专题6 第三单元 第1课时 化学能转化为电能-【金版新学案】2025-2026学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义教师用书word（苏教版）

第三单元　化学能与电能的转化 第1课时　化学能转化为电能 [学习目标]　1.通过实验探究认识化学能可以转化为电能及原电池的构成条件。　2.会书写简单的原电池的电极反应式及电池总反应方程式(离子方程式)。　3.体会研制新型电池的重要性，形成化学有助于提高人类生活质量的观念。 任务一　原电池工作原理 1.基础实验 实验装置 实验现象 实验结论 锌片：逐渐溶解，表面有气泡产生 铜片：没有变化 锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与稀硫酸不反应 锌片：逐渐溶解，表面有气泡产生 铜片：没有变化 锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与稀硫酸不反应 锌片：逐渐溶解 铜片：表面有气泡产生 锌失去电子，形成锌离子进入溶液，氢离子在铜片上得到电子生成氢气 锌片：逐渐溶解 铜片：表面有气泡产生 电流计：指针发生偏转 锌失去电子形成锌离子进入溶液，电子经过导线流向铜片，产生电流，氢离子在铜片上得到电子生成氢气，反应过程中产生了电能 2.原电池 (1)概念：把化学能转变为电能的装置；原电池反应的本质是氧化还原反应。 (2)工作原理： (以Zn-H2SO4-Cu原电池为例) 电极材料 锌 铜 电极名称 负极 正极 电极反应 Zn－2e－Zn2＋ 2H＋＋2e－H2↑ 反应类型 氧化反应 还原反应 外电路 电子流向 由锌片沿导线流向铜片 内电路 离子移向 溶液中H＋向正极移动，在铜片上被还原为H2 原电池 总反应 Zn＋2H＋Zn2＋＋H2↑ (3)构成条件 [交流研讨1]　原电池的电极材料都必须是金属吗？ 提示：原电池的电极材料可以是两种活泼性不同的金属，也可以是一种金属与一种可导电的惰性非金属材料(如石墨)，在燃料电池中，电极本身均不发生反应，故两极均可用惰性材料。 学生用书⬇第22页 [交流研讨2]　下列装置中哪些能够组成原电池？不能构成原电池的请分别说明理由。 提示：③⑤；①中只有一个电极，②中两个电极的活泼性相同，④中酒精为非电解质溶液，不能导电，⑥中未形成闭合回路。 [交流研讨3]　如图所示的原电池装置，X、Y为两电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示。 (1)若两电极分别为Zn和石墨，则X：Zn，Y：石墨。 (2)若两电极分别为Fe和石墨，电解质溶液为CuSO4溶液，则正极反应式为Cu2＋＋2e－Cu，溶液中S向X(填“X”或“Y”)极移动。 (3)此装置X极发生的反应类型为氧化反应(填“还原反应”或“氧化反应”)，外电路电流的方向为Y→电流计→X。 1.原电池的工作原理图示(以Zn-H2SO4-Cu原电池为例) 2.原电池中的三个方向 (1)电子方向：从负极流出沿导线流入正极。 (2)电流方向：从正极沿导线流向负极。 (3)离子的迁移方向：电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移。 1.下列关于原电池的叙述中正确的是(　　) A.正极和负极必须是两种不同的金属 B.电子流入的一极为正极 C.原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化还原反应 D.锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5 g锌溶解，正极上就有0.1 g氢气生成 答案：B 解析：原电池中电子从负极流出，沿导线流入正极。它的正、负极可以是两种活动性不同的金属，也可以是一种金属与一种能导电的非金属；原电池工作时负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应；当锌片上有6.5 g锌溶解时，正极上析出0.2 g氢气。故B选项正确，A、C、D三项错误。 2.某化学兴趣小组的同学设计了如图所示原电池装置。下列说法错误的是(　　) A.溶液中Cu2＋向 Zn 电极移动，S向Cu电极移动 B.电池工作时，Zn片发生的电极反应： Zn－2e－Zn2＋ C.该装置反应的能量变化可用如图表示 D.电池工作一段时间后，溶液质量增加 答案：A 解析：该装置为原电池，Zn电极为负极，Cu电极为正极。在电解质溶液中，Cu2＋会向正极(Cu电极)移动，S(Zn电极)移动，A错误；Zn为原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－Zn2＋，B正确；该装置是原电池，将化学能转化为电能，反应过程中会释放能量，反应物的能量比生成物的能量高，C正确；该电池总反应方程式为Zn＋Cu2＋Zn2＋＋Cu，根据反应方程式可知，每有1 mol Zn发生反应，有65 g Zn变为Zn2＋进入溶液，同时有64 g Cu2＋变为单质Cu从溶液中析出，溶液质量增加1 g，由于在同一闭合回路中电子转移数目相等，故电池工作一段时间后，溶液质量增加，D正确。 3.根据原电池的原理，可以用水果、金属片、导线、用电器等材料设计简易水果电池。柠檬、橙子等水果富含有机酸和水，有机酸在水中能够电离出大量的H＋，具有酸的通性，其水溶液可作为电池中的导电介质。某同学在实验室连接了右图的模拟装置。 学生用书⬇第23页 (1)该装置将　　　　(填能量形式)转化为电能。 (2)若电极A为铝片，电极B为铜片，则： ①电极A是　　　　(填“正极”或“负极”)，电极反应式为　　　　　　　。 ②电极B上发生　　　　(填“氧化”或“还原”)反应。 ③下列说法正确的是　　　　(填字母)。 a.反应一段时间后，柠檬汁的酸性减弱 b.在导线中电流从铝片流向铜片 c.电子从铝片经过柠檬汁迁移至铜片 答案：(1)化学能 (2)①负极　Al－3e－Al3＋　②还原　③a 解析：(1)柠檬电池是将化学能转化为电能的装置；(2)若电极A为铝片，电极B为铜片；①电极A是负极，电极反应式为Al－3e－Al3＋；②电极B为正极，正极上发生还原反应；③反应一段时间后，H＋浓度减小，柠檬汁的酸性减弱，故a正确；Al为负极，Cu为正极，在导线中电流从铜片流向铝片，故b错误；电子不能在溶液中传递，即不能在柠檬汁中传递，故c错误；答案为a。 原电池正、负极的判断 任务二　原电池原理的应用 1.加快氧化还原反应的进行 (1)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。 (2)实例：实验室用锌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。 [交流研讨1]　实验室用稀H2SO4与Zn反应制H2时，用纯锌快还是粗锌快？ 提示：粗锌中Zn、杂质和稀硫酸能形成无数微电池，反应速率快。 2.比较金属的活动性 (1)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。 (2)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.设计原电池 利用Fe＋CuSO4FeSO4＋Cu可设计原电池。 电极反应式 材料选择 装置 负极： Fe－2e－Fe2＋ 正极： Cu2＋＋2e－Cu 负极：Fe 正极：Cu或C等(活泼性比Fe差的金属或能导电的石墨棒均可) 电解质溶液：CuSO4溶液 [交流研讨2]　NaOH＋HClNaCl＋H2O，这个反应能设计成原电池吗，为什么？CO2＋C2CO能设计成吗？ 提示：NaOH与HCl的反应不能设计成原电池，因为它不是氧化还原反应；CO2＋C2CO也不能，虽然它是氧化还原反应，但不是释放能量的氧化还原反应。 学生用书⬇第24页 4.解释生活中的现象——钢铁的电化学腐蚀 实验内容 在一块表面无锈的铁片上滴一大滴含酚酞的食盐水，放置一段时间 实验现象 液滴周围逐渐呈现红色，并慢慢形成红色的锈斑 实验结论 钢铁在潮湿的空气中很快被腐蚀 钢铁 的电 化学 腐蚀 原理 图示 形成 条件 钢铁表面形成的电解质溶液中溶有O2，通常溶液呈中性或弱碱性 电极 材料 负极是Fe，正极是C 电极 反应 负极反应式：2Fe－4e－2Fe2＋， 正极反应式：2H2O＋O2＋4e－4OH－ 总反 应式 2Fe＋2H2O＋O22Fe(OH)2 钢铁 的电 化学 腐蚀 原理 溶液 中的 反应 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O4Fe(OH)3， 2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O [交流研讨3]　钢铁在干燥的空气中长时间不易生锈，但在潮湿的空气里很快就会生锈，纯的铁片在潮湿的空气里也不容易生锈，这是什么原因呢？ 提示：钢铁腐蚀实质上是发生了原电池反应，潮湿的空气具备了构成原电池的条件，而干燥的空气中不具备与电解质溶液接触的条件；纯的铁片不能构成原电池，所以不容易生锈。 1.钢铁的电化学腐蚀原理如图所示，下列有关说法错误的是(　　) A.钢铁里的铁和碳与电解质溶液形成无数微小的原电池 B.铁电极发生氧化反应 C.负极的电极反应式为 O2＋4e－＋2H2O4OH－ D.放置一段时间后，铁片上有铁锈出现 答案：C 解析：钢铁里的铁和碳与电解质溶液形成无数微小的原电池，发生了电化学腐蚀，A正确；铁作负极，发生氧化反应：Fe－2e－Fe2＋，碳作正极，发生反应为O2＋4e－＋2H2O4OH－，总反应为2Fe＋O2＋2H2O2Fe(OH)2，氢氧化亚铁被氧化生成氢氧化铁，氢氧化铁在一定条件下发生脱水反应，生成红色的铁锈，因此放置一段时间后，铁片上有铁锈出现，B、D正确，C错误。 2.有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验： ①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，A极为负极； ②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电流方向由D→导线→C； ③A、C用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡； ④B、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，D极发生氧化反应。 据此可判断四种金属的活动性由强到弱的顺序为(　　) A.A＞B＞C＞D B.A＞C＞D＞B C.C＞A＞B＞D D.B＞D＞C＞A 答案：B 解析：①A、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，A极为负极，则金属活动性：A＞B；②C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电流方向由D→导线→C，则C是负极、D是正极，金属活动性：C＞D；③A、C用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡，则C极上得到电子发生还原反应，C是正极、A是负极，金属活动性：A＞C；④B、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，D极发生氧化反应，则D是负极、 B是正极，金属活动性：D＞B；综上：金属活动性顺序为A＞C＞D＞B，故选B。 3.已知化学反应： a.AgNO3＋NaClAgCl↓＋NaNO3 b.2AgNO3＋Cu2Ag＋Cu(NO3)2 请回答下列问题： (1)上述两个化学反应中有一个不可用于设计原电池，它是　　　　(填字母)，其原因是　　　　　　　　　　　　　　； 另一个可用于设计原电池，该原电池中，负极反应式是　　　　　　　，正极反应式是　　　　　　　， 电池总反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　　。 学生用书⬇第25页 (2)如果利用化学反应Cu＋2Fe3＋Cu2＋＋2Fe2＋，设计原电池，请在如图方框中标明电极材料和电解质溶液的名称(图中“I”表示电流)。 答案：(1)a　a是复分解反应，不是氧化还原反应　Cu－2e－Cu2＋　2Ag＋＋2e－2Ag　Cu＋2Ag＋Cu2＋＋2Ag (2)①Ag(不如铜活泼的金属或石墨)　②Cu　③氯化铁溶液(或硫酸铁溶液等) 解析：(1)放热的氧化还原反应才能设计成原电池。a是复分解反应，不是氧化还原反应。b是氧化还原反应，可设计成原电池，该原电池中，负极上铜失电子发生氧化反应，正极上银离子得电子发生还原反应，负极反应式是Cu－2e－Cu2＋；正极反应式是2Ag＋＋2e－2Ag；电池总反应的离子方程式是Cu＋2Ag＋Cu2＋＋2Ag。(2)根据电池反应式知，负极上铜失电子发生氧化反应，正极上铁离子得电子发生还原反应，所以负极材料应该是铜，正极材料应该是不如铜活泼的金属或导电的非金属等(如银或石墨等)，电解质溶液应该是氯化铁或硫酸铁溶液等。 设计原电池流程 1.首先将已知氧化还原反应拆分为两极反应式。 氧化反应：还原剂－ne－(负极反应式)； 还原反应：氧化剂＋ne－(正极反应式)； 正极反应式＋负极反应式＝电池的总反应式。 2.根据原电池的反应特点，结合两极反应式找出正负极材料及电解质溶液。 (1)电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。 (2)电极材料的选择：在原电池中，一般选择活泼性较强的金属作为负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。负极材料或还原性物质在负极上失去电子被氧化，氧化性物质在正极上得到电子被还原。 1.下列关于原电池的叙述正确的是(　　) A.HCl＋NaOHNaCl＋H2O反应可以设计成原电池 B.原电池是将化学能转变为电能的装置 C.在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原 D.原电池放电时，电流的方向是从负极到正极 答案：B 解析：能构成原电池的条件是能发生氧化还原反应且反应放热，该反应在反应过程中没有电子的转移，不是氧化还原反应，A错误；原电池是将化学能转变为电能的装置，B正确；在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被氧化，C错误；原电池放电时，电流的方向是从正极到负极，D错误。 2.钢铁发生电化学腐蚀时，负极发生的反应是(　　) A.2H＋＋2e－H2↑ B.2H2O＋O2＋4e－4OH－ C.Fe－2e－Fe2＋ D.4OH－－4e－2H2O＋O2↑ 答案：C 解析：原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应，电子经导线从负极传递到正极，则钢铁发生电化学腐蚀时，负极是铁，失去电子，发生的反应是Fe－2e－Fe2＋。 3.如图所示原电池装置中，溶液为稀硫酸。下列说法正确的是(　　) A.电极X为正极 B.氢气产生在X电极上，S移向X电极 C.X电极上发生氧化反应，Y电极上发生还原反应 D.电子流动方向为X电极→导线→Y电极→溶液→X电极 答案：C 解析：从图中可知，电子从X电极流入Y电极，则X电极为负极，Y电极为正极。根据分析可知，电极X为负极，A错误；Y为正极，氢离子在Y电极上得电子生成氢气，硫酸根离子向负极移动即向X电极移动，B错误；X电极为负极，负极上的物质失电子被氧化，发生氧化反应，Y电极上氢离子得电子被还原，发生还原反应，C正确；电子不会经过电解质溶液，D错误。 4.(2024·无锡第一中学期中)原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献。 (1)现有如下两个反应：A.NaOH＋HClNaCl＋H2O；B.Cu＋2FeCl32FeCl2＋CuCl2。上述反应中能设计成原电池的是　　　　(填字母)。 (2)将纯锌片和纯铜片按如图甲、乙所示方式插入100 mL相同浓度的稀硫酸中一段时间，回答下列问题： ①下列说法正确的是　　　　(填字母)。 A.甲、乙均为化学能转变为电能的装置 B.乙中铜片上没有明显变化 C.甲中铜片质量减少、乙中锌片质量减少 D.两烧杯中溶液的pH均增大 ②在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速度：甲　　　　(填“＞”“＜”或“＝”)乙。 ③请写出图中构成原电池的装置负极的电极反应式：　　　　　　　。 ④当乙中产生11.2 L(标准状况)气体时，转移电子为　　　　mol。 答案：(1)B　(2)①BD　②＞　③Zn－2e－Zn2＋　④1 解析：(1)构成原电池条件之一是发生氧化还原反应且反应放热，NaOH＋HClNaCl＋H2O属于复分解反应，不属于氧化还原反应，不能设计成原电池；Cu＋2FeCl32FeCl2＋CuCl2属于氧化还原反应，可以设计成原电池。(2)①甲装置属于原电池装置，化学能转化成电能，乙装置没有形成闭合回路，不属于原电池装置，故A错误；乙装置不属于原电池，且铜与稀硫酸不发生反应，因此铜片上没有明显变化，故B正确；甲装置为原电池装置，锌比铜活泼，锌为负极，铜为正极，正极上的电极反应式为2H＋＋2e－H2↑，铜片质量不变，乙装置中锌片与稀硫酸反应生成ZnSO4，锌片的质量减少，故C错误；两烧杯均发生Zn＋H2SO4ZnSO4＋H2↑，溶液的酸性减弱，pH增大，故D正确；②甲装置为原电池装置，原电池加快反应，因此甲烧杯中产生气泡的速度快；③甲装置为原电池装置，锌为负极，电极反应式为Zn－2e－Zn2＋；④乙中发生的反应为Zn＋H2SO4ZnSO4＋H2↑，产生标准状况下11.2 L的氢气，×2＝1 mol。 学科网（北京）股份有限公司 $