資源簡介

基礎課時9　化學反應與電能
學習目標　1.通過實驗探究,認識化學能可以轉化為電能。從氧化還原反應的角度初步認識原電池的工作原理。
2.通過對原電池的學習,體會提高燃料的燃燒效率、開發高能清潔燃料和研制新型電池的重要性。3.能列舉化學能轉化為電能的實例,能辨識簡單原電池的構成要素。
一、原電池構成條件及工作原理
(一)知識梳理
1.火力發電——化學能間接轉化為電能
(1)能量轉換原理及過程
化學能熱能機械能電能
(2)化學能轉化為電能的關鍵:燃燒(　　　　反應)。
(3)能量轉化特點
能量利用率低、污染嚴重。
2.原電池——化學能直接轉化為電能
(1)實驗探究
實驗裝置 實驗現象 實驗結論
鋅片:逐漸　　,有　　產生 銅片:　　　 鋅與稀硫酸反應生成　　,銅與稀硫酸　　　
鋅片:　　　 銅片:　　　 電流表:指針發生　　　 鋅　　電子,變為　　,電子經過導線流向　　,產生電流,　　在銅片上　　電子生成　　,反應過程中產生了　　
(2)原電池的工作原理(以銅鋅稀硫酸原電池為例)
①圖示
②原電池含義:將　　　　轉化為　　　　的裝置,本質是發生　　　　反應。
③原電池工作時電子、離子的移動方向
a.電子的移動方向:從　　　　極流出,經導線流向　　　　極。
b.離子的移動方向:陽離子向　　　　極移動,陰離子向　　　　極移動。
(3)原電池的構成條件
①反應:能自發進行的、放熱的氧化還原反應;
②電極:具有　　　　　　的兩個電極(金屬與金屬或金屬與能導電的非金屬);
③溶液:兩電極均插入　　　　溶液中;
④導線:兩電極用導線相連,形成閉合回路。
(二)互動探究
某化學活動小組用一個檸檬、一排銅釘和一排鋅釘制作的水果電池如圖,該電池可以使LED燈發光。
【問題討論】
問題1　該電池的電池反應是什么 寫出離子方程式。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　若用鐵片代替鋅片LED燈能不能亮 若用鐵片代替銅片呢 若用銀片代替鋅片呢
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題3　根據上面分析可知構成原電池的條件有哪些
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題4　上述原電池內部陰、陽離子如何移動 移動的原因是什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
1.原電池的工作原理
(1)電子的移動方向:從負極流出,經導線流向正極,電流的流動方向與之相反(電子只能在導線中定向移動)。
(2)離子的移動方向:陽離子向正極移動,陰離子向負極移動(離子只能在電解質溶液或熔融電解質中定向移動)。電解質溶液中陰、陽離子的定向移動,與導線中電子的定向移動共同組成了一個完整的閉合回路。
2.原電池正負極的判斷方法
1.下列裝置能構成原電池的是 (　　)
2.下列關于原電池的敘述正確的是 (　　)
①原電池是把化學能轉化成電能的一種裝置
②原電池的正極發生氧化反應,負極發生還原反應
③能自發進行的氧化還原反應可設計成原電池
④碳棒不能用來作原電池的正極
⑤反應Cu+2Ag+===Cu2++2Ag可以自發進行
A.①③⑤ B.①④⑤
C.②③④ D.②⑤
3.下列各組材料組成如圖裝置,電流表指針能發生偏轉的是 (　　)
選項 A B C D
M 石墨 Zn Fe Al
N Ag Ag Cu Al
P 稀硫酸 蔗糖溶液 FeCl3溶液 NaOH溶液
二、原電池工作原理的應用
原電池原理的應用
(1)比較金屬活動性
(2)改變化學反應速率
(3)設計原電池
示例:把Fe+2Fe3+===3Fe2+設計成原電池。
①將已知氧化還原反應拆分成兩個半反應:
氧化反應:Fe-2e-===Fe2+
還原反應:2Fe3++2e-===2Fe2+
②根據總反應式并結合兩個半反應,找出正、負極材料及電解質溶液。可用Fe作負極,銅(或石墨)作正極,FeCl3溶液作電解質溶液。
③電極材料的選擇:選活潑性較強的金屬作負極,活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬材料作正極。
電解質溶液的選擇:電解質溶液一般要能與負極發生反應,可參照總反應式選擇電解質溶液。
1.a、b、c、d四種金屬片浸入稀硫酸中,用導線兩兩組成原電池。若a、b相連時,電流由a經導線流向b;c、d相連時,d極質量減少;a、c相連時,c極上產生大量氣泡;a、d相連時,H+移向d極,則四種金屬的活動性順序由強到弱的順序為 (　　)
A.b>a>d>c B.b>d>a>c
C.b>a>c>d D.b>d>a>c
2.100 mL 2 mol·L-1的鹽酸與過量的鋅反應,為加快速率,又不影響產生氫氣的總量,可采用的方法是 (　　)
A.加入適量的6 mol·L-1的鹽酸
B.加入數滴氯化銅溶液
C.加入適量的蒸餾水
D.加入適量的氯化鈉溶液
3.一個原電池的總反應的離子方程式是Zn+Cu2+===Zn2++Cu,該反應的原電池組成正確的是 (　　)
A B C D
正極 Zn Ag Cu Cu
負極 Cu Cu Zn Zn
電解質溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 酒精
:課后完成　第六章　基礎課時9(共52張PPT)
第一節　化學反應與能量變化
基礎課時 化學反應與電能
9
第六章
化學反應與能量
1.通過實驗探究,認識化學能可以轉化為電能。從氧化還原反應的角度初步認識原電池的工作原理。
2.通過對原電池的學習,體會提高燃料的燃燒效率、開發高能清潔燃料和研制新型電池的重要性。
3.能列舉化學能轉化為電能的實例,能辨識簡單原電池的構成要素。
學習目標
一、原電池構成條件及工作原理
二、原電池工作原理的應用
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓練
一、原電池構成條件及工作原理
對點訓練
(一)知識梳理
1.火力發電——化學能間接轉化為電能
(1)能量轉換原理及過程
(2)化學能轉化為電能的關鍵:燃燒(__________反應)。
(3)能量轉化特點
能量利用率低、污染嚴重。
氧化還原
2.原電池——化學能直接轉化為電能
(1)實驗探究
實驗裝置 實驗現象 實驗結論
鋅片:逐漸_____,有____產生 銅片:__________ 鋅與稀硫酸反應生成______,銅與稀硫酸________
鋅片:__________ 銅片:____________ 電流表:指針發生______ 鋅______電子,變為_____,電子經過導線流向______,產生電流,____ 在銅片上______電子生成______,反應過程中產生了______
溶解
氣泡
沒有變化
氫氣
不反應
逐漸溶解
有氣泡產生
偏轉
失去
Zn2+
銅片
H+
得到
H2
電能
(2)原電池的工作原理(以銅鋅稀硫酸原電池為例)
①圖示
負極
氧化反應
Zn-2e-==Zn2+
正極
還原反應
②原電池含義:將________轉化為______的裝置,本質是發生__________反應。
③原電池工作時電子、離子的移動方向
a.電子的移動方向:從____極流出,經導線流向____極。
b.離子的移動方向:陽離子向____極移動,陰離子向____極移動。
(3)原電池的構成條件
①反應:能自發進行的、放熱的氧化還原反應;
②電極:具有____________的兩個電極(金屬與金屬或金屬與能導電的非金屬);
③溶液:兩電極均插入________溶液中;
④導線:兩電極用導線相連,形成閉合回路。
化學能
電能
氧化還原
負
正
正
負
活動性不同
電解質
(二)互動探究
某化學活動小組用一個檸檬、一排銅釘和一排鋅釘制作的水果電池如圖,該電池可以使LED燈發光。
【問題討論】
問題1　該電池的電池反應是什么 寫出離子方程式。
提示　該電池利用了金屬鋅與酸的反應,離子方程式為Zn+2H+===Zn2++H2↑。
問題2　若用鐵片代替鋅片LED燈能不能亮 若用鐵片代替銅片呢 若用銀片代替鋅片呢
提示　若用鐵片代替鋅片,由于鐵能與酸反應,LED燈仍然能亮;若用鐵片代替銅片,由于鋅比鐵活潑,仍然發生反應Zn+2H+===Zn2++H2↑,LED燈仍然能亮;若用銀片代替鋅片,銀和銅都不能與酸反應,無電流產生,LED燈不亮。
問題3　根據上面分析可知構成原電池的條件有哪些
提示　①兩個活潑性不同的金屬電極或金屬與導電非金屬;②電解質溶液;③閉合回路;④自發進行的氧化還原反應。
問題4　 上述原電池內部陰、陽離子如何移動 移動的原因是什么
提示　陰離子(酸根離子)移向負極,陽離子移向正極(H+)。這是因為負極失電子,生成大量陽離子積聚在負極附近,致使該極附近有大量正電荷,所以溶液中的陰離子要移向負極;正極得電子,該極附近的陽離子因得電子生成電中性的物質而使該極附近帶負電荷,所以溶液中的陽離子要移向正極。
【探究歸納】
1.原電池的工作原理
(1)電子的移動方向:從負極流出,經導線流向正極,電流的流動方向與之相反(電子只能在導線中定向移動)。
(2)離子的移動方向:陽離子向正極移動,陰離子向負極移動(離子只能在電解質溶液或熔融電解質中定向移動)。電解質溶液中陰、陽離子的定向移動,與導線中電子的定向移動共同組成了一個完整的閉合回路。
2.原電池正負極的判斷方法
1.下列裝置能構成原電池的是 (　　)
解析　A項,稀硫酸分裝在兩個容器中,不能形成閉合電路,不能構成原電池;B項,電極相同,不能構成原電池;C項,Fe-石墨,通過電解質溶液發生原電池反應,屬于原電池裝置;D項,乙醇不是電解質,故缺少電解質溶液,不能構成原電池。
C
2.下列關于原電池的敘述正確的是 (　　)
①原電池是把化學能轉化成電能的一種裝置
②原電池的正極發生氧化反應,負極發生還原反應
③能自發進行的氧化還原反應可設計成原電池
④碳棒不能用來作原電池的正極
⑤反應Cu+2Ag+===Cu2++2Ag可以自發進行
A.①③⑤ B.①④⑤
C.②③④ D.②⑤
A
解析　①原電池裝置是將化學能轉化成電能的裝置,正確;②根據原電池的工作原理,負極上失去電子,化合價升高,發生氧化反應,正極上得電子,化合價降低,發生還原反應,錯誤;③原電池構成條件之一是自發進行的氧化還原反應,正確;④碳棒能導電,可以作正極,錯誤;⑤銅比銀活潑,能發生氧化還原反應,正確。
3.下列各組材料組成如圖裝置,電流表指針能發生偏轉的是 (　　)
C
選項 A B C D
M 石墨 Zn Fe Al
N Ag Ag Cu Al
P 稀硫酸 蔗糖溶液 FeCl3溶液 NaOH溶液
解析　A項,Ag、石墨與稀硫酸都不反應,不能構成原電池,電流表指針不能發生偏轉;B項,蔗糖是非電解質,蔗糖溶液不導電,不能構成原電池,電流表指針不能發生偏轉;C項,鐵的活潑性大于銅,鐵與氯化鐵反應生成氯化亞鐵,Fe、Cu、FeCl3溶液構成原電池,電流表指針能發生偏轉;D項,M、N兩個電極相同,不能構成原電池,電流表指針不能發生偏轉。
二、原電池工作原理的應用
對點訓練
原電池原理的應用
(1)比較金屬活動性
(2)改變化學反應速率
(3)設計原電池
示例:把Fe+2Fe3+===3Fe2+設計成原電池。
①將已知氧化還原反應拆分成兩個半反應:
氧化反應:Fe-2e-===Fe2+
還原反應:2Fe3++2e-===2Fe2+
②根據總反應式并結合兩個半反應,找出正、負極材料及電解質溶液。可用Fe作負極,銅(或石墨)作正極,FeCl3溶液作電解質溶液。
③電極材料的選擇:選活潑性較強的金屬作負極,活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬材料作正極。
電解質溶液的選擇:電解質溶液一般要能與負極發生反應,可參照總反應式選擇電解質溶液。
1.a、b、c、d四種金屬片浸入稀硫酸中,用導線兩兩組成原電池。若a、b相連時,電流由a經導線流向b;c、d相連時,d極質量減少;a、c相連時,c極上產生大量氣泡;a、d相連時,H+移向d極,則四種金屬的活動性順序由強到弱的順序為 (　　)
A.b>a>d>c B.b>d>a>c
C.b>a>c>d D.b>d>a>c
解析　若a、b相連,電流由a經導線流向b,a為正極,則活潑性:b>a;若c、d相連,d極質量減小,d為負極,則活潑性:d>c;a、c相連,c極上產生大量氣泡,c為正極,則活潑性:a>c;a、d相連,H+移向d極,d為正極,則活潑性:a>d;所以金屬活動性順序由強到弱:b>a>d>c,A項正確。
A
2.100 mL 2 mol·L-1的鹽酸與過量的鋅反應,為加快速率,又不影響產生氫氣的總量,可采用的方法是 (　　)
A.加入適量的6 mol·L-1的鹽酸
B.加入數滴氯化銅溶液
C.加入適量的蒸餾水
D.加入適量的氯化鈉溶液
解析　A項,能加快反應速率,但增加了產生氫氣的總量,錯誤;C、D項,不影響H2的量,但稀釋了鹽酸,降低了反應速率,錯誤;B項,發生反應Cu2++Zn===Zn2++Cu,形成Cu Zn原電池,加快了反應速率,正確。
B
3.一個原電池的總反應的離子方程式是Zn+Cu2+===Zn2++Cu,該反應的原電池組成正確的是 (　　)
C
A B C D
正極 Zn Ag Cu Cu
負極 Cu Cu Zn Zn
電解質溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 酒精
解析　根據電池反應式知,Zn失電子化合價升高作負極,不如鋅活潑的金屬或導電的非金屬作正極,銅離子得電子發生還原反應,則可溶性銅鹽溶液作電解質溶液。A項,應該是Zn作負極、Cu作正極;B項,應該是鋅作負極、Cu作正極,含銅離子的溶液作電解質溶液;C項,Zn作負極、Cu作正極、硫酸銅溶液作電解質溶液可以實現該原電池反應;D項,酒精不是電解質,應是含銅離子的溶液作電解質溶液。
課后鞏固訓練
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)原電池構成條件及工作原理
1.下列關于原電池的敘述正確的是(　　)
A.原電池是將化學能轉變為電能的裝置
B.構成原電池的正極和負極材料必須是兩種活動性不同的金屬
C.在原電池中,電子流出的一極是負極,該電極被還原
D.原電池放電時,在電解質溶液中陽離子移向負極
A
解析　原電池是將化學能轉變為電能的裝置,A正確;構成原電池的正極和負極的材料必須是能導電的材料,電極材料可以是金屬,也可以是非金屬,如石墨等,B錯誤;在原電池中,負極失電子,被氧化,電子從負極流出,C錯誤;原電池放電時,在電解質溶液中陽離子移向正極,D錯誤。
2.下列圖示的裝置屬于原電池的是 (　　)
A.③④⑤⑥ B.③④⑥⑦
C.③④⑤⑦⑧ D.③④⑤⑥⑦⑧
B
解析　構成原電池的條件為兩極為活動性不同的金屬(或金屬與石墨)、電解質溶液、自發進行的氧化還原反應、構成閉合回路。①②缺少另一電極材料、⑤中的酒精是非電解質、⑧沒有構成閉合回路,故都不能構成原電池,符合構成原電池條件的為③④⑥⑦。
3.海水電池為探索深海提供了能源保障。一種鋰—海水電池以金屬鋰為負極,石墨為正極,下列關于該電池的描述正確的是 (　　)
A.正極上發生氧化反應 B.電流由Li流向石墨
C.Li+由正極向負極遷移 D.電池的總反應為2Li+2H2O===2LiOH+H2↑
解析　鋰—海水電池以金屬鋰為負極,石墨為正極。電池的正極上發生還原反應,A錯誤;電池中電流由正極流向負極,故電流由石墨流向Li,B錯誤;電池中陽離子移向正極,故Li+由負極向正極遷移,C錯誤;負極Li失電子生成Li+,正極水得電子生成氫氧根離子和氫氣,故電池的總反應為2Li+2H2O===2LiOH+H2↑,D正確。
D
4.如圖所示,電流計指針發生偏轉,同時A極質量減小,B極上有氣泡產生,C為電解質溶液,下列說法錯誤的是 (　　)
A.B極為原電池的正極
B.A、B、C可能分別為Zn、Cu、稀鹽酸
C.C中陽離子向A極移動
D.A極發生氧化反應
解析　原電池中,負極金屬失去電子溶解,質量減小,故A極是負極,B極是正極,A項正確;根據構成情況可判斷A、B、C可能分別為Zn、Cu、稀鹽酸,B項正確;離子移動方向:陽離子向正極移動,陰離子向負極移動,C項錯誤;負極發生氧化反應,正極發生還原反應,D項正確。
C
5.如圖1是銅鋅原電池示意圖。圖2中,x軸表示實驗時流入正極的電子的物質的量,y軸表示 (　　)
A.銅棒的質量 B.c(Zn2+)
C.c(H+) D.c(S)
解析　該裝置構成原電池,Zn是負極,Cu是正極。在正極Cu上溶液中的H+獲得電子變為氫氣,Cu棒的質量不變,A項錯誤;由于Zn是負極,不斷發生反應Zn-2e-===Zn2+,所以溶液中c(Zn2+)逐漸增大,B項錯誤;由于反應不斷消耗H+,所以溶液中c(H+)逐漸減小,C項正確; S不參加反應,其濃度不變,D項錯誤。
C
(二)原電池工作原理的應用
6.有a、b、c、d四個金屬電極,有關的實驗裝置及部分實驗現象如下:
實驗裝置
部分實驗現象 電子從a極流向b極 b極有氣體產生,c極無變化 d極溶解,c極有氣體產生 電流從a極流向d極
由此可判斷這四種金屬的活動性順序是 (　　)
A.a>b>c>d B.b>c>d>a
C.d>a>b>c D.a>b>d>c
解析　裝置一:原電池中,電子從a極流向b極,a極為負極,b極為正極,所以金屬的活動性順序:a>b;裝置二:未構成原電池,b極有氣體產生,c極無變化,所以金屬的活動性順序:b>c;裝置三:原電池中,d極溶解,所以d是負極,c極有氣體產生,所以c是正極,所以金屬的活動性順序:d>c;裝置四:原電池中,電流從a極流向d極,a極為正極,d極為負極,所以金屬的活動性順序:d>a;所以這四種金屬的活動性順序:d>a>b>c。
C
7.利用離子反應“Cu+2Fe3+===C+2Fe2+”設計原電池,下列設計合理的是(　　)
A.銅片、鐵片、FeCl3溶液組成的原電池
B.石墨、鐵片、Cu(NO3)2溶液組成的原電池
C.鐵片、鋅片、Fe2(SO4)3溶液組成的原電池
D.銅片、石墨、Fe(NO3)3溶液組成的原電池
D
解析　Cu不如鐵活潑,則Fe作負極、Cu作正極,電池反應為Fe+2Fe3+===3F故A錯誤;活潑金屬鐵作負極,電解質溶液是含有Fe3+的溶液,電池反應為Fe+C ===Cu+Fe2+,B錯誤;Fe不如Zn活潑,則Fe作正極、Zn作負極,故C錯誤;銅片做負極,電解質溶液是可溶性的鐵鹽溶液,故D正確。
8.根據原電池原理,結合裝置圖,按要求解答問題:
(1)若X為Zn,Y為稀硫酸溶液,則銅電極上的現象為　　　　　　;
溶液中的S移向　　　　(填“Cu”或“Zn”)電極。
(2)若X為銀,Y為硝酸銀溶液,則電子從　　　　(填“Cu”或“Ag”)電極流出,Ag電極上的電極反應為　　　　　　　　。
(3)若X為Fe,Y為濃硝酸,則X為　　　　極(填“正”或“負”),電池的總反應為　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(4)若把反應Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+利用上圖設計成原電池,則X為__________
________________ (填材料的名稱),Y為　　　　　　　　(填化學式)。
有氣泡產生
Zn
Cu
Ag++e-===Ag
正
Cu+4HNO3(濃)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
銀(或石墨
等其他合理答案)
FeCl3或Fe2(SO4)3
解析　(1)若X為Zn,Y為稀硫酸溶液,可知Zn為原電池的負極,銅電極為正極,氫離子在正極上得到電子,產生氫氣,可以看到的現象是有氣泡產生;溶液中的S移向負極,即Zn電極;(2)若X為銀,Y為硝酸銀溶液,因為活潑性:Cu>Ag,則銅為原電池的負極,銀為正極,則電子從Cu電極流出;Ag電極上,銀離子得電子,生成Ag,電極反應為Ag++e-===Ag;(3)若X為Fe,Y為濃硝酸,因為室溫下,鐵與濃硝酸發生鈍化反應,銅可以反應,則銅為負極,鐵為正極,即X為正極;該電池的總反應為銅與濃硝酸反應,生成硝酸銅、二氧化氮和水,方程式為Cu+4HNO3(濃)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O;(4)若把反應Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+利用上圖設計成原電池,該反應中,銅失電子,做電池的負極,則X為正極,電極材料比銅活動性差,材料可以為銀(或石墨等其他合理答案);電解質在正極上得到電子,即Y中含有鐵離子,可以為FeCl3、Fe2(SO4)3。
B級　素養培優練
9.如圖所示是Zn和Cu形成的原電池,某實驗興趣小組做完實驗后,在讀書卡上的記錄如下:
①Cu為負極,Zn為正極
②Cu電極上有氣泡產生,發生還原反應
③S向Cu電極移動
④若有1 mol電子流經導線,則可產生0.5 mol氣體
⑤電子的流向是Cu→Zn
⑥正極反應式為Cu-2e-===Cu2+,發生氧化反應
則卡片上的描述合理的是 (　　)
A.①②③ B.②④ C.②③④ D.③④⑤
解析　Zn和Cu形成的原電池,以稀硫酸作電解質溶液,Zn是負極失去電子,電極反應:Zn-2e-===Zn2+,Cu是正極,電極反應:2H++2e-===H2↑。①據分析, Zn為負極,Cu為正極,①不合理;②Cu電極上有氣泡產生,發生還原反應,電極反應:2H++2e-===H2↑,②合理;③原電池中陰離子向負極移動,該電池中S向Zn電極移動,③不合理;④若有1 mol電子流經導線,據分析,2H++2e-===H2↑,則可產生0.5 mol氫氣,④合理;⑤電子的流向是從負極經外電路流向正極, Zn→Cu,⑤不合理;⑥Cu為正極材料,起到導電作用,正極反應式為2H++2e-===H2↑,發生還原反應,⑥不合理;合理的是②④。
B
10.某小組利用如圖裝置研究原電池工作原理。下列敘述不正確的是 (　　)
A.a和b不連接時,鐵片上會有金屬銅析出
B.a和b用導線連接時,銅片上的反應為Cu2++2e-===Cu
C.無論a和b是否連接,鐵片均發生還原反應
D.a和b用導線連接時,溶液中Cu2+向銅電極移動
C
解析　a和b不連接時,鐵片和硫酸銅溶液之間發生化學反應,鐵能將金屬銅從其鹽中置換出來,所以鐵片上會有金屬銅析出,A正確;a和b用導線連接時,形成了原電池,銅作正極,發生的反應為Cu2++2e-===Cu,故B正確;a和b不連接時,鐵片和硫酸銅溶液之間發生化學反應,鐵能將金屬銅從其鹽中置換出來,a和b用導線連接時,形成了原電池,加快了鐵將金屬銅從其鹽中置換出來的速度,無論a和b是否連接,鐵片均會溶解,鐵片均發生氧化反應,故C錯誤;a和b用導線連接時,形成了原電池,Fe為負極,Cu為正極,銅離子移向銅電極,故D正確。
11.普通水泥在固化過程中其自由水分子減少并形成堿性溶液,根據這一物理化學特點,科學家發明了電動勢法測水泥的初凝時間,此法的原理如圖所示,反應的總方程式為2Cu+Ag2O===Cu2O+2Ag,下列有關說法正確的是 (　　)
A.電池工作時,OH-向Ag2O/Ag極移動
B.負極的電極反應式為2Cu+2OH-+2e-===Cu2O+H2O
C.測量原理示意圖中,電流方向從Cu→Ag2O
D.電路中轉移2 mol電子時,正極材料減少了16 g
D
解析　根據總反應可知,電池工作時Cu被氧化,為負極,Ag2O/Ag電極為正極。A項,原電池工作時,陰離子向負極移動,陽離子向正極移動;B項,負極發生氧化反應,電極方程式為2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O;C項,測量原理示意圖中,電流方向從正極流向負極,即Ag2O→Cu;D項,正極反應為Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-,電路中有2 mol電子轉移時,電極減少1 mol O,質量為16 g。
12.有甲、乙兩位同學,他們一起做了水果電池的實驗,測得數據如下:
實驗次數 電極材料 水果品種 電極間距/cm 電壓/mV
1 鋅 銅 菠蘿 3 900
2 鋅 銅 蘋果 3 650
3 鋅 銅 柑橘 3 850
4 鋅 銅 西紅柿 3 750
5 鋅 鋁 菠蘿 3 650
6 鋅 鋁 蘋果 3 450
試根據上表中的實驗數據回答下列問題:
(1)實驗2中負極是　　　,電極反應式為　　　　　　　　。
(2)實驗1和5電流方向相反的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)由實驗1~實驗4可知影響水果電池的電壓的因素有　　　　　　　　　　　　。
(4)根據實驗2、6和實驗1、5的比較可發現水果電池的電壓還與　　　　　有關。
鋅
Zn-2e-===Zn2+
水果類型(電解質溶液)相同時,實驗1中鋅的還原性大于銅,鋅是負極,實驗5中鋅的還原性小于鋁,鋅是正極
水果的類型(或電解質溶液)
電極材料
13.為了探究原電池的工作原理,某化學學習小組設計了一組實驗,其裝置如圖所示:
回答下列問題:
(1)根據原電池原理填寫下表:
裝置序號 正極 負極反應式 陽離子移動方向
甲
乙
丙
丁
Al
Mg-2e-===Mg2+
移向鋁極
Pt
Fe-2e-===Fe2+
移向鉑極
Mg
Al-3e-+4OH-===[Al(OH)4]-
移向鎂極
Al
Cu-2e-===Cu2+
移向鋁極
解析　(1)甲中Mg、Al分別為負極和正極,負極Mg失電子生成Mg2+,陽離子向正極Al移動;乙中Fe、Pt分別為負極和正極,負極Fe失電子生成Fe2+,陽離子向正極Pt移動;丙中Al、Mg分別為負極和正極,負極Al生成[Al(OH)4]-,陽離子向正極Mg移動;丁中Al遇濃硝酸鈍化,Cu、Al分別為負極和正極,負極Cu失電子生成Cu2+,陽離子向正極Al移動。
(2)電極類型除與電極材料的性質有關外,還與　　　　　　有關。
(3)裝置甲和裝置丙中Mg電極的作用是否相同　　　 (填“是”或“否”)
(4)上述電池放電過程中,電解質溶液酸堿性的變化:
甲　　　　　,丙　　　　　　(填“酸性減弱”或“堿性減弱”)。
電解質溶液的性質
否
酸性減弱
堿性減弱
解析　(2)電極類型與電極材料和電解質溶液的性質都有關。(3)甲裝置中,電解質溶液為稀硫酸,Mg作負極,丙裝置中電解質溶液為氫氧化鈉,Mg作正極。(4)甲中消耗稀硫酸,溶液酸性減弱,丙反應中消耗OH-,溶液堿性減弱。基礎課時9　化學反應與電能
學習目標　1.通過實驗探究,認識化學能可以轉化為電能。從氧化還原反應的角度初步認識原電池的工作原理。
2.通過對原電池的學習,體會提高燃料的燃燒效率、開發高能清潔燃料和研制新型電池的重要性。3.能列舉化學能轉化為電能的實例,能辨識簡單原電池的構成要素。
一、原電池構成條件及工作原理
(一)知識梳理
1.火力發電——化學能間接轉化為電能
(1)能量轉換原理及過程
化學能熱能機械能電能
(2)化學能轉化為電能的關鍵:燃燒(氧化還原反應)。
(3)能量轉化特點
能量利用率低、污染嚴重。
2.原電池——化學能直接轉化為電能
(1)實驗探究
實驗裝置 實驗現象 實驗結論
鋅片:逐漸溶解,有氣泡產生 銅片:沒有變化 鋅與稀硫酸反應生成氫氣,銅與稀硫酸不反應
鋅片:逐漸溶解 銅片:有氣泡產生 電流表:指針發生偏轉 鋅失去電子,變為Zn2+,電子經過導線流向銅片,產生電流,H+在銅片上得到電子生成H2,反應過程中產生了電能
(2)原電池的工作原理(以銅鋅稀硫酸原電池為例)
①圖示
②原電池含義:將化學能轉化為電能的裝置,本質是發生氧化還原反應。
③原電池工作時電子、離子的移動方向
a.電子的移動方向:從負極流出,經導線流向正極。
b.離子的移動方向:陽離子向正極移動,陰離子向負極移動。
(3)原電池的構成條件
①反應:能自發進行的、放熱的氧化還原反應;
②電極:具有活動性不同的兩個電極(金屬與金屬或金屬與能導電的非金屬);
③溶液:兩電極均插入電解質溶液中;
④導線:兩電極用導線相連,形成閉合回路。
(二)互動探究
某化學活動小組用一個檸檬、一排銅釘和一排鋅釘制作的水果電池如圖,該電池可以使LED燈發光。
【問題討論】
問題1　該電池的電池反應是什么 寫出離子方程式。
提示　該電池利用了金屬鋅與酸的反應,離子方程式為Zn+2H+===Zn2++H2↑。
問題2　若用鐵片代替鋅片LED燈能不能亮 若用鐵片代替銅片呢 若用銀片代替鋅片呢
提示　若用鐵片代替鋅片,由于鐵能與酸反應,LED燈仍然能亮;若用鐵片代替銅片,由于鋅比鐵活潑,仍然發生反應Zn+2H+===Zn2++H2↑,LED燈仍然能亮;若用銀片代替鋅片,銀和銅都不能與酸反應,無電流產生,LED燈不亮。
問題3　根據上面分析可知構成原電池的條件有哪些
提示　①兩個活潑性不同的金屬電極或金屬與導電非金屬;②電解質溶液;③閉合回路;④自發進行的氧化還原反應。
問題4　 上述原電池內部陰、陽離子如何移動 移動的原因是什么
提示　陰離子(酸根離子)移向負極,陽離子移向正極(H+)。這是因為負極失電子,生成大量陽離子積聚在負極附近,致使該極附近有大量正電荷,所以溶液中的陰離子要移向負極;正極得電子,該極附近的陽離子因得電子生成電中性的物質而使該極附近帶負電荷,所以溶液中的陽離子要移向正極。
【探究歸納】
1.原電池的工作原理
(1)電子的移動方向:從負極流出,經導線流向正極,電流的流動方向與之相反(電子只能在導線中定向移動)。
(2)離子的移動方向:陽離子向正極移動,陰離子向負極移動(離子只能在電解質溶液或熔融電解質中定向移動)。電解質溶液中陰、陽離子的定向移動,與導線中電子的定向移動共同組成了一個完整的閉合回路。
2.原電池正負極的判斷方法
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列裝置能構成原電池的是 (　　)
答案　C
解析　A項,稀硫酸分裝在兩個容器中,不能形成閉合電路,不能構成原電池;B項,電極相同,不能構成原電池;C項,Fe-石墨,通過電解質溶液發生原電池反應,屬于原電池裝置;D項,乙醇不是電解質,故缺少電解質溶液,不能構成原電池。
2.下列關于原電池的敘述正確的是 (　　)
①原電池是把化學能轉化成電能的一種裝置
②原電池的正極發生氧化反應,負極發生還原反應
③能自發進行的氧化還原反應可設計成原電池
④碳棒不能用來作原電池的正極
⑤反應Cu+2Ag+===Cu2++2Ag可以自發進行
A.①③⑤ B.①④⑤
C.②③④ D.②⑤
答案　A
解析　①原電池裝置是將化學能轉化成電能的裝置,正確;②根據原電池的工作原理,負極上失去電子,化合價升高,發生氧化反應,正極上得電子,化合價降低,發生還原反應,錯誤;③原電池構成條件之一是自發進行的氧化還原反應,正確;④碳棒能導電,可以作正極,錯誤;⑤銅比銀活潑,能發生氧化還原反應,正確。
3.下列各組材料組成如圖裝置,電流表指針能發生偏轉的是 (　　)
選項 A B C D
M 石墨 Zn Fe Al
N Ag Ag Cu Al
P 稀硫酸 蔗糖溶液 FeCl3溶液 NaOH溶液
答案　C
解析　A項,Ag、石墨與稀硫酸都不反應,不能構成原電池,電流表指針不能發生偏轉;B項,蔗糖是非電解質,蔗糖溶液不導電,不能構成原電池,電流表指針不能發生偏轉;C項,鐵的活潑性大于銅,鐵與氯化鐵反應生成氯化亞鐵,Fe、Cu、FeCl3溶液構成原電池,電流表指針能發生偏轉;D項,M、N兩個電極相同,不能構成原電池,電流表指針不能發生偏轉。
二、原電池工作原理的應用
原電池原理的應用
(1)比較金屬活動性
(2)改變化學反應速率
(3)設計原電池
示例:把Fe+2Fe3+===3Fe2+設計成原電池。
①將已知氧化還原反應拆分成兩個半反應:
氧化反應:Fe-2e-===Fe2+
還原反應:2Fe3++2e-===2Fe2+
②根據總反應式并結合兩個半反應,找出正、負極材料及電解質溶液。可用Fe作負極,銅(或石墨)作正極,FeCl3溶液作電解質溶液。
③電極材料的選擇:選活潑性較強的金屬作負極,活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬材料作正極。
電解質溶液的選擇:電解質溶液一般要能與負極發生反應,可參照總反應式選擇電解質溶液。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.a、b、c、d四種金屬片浸入稀硫酸中,用導線兩兩組成原電池。若a、b相連時,電流由a經導線流向b;c、d相連時,d極質量減少;a、c相連時,c極上產生大量氣泡;a、d相連時,H+移向d極,則四種金屬的活動性順序由強到弱的順序為 (　　)
A.b>a>d>c B.b>d>a>c
C.b>a>c>d D.b>d>a>c
答案　A
解析　若a、b相連,電流由a經導線流向b,a為正極,則活潑性:b>a;若c、d相連,d極質量減小,d為負極,則活潑性:d>c;a、c相連,c極上產生大量氣泡,c為正極,則活潑性:a>c;a、d相連,H+移向d極,d為正極,則活潑性:a>d;所以金屬活動性順序由強到弱:b>a>d>c,A項正確。
2.100 mL 2 mol·L-1的鹽酸與過量的鋅反應,為加快速率,又不影響產生氫氣的總量,可采用的方法是 (　　)
A.加入適量的6 mol·L-1的鹽酸
B.加入數滴氯化銅溶液
C.加入適量的蒸餾水
D.加入適量的氯化鈉溶液
答案　B
解析　A項,能加快反應速率,但增加了產生氫氣的總量,錯誤;C、D項,不影響H2的量,但稀釋了鹽酸,降低了反應速率,錯誤;B項,發生反應Cu2++Zn===Zn2++Cu,形成Cu Zn原電池,加快了反應速率,正確。
3.一個原電池的總反應的離子方程式是Zn+Cu2+===Zn2++Cu,該反應的原電池組成正確的是 (　　)
A B C D
正極 Zn Ag Cu Cu
負極 Cu Cu Zn Zn
電解質溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 酒精
答案　C
解析　根據電池反應式知,Zn失電子化合價升高作負極,不如鋅活潑的金屬或導電的非金屬作正極,銅離子得電子發生還原反應,則可溶性銅鹽溶液作電解質溶液。A項,應該是Zn作負極、Cu作正極;B項,應該是鋅作負極、Cu作正極,含銅離子的溶液作電解質溶液;C項,Zn作負極、Cu作正極、硫酸銅溶液作電解質溶液可以實現該原電池反應;D項,酒精不是電解質,應是含銅離子的溶液作電解質溶液。
　　　　　　　　　　　　　　　　
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)原電池構成條件及工作原理
1.下列關于原電池的敘述正確的是 (　　)
A.原電池是將化學能轉變為電能的裝置
B.構成原電池的正極和負極材料必須是兩種活動性不同的金屬
C.在原電池中,電子流出的一極是負極,該電極被還原
D.原電池放電時,在電解質溶液中陽離子移向負極
答案　A
解析　原電池是將化學能轉變為電能的裝置,A正確;構成原電池的正極和負極的材料必須是能導電的材料,電極材料可以是金屬,也可以是非金屬,如石墨等,B錯誤;在原電池中,負極失電子,被氧化,電子從負極流出,C錯誤;原電池放電時,在電解質溶液中陽離子移向正極,D錯誤。
2.下列圖示的裝置屬于原電池的是 (　　)
A.③④⑤⑥ B.③④⑥⑦
C.③④⑤⑦⑧ D.③④⑤⑥⑦⑧
答案　B
解析　構成原電池的條件為兩極為活動性不同的金屬(或金屬與石墨)、電解質溶液、自發進行的氧化還原反應、構成閉合回路。①②缺少另一電極材料、⑤中的酒精是非電解質、⑧沒有構成閉合回路,故都不能構成原電池,符合構成原電池條件的為③④⑥⑦。
3.海水電池為探索深海提供了能源保障。一種鋰—海水電池以金屬鋰為負極,石墨為正極,下列關于該電池的描述正確的是 (　　)
A.正極上發生氧化反應
B.電流由Li流向石墨
C.Li+由正極向負極遷移
D.電池的總反應為2Li+2H2O===2LiOH+H2↑
答案　D
解析　鋰—海水電池以金屬鋰為負極,石墨為正極。電池的正極上發生還原反應,A錯誤;電池中電流由正極流向負極,故電流由石墨流向Li,B錯誤;電池中陽離子移向正極,故Li+由負極向正極遷移,C錯誤;負極Li失電子生成Li+,正極水得電子生成氫氧根離子和氫氣,故電池的總反應為2Li+2H2O===2LiOH+H2↑,D正確。
4.
如圖所示,電流計指針發生偏轉,同時A極質量減小,B極上有氣泡產生,C為電解質溶液,下列說法錯誤的是 (　　)
A.B極為原電池的正極
B.A、B、C可能分別為Zn、Cu、稀鹽酸
C.C中陽離子向A極移動
D.A極發生氧化反應
答案　C
解析　原電池中,負極金屬失去電子溶解,質量減小,故A極是負極,B極是正極,A項正確;根據構成情況可判斷A、B、C可能分別為Zn、Cu、稀鹽酸,B項正確;離子移動方向:陽離子向正極移動,陰離子向負極移動,C項錯誤;負極發生氧化反應,正極發生還原反應,D項正確。
5.如圖1是銅鋅原電池示意圖。圖2中,x軸表示實驗時流入正極的電子的物質的量,y軸表示 (　　)
A.銅棒的質量 B.c(Zn2+)
C.c(H+) D.c(S)
答案　C
解析　該裝置構成原電池,Zn是負極,Cu是正極。在正極Cu上溶液中的H+獲得電子變為氫氣,Cu棒的質量不變,A項錯誤;由于Zn是負極,不斷發生反應Zn-2e-===Zn2+,所以溶液中c(Zn2+)逐漸增大,B項錯誤;由于反應不斷消耗H+,所以溶液中c(H+)逐漸減小,C項正確; S不參加反應,其濃度不變,D項錯誤。
(二)原電池工作原理的應用
6.有a、b、c、d四個金屬電極,有關的實驗裝置及部分實驗現象如下:
實驗裝置
部分實驗現象 電子從a極流向b極 b極有氣體產生,c極無變化 d極溶解,c極有氣體產生 電流從a極流向d極
由此可判斷這四種金屬的活動性順序是 (　　)
A.a>b>c>d B.b>c>d>a
C.d>a>b>c D.a>b>d>c
答案　C
解析　裝置一:原電池中,電子從a極流向b極,a極為負極,b極為正極,所以金屬的活動性順序:a>b;裝置二:未構成原電池,b極有氣體產生,c極無變化,所以金屬的活動性順序:b>c;裝置三:原電池中,d極溶解,所以d是負極,c極有氣體產生,所以c是正極,所以金屬的活動性順序:d>c;裝置四:原電池中,電流從a極流向d極,a極為正極,d極為負極,所以金屬的活動性順序:d>a;所以這四種金屬的活動性順序:d>a>b>c。
7.利用離子反應“Cu+2Fe3+===C+2Fe2+”設計原電池,下列設計合理的是 (　　)
A.銅片、鐵片、FeCl3溶液組成的原電池
B.石墨、鐵片、Cu(NO3)2溶液組成的原電池
C.鐵片、鋅片、Fe2(SO4)3溶液組成的原電池
D.銅片、石墨、Fe(NO3)3溶液組成的原電池
答案　D
解析　Cu不如鐵活潑,則Fe作負極、Cu作正極,電池反應為Fe+2Fe3+===3F故A錯誤;活潑金屬鐵作負極,電解質溶液是含有Fe3+的溶液,電池反應為Fe+C===Cu+Fe2+,B錯誤;Fe不如Zn活潑,則Fe作正極、Zn作負極,故C錯誤;銅片做負極,電解質溶液是可溶性的鐵鹽溶液,故D正確。
8.根據原電池原理,結合裝置圖,按要求解答問題:
(1)若X為Zn,Y為稀硫酸溶液,則銅電極上的現象為　　　　　　;溶液中的S移向　　　　(填“Cu”或“Zn”)電極。
(2)若X為銀,Y為硝酸銀溶液,則電子從　　　　(填“Cu”或“Ag”)電極流出,Ag電極上的電極反應為　　　　　　　　　　　　。
(3)若X為Fe,Y為濃硝酸,則X為　　　　極(填“正”或“負”),電池的總反應為　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　。
(4)若把反應Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+利用上圖設計成原電池,則X為　　　　　　(填材料的名稱),Y為　　　　　　(填化學式)。
答案　(1)有氣泡產生　Zn
(2)Cu　Ag++e-===Ag
(3)正　Cu+4HNO3(濃)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
(4)銀(或石墨等其他合理答案)
FeCl3或Fe2(SO4)3
解析　(1)若X為Zn,Y為稀硫酸溶液,可知Zn為原電池的負極,銅電極為正極,氫離子在正極上得到電子,產生氫氣,可以看到的現象是有氣泡產生;溶液中的S移向負極,即Zn電極;(2)若X為銀,Y為硝酸銀溶液,因為活潑性:Cu>Ag,則銅為原電池的負極,銀為正極,則電子從Cu電極流出;Ag電極上,銀離子得電子,生成Ag,電極反應為Ag++e-===Ag;(3)若X為Fe,Y為濃硝酸,因為室溫下,鐵與濃硝酸發生鈍化反應,銅可以反應,則銅為負極,鐵為正極,即X為正極;該電池的總反應為銅與濃硝酸反應,生成硝酸銅、二氧化氮和水,方程式為Cu+4HNO3(濃)===Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O;(4)若把反應Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+利用上圖設計成原電池,該反應中,銅失電子,做電池的負極,則X為正極,電極材料比銅活動性差,材料可以為銀(或石墨等其他合理答案);電解質在正極上得到電子,即Y中含有鐵離子,可以為FeCl3、Fe2(SO4)3。
B級　素養培優練
9.如圖所示是Zn和Cu形成的原電池,某實驗興趣小組做完實驗后,在讀書卡上的記錄如下:
①Cu為負極,Zn為正極
②Cu電極上有氣泡產生,發生還原反應
③S向Cu電極移動
④若有1 mol電子流經導線,則可產生0.5 mol氣體
⑤電子的流向是Cu→Zn
⑥正極反應式為Cu-2e-===Cu2+,發生氧化反應
則卡片上的描述合理的是 (　　)
A.①②③ B.②④
C.②③④ D.③④⑤
答案　B
解析　Zn和Cu形成的原電池,以稀硫酸作電解質溶液,Zn是負極失去電子,電極反應:Zn-2e-===Zn2+,Cu是正極,電極反應:2H++2e-===H2↑。①據分析, Zn為負極,Cu為正極,①不合理;②Cu電極上有氣泡產生,發生還原反應,電極反應:2H++2e-===H2↑,②合理;③原電池中陰離子向負極移動,該電池中S向Zn電極移動,③不合理;④若有1 mol電子流經導線,據分析,2H++2e-===H2↑,則可產生0.5 mol氫氣,④合理;⑤電子的流向是從負極經外電路流向正極, Zn→Cu,⑤不合理;⑥Cu為正極材料,起到導電作用,正極反應式為2H++2e-===H2↑,發生還原反應,⑥不合理;合理的是②④。
10.某小組利用如圖裝置研究原電池工作原理。下列敘述不正確的是 (　　)
A.a和b不連接時,鐵片上會有金屬銅析出
B.a和b用導線連接時,銅片上的反應為Cu2++2e-===Cu
C.無論a和b是否連接,鐵片均發生還原反應
D.a和b用導線連接時,溶液中Cu2+向銅電極移動
答案　C
解析　a和b不連接時,鐵片和硫酸銅溶液之間發生化學反應,鐵能將金屬銅從其鹽中置換出來,所以鐵片上會有金屬銅析出,A正確;a和b用導線連接時,形成了原電池,銅作正極,發生的反應為Cu2++2e-===Cu,故B正確;a和b不連接時,鐵片和硫酸銅溶液之間發生化學反應,鐵能將金屬銅從其鹽中置換出來,a和b用導線連接時,形成了原電池,加快了鐵將金屬銅從其鹽中置換出來的速度,無論a和b是否連接,鐵片均會溶解,鐵片均發生氧化反應,故C錯誤;a和b用導線連接時,形成了原電池,Fe為負極,Cu為正極,銅離子移向銅電極,故D正確。
11.普通水泥在固化過程中其自由水分子減少并形成堿性溶液,根據這一物理化學特點,科學家發明了電動勢法測水泥的初凝時間,此法的原理如圖所示,反應的總方程式為2Cu+Ag2O===Cu2O+2Ag,下列有關說法正確的是 (　　)
A.電池工作時,OH-向Ag2O/Ag極移動
B.負極的電極反應式為2Cu+2OH-+2e-===Cu2O+H2O
C.測量原理示意圖中,電流方向從Cu→Ag2O
D.電路中轉移2 mol電子時,正極材料減少了16 g
答案　D
解析　根據總反應可知,電池工作時Cu被氧化,為負極,Ag2O/Ag電極為正極。A項,原電池工作時,陰離子向負極移動,陽離子向正極移動;B項,負極發生氧化反應,電極方程式為2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O;C項,測量原理示意圖中,電流方向從正極流向負極,即Ag2O→Cu;D項,正極反應為Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-,電路中有2 mol電子轉移時,電極減少1 mol O,質量為16 g。
12.有甲、乙兩位同學,他們一起做了水果電池的實驗,測得數據如下:
實驗次數 電極材料 水果品種 電極間距/cm 電壓/mV
1 鋅 銅 菠蘿 3 900
2 鋅 銅 蘋果 3 650
3 鋅 銅 柑橘 3 850
4 鋅 銅 西紅柿 3 750
5 鋅 鋁 菠蘿 3 650
6 鋅 鋁 蘋果 3 450
試根據上表中的實驗數據回答下列問題:
(1)實驗2中負極是　　　　　　,電極反應式為　　　　　　　　　　　　。
(2)實驗1和5電流方向相反的原因是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(3)由實驗1~實驗4可知影響水果電池的電壓的因素有　　　　　　。
(4)根據實驗2、6和實驗1、5的比較可發現水果電池的電壓還與　　　　　　有關。
答案　(1)鋅　Zn-2e-===Zn2+
(2)水果類型(電解質溶液)相同時,實驗1中鋅的還原性大于銅,鋅是負極,實驗5中鋅的還原性小于鋁,鋅是正極
(3)水果的類型(或電解質溶液)
(4)電極材料
13.為了探究原電池的工作原理,某化學學習小組設計了一組實驗,其裝置如圖所示:
回答下列問題:
(1)根據原電池原理填寫下表:
裝置序號 正極 負極反應式 陽離子移動方向
甲
乙
丙
丁
(2)電極類型除與電極材料的性質有關外,還與　　　　　　有關。
(3)裝置甲和裝置丙中Mg電極的作用是否相同　　　　　　(填“是”或“否”)
(4)上述電池放電過程中,電解質溶液酸堿性的變化:
甲　　　　　　　　,丙　　　　　　　　　(填“酸性減弱”或“堿性減弱”)。
答案　(1)
裝置 正極 負極反應式 陽離子移動方向
甲 Al Mg-2e-===Mg2+ 移向鋁極
乙 Pt Fe-2e-===Fe2+ 移向鉑極
丙 Mg Al-3e-+4OH-===[Al(OH)4]- 移向鎂極
丁 Al Cu-2e-===Cu2+ 移向鋁極
(2)電解質溶液的性質
(3)否
(4)酸性減弱　堿性減弱
解析　(1)甲中Mg、Al分別為負極和正極,負極Mg失電子生成Mg2+,陽離子向正極Al移動;乙中Fe、Pt分別為負極和正極,負極Fe失電子生成Fe2+,陽離子向正極Pt移動;丙中Al、Mg分別為負極和正極,負極Al生成[Al(OH)4]-,陽離子向正極Mg移動;丁中Al遇濃硝酸鈍化,Cu、Al分別為負極和正極,負極Cu失電子生成Cu2+,陽離子向正極Al移動。(2)電極類型與電極材料和電解質溶液的性質都有關。(3)甲裝置中,電解質溶液為稀硫酸,Mg作負極,丙裝置中電解質溶液為氫氧化鈉,Mg作正極。(4)甲中消耗稀硫酸,溶液酸性減弱,丙反應中消耗OH-,溶液堿性減弱。

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