2024-2025学年新教材高中化学第六章化学反应与能量第1节第2课时化学反应与电能学案新人教版必修2

PAGE1-第2课时化学反应与电能学习目标核心素养1．通过试验探究，相识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步相识原电池的工作原理。2．通过对原电池的学习，体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。3．通过原电池的学习，能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简洁原电池的构成要素，并能分析简洁原电池的工作原理。宏观辨识与微观探析：能从宏观(能量变更)和微观(电子转移)相结合的视角分析原电池的组成和工作原理科学探究与创新意识：能依据教材中原电池原理的试验探究方案，完成试验操作，视察物质及其变更的现象，客观地进行记录，对试验现象作出说明。科学看法与社会责任：通过对原电池的学习，体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。主动关切与资源开发等有关的社会热点问题。新课情景呈现从前在伦敦上流社会，有一位贵族夫人格林太太，幼年时因蛀牙补过一颗不锈钢的假牙。不料后来，她又因为车祸掉了一颗牙，为了显示她的富有，她装了一颗黄金假牙。自此以后，她就常常出现头痛、失眠、心情烦躁等症状。更惊奇的是，众多的医学专家为她检查后，都找不到病因，这位夫人整日感到精神萎靡，找遍各大医院会诊也不见效果。格林太太的病因究竟是什么呢？原来这种病态与车祸有关：“车祸—假牙—病症”。两颗假牙为活泼性不同的金属，与唾液中的电解质接触，会产生电流从而刺激神经使格林太太头痛。那么，为何会产生电流呢？让我们走进教材学习化学反应与电能课前素能奠基新知预习一、化学能转化为电能1．化学能间接转化为电能(1)过程：化学能eq\o(——→,\s\up7(燃料燃烧))热能eq\o(——→,\s\up7(蒸汽轮机))机械能eq\o(——→,\s\up7(发电机))电能(2)关键——燃烧(氧化还原反应)。2．化学能干脆转化为电能——原电池(1)试验探究：试验装置试验现象试验结论__锌片上有气泡，铜片上无气泡__锌与稀硫酸__反应__，铜与稀硫酸__不反应____锌片上无气泡，铜片上有气泡__产生H2(还原反应)的位置发生了变更__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)原理分析：(3)原电池：①定义：把__化学能转化为电能__的装置叫原电池。②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转移电极反应式反应类型锌负极__失电子____Zn－2e－=Zn2＋____氧化反应__铜正极__得电子____2H＋＋2e－=H2↑____还原反应__电池反应的离子方程式__Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑__二、化学电池——新能源和可再生能源的重要组成部分1．一次电池——锌锰干电池构造示意图工作原理负极__锌筒__锌被氧化，渐渐消耗电解质氯化铵糊正极__石墨棒____二氧化锰__被还原特点放电后__不能__充电便于携带，价格低2．二次电池3．发展中的燃料电池预习自测1．能源可分为一次能源和二次能源。据此推断，下列叙述正确的是(D)A．自然气是二次能源 B．石油是二次能源C．电能是一次能源 D．水力是一次能源解析：自然界中存在的能源为一次能源，如煤、石油、自然气、水力等，电能是二次能源，D项正确。2．原电池产生电流的本质缘由是(D)A．原电池中溶液能电离出自由移动的离子B．有两根导线将两个活泼性不同的电极连接C．电极上进行的氧化还原反应的生成物为电子D．电极上进行的氧化还原反应中会有电子的转移解析：电子的定向移动形成电流，氧化还原反应中有电子的转移，D项正确。3．下列装置中，能构成原电池的是(C)A．只有甲 B．只有乙C．只有丙 D．除乙均可以解析：构成原电池的条件是：①活泼性不同的两电极，②两电极插入电解质溶液，③用导线连接形成闭合回路，④能发生自发的氧化还原反应，只有丙符合，选C。4．如图所示的装置中，M为活动性依次位于氢之前的金属，N为石墨棒。关于此装置的下列叙述中，不正确的是(D)A．N上有气体放出B．M为负极，N为正极C．是化学能转变为电能的装置D．导线中有电流通过，电流方向是由M到N解析：据题意知，此装置为原电池，M端为负极，N端为正极，有H2生成，是化学能转化为电能的装置，电流由N到M，选D。5．有A、B、C、D四种金属，当A、B组成原电池时，电子流淌方向A→B；当A、D组成原电池时，A为正极；B与C构成原电池时，电极反应式为C2＋＋2e－=C，B－2e－=B2＋，则A、B、C、D金属性由强到弱的依次为(C)A．A>B>C>D B．A>B>D>CC．D>A>B>C D．D>C>A>B解析：A、B组成原电池时，电子流淌方向A→B，金属性A>B；A、D组成原电池时，A为正极，金属活动性D>A；B、C构成原电池时，据电极反应，金属活动性B>C，综上述得金属活动性D>A>B>C，选C。6．对于原电池的电极名称叙述有错误的是(C)A．发生氧化反应的为负极B．正极为电子流入的一极C．比较不活泼的金属为负极D．电流的方向由正极到负极解析：在原电池中比较活泼的金属为负极，发生氧化反应，A正确，C错误；原电池中电流的方向由正极到负极，电子的方向由负极到正极，B、D正确。课堂素能探究学问点原电池的工作原理,问题探究1．原电池内部阴、阳离子如何移动？移动的缘由是什么？提示：阴离子要移向负极，阳离子要移向正极。这是因为负极失电子，生成大量阳离子积聚在负极旁边，致使该极旁边有大量正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子，该极旁边的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极旁边带负电荷，所以溶液中的阳离子要移向正极。2．两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同通入电解质溶液中就能构成原电池吗？提示：不肯定。构成原电池除具备①两种活泼性不同的金属②电解质溶液③形成闭合回路外，还必需有一个能自发进行的氧化还原反应，如图由于Cu、Ag都不能与稀硫酸反应，故不能构成原电池。学问归纳总结1．原电池的构成条件——“两极一液一线一反应”(1)两极——两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属)。(2)一液——电解质溶液。(3)一线——形成闭合回路。(4)一反应——能自发进行的氧化还原反应。2．原电池工作原理：(1)装置示意图：(2)工作原理(以铜、锌、稀硫酸原电池为例)学问要点实例电极构成负极：还原性相对较强的金属正极：还原性相对较弱的金属或导电非金属锌板——负极铜板——正极电极反应负极：失去电子，氧化反应正极：得到电子，还原反应负极：Zn－2e－=Zn2＋正极：2H＋＋2e－=H2电子流向、电流方向外电路：电子由负极流向正极，电流方向相反；内电路：阴离子移向负极，阳离子移向正极，电流由负极流向正极外电路：电子由锌板经导线流向铜板内电路：SOeq\o\al(2－,4)移向锌板(负极)；Zn2＋移向铜板(正极)电极反应式与总反应式的关系两个电极反应式相加，即得总反应式负极：Zn－2e－=Zn2＋正极：2H＋＋2e－=H2总反应式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H23．原电池正负极的推断方法：点拨：(1)构成原电池的两电极材料不肯定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参加反应，也可能不参加反应。(2)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肯定构成原电池，必需有一个能自发进行的氧化还原反应。(3)在推断原电池正负极时，既要考虑金属活泼性的强弱也要考虑电解质溶液性质。如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。┃┃典例剖析__■典例1如图是Zn和Cu形成的原电池，某试验爱好小组做完试验后，记录如下，其中描述合理的是(B)试验后的记录：①Zn为正极，Cu为负极。②H＋向负极移动。③电子流淌方向：从Zn经外电路流向Cu。④Cu极上有H2产生。⑤Zn极上发生氧化反应。⑥正极的电极反应式为Zn－2e－=Zn2＋A．①②③ B．③④⑤C．④⑤⑥ D．②③④【延长探究】(1)该电池中电流的方向，是从__铜__电极(填材料名称，下同)经外电路流向__锌__电极。(2)该电池中，每有1mol电子流过导线，负极削减__32.5__g，正极产生__0.5__molH2。解析：在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，发生氧化反应；Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu，负极反应为Zn－2e－=Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－=H2↑，在溶液中H＋向正极移动，SOeq\o\al(2－,4)向负极移动。【延长探究】(1)电流的方向和电子移动的方向相反。(2)依据负极电极反应Zn－2e－=Zn2＋，故每转移1mol电子时，Zn溶解0.5mol，质量为32.5g。正极反应为2H＋＋2e－=H2↑，故每转移1mol电子时，产生H20.5mol。┃┃变式训练__■1．如图所示电流计的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是(C)A．B极为原电池的正极B．A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸C．C中阳离子向A极移动D．A极发生氧化反应解析：由题意知，A为原电池负极，发生氧化反应，B为正极，溶液中阳离子向正极移动，C项错误。原电池原理的应用,学问点问题探究1．在原电池中，负极材料的金属性肯定大于正极材料吗？一般原电池中负极材料的金属性大于正极材料，在特别状况下也有特例，如Al－Mg－NaOH原电池中，Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极。2．如何利用Cu＋2AgNO3=Cu(NO3)2＋2Ag设计原电池？该氧化还原反应可拆分为如下两个半反应：氧化反应(负极反应)：Cu－2e－=Cu2＋。还原反应(正极反应)：2Ag＋＋2e－=2Ag。故Cu作负极，活泼性比Cu差的材料作正极，如Ag、C等，AgNO3溶液作电解质溶液。如图。学问归纳总结1．加快化学反应速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池可以加快反应速率。eq\x(原理)—eq\a\vs4\al(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。)|eq\x(实例)—eq\a\vs4\al(试验室用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：两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。eq\x(原理)—eq\a\vs4\al(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。)|eq\x(实例)—eq\a\vs4\al(有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，视察到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．用于金属爱护将被爱护的金属与比其活泼的金属连接。eq\x(原理)eq\a\vs4\al(作原电池的正极的金属材料不参加反应)eq\x(实例)eq\a\vs4\al(要爱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┃┃典例剖析__■典例2理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋”设计一个化学电池(正极材料用碳棒)，回答下列问题：(1)该电池的负极材料是__Cu__，发生__氧化__反应(填“氧化”或“还原”)，电解质溶液是__AgNO3溶液__。(2)正极上出现的现象是__碳棒上出现银白色物质__。(3)若导线上转移电子1mol，则生成银__108__g。解析：(1)依据电池的总反应，可知负极一般是失电子的物质，所以负极材料应当是铜，发生氧化反应，电解质溶液是一种可溶性的银盐溶液，所以是AgNO3溶液。(2)正极上是溶液中的银离子得到电子变成银单质，所以正极上的现象是碳棒上出现银白色物质。(3)当导线上转移1mol电子的时候，正极上会析出1mol银单质，所以正极上生成的银的质量是108g。┃┃变式训练__■2．依据下列事实：①A＋B2＋=A2＋＋B；②D＋2H2O=D(OH)2＋H2↑；③以B、E为电极与E的盐溶液组成原电池，电极反应为E2＋＋2e－=E，B－2e－=B2＋。由此可知A2＋、B2＋、D2＋、E2＋的氧化性强弱关系是(D)A．D2＋>A2＋>B2＋>E2＋B．A2＋>B2＋>D2＋>E2＋C．D2＋>E2＋>A