发的放热的氧化还原反应,吸热反应不可能将化学能转化为电能。(2)将溶液中自发的氧化还原反应设计成原电池时,可先将反应改为离子方程式并进行双线桥分析,然后写出两个半反应即得正极、负极电极反应式。
【素养训练】现有如下两个反应:A.NaOH+HCl====NaCl+H2O,B.Cu+2Ag+====2Ag+Cu2+。(1)根据上述两反应的本质,________(填字母)反应能设计成原电池,其原因是_____________________________________。
(2)将上述反应中能设计成原电池的反应设计成原电池。①写出电极反应式及反应类型:负极:____________________,____________________; 正极:____________________,____________________。 ②画出装置图并标明电极材料与名称、电解质溶液、电子流向。③若导线上通过电子1 ml,则正极质量增加________g。
【解析】(1)只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池,B是自发进行的氧化还原反应。(2)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导电的非金属;Ag+得电子,所以此电解质溶液只能为AgNO3溶液。由2Ag++2e-====2Ag知导线上通过1 ml电子生成1 ml Ag。
答案:(1)B A为非氧化还原反应,没有电子转移,B为氧化还原反应,有电子转移(2)①Cu-2e-====Cu2+ 氧化反应 2Ag++2e-====2Ag 还原反应②③108
【加固训练】下列实验方案中不能说明铝的金属活动性比铜强的是( )A.将铝片和铜片分别投入某稀盐酸中B.将铝片和石墨棒用导线连接插入硫酸铜溶液中C.将铝片和铜片用导线连接插入浓硝酸中D.将铝片和石墨电极不用导线连接,平行插入硫酸铜溶液中
【解析】选C。A项,将铝片和铜片分别投入某稀盐酸中,铝片反应而铜片不反应,说明铝的金属活动性比铜强。B项,将铝片和石墨棒用导线连接插入硫酸铜溶液中,构成原电池,铝片溶解,铜在石墨棒表面析出,表明铝较活泼。C项,因铝钝化,而Cu与浓硝酸能发生氧化还原反应,故Cu作负极,不能说明铝的金属活动性比铜强。D项,铝片插入硫酸铜溶液中,铜在铝片表面析出,说明铝将铜置换出来了,即铝比铜活泼。
一、化学反应与电能1.火力发电——化学能间接转化为电能(1)火力发电的原理首先通过化石燃料燃烧,使_________________,加热水使之___________以推动蒸汽轮机,然后带动发电机发电。(2)能量转化过程化学能 ___能 _____能 电能
2.原电池——化学能直接转化为电能(1)实验探究电流的形成过程
(3)原电池①概念:将_____能转化为___能的装置。②工作原理(以铜-锌-稀硫酸为例)
Zn-2e-====Zn2+
2H++2e- ====H2↑
Zn+2H+====Zn2++H2↑
【自主探索】原电池工作时,负极失去的电子总数与正极得到的电子总数有何关系?为什么?提示:相等。原电池中,负极失电子发生氧化反应,正极得电子发生还原反应,根据氧化还原反应中电子守恒规律知,正极上得电子总数与负极上失电子总数相等。
(情境思考)早期环保主义领袖约翰·缪尔曾说:“成千上万的疲惫不堪、丧失斗志的后文明时期的人类开始领悟到远山才是家;回归原野是必须的。”某野外生存者为了给自己带来一点点光明,进行了如图设计。两金属片有何现象?内电路中移向负极参与反应的离子是什么?
提示:其一金属片逐渐溶解,另一金属片表面有气泡冒出。内电路中移向负极的离子是酸根阴离子。
二、化学电池——新能源和可再生能源的重要组成部分1.一次电池——锌锰干电池
【自主探索】(1)若碱性锌锰电池总反应式为Zn+2MnO2+2H2O====2MnOOH+Zn(OH)2,则其正极反应式是什么?提示:MnO2+H2O+e-====MnOOH+OH-。分析负极变化,写出负极电极反应式,总反应方程式减去负极反应式即得正极反应式。
(2)(情境思考)法国的普朗泰发明出用铅作电极的电池。这种电池的独特之处是当电池使用一段时间后电压下降,可以给它通反向电流,使电池电压回升。以上电池属于哪种类型电池?
提示:二次电池。可充电电池属于二次电池。
(3)(教材二次开发)教材P39“以氢气为燃料时,产物为水”,氢氧燃料电池往往以KOH溶液或硫酸溶液作电解质溶液,两种电解质溶液工作时溶液的pH如何变化?提示:以氢气为燃料时,产物为水,故碱性环境中pH减小,酸性环境中pH增大。
知识点一 原电池的工作原理 1.原电池构成条件“三看”(1)一看反应:看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液的反应)。(2)二看两电极:一般是活泼性不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路,形成闭合回路需三个条件:①电解质溶液;②两电极直接接触或有导线连接;③两电极插入电解质溶液中。
(1)反应类型:负极发生氧化反应,正极发生还原反应。(2)电子的移动方向:从负极流出,经导线流向正极。(3)离子的移动方向:阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。(4)电流方向:正极→导线→负极
3.原电池正、负极的判断
【规律方法】“正正负负”法判断离子移动方向原电池中“电子不下水,离子不上岸”(或电子走陆路,离子走水路)。阳离子移向正极(不是负极),即“正向正”,阴离子移向负极(不是正极),即“负向负”。
【合作探究】(1) (情境应用)1780年意大利著名生物学家伽伐尼做了如下实验:用一根铜钩插入死青蛙的脊髓中,再挂在铁栏杆上,当青蛙腿碰到铁栏杆时,就发生颤抖。善于质疑的意大利物理学家伏打,提出了疑问:为什么只有青蛙腿与铜器和铁器接触时才发生抽搐?伏打用实验证明,两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿,蛙腿才会抽搐,其原因是构成了原电池,有电流产生。铜片、石墨棒、硝酸银溶液能不能形成原电池?铜片、石墨棒、稀硫酸能不能形成原电池?(科学探究与创新意识)
提示:可以 不可以。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。
(2)(教材二次开发)教材P36“由于锌比铜活泼,与稀硫酸作用容易失去电子”两种不同金属作电极时,一定是较活泼的金属作负极吗?(证据推理与模型认知)提示:判断电极时,有时不能只看金属的活动性强弱,还要看电解质溶液的性质,如Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子,Al作负极,Mg作正极。
【典例示范】【典例】(2020·湖州高一检测)银锌纽扣电池,其电池的总反应式为Zn+Ag2O+H2O====Zn(OH)2+2Ag。下列说法不正确的是( )
A.锌作负极B.正极发生还原反应C.电池工作时,电流从Ag2O经导线流向ZnD.负极的电极方程式为Zn-2e-====Zn2+
【解题指南】解答本题要明确如下三点:(1)明确电极反应的类型。(2)明确电子、电流和离子的移动方向。(3)电极反应式为离子方程式,明确物质的拆分原则。
【解析】选D。Zn失电子发生氧化反应而作负极,故A正确;正极上Ag2O得电子发生还原反应,故B正确;原电池中电流从正极沿导线流向负极,该原电池中Zn是负极、Ag2O是正极,所以放电时电流从Ag2O经导线流向Zn,故C正确;碱性条件下锌离子生成Zn(OH)2,所以负极反应式为Zn+2OH--2e-====Zn(OH)2,故D错误。
【母题追问】(1)银锌纽扣电池中的OH-向哪一电极移动?提示:在原电池中,阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,所以OH-向负极移动。(2)银锌纽扣电池中负极的质量是增加还是减少?提示:增加。因为负极是Zn→Zn(OH)2,所以负极的质量增加。(3)写出正极反应式。提示:正极是Ag2O→2Ag,发生得电子的还原反应,转移2个电子,根据电荷守恒和元素守恒,可得正极反应式为Ag2O+2e-+H2O====2Ag+2OH-。
【规律方法】原电池正负极的判断方法①根据电极材料的活泼性判断:负极:活泼性相对强的一极;正极:活泼性相对弱的一极;②根据电子流向或电流的流向判断:负极:电子流出或电流流入的一极;正极:电子流入或电流流出的一极;
③根据溶液中离子移动的方向判断:负极:阴离子移向的一极;正极:阳离子移向的一极;④根据两极的反应类型判断:负极:发生氧化反应的一极;正极:发生还原反应的一极;⑤根据电极反应的现象判断:负极:溶解或减轻的一极;正极:增重或放出气泡的一极。
【素养训练】某兴趣小组设计的简易原电池装置如图所示。该电池工作时,下列说法正确的是( )
A.锌片作正极B.铜片上有气泡产生C.将电能转化为化学能D.电子由铜片经导线流向锌片
【解析】选B。根据原电池的工作原理,活泼金属作负极,锌比铜活泼,锌片作负极,A错误;铜片作正极,电极反应式为2H++2e-====H2↑,铜片上有气泡冒出,B正确;该装置为原电池装置,是将化学能转化成电能的装置,C错误;根据原电池的工作原理,电子从负极经导线流向正极,即电子从锌片经导线流向铜片,D错误。
【加固训练】1.下列说法正确的是( )A.原电池中,负极上发生的反应是还原反应B.原电池中,电流的方向是负极→导线→正极C.在内电路中,电子由正极流向负极D.在原电池中,阳离子移向正极,阴离子移向负极
【解析】选D。原电池中,负极上发生的反应是氧化反应,A错误;电流的方向是正极→导线→负极,B错误;内电路只有阴、阳离子定向移动,C错误;电解质溶液中的阳离子移向正极,阴离子移向负极,D正确。
2.如图所示装置中,观察到电流计指针偏转,M棒变粗,N棒变细,由此判断下表中所列M、N、P物质,其中可以成立的是
【解题指南】解答本题要注意以下两个方面:(1)负极参与反应,质量一般减小。(2)负极与电解质溶液反应,正极质量增加或产生气体。【解析】选C。本题通过电极质量变化来确定电极,N棒变细,即N极上发生氧化反应,N棒金属较活泼,A、D错误,由M棒变粗,可知B错误。
Zn－2e－＝Zn2+
2H++2e－＝H2↑
活泼性较弱的金属（或非金属）
知识点二 原电池原理的应用
【方法导引】设计制作化学电源的三步骤(1)拆:首先将氧化还原反应离子方程式分成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作为负极和正极的电极反应式,还原剂-ne-====氧化产物(负极电极反应式);氧化剂+ne-====还原产物(正极电极反应式)。(2)找:根据原电池的反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液,正极一般选择比负极更稳定的金属或能导电的非金属。(3)画:连接电路形成闭合回路,画出原电池示意图(标注电极材料、电极名称、电解质溶液)。
【合作探究】(情境思考)2019年诺贝尔化学奖授予来自美国的科学家约翰·古迪纳夫、斯坦利·威廷汉和日本科学家吉野彰,以表彰他们在锂离子电池研发领域作出的贡献。这种重量轻、可再充电且功能强大的电池,如今被用于从手机到笔记本电脑和电动汽车的各个领域。它还可以储存大量来自太阳能和风能的能源,使一个无化石燃料的社会成为可能。锂电池属于哪种类型的电池?锂在该电池中作正极还是负极?
提示:锂电池属于二次电池中的可充电电池。锂是活泼金属,在原电池中作负极发生氧化反应。
(思维升华)现有如图所示装置:
①产生H2的位置有什么不同?能量转化形式有什么不同?提示:装置甲中Zn棒表面产生H2,化学能转化为热能。装置乙中Cu棒表面产生H2,化学能转化为电能。
②产生H2的反应速率哪个快?为什么?提示:装置乙产生H2的反应速率快。装置甲中,氧化反应和还原反应都在Zn表面进行,生成的Zn2+排斥H+,使H+越来越难靠近Zn表面得电子。装置乙构成了原电池,氧化反应和还原反应分别在两个不同区域进行,Zn失去的电子沿导线聚集在Cu棒上,溶液中H+非常容易靠近Cu表面得电子生成H2,因此反应速率加快。
【典例示范】【典例】铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式:___________________。 (2)若将(1)中的反应设计成原电池,请在方框内画出原电池的装置图,标出正、负极,并写出电极反应式。
正极反应式:________________________________________负极反应式:________________________________________
【思维建模】首先将氧化还原反应分成两个半反应;根据原电池的反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
【解析】依据反应:2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+。氧化反应为Cu-2e-====Cu2+,还原反应为2Fe3++2e-====2Fe2+,则设计思路明确: 原电池组成为Cu是负极,正极材料选用比铜不活泼的铂丝或导电的非金属如石墨棒,电解质溶液可选用Fe2(SO4)3、FeCl3溶液。
答案:(1)2Fe3++Cu====2Fe2++Cu2+(2)
2Fe3++2e-====2Fe2+ Cu-2e-====Cu2+
【误区警示】(1)能设计成原电池的反应一般是自发的放热的氧化还原反应,吸热反应不可能将化学能转化为电能。(2)将溶液中自发的氧化还原反应设计成原电池时,可先将反应改为离子方程式并进行双线桥分析,然后写出两个半反应即得正极、负极电极反应式。
【素养训练】现有如下两个反应:A.NaOH+HCl====NaCl+H2O,B.Cu+2Ag+====2Ag+Cu2+。(1)根据上述两反应的本质,________(填字母)反应能设计成原电池,其原因是_____________________________________。
(2)将上述反应中能设计成原电池的反应设计成原电池。①写出电极反应式及反应类型:负极:____________________,____________________; 正极:____________________,____________________。 ②画出装置图并标明电极材料与名称、电解质溶液、电子流向。③若导线上通过电子1 ml,则正极质量增加________g。
【解析】(1)只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池,B是自发进行的氧化还原反应。(2)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导电的非金属;Ag+得电子,所以此电解质溶液只能为AgNO3溶液。由2Ag++2e-====2Ag知导线上通过1 ml电子生成1 ml Ag。
答案:(1)B A为非氧化还原反应,没有电子转移,B为氧化还原反应,有电子转移(2)①Cu-2e-====Cu2+ 氧化反应 2Ag++2e-====2Ag 还原反应②③108
【加固训练】下列实验方案中不能说明铝的金属活动性比铜强的是( )A.将铝片和铜片分别投入某稀盐酸中B.将铝片和石墨棒用导线连接插入硫酸铜溶液中C.将铝片和铜片用导线连接插入浓硝酸中D.将铝片和石墨电极不用导线连接,平行插入硫酸铜溶液中
【解析】选C。A项,将铝片和铜片分别投入某稀盐酸中,铝片反应而铜片不反应,说明铝的金属活动性比铜强。B项,将铝片和石墨棒用导线连接插入硫酸铜溶液中,构成原电池,铝片溶解,铜在石墨棒表面析出,表明铝较活泼。C项,因铝钝化,而Cu与浓硝酸能发生氧化还原反应,故Cu作负极,不能说明铝的金属活动性比铜强。D项,铝片插入硫酸铜溶液中,铜在铝片表面析出,说明铝将铜置换出来了,即铝比铜活泼。
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