第6章 第1节 课时2 化学反应与电能-【正禾一本通】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 单选）

第2课时　化学反应与电能 学习目标 素养解读 1.知道化学反应可以实现化学能与其他形式能量的转化，以原电池为例认识化学能可以转化为电能。 2．从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理 通过实验探究原电池的工作原理，培养自主探索创新精神和交流合作学习兴趣，养成严谨的科学态度，发展“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养 任务一　原电池 生活中形形色色的电池应用广泛，你知道各种电池的工作原理吗？电池提供的电能来自哪里？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：原电池是将电池内部化学物质的化学能转化为电能。 1．火力发电——化学能间接转化为电能 (1)能量转换原理及过程 化学能热能机械能电能 (2)关键：燃烧(氧化还原反应)。 2．原电池——化学能直接转化为电能 (1)实验探究 实验装置 实验现象 实验结论 ① 锌片上有气泡；铜片上无气泡 锌与稀硫酸发生反应产生氢气，而铜不能 ② 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 ③ 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 (2)定义：把化学能转化为电能的装置。 (3)工作原理(以铜­锌­稀硫酸原电池为例) 电极材料 电极名称 电子流向 电极反应式 反应类型 锌 负极 流出 Zn－2e－===Zn2+ 氧化反应 铜 正极 流入 2H＋＋2e－===H2↑ 还原反应 总反应 Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑ (4)构成条件 [提醒] ①原电池中电流方向为正极→负极；电子流动方向(导线中)为负极→正极；阴、阳离子的移动方向(电解质溶液中)为阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 ②构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为能导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。 ③两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。 【易错辨析】 (1)原电池是一种将电能转化为化学能的装置(×) (2)铜片和锌片用导线连接插入稀硫酸中，锌片表面产生大量气泡(×) (3)原电池中，电子由负极经导线流向正极(√) (4)原电池的电解质溶液中，阳离子移向负极，阴离子移向正极(×) (5)盐酸与NaOH溶液反应放出热量，故可利用此反应设计原电池(×) 【对点练】 考向1　原电池的构成条件 1．下列装置能构成原电池的是(　　) 解析：选B。A项、D项，未形成闭合回路，不能构成原电池；B项，装置中有两个活泼性不同的电极、有电解质溶液、形成了闭合回路，同时有自发进行的氧化还原反应：Fe＋CuCl2===FeCl2＋Cu，即符合原电池的构成原理和条件；C项，四氯化碳为非电解质，不能构成原电池。 2．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 稀硫酸 AgNO3溶液 蔗糖溶液 稀盐酸 解析：选C。C中蔗糖是非电解质，不能构成原电池。 考向2　原电池的工作原理 3．(2024·江苏徐州检测)如图为铜锌原电池示意图，下列说法中不正确的是(　　) A．锌片逐渐溶解，铜片上有气泡 B．该装置是把电能转变成化学能的装置 C．电子由锌片通过导线流向铜片 D．H＋移向铜电极，发生还原反应 解析：选B。锌片作负极，Zn失电子生成Zn2+进入溶液，所以锌片逐渐溶解，铜片为正极，H＋得电子生成H2，从而产生气泡，A正确；该装置为原电池，通过发生氧化还原反应，将化学能转化为电能，B错误；在原电池中，电子由负极产生，然后沿导线进入正极，所以电子由锌片通过导线流向铜片，C正确；铜为正极，在原电池中阳离子向正极移动，D正确。 4．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)，判断依据：__________________；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)，判断依据：______________；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　锌的活泼性比铜强(或Zn的还原性比Cu强)　正极　Cu　(2)正极　铜的活泼性比银强(或Cu的还原性比Ag强)　负极　X　Ag＋＋e－===Ag 任务二　原电池工作原理的应用 【要点归纳】 1．加快化学反应速率 原理 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 实例 实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率 2.比较金属活泼性强弱 原理 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，即活动性：负极金属>正极金属 实例 有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生。由原电池原理可知，金属活动性A>B 3.用于金属保护 将被保护的金属与比其活泼的金属连接。 原理 作原电池的正极的金属材料不参与反应 实例 要保护一个铁制的输水管道，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极 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(还原剂－ne－===氧化产物) Fe－2e－===Fe2+ 正极反应(氧化剂＋ne－===还原产物 Cu2++2e－===Cu 选择电极材料 负极：一般为较活泼金属 Fe 正极：活泼性弱于负极材料的金属或石墨 Cu或C 选择电解质溶液 一般要能与负极反应 CuSO4溶液 画出装置图 【典例分析】 【典例】 [实验目的]利用所学知识，设计原电池装置。 [实验方案]①Cu­Mg原电池，电解质溶液为橙汁； ②Cu­Fe原电池，电解质溶液为苹果汁； ③Fe­Mg原电池，电解质溶液为柠檬汁。 [实验操作]用导线分别将三种方案中的金属片连接到金属夹上，分别将金属片两两插入到盛有果汁的三个500 mL的烧杯中，将发光二极管两端分别接在三种方案中金属活动性不同的金属夹上。观察现象，连接方式如图所示。 [实验现象]三种方案中发光二极管均发光。 [实验结论]原电池把化学能转变为电能。 回答问题： (1)连接装置时活泼金属接二极管的______极上，较不活泼金属接二极管的________极上。 (2)在方案①②中铜作电极情况：________。 (3)在方案①③中镁作电极情况：________________。 (4)在方案②③中铁作电极情况：___________________________。 (5)在方案③中负极反应为________________________________，正极反应为________________________，总电池反应方程式为___________________。 答案：(1)负　正　(2)均作正极　(3)均作负极 (4)方案②中铁作负极，方案③中铁作正极 (5)Mg－2e－===Mg2+　2H＋＋2e－===H2↑　Mg＋2H＋===Mg2+＋H2↑ 【对点练】 5.有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验装置 部分实验现象 a极质量减小，b极质量增大 b极有气体产生，c极无变化 d极溶解，c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　) A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c 解析：选C。装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属易失去电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序中氢的后面；装置三和四均形成原电池，易知d比c活泼，d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d＞a＞b＞c，故选C。 6．同学们在“简易电池的设计与制作”的实验中，对影响自制电池效果的因素进行了实验探究。 [提出问题]　影响自制电池效果的因素有哪些？ [查阅资料]　电极材料、电极间距、水果种类对自制水果电池的效果可能有影响。 [实验探究]　Ⅰ.按如图连接水果电池。 Ⅱ.实验记录如下： 序号 电极 电极间距/cm 水果种类 电流表示数/μA ① Cu­Al 2.0 西红柿 78.5 ② Cu­Fe 2.0 西红柿 70.3 ③ Al­Al 2.0 西红柿 0 ④ Cu­Al 2.0 柠檬 45.7 ⑤ Cu­Al 1.0 柠檬 98.4 ⑥ 石墨棒­Al 1.0 柠檬 104.5 [解释与结论] (1)实验①②③的目的是_________________________________。 对比实验①②③得出的结论是______________________________________。 (2)欲得出“水果种类对电池效果有影响”的结论，需要对比实验_____________(填序号)。对比④⑤得出的结论是________________________。 [反思与探讨] (3)水果电池中，水果的作用是_____________________________。 (4)对比实验①②③可知构成水果电池的电极必须具备的条件为___________，构成水果电池的其他要素还有___________、____________、____________。 答案：(1)探究电极材料对电池效果的影响　在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电池效果越好　(2)①④　在其他条件相同时，电极间距越小，电流越大，电池效果越好　(3)作电解质溶液　(4)两极金属活动性不同　能发生自发的氧化还原反应　形成闭合回路　有电解质溶液 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．电能是国民生产、生活中的重要能源。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 解析：选C。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短期内不可再生能源，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．(2024·海南海口期中)钢铁不是纯净的铁，通常含有少量的碳，在潮湿的空气中易形成原电池而腐蚀，下列说法正确的是(　　) A．铁为正极，发生还原反应 B．铁为负极，发生氧化反应 C．碳为正极，发生氧化反应 D．碳为负极，发生还原反应 答案：B 3．锌铜原电池的装置如图，下列说法正确的是(　　) A．若用乙醇代替CuSO4溶液，也能构成原电池 B．铜电极的电极反应式为Cu2+＋2e－===Cu C．电子由锌电极流出，经电解质溶液传递到铜电极 D．电池工作时，溶液中的Cu2+向锌电极迁移 解析：选B。原电池中发生总反应Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu，锌为负极，失去电子发生氧化反应，铜作正极，得到电子发生还原反应。乙醇是非电解质，构成原电池需要有电解质溶液，A错误；铜电极是正极，锌电极是负极，正极Cu2+得电子，B正确；电子由负极流出经导线传递到正极，C错误；原电池中阳离子向正极迁移，D错误。 4．化学电源在生产生活中有着广泛的应用，请回答下列问题： (1)根据构成原电池的本质判断，下列化学方程式正确且能设计成原电池的是______。 A．KOH＋HCl===KCl＋H2O B．Cu＋Fe3+===Fe2+＋Cu2+ C．Na2O＋H2O===2NaOH D．Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑ (2)为了探究化学反应中的能量变化，某同学设计了如下两个实验(如下图)。有关实验现象，下列说法正确的是________。 A．图Ⅰ中温度计的示数高于图Ⅱ的示数 B．图Ⅰ和图Ⅱ中温度计的示数相等，且均高于室温 C．图Ⅰ和图Ⅱ的气泡均产生于锌棒表面 D．图Ⅱ中产生气体的速度比Ⅰ慢 解析：(1)电池的构成原理是自发进行的氧化还原反应。 (2)图Ⅰ主要将化学能转化为热能，而图Ⅱ主要将化学能转化为电能，则图Ⅰ中温度计的示数高于图Ⅱ的示数，A对；由A分析可知，图Ⅰ和图Ⅱ中温度计的示数不相等，但均高于室温，B错；图Ⅱ铜为正极，铜的表面有气泡产生，C错；利用原电池反应可以使金属与酸的反应速率加快，故图Ⅱ中产生气体的速度比Ⅰ快，D错。 答案：(1) D　(2)A 学科网（北京）股份有限公司 $$