第六章 第一节 化学反应与能量转化 第2课时 学案-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

第一节　化学反应与能量变化 第2课时　化学反应与电能 学习目标 1.通过实验探究认识化学能与电能之间转化的实质，构建原电池装置模型。 2.根据装置分析设计简单的原电池装置，并能根据实验现象进行微观粒子的分析，进一步明确原电池工作原理和构成条件。 3.了解一次电池、二次电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。 4.能正确书写简单化学电源的电极反应式。 重点难点 重点：化学反应中能量变化的本质；化学能转化为电能的装置特点及原理。 难点：化学能转化为电能的装置特点及原理。课前复习 1.下列反应中能量变化的主要形式为“化学能→热能”的是______。(填字母) A.天然气燃烧 B.锌与稀硫酸反应 C.光合作用 D.干电池工作 2.吸热反应和放热反应的本质区别是______ (填“反应是否需要加热”或“反应物与生成物的总能量高低”)。 3.家庭使用燃气灶时，化学能最终转化为哪些形式的能量？(至少写出两种) 自主预习 1.原电池是将______能转化为______能的装置。其工作时，电子通过 (填“导线”或“电解质溶液”)从负极流向正极。 2.原电池的形成需要哪些基本条件？(至少写出三点) 3.若用铜片和锌片同时插入稀硫酸中构成原电池： (1)负极材料是______，发生的反应类型是______(填“氧化”或“还原”)反应； (2)正极的现象是______。 4.干电池工作时，内部的化学物质通过______反应释放能量，电子从______(填“正极”或“负极”)流出。 课堂探究 一、原电池 【思考与交流1】为什么氧化还原反应是把化学能转化为电能的关键？ 【思考与交流2】如何把化学能直接转化为电能？ 【教材实验6-3】 (1)将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。 (2)用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象。 (3)如图所示，用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表的指针是否偏转。 原电池实验 现象：　 。  【思考1】怎么解释这种现象？ 【思考2】通过以上实验的探究，画出该原电池装置图，并总结原电池工作原理。 【思考3】下列装置是否可以构成原电池？为什么？ ① ② ③ ④ 【思考4】总结原电池的构成要素。 【思考5】在原电池中如何判断正负极？ 【课堂练习】 请在图上标出电子的流动方向和电流方向，并判断正、负极，写出电极反应式和总反应式。 H2SO4溶液 负极(　　)：　 。 正极(　　)：　 。 总反应式：　 。  二、简易电池的设计与制作 【课堂活动】 1. 简易电池 【任务】将锌片加入CuSO4溶液中，会发生反应：Zn+Cu2+===Zn2++Cu。该反应是放热反应。 ①请设计实验将该反应所释放的能量转化为电能并画出装置图，标出名称。 ②实施你设计的实验，观察实验现象并写出电极反应式。 2. 水果电池 【课堂练习】 一个电池总反应的离子方程式是Zn+Cu2+Zn2++Cu，该反应的原电池正确组合是(　　) 选择 A B C D 正极 Zn Cu Cu Fe 负极 Cu Zn Zn Zn 电解质溶液 CuCl2溶液 H2SO4溶液 CuSO4溶液 HCl溶液 三、常见的化学电源 1.一次电池 锌锰干电池构造示意图 常见的锌锰干电池的构造如图所示。其中，石墨棒作正极，氯化铵糊作电解质溶液，锌筒作负极。在使用过程中，电子由锌筒(负极)流向石墨棒(正极)，锌逐渐消耗，二氧化锰不断被还原，电池电压逐渐降低，最后失效。这种电池放电之后不能充电(内部的氧化还原反应无法逆向进行)，属于一次电池。 2.二次电池 汽车用铅 酸蓄电池 有些电池放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电(化学能转化为电能)与充电(电能转化为化学能)的循环。这种充电电池属于二次电池。常见的充电电池有铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。 3.燃料电池 燃料电池是一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)和氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置，具有清洁、安全、高效等特点。燃料电池的能量转化率较高。当以氢气为燃料时，产物为水；以甲烷为燃料时，产物为水和二氧化碳。与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低。燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用。 燃料电池的供电量易于调节，能适应用电器负载的变化，而且不需要很长的充电时间，在航天、军事和交通等领域有广阔的应用前景。 我国研制的燃料电池和超级电容混合动力有轨电车 【小结】 素养专练 1.下列各个装置中能组成原电池的是(　　) 2.如下图所示，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向如图所示，下列关于该装置的说法正确的是(　　) A.外电路电流方向为X→外电路→Y B.若两极分别为铁棒和石墨棒，则X为石墨棒，Y为铁棒 C.X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应 D.若两极都是金属，则它们的金属活动性顺序为X>Y 3.燃料电池是目前电池研究的热点之一。某课外小组自制的氢氧燃料电池如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是(　　) A.a极是负极，该电极上发生氧化反应 B.b极发生的电极反应是O2+4OH－－4e－2H2O C.电池总反应式为2H2+O22H2O D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 4.某兴趣小组为了探究铝电极在电池中的作用，设计并进行了以下系列实验，实验结果记录如下： 编号 电极材料 电解质溶液 电流计指针偏转方向 1 Mg、Al 稀盐酸 偏向Al 2 Al、Cu 稀盐酸 偏向Cu 3 Al、C(石墨) 稀盐酸 偏向石墨 4 Mg、Al NaOH溶液 偏向Mg 5 Al、Cu 浓硝酸 偏向Al 注：①实验均在常温下完成；②电流计指针偏转方向为正极方向。试根据表中实验现象回答下列问题： (1)实验1、2中Al所作的电极(正极或负极)　　　　(填“相同”或“不同”)。  (2)根据实验3完成下列填空： ①Al为　　　　极，电极反应式为　  　。  ②石墨为　　　　极，电极反应式为　  　。  ③电池总反应式为　 。  (3)实验4中Al作　　　　极，理由是　  　。  (4)解释实验5中电流计偏向Al的原因  　。  (5)根据实验结果总结出影响铝在电池中作正极或负极的因素有  　。  5.某学习小组用如图所示装置A、B分别探究金属锌与稀硫酸的反应，实验过程中A烧杯内的溶液温度升高，B烧杯的电流计指针发生偏转，请回答以下问题。 (1)A烧杯中发生反应的离子方程式为  　。  (2)B中Zn片是　　　　极，发生的电极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　，Cu片上的现象是　　　　　　　　　　　　，发生的电极反应式：　　　　　　　　　　。  (3)从能量转化的角度来看，A、B烧杯中反应物的总能量　　　(填“大于”“小于”或“等于”)生成物的总能量，A烧杯中是将化学能转化为　　　　，B烧杯中主要是将化学能转化为　　　　。  (4)该小组同学反思原电池的原理，其中观点正确的是　　　　(填字母)。  A.原电池反应的过程中一定有电子转移 B.原电池装置需要2个电极 C.电极一定不能参加反应 D.氧化反应和还原反应可以拆开在两极发生 参考答案 · 课前复习 1. A、B 2.反应物与生成物的总能量高低 3.热能、光能(或动能，如火焰的流动)。 · 自主预习 1.化学 电 导线 2.①活泼性不同的电极；②电解质溶液；③形成闭合回路。 3.(1)锌 氧化 (2)铜片表面有气泡产生 4.氧化还原 负极 · 课堂探究 一、原电池 【思考与交流1】因为电流是由带电粒子定向移动形成的，而氧化还原反应的本质是电子转移。 【思考与交流2】设计一种装置使反应中的电子转移在一定条件下形成电流。 【教材实验6-3】当锌片与铜片插入稀硫酸时，锌片上有气泡产生，铜片上无气泡产生。当用导线将锌片和铜片相连后，铜片上有气泡产生。串联电流表后，电流表指针发生偏转，说明导线中有电流通过 【思考1】当插入稀硫酸的锌片和铜片用导线连在一起时，由于锌比铜活泼，与稀硫酸作用容易失去电子，被氧化为Zn2+进入溶液。锌片：Zn-2e-=Zn2+(氧化反应)。电子由锌片经导线流向铜片，溶液中的氢离子移向铜片，溶液中的氢离子从铜片得电子被还原成H2。铜片：2H++2e－=H2↑(还原反应)。 【思考2】 (左侧)负极 氧化反应　Zn-2e－=Zn2+ (右侧)正极　还原反应　2H++2e－=H2↑ 原电池总反应式：Zn+2H+=Zn2++H2↑ 【思考3】①不可以，因为两电极相同，不能形成电势差；②可以； ③不可以，不能构成闭合回路； ④酒精不是电解质，其中不存在自由移动的离子。 【思考4】①具有活泼性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)； ②两电极均用导线相连插入电解质溶液中，形成闭合回路； ③自发进行的氧化还原反应。 【思考5】 负极→失去电子的一极→电流流入的一极→氧化反应→活泼性较强 正极 →得到电子的一极→电流流出的一极→还原反应→活泼性较弱 【课堂练习】 H2SO4溶液 Fe　Fe-2e－=Fe2+　Ag　2H++2e－=H2↑ Fe+2H+=Fe2++H2↑ 二、简易电池的设计与制作 【答案】 ① CuSO4溶液 ②锌片不断溶解，铜片上有固体生成　Zn-2e－=Zn2+　Cu2++2e－=Cu 【课堂练习】C · 素养专练 1.答案 B 2.答案 D　 解析 根据装置图知，该装置是原电池，根据电子的流向判断X为负极，Y为正极，电流的流向正好与电子的流向相反；原电池中，较活泼的金属作负极，不活泼的金属或导电的非金属作正极；负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应，据此分析解答。根据电子流动方向，X是负极，Y是正极。外电路的电流方向为Y→外电路→X，A错误；原电池中较活泼的金属作负极，较不活泼的金属或导电的非金属作正极，若两电极分别为铁棒和石墨棒，则X为铁棒，Y为石墨棒，B错误；X是原电池的负极，失电子发生氧化反应，Y是原电池的正极，得电子发生还原反应，C错误；若两电极都是金属，活泼金属作负极，X是负极，则它们的金属活动性顺序为X>Y，D正确。 3.答案 B　 解析 氢氧燃料电池工作时，通入燃料氢气的a极为电池的负极，氢气在负极失去电子发生氧化反应，A正确；氢氧燃料电池工作时，通入氧气的b极为电池的正极，氧气得到电子发生还原反应，电极反应式为O2+4e－+2H2O=4OH－，B错误；氢氧燃料电池的总反应式是2H2+O2=2H2O，C正确；由氢氧燃料电池总反应式2H2+O2=2H2O可知，电池工作时生成水，生成物无污染，是一种具有应用前景的绿色电源，D正确。 4.答案 (1)不同　(2)①负　Al-3e－=Al3+　②正　2H++2e－=H2↑　③2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑　(3)负　Mg与NaOH溶液不反应，Al与NaOH溶液反应，因此Al为负极　(4)常温下，Al与浓硝酸发生钝化反应　(5)金属活动性和电解质溶液 5.答案 (1)Zn+2H+=Zn2++H2↑　(2)负　Zn-2e－=Zn2+　有大量无色气泡产生　2H++2e－=H2↑　(3)大于　热能　电能　(4)ABD 解析 (1)A烧杯中锌与稀硫酸反应的离子方程式为Zn+2H+=Zn2++H2↑。 (2)B中锌比铜活泼，Zn片是负极，发生的电极反应是Zn-2e－=Zn2+，Cu片上氢离子得电子生成氢气，电极反应为2H++2e－=H2↑，现象为有大量无色气泡产生。 (3)从能量转化的角度来看，锌与稀硫酸的反应属于放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，A烧杯中是将化学能转化为热能，B烧杯中主要是将化学能转化为电能。 (4)原电池反应是一个氧化还原反应，一定有电子转移，故A正确；根据原电池的构成条件，原电池装置需要2个电极，故B正确；根据题意，锌逐渐溶解，参加了反应，故C错误；根据原电池原理，氧化反应和还原反应可以拆开在两极发生，从而产生电流，故D正确。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$