第6章 第1节 第2课时 化学反应与电能（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中化学必修第二册（人教版2024）

第2课时　化学反应与电能 [学习目标] 1.以原电池为例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。（宏观辨识与微观探析） 2.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，能书写电极反应式并能分析简单原电池的工作原理。（证据推理与模型认知） （见学生用书P51） 知识点1　火力发电——化学能间接转化为电能 1.我们日常使用的电能主要来自①　火力　发电。 2.火力发电的原理 通过化石燃料②　燃烧　时发生的③　氧化还原反应　，使④　化学能转变为热能　，加热水使之⑤　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 ⑥　化学　能⑦　热　能⑧　机械　能⑨　电　能 知识点2　原电池——化学能直接转化为电能 1. 实验探究 实验操作 实验现象 原因解释 （1） Zn片：⑩　锌片溶解，表面产生无色气泡　 Cu片：⑪　无明显变化　 反应的离子方程式：Zn＋2H＋Zn2＋＋H2↑ Cu片表面上出现此现象的原因：⑫　铜在金属活动性顺序表中排在氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气　 （2） Zn片是否溶解：⑬　溶解　 Cu片上是否有气泡：⑭　有气泡　电流表A指针⑮　偏转　 电流表指针的变化：⑯　导线中有电流通过　 Cu片上出现此现象说明：⑰　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　 2.原电池的概念 原电池是把⑱　化学　能转化为⑲　电　能的装置。 3.原电池的工作原理 （1）分析下图并填空。 原电池总反应式：㉖　Zn＋2H＋Zn2＋＋H2↑　。 （2）能量转化：㉗　化学　能转变为㉘　电　能。 （3）电极：电子㉙　流出　的一极是负极，电子㉚　流入　的一极是正极。 知识点3　化学电池 1.一次电池 （1）特点：电池放电后㉛　不能　充电（内部的氧化还原反应㉜　无法　逆向进行），属于一次电池，如锌锰干电池。 （2）锌锰干电池的构造如图所示： ①石墨棒作㉝　正极　。 ②NH4Cl糊作㉞　电解质溶液　。 ③锌筒作㉟　负极　，电极反应是Zn－2e－Zn2＋。 在使用过程中，电子由㊱　锌筒　流向㊲　石墨棒　，锌逐渐被消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。 2.二次电池（充电电池） 3.燃料电池 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）火力发电是化学能间接转化为电能的过程。 （　√　） （2）在铜－锌－稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌。 （　×　） （3）HCl＋NaOHNaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池。 （　×　） （4）原电池中负极上发生氧化反应。 （　√　） （5）原电池中正极材料一定发生还原反应。 （　×　） （6）锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细。 （　×　） （7）氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能。 （　×　） （8）氢氧燃料电池比氢气直接燃烧发电能量利用率高。 （　√　） （1）在原电池中，电子在导线中定向移动（由负极流出，流入正极），离子在电解质溶液中定向移动（阳离子移向正极，阴离子移向负极），即“电子不下水，离子不上岸”或“电子走陆路，离子走水路”，它们共同组成了一个完整的闭合回路。 （2）原电池中正极上发生还原反应，负极上发生氧化反应，但正、负极材料不一定参与电池反应。 （3）锌锰干电池中，碳棒作正极，发生的反应为MnO2被还原，碳不参与反应。 （4）氢氧燃料电池是将化学能直接转化为电能的装置。 （见学生用书P53） 探究点1　原电池的组成与正、负极的判断 水果电池是利用水果中的酸性物质和金属片发生反应产生电能的一种电池。某学生学完原电池的知识后，设计如图所示柠檬水果电池。 （1）该水果电池在工作中发现Y极上有气泡产生，则该水果电池在工作中电流方向如何？ （2）若Y极是铜片，则X极可能是什么金属？列举两例。 答案　（1）从Y极沿导线流向X极。 （2）理论上来讲，比铜活泼且常温下不与水反应的金属均可，如锌、铁等。 1.原电池的构成条件 【例题1】下列装置中能够组成原电池的是　　　　（填序号），其他不能构成原电池的试着分别说明理由：　　　　　　　。 答案　③⑤　①中只有一个电极，②中两个电极的活泼性相同，④中为非电解质溶液，不能导电，⑥电解质溶液（内电路）未形成闭合回路。 【变式1】下列各组的电极材料和电解液，不能组成原电池的是（　　） A.铜片、石墨棒、蔗糖溶液 B.锌片、石墨棒、硫酸铜溶液 C.锌片、铜片、稀盐酸 D.铜片、银片、硝酸银溶液 答案　A 解析　A项，蔗糖为非电解质，不能电离，也不导电，无法组成原电池。 原电池的判定方法 一看反应原理（能否自发地进行氧化还原反应）；二看构成条件（两极一液成回路：两个活泼性不同的电极，插入电解质溶液中，装置形成闭合回路）。 2.原电池的工作原理 （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：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。 3.原电池正、负极的判断方法 【例题2】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： 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 ⑤若有1mol电子流过导线，则产生H2为0.5mol ⑥正极的电极反应式为Zn－2e－Zn2＋ 描述合理的是（　　） 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，Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu片，负极反应为Zn－2e－Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－H2↑，故每转移1 mol电子，产生H20.5 mol；在溶液中H＋向正极移动，S向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确。 【变式2】某科学探究小组为探究电化学原理，设计了如图所示的装置进行探究实验。下列对实验中观察到的现象或有关结论错误的是（　　） A.a和b不连接时，铁片上有红色的铜析出，该装置不能形成原电池 B.a和b用导线连接时铜片为负极，发生的反应为Cu2＋＋2e－Cu C.无论a和b是否连接，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2＋生成 D.a和b用导线连接时，溶液中的Cu2＋应向铜电极移动 答案　B 解析　a和b不连接时，没有形成闭合回路，不能构成原电池，铁把铜置换出来，铁片表面有红色的铜析出，A项正确；a和b用导线连接后，构成原电池，铁比铜活泼，铁作负极，发生的反应为Fe－2e－Fe2＋，B项错误；根据A、B项分析可知，C项正确；a和b用导线连接时，构成原电池，铜作正极，阳离子向正极移动，D项正确。 探究点2　原电池原理的应用 2.两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极吗？ 答案　不一定。判断电极时，不能简单地依据金属的活动性顺序，要看反应的具体情况。例如，Al在强碱溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；Fe、Al在浓HNO3中钝化，比Cu等金属更难失电子，此时Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。即相对于电解液更活泼的金属作负极。 1.比较金属的活动性强弱 （1）原理：一般原电池中活动性较强的金属作负极，活动性较弱的金属作正极。 （2）应用：A、B两种金属用导线连接后插入稀H2SO4中，若A极溶解，B极上冒气泡，则金属活动性为A＞B。 2.加快化学反应速率 （1）原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的粒子运动时相互间的干扰小，使化学反应加快。 （2）应用：实验室中用Zn和稀H2SO4制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液，原因是Zn置换出的Cu与Zn共同组成原电池，加快了反应速率。 3.原电池的设计 以Zn＋H2SO4ZnSO4＋H2↑为例说明。 4.保护金属设备 例如，船体一般为钢铁材料，在海水中易被腐蚀，如果在船体外壳焊接上比铁活泼的金属Zn，则构成以Zn、Fe为电极的原电池，Zn被消耗掉而Fe得到保护。 【例题3】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：　　　　　　　； 负极反应：　　　　　　　。 解析　首先分析Fe3＋与Cu反应中的氧化剂、还原剂，然后依据原电池原理，再设计成原电池。依据反应Cu＋2Fe3＋2Fe2＋＋Cu2＋，Cu失电子，应为原电池的负极，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），电解质溶液选用FeCl3溶液。 答案　（1）2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋ （2）装置图如图所示 2Fe3＋＋2e－2Fe2＋　Cu－2e－Cu2＋ 【变式3】利用原电池原理可比较金属的活动性，原电池中，作负极的金属活动性一般比作正极的金属活动性强。结合相关知识解答下列问题。 由A、B、C三种金属按表中装置进行实验： 装置 甲 乙 现象 A不断溶解， B上产生气泡 C的质量增加， B的质量减轻 （1）在甲中，金属片　　　　（填“A”或“B”）发生氧化反应。 （2）在乙中，金属片　　　　（填“B”或“C”）作负极。 （3）如果把B、C用导线连接后同时浸入稀硫酸溶液中，有一电极产生气泡。则金属片　　　　（填“B”或“C”）上有气泡产生。 （4）上述三种金属的活动性顺序是　　　　。 解析　电极溶解、质量减轻的一极作负极，发生氧化反应，甲中A为负极，B为正极，乙中B为负极，C为正极。故A、B、C三种金属的活动性顺序是A＞B＞C。 答案　（1）A　（2）B　（3）C　（4）A＞B＞C 学科网（北京）股份有限公司 $$