人教版（2019）高中化学必修第二册 《6.1.2 原电池》名师学案

《化学能与电能 原电池》学案设计
【学习目标】
1．通过实验探究认识化学能可以转化为电能，基于证据推理加深对氧化还原反应本质的理解；
2．通过实验探究，分析总结构成原电池的条件；
3．通过电子移动方向、电极现象、溶液中离子的移动方向等问题的分析总结，理解原电池的工作原理；
4. 通过设计原电池的装置图，加深对原电池工作原理的应用。
【学习过程】
环节一：情境引入，思考化学能直接转化为电能的可能性
【情境】同学们，你们能想象一下没有电之后的生活吗？
【问题 1】根据图示，分析火力发电的能量转化形式是怎样的过程？
【问题 2】由于火力发电的每个环节都有大量的能量损耗，能否减少中间的环节，直接将化学能转化为电能？
【问题 3】由于煤作为不可再生资源，终有一天会用完。能不能找某一类物质代替煤发电？如果可以，通过什么类型的反应能将化学能直接转化为电能？
环节二：原电池构成条件的探究
【演示实验】（实验仪器及药品：金属锌片、铜片、导线、稀硫酸、电流表、烧杯等）
（实验1）将铜片和锌片插入装有稀硫酸的烧杯中，观察现象并解释原因。
（实验2）用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象。
（实验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。
（实验4）将铜片和锌片分别插入装有稀硫酸的两个烧杯中，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。
【问题4】根据演示实验，你能画一个该原电池工作原理的示意图吗？
【问题5】请大家根据几个演示实验，分析原电池的形成需要哪些条件？
【及时反馈1】下列各个装置中能组成原电池的是(　　)
A B C D
环节三：原电池工作原理分析
【问题6】以锌片、铜片和稀硫酸构成的原电池实现了化学能转化为电能，那么，该原电池是如何实现这一转变的呢？
【问题7】分析了锌片、铜片和稀硫酸构成的原电池的工作原理之后，请思考以下几个问题：
① 负极金属一般是较活泼还是较不活泼的？
② 电子转移的方向是怎样的？
③ 正负极材料的现象分别是怎样的？
④ 溶液中的阴阳离子是移动方向是怎样的？
环节四：回扣主题，拓展应用
【问题8】理论上任何一个自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池，请问该反应 Zn + CuSO4= ZnSO4 +Cu 设计成原电池，装置图该如何画，请标出正负极材料及电解质溶液？
【学习效果】
1．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，下列叙述正确的是(　　)
A. 两烧杯中锌片质量均减小，铜片质量均不变
B. 甲烧杯中锌片和铜片表面均产生气泡，乙烧杯中只有锌片表面产生气泡
C. 甲烧杯中铜片失去电子，乙烧杯中铜不参与化学反应
D. 当转移1 mol电子时，甲烧杯中产生氢气比乙烧杯中产生的氢气多
2．如图是土豆电池的示意图。土豆电池工作时，下列有关说法正确的是(　　)
A. Fe片作正极，Fe－2e－===Fe2＋ B. Cu片质量减少
C. 电子由Fe片经导线流向Cu片 D. 实现了电能向化学能的转化
3. 下列事实不能用电化学理论解释的是(　　)
A. 轮船水线以下的船壳上装上一定数量的锌块
B. 银质奖章久置后表面变暗
C. 黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿
D. 纯锌与稀H2SO4反应滴入少量的CuSO4溶液后反应速率加快
4．由锌片和石墨棒作为电极的原电池，已知电极反应分别是：石墨：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，锌片：2Zn＋4OH－－4e－===2ZnO＋2H2O。下列说法不正确的是(　　)
电子从石墨经外电路流向锌片
B. 锌片是负极，发生氧化反应
C. 石墨是正极，发生还原反应
D. 该电池将化学能转化为电能
5．某研究性学习小组设计了能使LED灯发光的装置，如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．锌片是负极，电子由锌片经导线流向铜片
B．氢离子在铜片表面被还原
C．锌电极质量减少65 g时，铜电极表面析出氢气的体积是22.4 L
D．装置中存在“化学能→电能→光能”的转化
6．下图所示的原电池中，随着放电的进行，下列选项(作纵坐标)中满足图中曲线关系的是(　　)
　　　　
正极质量　 B. 负极质量　 C. 溶液质量　 D. 转移的电子数
7．如图所示装置，电流表G指针发生偏转，同时X极逐渐变粗，Y极逐渐变细，Z是电解质溶液，则X、Y、Z应是下列各组中的(　　)
A. X是Zn，Y是Cu，Z为稀硫酸
B. X是Cu，Y是Zn，Z为稀硫酸
C. X是Fe，Y是Ag，Z为稀AgNO3溶液
D. X是Ag，Y是Fe，Z为稀AgNO3溶液
8．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验 装置
部分实 验现象 a极质量减小，b极质量增大 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．a＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞a
C．d＞a＞b＞c D．a＞b＞d＞c
9．某科学探究小组为探究电化学原理，设计了如图所示的装置进行探究实验。下列对实验中观察到的现象或相关结论的叙述错误的是(　　)
A．a和b不连接时，该装置不能形成原电池，铁片上有红色的铜析出
B．a和b用导线连接时，铜片为负极，发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu
C．无论a和b是否连接，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2＋生成
D．a和b用导线连接时，溶液中的Cu2＋向铜电极移动
10．(1)现有如下两个反应：①NaOH＋HCl===NaCl＋H2O；②Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑。两反应中为放热反应的是________，能设计成原电池的是________。(填序号)
(2)根据下图填空。
①电子从________片流出，溶液中H＋向________片移动。
②正极的现象是____________________________________，发生________反应(填“氧化”或“还原”)。
③负极的电极反应式为______________________________________。
④若反应过程中有0.01 mol电子发生转移，则生成的氢气在标准状况下的体积为________L。
【参考答案】
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
答案 A C B A C A D C B
10．答案(1) ①②、② (2)①锌、铜　②有气泡产生、还原　③Zn－2e－===Zn2＋　④0.112
【答案与详解】
1．答案 A
【解析】：
由图可知：甲烧杯中构成原电池，总反应为锌与稀硫酸的反应。锌作负极，失去电子，质量减少，铜片只起导电作用，质量不变，溶液中的H+在铜片表面得到电子生成气体。乙烧杯中不能构成原电池，只有锌与稀硫酸反应，锌片质量减少，铜片不反应，质量不变。故A正确；甲烧杯中锌片表面无气泡，故B错误；铜作正极，不参与反应，故C错误；当转移1 mol电子时，甲乙两烧杯中产生氢气一样多。
2．答案 C
【解析】：
该装置是一个原电池装置，是将化学能转化为电能。Fe作负极，电极反应为：Fe－2e－==Fe2＋。Cu作正极，不参与反应，铜片质量不变。电子由负极沿导线流向正极。故答案选C。
3．答案 B
【解析】：
A:形成了锌铁海水电池，锌较活泼作为负极发生氧化反应，铁作正极被保护，故A正确；B：主要是因为银与氧气或硫发生是反应形成的，不能用原电池解释，故B错误；C:形成了锌铜原电池，锌较活泼发生氧化反应，铜作正极被保护，故C可以用原电池解释；D：可以形成锌铜原电池，故正确。
4．答案 A
【解析】：
从电极反应式可以看出，锌片作负极，失去电子，发生氧化反应。石墨作为正极，发生还原反应。电子由负极锌片出发沿导线流向正极石墨。该电池是将化学能转化为了电能。故说法不正确的选A。
5．答案 C
【解析】：
该装置是一个原电池，锌片作负极，失去电子，发生氧化反应。铜片作为正极，不参与反应，溶液中的氢离子在铜表面得电子，发生还原反应，生成氢气。电子由负极锌片出发沿导线流向正极铜片。C选项没有告诉标准状况这一条件，故无法计算氢气的体积。由于灯泡亮了发光，故装置中存在“化学能→电能→光能”的转化。故说法不正确的选C。
6．答案 A
【解析】：
该装置是一个铁铜稀硫酸的原电池，铁作负极，发生氧化反应，质量减少。铜片作正极，不参与反应，质量不变，符合图像。总反应为铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，当有56g的铁进入溶液时，有2g的氢气放出，故溶液的质量是在增大的。随着时间的进行，转移电子数也是在增大的。故此题选A。
7．答案 D
【解析】：
由题意可知，X极逐渐变粗，Y极逐渐变细，则Y电极的金属一定要比X电极的金属活泼，Y电极金属发生氧化反应，失去电子，质量减少。再根据X电极逐渐变粗可知，溶液中要有固体析出，发生的应该是一个置换反应。故此题答案选D。
8．答案　C
【解析】：
由装置一可知，金属a比b活泼。由装置二可知，金属b比c活泼。由装置三可知，金属d比c活泼。由装置四可知，金属d比a活泼。故正确答案选C。
9．答案 B
【解析】：
当a和b不连接时，不能形成原电池，Fe比Cu活泼，发生置换反应，故铁片上有红色铜析出，A正确；a和b用导线连接时，Fe比Cu活泼，铁片为负极，发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，B错误；无论a和b是否连接，Fe比Cu活泼，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2＋生成，C正确；a和b用导线连接时，形成了原电池，铜片作正极，根据原电池的工作原理可知，溶液中阳离子移向正极，故溶液中的Cu2＋向铜电极移动，D正确。
10．答案(1) ①②、② (2)①锌、铜　②有气泡产生、还原　③Zn－2e－===Zn2＋　④0.112
【解析】：
(1)①是酸碱中和反应，是放热反应；②是置换反应，属于放热反应；能设计成原电池的反应应该是有电子转移的氧化还原反应，②有化合价的升降，是氧化还原反应，可以设计为原电池。(2)①在该原电池中锌片为负极，失去电子，电子从锌片流出，经过导线，流回正极铜片。在溶液中根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，H＋向含有负电荷较多的正极铜片移动。②在正极铜片上发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，反应类型是还原反应，看到的现象是有气泡产生。③在负极上Zn失去电子，被氧化，负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。④若反应过程中有0.01 mol电子发生转移，根据电子守恒，可得n(H2)＝0.005 mol，所以生成的氢气在标准状况下的体积为0.005 mol×22.4 L·mol－1＝0.112 L。
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