2024-2025学年新教材高中化学专题6化学反应与能量变化第3单元第1课时化学能转化为电能教案苏教版必修2

PAGE9-第1课时化学能转化为电能发展目标体系构建1.通过试验探究相识化学能可以转化为电能。2.从电子转移的角度理解化学能向电能转化的本质及原电池的构成条件。3.形成化学有助于提高人类生活质量的观念。一、原电池1．化学能转化为电能的试验探究[试验1]把一块锌片和一块铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯中，视察试验现象。[试验2]把一块锌片和一块铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中，视察试验现象。试验1、2现象：试验1、2中现象相同，均为锌片四周有气泡产生，铜片四周无明显现象。试验结论：锌在金属活动性依次中位于氢前面，能置换酸中的氢；铜在金属活动性依次中位于氢后面，不能置换酸中的氢。[试验3]用导线把试验2中的锌片和铜片连接起来，视察试验现象。[试验4]在试验3的导线中间连接一个灵敏电流计，视察试验现象。试验3、4现象：锌片四周无气泡产生，铜片四周有气泡产生；电流计指针发生偏转。试验结论：锌、铜用导线连接后插入稀硫酸溶液中，导线中有电流产生。将铁片、镁片用导线连接插入稀硫酸中，则铁片上发生什么反应，电极反应式如何书写？[提示]镁比铁活泼，镁作负极，铁作正极，铁电极上发生还原反应，电极反应式是2H＋＋2e－=H2↑。2．原电池(1)概念：是将化学能转变为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应。(2)原电池的工作原理原电池总反应式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑。(3)能量转化过程：原电池在工作时，负极失电子，电子通过导线流向正极，被氧化性物质得到，闭合回路中形成电流，化学能转变为电能。在铜锌原电池中，电子是怎样移动的？电子能否通过电解质溶液？假如不能，电流是如何形成的？[提示]由于金属锌比金属铜活泼，锌失去电子，电子通过导线流向铜片。电子不能通过电解质溶液，在稀硫酸中H＋移向铜片，SOeq\o\al(2－,4)移向锌片，阴阳离子定向移动形成电流。二、原电池原理的应用1．钢铁的电化学腐蚀(1)电化学腐蚀不纯的金属跟电解质溶液接触，发生原电池反应，较活泼的金属失去电子被氧化的腐蚀。(2)钢铁的电化学腐蚀电解质溶液钢铁表面水膜中含有H＋和OH－，还溶有O2等气体电极负极材料：Fe，电极反应：2Fe－4e－=2Fe2＋正极材料：C，电极反应：O2＋2H2O＋4e－=4OH－总反应2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2，进一步被氧化，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，Fe(OH)3易脱水生成铁锈(Fe2O3·xH2O)2.金属活动性强弱的推断由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行试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(1)装置甲中负极的电极反应式是A－2e－=A2＋。(2)装置乙中正极的电极反应式是Cu2＋＋2e－=Cu。(3)四种金属活动性由强到弱的依次是D>A>B>C。锌与稀硫酸反应时，若滴几滴硫酸铜溶液，反应速率会加快，试分析其缘由。[提示]滴加硫酸铜溶液后，会有少量锌与硫酸铜反应置换出铜，生成的铜与锌分别作为两个电极而形成原电池，从而加快锌与稀硫酸的反应。1．推断正误(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)HCl＋NaOH=NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池。 (×)(3)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转。 (×)(4)原电池中的负极反应肯定是电极材料失电子。 (×)2．将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是()A．两个装置都构成了原电池B．甲装置构成了原电池，乙装置没有构成原电池C．两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生D．产生气泡的速率甲比乙慢B[甲中构成了铜锌原电池，锌作负极，失电子；铜作正极，氢离子在铜极上得电子，生成氢气；总反应方程式为Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑。乙装置没有构成原电池，因为没有形成闭合电路。构成原电池后生成氢气的速率加快。]3．如图所示的装置，能够组成原电池产生电流的是________。EF[A项中两个电极相同；B项中蔗糖是非电解质；C、D项没有形成闭合回路，因此A、B、C、D都不符合原电池的构成条件，不能产生电流。]探究原电池的构成与工作原理(素养养成——宏观辨识与微观探析)1786年，意大利解剖学和医学教授伽伐尼在一次解剖青蛙的试验中意外发觉，当用两种不同金属材质的解剖刀同时触碰青蛙腿时，蛙腿会发生痉挛。此后伽伐尼变换各种条件，重复这个试验。最终他得出猜想：动物体内存在生物电流。当时许多人赞同这一猜想，但是化学家伏打却产生了怀疑：已死去的青蛙为何还会产生“生物电”？为什么蛙腿只有与铜制品和铁制品同时接触时才会抽动？为此，伏打把自己当成了青蛙，做起了试验：首先，他将一种金属放在自己的舌头上，没有太多感觉。接着，他将2种金属制的弯棒，一端放入嘴里，另一端跟眼接触，瞬间眼睛里有光亮的感觉。接下来他发觉只要将2种不同的金属相接触，中间隔有湿纸、湿布等，都有电流产生。[问题1]阅读上述材料，总结构成原电池的条件有哪些。[提示]具有活泼性不同的两个电极；两电极插入电解质溶液中；形成闭合回路；能自发地发生放热的氧化还原反应。[问题2]下列装置中，哪些能构成原电池？其他不能构成原电池的缘由是什么？ABCD[提示]装置D能构成原电池；装置A不能构成原电池，缘由是酒精为非电解质；装置B不能构成原电池，缘由是没有形成闭合回路；装置C不能构成原电池，缘由是两个电极的金属活泼性相同。[问题3]铁制品和铜制品与蛙腿接触时，铁制品发生氧化反应还是还原反应？写出反应的电极反应式。[提示]铁制品与蛙腿接触时发生氧化反应。电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋。[问题4]原电池工作时，电子和离子分别怎样移动？[提示]电子是从负极经过导线移向正极；在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。微点拨：(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，既要考虑金属活泼的强弱也要考虑电解质溶液的性质。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。1．原电池的构成条件(1)原电池反应必需是自发的氧化还原反应。(2)具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)。(3)两电极均插入电解质溶液中。(4)电解质溶液、电极、导线形成闭合回路。2．原电池正负极的推断方法1．下列装置中，能构成原电池的是()A．只有甲 B．只有乙C．只有丙 D．除乙均可以C[甲装置不能构成闭合回路，乙装置两极材料相同，丁装置酒精是非电解质，只有丙装置具备原电池的构成条件。]2．关于原电池及其电极名称的下列叙述中正确的是()A．原电池的正极和负极必需是两种活动性不同的金属B．正极上发生还原反应，肯定产生气体C．电子流出的一极为负极D．阴离子在电解质溶液中向正极移动C[构成原电池的正极和负极必需是两种活动性不同的电极，可以是两种不同金属，也可以是一种金属、一种非金属，A错；原电池中正极上发生还原反应，但不肯定产生气体，B错；原电池中电子流出的一极为负极，电子由负极流向正极，C对；原电池放电时，电解质溶液中阴离子向负极移动，D错。]原电池原理的应用(素养养成——宏观辨识与微观探析)如图，苹果插上两个不同电极可以构成原电池，那么怎样设计原电池呢？请完成下列探讨：[问题1]NaOH＋HCl=NaCl＋H2O，这个反应能设计成原电池吗，为什么？CO2＋Ceq\o(=,\s\up10(高温))2CO能设计成吗？[提示]不能，因为它不是氧化还原反应。CO2＋Ceq\o(=,\s\up10(高温))2CO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。[问题2]Zn与H2SO4反应制H2时向溶液中加少量CuSO4后为什么反应速率加快？[提示]锌置换出铜构成原电池。1．加快氧化还原反应的速率(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：试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。2．比较金属活泼性强弱(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，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．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(即电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。(2)选择合适的材料①电极材料：电极材料必需导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料。②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应。3．有a、b、c、d四个金属电极，有关的试验装置及部分试验现象如下：试验装置部分实验现象a极质量减小，b极质量增大b极有气体产生，c极无改变d极溶解，c极有气体产生电流从a极流向d极由此可推断这四种金属的活动性依次是()A．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞cC[装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属易失去电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼，且c位于金属活动性依次表中氢的后面；装置三和四均形成原电池，易知d比c活泼，d比a活泼。因此四种金属的活动性依次为d＞a＞b＞c，故选C。]4．利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池。(1)负极材料是________(写名称)，电极反应式为_______________________________________________________________________________________。(2)正极电极反应式为____________________________________________。(3)溶液中SOeq\o\al(2－,4)向________极移动。[解析]该氧化还原反应中还原剂为Cu，故负极是铜，电极反应为Cu－2e－=Cu2＋，氧化剂是O2，故正极反应为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，溶液中的SOeq\o\al(2－,4)向负极移动。[答案](1)铜Cu－2e－=Cu2＋(2)O2＋4H＋＋4e－=2H2O(3)负1．下列关于原电池的叙述正确的是()A．HCl＋NaOH=NaCl＋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B[A项，能构成原电池的条件是能自发地进行氧化还原反应，在反应过程中没有电子的转移，不是氧化还原反应，错误；B项，原电池是将化学能转变为电能的装置，正确；C项，在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被氧化，错误；D项，原电池放电时，电流的方向是从正极到负极，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↑C[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．某爱好小组设计的水果电池装置如图所示。该电池工作时，下列说法正确的是()A．铜片作负极B．锌片发生还原反应C．电子从铜片沿导线流向锌片D．电子由锌片经导线流向铜片D[依据金属活动性可以推断锌作负极，铜为正极，A错；锌作负极，负极上锌失电子发生氧化反应，B错；电子从负极锌沿导线流向正极铜，C错、D对。]4．原电池原理的发觉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)现有两个反应：A.NaOH＋HCl=NaCl＋H2O；B.Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑，推断能否设计成原电池：A.________，B.________(填“能”或“不能”)。(2)将纯锌片和纯铜片按图方式插入100mL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________。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改变c．甲中铜片质量削减，乙中锌片质量削减d．两烧杯中的溶液中H＋浓度均减小②在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速率：甲________(填“>”“<”或“＝”)乙。③请写出图中构成原电池的负极反应式________________。电池工作时，溶液中的SOeq\o\al(2－,4)向________极移动；电池工作完成后，溶液中SOeq\o\al(2－,4)浓度________(填“增大”“减小”或“不变”)。[解析](1)A不能设计成原电池，原电池要求自