第6章 第1节 第2课时 化学反应与电能-【优学精讲】2024-2025学年高中化学必修第二册教用Word（人教版）

本高中化学讲义聚焦“化学反应与电能”核心知识点，从火力发电的能量转化切入，通过实验探究原电池的“两极一液一线一反应”构成条件，分析正负极反应及电子、离子移动规律，进而延伸到加快反应速率、比较金属活动性等应用，构建从原理到实践的学习支架。 该资料以实验探究为特色，通过锌铜稀硫酸原电池实验及“能否构成原电池”等问题链，引导学生基于证据推理，培养科学思维与科学探究能力。结合水果电池等实例设计例题与练习，既辅助课堂教学突破重难点，又帮助学生课后巩固，深化化学观念中能量转化与物质变化的联系。

第2课时　化学反应与电能 课程 标准 1.知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化，以原电池为例认识化学能可以转化为电能。 2.通过原电池的学习，能辨识简单原电池的构成要素，能分析简单原电池的工作原理 分点突破（一）　化学反应与电能的转化 1.火力发电 （1）火力发电是通过　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。 （2）火力发电过程中能量转化过程如下： 化学能热能机械能电能 燃烧（氧化还原反应）是火力发电的关键 2.原电池 （1）实验探究原电池的构成及原理 实验操作 实验现象 结论 ①将锌片和铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象 锌片表面产生大量气泡，铜片表面无明显现象 锌比Cu活泼，锌能与稀硫酸反应，铜不能与稀硫酸反应 ②用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象 锌片逐渐溶解，铜片表面产生大量气泡 锌片逐渐反应而溶解，H＋在铜片表面被还原产生氢气 ③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 锌片逐渐溶解，铜片表面产生气泡，电流表指针发生偏转 有电流通过电流表 （2）理论分析 锌片和铜片通过导线连接，插入稀硫酸中形成原电池，装置如图所示： ①锌片：发生　氧化　反应生成Zn2＋而进入溶液，电极反应式为　Zn－2e－Zn2＋　。 ②铜片：电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中H＋在铜片上获得电子，发生　还原　反应生成氢分子从铜片上溢出，电极反应式为　2H＋＋2e－H2↑　。 ③电池总反应：Zn＋2H＋Zn2＋＋H2↑。 （3）原电池 ①定义：把　化学能　转化为　电能　的装置叫做原电池。在原电池中，电子流出的一极是　负极　，电子流入的一极是　正极　。 ②原理分析：通过特定的装置使　氧化　反应与　还原　反应分别在两个不同的区域进行，可以使氧化还原反应中转移的　电子　通过导体发生定向移动，形成电流，从而实现　化学能　向　电能　的转化。 1.下列装置哪些能构成原电池？其他不能构成原电池的原因是什么？ 提示：C和D能构成原电池；A不能构成原电池，原因是酒精不是电解质，酒精溶液不导电；B不能构成原电池，原因是装置不能形成闭合回路。 2.如图是一个原电池装置。电流表的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液。结合电化学的有关知识，回答下列问题： （1）如何判断该电池的正、负极？ 提示：原电池中，负极上金属失去电子，发生氧化反应，逐渐溶解，质量减小，A极为负极，B极为正极。 （2）C中阳离子向哪一极移动？ 提示：原电池中，电解质溶液中阳离子移向正极，即C中阳离子向正极（B极）移动。 （3）若A、B、C分别为Fe、Cu和浓硝酸，能否构成原电池？若能，正、负极分别是什么？ 提示：能构成原电池。由于常温下Fe遇浓硝酸会钝化，因此Fe作正极，Cu作负极。 3.锌片与稀H2SO4反应时，加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快，试分析其原因。 提示：Zn与CuSO4反应生成的Cu覆盖在锌片表面，Zn、Cu、稀H2SO4构成原电池，加快反应速率。 4.已知反应Cu＋2Ag＋2Ag＋Cu2＋，请将该反应设计成原电池，画出原电池装置图并标出正、负极。 提示：先确定两个电极，负极上物质失电子，元素化合价升高，所以铜作负极，再找活泼性比铜弱的碳棒或银棒作正极；从反应中可以看出电解质溶液中必须含有银离子，所以可用硝酸银溶液作电解质溶液。装置图如图。 1.原电池的构成条件——“两极一液一线一反应” 2.原电池正、负极的判断 3.原电池工作原理 （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：从负极流出，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。 （4）电流方向：正极→导线→负极。 1.锌—铜—西红柿电池装置示意图如图所示，下列说法不正确的是（　　） A.铜片为正极，发生还原反应 B.锌片上发生还原反应：Zn－2e－Zn2＋ C.该装置将化学能转变为电能 D.电子由锌片沿导线流向铜片 解析：B　原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子由负极经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。锌的金属性强于铜，锌是负极，铜是正极，A正确；锌片是负极，发生氧化反应：Zn－2e－Zn2＋，B错误；该装置是原电池，将化学能转变为电能，C正确；电子由负极锌片沿导线流向正极铜片，D正确。 2.如图是某同学学习原电池后整理的学习笔记，错误的是（　　） A.①电子流动方向 B.②电流方向 C.③电极反应 D.④溶液中离子移动方向 解析：B　Zn为负极，Cu为正极，电子由Zn流向Cu，A正确；电流方向与电子流动方向相反，则电流由Cu经导线流向Zn，B错误；Zn失电子生成锌离子，H＋得电子，被还原，生成的H2逸出，C正确；原电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，D正确。 分点突破（二）　原电池原理的应用 1.加快反应速率 （1）原理 在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中的粒子运动时相互间的干扰减小，反应速率增大。 （2）应用 实验室常用粗锌和稀H2SO4（或稀盐酸）反应制取H2，产生H2的速率比纯锌快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4（或稀盐酸）形成原电池，加快了反应速率，使产生H2的速率增大。 2.比较金属的活动性强弱 （1）原理 原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性较弱的金属为正极。 （2）应用 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.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＋CuSO4FeSO4＋Cu为例） 步骤 实例 将反应拆分为电极 反应　　 负极反应 Fe－2e－Fe2＋ 正极反应 Cu2＋＋2e－Cu 选择电极材料 负极：较活泼金属，一般为发生氧化反应的金属 Fe 正极：活泼性弱于负极材料的金属或石墨 Cu或C 步骤 实例 选择电解质 一般为与负极反应的电解质 CuSO4溶液 画出 装置图 1.2NaOH＋H2SO4Na2SO4＋2H2O，能利用这一反应设计成原电池吗？为什么？ 提示：不能；因为该反应不是氧化还原反应。 2.锌与稀硫酸反应制取H2时，向溶液中滴入几滴 CuSO4 溶液的目的是什么？试分析其原因。 提示：加快反应速率；原因是Zn置换出铜，附着在锌片上形成原电池而加快反应速率。 3.利用原电池原理，设计实验比较铁、铜金属性的强弱。 提示：将铜片、铁片用导线相连浸入稀硫酸中，铁片逐渐溶解，作原电池的负极，铜片表面有气泡冒出，作原电池的正极，因此，铁比铜活泼。 1.过量铁与少量稀硫酸反应，为了加快反应速率，但是又不影响生成氢气的总量，可以采取的措施是（　　） A.加入适量NaCl溶液 B.加入适量的水 C.加入几滴硫酸铜溶液 D.再加入少量稀硫酸 答案：C 2.有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下： 实验 装置 部分实验现象 a极质量减小； b极质量增加 b极有气体产生； c极无变化 d极溶解； c极有气体产生 电流计指示在导线中电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是（　　） A.d＞a＞c＞b B.b＞c＞d＞a C.d＞a＞b＞c D.a＞b＞d＞c 解析：C　原电池中较活泼的金属作负极，失去电子，发生氧化反应；电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。a极质量减小，b极质量增加，这说明a极是负极，b极是正极，则金属活动性：a＞b；b极有气体产生，c极无变化，说明金属活动性：b＞c；d极溶解，c极有气体产生，说明d极是负极，c极是正极，则金属活动性：d＞c；电流计指示在导线中电流从a极流向d极，这说明d极是负极，a极是正极，则金属活动性：d＞a；综上所述，四种金属的活动性顺序是 d＞a＞b＞c。 3.某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是（　　） A B C D 电极材料 Cu、C Cu、Ag Cu、Zn Fe、Zn 电解质溶液 Fe（NO3）3 FeSO4 FeCl3 CuSO4 解析：A　根据原电池的总反应可知，Cu的化合价升高，Cu作负极，电解质溶液应含有Fe3＋，另一个电极应是活动性比Cu弱的导电物质；B项，电解质溶液中不含Fe3＋；C项，Zn比Cu活泼，Zn作负极；D项，发生的电池总反应是Zn＋Cu2＋Zn2＋＋Cu。 1.电能是现代社会中应用最广泛的一种能源。下列与电有关的叙述中，正确的是（　　） A.电能属于一次能源 B.锂离子电池属于一次电池 C.火力发电将电能间接转化为热能 D.电池工作时发生了氧化还原反应 解析：D　电能是由煤、风等一次能源转化来的能源，属于二次能源，A错误；锂离子电池是可充电电池，属于二次电池，B错误；火力发电的能量转化过程为化学能→热能→机械能→电能，C错误；电池放电时将化学能转化成电能，发生了氧化还原反应，D正确。 2.下列关于如图所示装置的说法，正确的是（　　） A.铁是正极 B.电子从石墨经导线流向铁片 C.石墨上发生的电极反应为2H＋＋2e－H2↑ D.该装置可实现电能向化学能的转化 解析：C　Fe为活泼金属，为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－Fe2＋，A项错误；电子从负极经导线流向正极，B项错误；石墨为原电池的正极，H＋在正极上得电子发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－H2↑，C项正确；Fe、石墨、稀硫酸形成原电池，可以实现化学能向电能的转化，D项错误。 3.某同学根据化学反应Fe＋2H＋Fe2＋＋H2↑，并利用实验室材料制作原电池。下列关于该原电池组成的说法正确的是（　　） 选项 A B C D 正极 锌棒 铁棒 石墨棒 铁棒 负极 铁棒 石墨棒 铁棒 铜棒 电解质溶液　 H2SO4溶液 H2SO4溶液 H2SO4溶液 H2SO4溶液 解析：C　若将反应Fe＋2H＋Fe2＋＋H2↑设计为原电池，则Fe为负极，活动性比Fe弱的电极为正极，可以用石墨棒、铜棒等作正极，电解质溶液为硫酸，故选C。 4.A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验。 装置 现象 二价金属A不断溶解 C的质量增加 A上有气体产生 根据实验现象回答下列问题： （1）装置甲中负极反应是A－2e－A2＋。 （2）装置乙中正极反应是Cu2＋＋2e－Cu， 溶液中Cu2＋向C极移动（填“B”或“C”）。 （3）装置丙中溶液的c（H＋）变化是变小（填“变大”“变小”或“不变”）。 （4）四种金属活动性由强到弱的顺序是D＞A＞B＞C。 解析：据图（Ⅰ）知，金属活动性：A＞B，A作负极，电极反应为A－2e－A2＋；据图（Ⅱ）知，金属活动性：B＞C，正极反应为Cu2＋＋2e－Cu，由阳离子向正极移动可知，Cu2＋向C极移动；据图（Ⅲ）知，金属活动性：D＞A，正极反应为2H＋＋2e－H2↑，故c（H＋）减小。据图（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）知，金属活动性：D＞A＞B＞C。 1.（2024·十堰高一期末）下列设备的使用过程中涉及化学能与电能的相互转化的是（　　） 设备 选项 A B C D 解析：B　风力发电机在工作时，消耗机械能（动能），产生电能，把动能转化为电能，A不符合题意；手机电池充电时电能转变为化学能，使用时化学能转变为电能，实现了化学能与电能的相互转化，B符合题意；厨房排气扇在工作时，消耗电能，产生机械能，把电能转化为机械能，C不符合题意；台灯（非充电式）使用时将电能转化为光能，D不符合题意。 2.某同学将铁片和铜片插入苹果中，用导线连接电流计，制成“水果电池”，装置如图所示。下列关于该水果电池的说法正确的是（　　） A.可将化学能转换为电能 B.负极反应为Fe－3e－Fe3＋ C.一段时间后，铜片质量增加 D.工作时，电子由正极经导线流向负极 解析：A　水果电池是原电池，原电池可将化学能转换为电能，A正确；水果电池中Fe为负极，电极反应式为Fe－2e－Fe2＋，B错误；苹果中有酸性物质，可电离出H＋，Cu为正极，正极反应式为2H＋＋2e－H2↑，因此没有固体析出，质量不增加，C错误；原电池工作时，电子由负极经导线流向正极，D错误。 3.某原电池的总反应离子方程式为Zn＋Cu2＋Zn2＋＋Cu，则该原电池的正确组成可以是下列的（　　） 解析：C　该原电池的负极必为锌，正极是比锌活动性弱的金属或导电的非金属，电解质溶液中含有Cu2＋，故选C。 4.如图，在盛有稀H2SO4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，关于该装置的下列说法正确的是（　　） A.外电路的电流方向为X→外电路→Y B.若两电极分别为Fe和碳棒，则X为碳棒，Y为Fe C.X极上发生的是还原反应，Y极上发生的是氧化反应 D.若两电极都是金属，则它们的活动性顺序为 X＞Y 解析：D　外电路的电子流向为X→外电路→Y，电流方向与其相反，A错误；X极失电子，作负极，Y极上发生的是还原反应，X极上发生的是氧化反应。若两电极分别为Fe和碳棒，则Y为碳棒，X为Fe，B、C错误，D正确。 5.以硫酸铜为电解质的原电池装置如图所示，下列叙述不正确的是（　　） A.红色的铜在锌片表面生成 B.电池的总反应为Zn＋CuSO4ZnSO4＋Cu C.锌片为负极，发生氧化反应 D.铜片质量逐渐增大，锌片质量逐渐减小 解析：A　锌比铜活泼，锌为负极，电极反应为Zn－2e－Zn2＋，锌电极逐渐溶解；铜为正极，电极反应为Cu2＋＋2e－Cu，在铜电极表面生成红色的铜单质；红色的铜在铜片表面生成，A错误；锌为负极，电极反应为Zn－2e－Zn2＋，铜为正极，电极反应为Cu2＋＋2e－Cu，则电池的总反应为Zn＋CuSO4ZnSO4＋Cu，B正确；锌片为负极，失去电子，发生氧化反应，C正确；铜电极表面生成红色的铜单质，铜片质量逐渐增大，锌电极逐渐溶解，锌片质量逐渐减小，D正确。 6.如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列的M、N、P三种物质，其中可以成立的是（　　） 选项 M N P A 锌 铜 稀硫酸 B 铜 铁 稀盐酸 C 银 锌 硝酸银溶液 D 锌 铁 硝酸铁溶液 解析：C　该原电池中M棒变粗，N棒变细，说明原电池反应时N棒溶解作负极，溶液中有金属析出在M棒上。A、B两项中，电解质溶液分别为稀硫酸和稀盐酸，原电池工作时，不会有金属析出且A中M棒变细；C项，正极反应为Ag＋＋e－Ag，符合题意；D项，正极反应为Fe3＋＋e－Fe2＋，不会有金属析出，且M棒溶解变细。 7.（2023·惠州高一期中）中国向世界郑重承诺在2030年前实现碳达峰，在2060年前实现碳中和。大力发展绿色能源、清洁能源是实现碳中和的最有效方法。 （1）原电池反应能够提供电能而不产生CO2气体，如图是某原电池装置图。 ①Zn棒是原电池的 负极，发生 氧化（填“氧化”或“还原”）反应。 ②Cu棒上发生的电极反应是2H＋＋2e－H2↑。 ③溶液中H＋向 Cu（填“Zn”或“Cu”）电极定向移动。 （2）Mg、Al设计成如图所示原电池装置： ①若X为氢氧化钠溶液，负极的电极反应式为Al－3e－＋4OH－[Al（OH）4]－。 ②电解质溶液中的阴离子移向 Al极（填“Mg”或“Al”）。 ③当电路中通过1 mol e－时，溶液质量 增加（填“增加”或“减少”）。 解析：（1）①Zn比Cu活泼，Zn作负极，发生氧化反应；②Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－H2↑；③溶液中H＋向Cu极（正极）定向移动。 （2）①若X为NaOH溶液，Al作负极，电极反应式为Al－3e－＋4OH－[Al（OH）4]－；②电解质溶液中的阴离子移向Al极（负极）；③电池总反应为2Al＋2NaOH＋6H2O2Na[Al（OH）4]＋3H2↑，2 mol Al溶解溶液质量增加54 g，生成3 mol氢气，溶液质量减少6 g，故溶液质量增加。 8.某化学兴趣小组利用反应：Zn＋2FeCl3ZnCl2＋2FeCl2，设计了如图所示的原电池装置，下列说法不正确的是（　　） A.Zn为负极，发生氧化反应 B.a电极反应式为2Fe3＋＋2e－2Fe2＋ C.电子流动方向是a电极→FeCl3溶液→b电极 D.电池的正极材料可以选用石墨、铂电极，也可以用铜电极 解析：C　根据Cl－的移动方向可知，b电极为负极，a电极为正极，根据电池反应式可知，Zn发生失电子的氧化反应，A正确；正极发生还原反应，a电极反应式为2Fe3＋＋2e－2Fe2＋，B正确；电子流动方向是b电极→导线→a电极，C错误；正极材料的活泼性应比负极材料弱，D正确。 9.将过量的等质量的两份锌粉a、b，分别加入相同质量、相同浓度的稀硫酸，同时向a中加少量CuSO4溶液，图中产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系，其中正确的是（　　） 解析：B　a中加入硫酸铜溶液，会置换出金属铜，形成锌、铜、稀硫酸原电池，加速金属铁和硫酸反应的速率，所以反应速率：a＞b，速率越大，锌完全反应时所用的时间越短，所以a所用的时间小于b所用的时间；产生氢气的量取决于稀硫酸的物质的量，而a、b中金属锌均过量，分别和相同量的硫酸反应生成氢气的量相等，所以氢气的体积：a＝b。 10.用如图所示装置研究原电池原理，下列说法错误的是（　　） A.若将图1中的Zn、Cu下端接触，Zn片逐渐溶解，Cu片上能看到气泡产生 B.图2中H＋向Zn片移动 C.若将图2中的Zn片改为Mg片，Cu片上产生气泡的速率加快 D.图2与图3中，Zn片减轻的质量相等时，正极产物的质量比为1∶32 解析：B　图1中，Zn、Cu直接接触就能构成闭合回路而形成原电池，Zn片逐渐溶解，Cu片上可看到有气泡产生，A项正确；图2中，H＋带正电荷，应该向正极Cu片移动，B项错误；图2中，由于Mg的失电子能力强于Zn，所以将Zn片改为Mg片后，电子转移速率加快，生成H2的速率也加快，C项正确；图2中假设消耗负极65 g Zn，则转移2 mol电子，正极产生2 g H2，而图3中消耗负极65 g Zn，也转移2 mol电子，则正极析出64 g Cu，正极产物的质量比为1∶32，D项正确。 11.反应Zn＋H2SO4ZnSO4＋H2↑的能量变化趋势如图（Ⅰ）所示。将纯锌片和纯铜片按如图（Ⅱ）方式插入100 mL相同浓度的稀硫酸中一段时间。 回答下列问题： （1）该反应为放热（填“吸热”或“放热”）反应。 （2）下列说法中正确的是BD（填字母）。 A.甲、乙均为化学能转变为电能的装置 B.甲装置溶液中S向锌极移动 C.甲中铜片质量减小、乙中锌片质量减小 D.两烧杯中H＋的浓度均减小 （3）在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速率：甲＞乙（填“＞”“＜”或“＝”）。 （4）当甲中产生1.12 L（标准状况）气体时，理论上通过导线的电子数目为0.1NA（或6.02×1022）。 （5）甲装置构成的原电池中，铜为电池的正（填“正”或“负”）极。铜电极上发生的电极反应为2H＋＋2e－H2↑。 解析：（1）根据图示可知，反应物的能量比生成物的高，因此该反应为放热反应。（2）乙装置没有构成原电池，不能实现化学能转变为电能的变化，A错误；甲装置构成原电池，S会向负极Zn电极区移动，B正确；甲中Cu为正极，溶液中的H＋在Cu电极上得到电子变为H2逸出，Cu本身不参加反应，故Cu电极质量不变，C错误；在两个烧杯中都是H＋得到电子变为H2逸出，导致溶液中c（H＋）减小，D正确。（3）甲装置由于构成了原电池，使反应速率比乙装置快，故反应速率：甲＞乙。（4）H＋在正极得到电子被还原变为H2，Cu电极反应式为2H＋＋2e－H2↑，n（H2）＝＝0.05 mol，则转移电子的物质的量n（e－）＝2n（H2）＝0.1 mol，转移的电子数目N（e－）＝0.1NA（或6.02×1022）。（5）由于金属活动性：Zn＞Cu，所以在甲装置中，Cu为正极，溶液中的H＋在Cu电极上得到电子变为H2逸出，Cu电极的电极反应为2H＋＋2e－H2↑。 11 / 11 学科网（北京）股份有限公司 $