2 第一节 第2课时 化学反应与电能-【金版新学案】2024-2025学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 双选）

第2课时　化学反应与电能 [学习目标]　1.设计实验认识构成原电池的条件。　2.理解原电池的概念及工作原理，能正确判断原电池的正、负极。　3.了解原电池工作原理的应用。 任务一　火力发电——化学能间接转化为电能 1．我国目前使用的电能主要来自火力发电，其次来自水力发电。 2．火力发电的原理 通过化石燃料燃烧时发生的氧化还原反应，使化学能转化为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。 3．能量转换过程 化学能热能机械能电能，其中能量转换的关键是燃烧。 4．能量转化的关键及特点 关键 燃烧(氧化还原反应) 特点 能量利用率低，污染严重 [交流研讨]　试从资源、能效、对环境的影响等方面，阐述火力发电的弊端有哪些。 提示：①化石燃料属于不可再生能源，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、NOx、粉尘等)，污染环境。 1．近年来我国的火力发电量占比超过了70%，而火力发电量中“接近90%使用的是煤炭”。如图是燃煤电厂示意图。下列叙述不正确的是(　　) A．火力发电过程中能量主要转化的过程为化学能→热能→电能 B．用生锈铁屑处理烟囱排放废气中的CO C．向燃煤中加入CaO能减少酸雨的形成 D．除尘器除尘利用了胶体的性质 答案：A 解析：A．火力发电是将化学能首先转化为热能，热能转化为机械能，然后转化为电能的过程，故A错误；B．在高温条件下，一氧化碳与铁锈中的氧化铁反应生成铁和二氧化碳，故B正确；C．燃煤中加入CaO可以固硫，把硫元素最终转变为硫酸钙，减少二氧化硫的排放、减少酸雨的形成，故C正确；D．胶粒带电，静电除尘利用了胶体的电泳性质，故D正确；答案选A。 2．下列说法不正确的是(　　) A．火力发电用的煤是不可再生能源 B．煤经过气化和液化两个化学变化，可变为清洁能源 C．电能是一种清洁、高效、便捷的一次能源 D．科学规划开发水电，可助力实现碳达峰、碳中和的“双碳”目标 答案：C 解析：A．火力发电用的煤是化石能源，煤是不可再生能源，故A正确；B．煤经过气化和液化两个化学变化，可变为清洁能源，故B正确；C．电能是一种清洁、高效、便捷的二次能源，故C错误；D．科学规划开发水电，能降低化石燃料的消耗，可助力实现碳达峰、碳中和的“双碳”目标，故D正确；选C。 任务二　原电池 【实验探究】 实验 装置 实验 现象 铜片：没有变化 锌片：逐渐溶解 铜片：有气泡产生 锌片：逐渐溶解 电流表：指针发生偏转 实验 结论 锌与稀硫酸反应产 生氢气，而铜不反应 导线中有电流通过， 反应过程中产生了电能 1.原电池 (1)概念：将化学能转化为电能的装置。 (2)本质：发生氧化还原反应。 学生用书第47页 2.原电池工作原理 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 Zn－2e－===Zn2+ 2H＋＋2e－===H2↑ 反应类型 氧化反应 还原反应 电子流向 由Zn片沿导线流向Cu片 电流方向 由Cu片沿导线流向Zn片 总反应的离子方程式 Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑ [交流研讨1]　结合上述实验和课本原电池原理示意图，分析说明该原电池的电极和导线、电解质溶液中的导电微粒分别是什么，并说明其移动方向。 提示：电极(锌片、铜片)和导线中的导电微粒是电子，从负极流出，经导线流向正极；电解质溶液中的导电微粒是阳离子H＋、阴离子SO，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 3．原电池的构成条件 [交流研讨2]　(1)图1装置中的铜作什么电极？铜能否用锌代替？ 提示：铜作正极。不能，若用锌代替铜，两极活泼性相同，不能构成原电池。 (2)图2中将锌片换成铜，能形成原电池吗？ 提示：不能，无自发进行的氧化还原反应。 (3)图2中用酒精代替稀硫酸能形成原电池吗？ 提示：不能，酒精是非电解质，不导电。 构成原电池的必要条件 1．一反应：自发的氧化还原反应可设计成原电池。 2．两极：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。 3．一液：具有电解质溶液。 4．一回路：形成闭合回路。　　 1．(2024·儋州期末)下列各组材料中，不能组成原电池的是(　　) 选项 A B C D 两极材料 Zn片、石墨 Cu片，Ag片 Zn片、Cu片 Fe片、Cu片 电解质溶液 H2SO4溶液 AgNO3溶液 蔗糖溶液 稀盐酸 答案：C 解析：A．锌是活泼金属，石墨能导电，锌和硫酸能自发地发生氧化还原反应，所以能形成原电池，故A不 符合题意；B．两金属的活泼性不同，且铜片能自发地与AgNO3溶液发生氧化还原反应，所以能形成原电池，故B不符合题意；C．两金属的活泼性不同，但是蔗糖是非电解质，所以不能形成原电池，故C符合题意；D．两金属的活泼性不同，铁和稀盐酸能自发地发生氧化还原反应，所以能形成原电池，故D不符合题意。 2.根据原电池原理，结合装置图，按要求解答问题。 (1)若X为Zn，Y为硫酸铜溶液，则X为____________(填电极名称)；铜电极的名称是____________，溶液中的Cu2+移向________(填“Cu”或“X”)电极。 (2)若X为银，Y为硝酸银溶液，则X为__________(填电极名称)；铜电极的名称是____________，溶液中的Ag＋移向________(填“Cu”或“X”)电极。X电极上的电极反应式为________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)负极　正极 　Cu (2)正极　负极 　X　Ag＋＋e－===Ag 电极名称的判断方法 　　 学生用书第48页 任务三　原电池工作原理的简单应用 1．加快氧化还原反应的进行 在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中粒子运动相互间的干扰减小，使反应加快。 2．比较金属的活动性 一般地，两种金属A、B与电解质溶液构成原电池，若A作负极，则金属活动性：A＞B。 3．设计原电池 一般给定氧化还原反应的还原剂作负极，氧化剂作电解质溶液，比负极活动性弱的金属或石墨等能导电的非金属作正极。 [交流研讨]　利用Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag的氧化还原反应设计原电池。 提示： 1．(2023·佳木斯市期中)少量的Zn与过量的稀硫酸反应制取氢气，一定温度下能加快反应速率又不影响氢气的量，可向其中加入少量的(　　) A．CuSO4晶体 B．CH3COONa固体 C．NaHSO4晶体 D．Na2SO4溶液 答案：C 解析：A．CuSO4晶体溶于水后与Zn反应，生成ZnSO4和Cu，Zn、Cu、稀硫酸形成原电池，反应速率加快，但由于与硫酸反应的Zn量减少，生成H2的体积减少，A不符合题意；B．CH3COONa固体溶于水后，与稀硫酸反应，使溶液中c(H＋)减小，反应速率减慢，B不符合题意；C．NaHSO4晶体溶于水后，增大了溶液中的c(H＋)，加快反应速率，但对产生H2的体积不产生影响，C符合题意；D．加入Na2SO4溶液，相当于加入水，使c(H＋)减小，反应速率减慢，D不符合题意；故选C。 2．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。判断X、Y、Z三种金属的活动性顺序，并说出你的理由。 答案：Y>X>Z。理由：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表和置换反应原理，可知X>Z，故有Y>X>Z。 1．电能是国民生产、生活中的重要能源，如图是我国某一时期电力生产量的构成图。 下列有关火力发电的描述，正确的是(　　) A．火力发电的能量转换形式为化学能直接转化为电能 B．火力发电的主要燃料为煤，煤炭是可再生能源 C．火力发电不但排放出大量温室气体，还可能导致酸雨 D．火力发电过程中的能量转化，热能转化为机械能是关键 答案：C 解析：火力发电过程是化学能→热能→机械能→电能，是化学能间接转化为电能，A错误；作火力发电燃料的煤为不可再生能源，B错误；在燃煤过程中，会产生大量CO2和SO2，可导致温室效应及酸雨，C正确；火力发电过程中，燃烧是关键，D错误。 2．下列图示的装置不能形成原电池的是(　　) 答案：D 解析：A．该装置中有两个活动性不同的电极，且Zn电极能与稀硫酸发生氧化还原反应，所以能形成原电池，A不符合题意；B．该装置中Zn、C的活动性不同，且Zn能与稀硫酸发生氧化还原反应，所以能形成原电池，B不符合题意；C．该装置中两个活动性不同的电极虽然没有用导线连接，但两电极直接接触，相当于用导线连接，且Fe能与稀硫酸发生氧化还原反应，所以能形成原电池，C不符合题意；D．此装置中两个电极材料都为Fe，活动性相同，不能形成原电池，D符合题意；故选D。 3.由U形管、质量为m g的铁棒、质量为m g的碳棒和1 L 0.2 mol·L-1CuCl2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 学生用书第49页 C．闭合K，铁棒表面发生的电极反应为Cu2+＋2e－===Cu D．闭合K，当电路中有0.3NA个电子通过时，理论上碳棒与铁棒的质量差为18 g 答案：D 解析：闭合K，Fe与CuCl2反应生成Cu和FeCl2，其中Fe元素的化合价由0价变成＋2价，故Fe是负极，碳棒是正极。A．电子不能通过电解质溶液，A错误；B．闭合K，铁转化成Fe2+进入溶液，B错误；C．闭合K，铁转化成Fe2+进入溶液，电极反应为Fe－2e－===Fe2+，C错误；D．化学反应方程式为Fe＋CuCl2===Cu＋FeCl2，铁棒不断地溶解，碳棒上有金属铜析出，由以上分析可知，当转移2NA电子时，碳棒与铁棒的质量差为120 g，故当电路中有0.3NA个电子通过时，理论上碳棒与铁棒的质量差为18 g，D正确；故选D。 4．A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。 (1)A中反应的离子方程式为______________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)B中锡极为________极，电极反应式为________________，锡极附近溶液的酸性________(填“增强”、“减弱”或“不变”)。B中Fe极为______极，电极反应式为________________________________________________________________________。 (3)C中被氧化的金属是________，总反应的化学方程式为_____________________ ________________________________________________________________________。 (4)A、B、C中铁被氧化由快到慢的顺序是___________________________________。 答案：(1)Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑　(2)正　2H＋＋2e－===H2↑　减弱　负　Fe－2e－===Fe2+　(3)Zn　Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑　(4)B＞A＞C 解析：A中不能形成原电池，铁与稀硫酸发生置换反应。B中能形成原电池，铁比锡活泼，锡为正极，铁为负极，铁被氧化的速率加快。C能形成原电池，锌比铁活泼，锌为负极，不断被氧化，铁为正极，不发生变化。 学科网（北京）股份有限公司 $$