《创新课堂》第六章 2 第一节 第2课时 化学反应与电能 讲义（教师版）化学必修二人教版

第2课时　化学反应与电能
【学习目标】　1.设计实验认识构成原电池的条件，能正确判断原电池的正、负极。
2．能从宏观和微观相结合的视角分析原电池的组成和工作原理。
知识点一　化学能转化为电能
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1．火力发电——化学能间接转化为电能
(1)能量转化过程
机械能电能
(2)化学能转化为电能的关键：燃烧(____________反应)。
(3)能量转化特点：能量利用率低，污染严重。
2.原电池——化学能直接转化为电能
(1)实验探究
实验装置 实验现象 实验结论或解释
锌片：____________，有__________产生；铜片：______ 锌与稀硫酸________________，铜与稀硫酸____________________________________________________________________________
锌片：__________；铜片：__________；电流表：__________ 锌______电子变为__________，电子经过导线流向______，产生电流；溶液中的氢离子在__________上__________电子生成__________；反应过程中产生了__________
(2)原电池的工作原理(以铜 锌 稀硫酸原电池为例)
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①能量转化：______能转化为______能——这种装置称为原电池。
②电子的移动方向：从______极流出，经导线流向______极。
③离子的移动方向：阳离子向______极移动，阴离子向______极移动。
④电流方向：从正极经导线流向负极(外电路)。
3.原电池的构成条件
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INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "../../../../../徐/化学人教必修第二册/教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　(1)图1装置中的铜起什么作用？铜能否用锌代替？铜能用什么物质代替？
　
(2)图2中将锌片换成铜，能形成原电池吗？
提示：(1)铜作正极，能导电。若用锌代替铜，两极活泼性相同，不能构成原电池。能用石墨或较不活泼的金属代替铜。
(2)不能，无自发进行的氧化还原反应。
[答案自填] 热能　氧化还原　逐渐溶解
气泡　没有变化　反应生成氢气　不反应
逐渐溶解　有气泡产生　指针发生偏转
失去　锌离子　铜片　铜片　得到
氢气　电能　负极　氧化反应　Zn－2e－===Zn2＋　正极　还原反应　2H＋＋2e－===H2↑　Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑　化学　电　负　正　正　负　活动性不同　电解质　闭合回路　氧化还原反应
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(1)原电池工作中，电子流出的一极是负极，阳离子移向的一极是正极(　　)
(2)在锌铜原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液流回锌(　　)
(3)原电池的电极具有导电性，故电极材料必须是金属　(　　)
(4)原电池工作时，正极与负极转移电子数相同(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√
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原电池正、负极的判断方法
　
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1.电能是国民生产、生活中的重要能源，目前火力发电仍然是我国电力生产量的重要组成部分。下列有关火力发电的描述正确的是(　　)
A．火力发电的能量转化形式为化学能直接转化为电能
B．火力发电的主要燃料为煤，煤炭是可再生能源
C．火力发电不但排放出大量温室气体，还可能导致酸雨
D．火力发电过程中，热能转化为机械能是关键
解析：选C。火力发电过程中的能量转化形式是化学能→热能→机械能→电能，化学能间接转化为电能，A错误；作为火力发电燃料的煤是不可再生能源，B错误；在燃煤过程中，会产生大量CO2和SO2，可能导致温室效应及酸雨，C正确；火力发电过程中，燃烧是关键，D错误。
2.(教材习题改编)下列关于如右图所示原电池装置的叙述正确的是(　　)
A．铜片是正极，电极上发生氧化反应
B．铜片质量逐渐减少
C．电流从锌片经导线流向铜片
D．铜离子移向铜片被还原
解析：选D。Zn比Cu活泼，形成原电池时，铜片是正极，该电极上发生还原反应，A错误；铜片上发生的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，故铜片质量增加，B错误；锌片是负极，铜片是正极，故电流从铜片经导线流向锌片，C错误；电解质溶液中阳离子移向正极，故Cu2＋移向铜片，并得到电子被还原为Cu，D正确。
3.根据下列装置图回答问题。
(1)上述装置中能构成原电池的有
________________________________________________________________。
(2)上述装置中不能构成原电池的原因是
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(3)选择一个能构成原电池的装置分析其工作原理：
______________________________________________________________
________________________________________________________________。
(提示：从电极反应、电子的得失、电子流向及离子移动方向等角度分析)
答案：(1)③⑤
(2)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，不能导电；⑥中电解质溶液(内电路)未形成闭合回路
(3)③中电池总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，铁为负极，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，电子从负极流出沿导线转移至正极C电极，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；溶液中H＋移向正极，SO移向负极(答案合理即可)
知识点二　原电池工作原理的应用
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1.加快氧化还原反应的进行
在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中粒子运动相互间的干扰减小，反应速率增大。
例如：实验室用Zn和稀硫酸反应制取H2时，常用粗锌。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸构成____________，加快了锌的溶解，使产生H2的速率增大。
2.比较金属的活动性强弱
原电池中，一般活动性强的金属为______　，活动性弱的金属为______　。
3.设计原电池
(1)设计思路
①找：已知一个自发的氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般
____________为负极材料(或在负极上被__________)，
____________为电解质溶液中的阳离子(或在正极上被______　)。比负极活泼性弱的金属或石墨等能导电的非金属为______极。
②画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图，在图上标注电极材料、电解质溶液。
(2)实例：以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为原理设计原电池。
材料选择 装置 电极反应式
负极：Fe正极：Cu或C等(活泼性比Fe弱的金属或导电的石墨棒均可)电解质溶液：CuSO4溶液 负极：__________________________________________________________________________________正极：__________________________________________________________________________________
[答案自填] 原电池　负极　正极　还原剂
氧化　氧化剂　还原　正　Fe－2e－===Fe2＋　Cu2＋＋2e－===Cu
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(1)凡是自发的放热的化学反应都可以设计为原电池　(　　)
(2)原电池中，正极材料必须与电解质溶液的某种离子反应(　　)
(3)原电池的负极上一定发生氧化反应，故负极本身质量一定减轻(　　)
(4)向Zn和稀硫酸反应的溶液中，滴加几滴CuSO4溶液，产生气泡速率增大，是因为构成了原电池(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√
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1.下列四个化学反应，理论上不可用于设计原电池的化学反应是(　　)
A．Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
B．Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
C．Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4
D．C＋CO22CO
解析：选D。反应C＋CO22CO是吸热的氧化还原反应，并且常温下不能自发进行，所以理论上不能设计为原电池。
2.把A、B、C、D四块金属片浸入稀硫酸中，分别用导线两两相连可以组成原电池。A、B相连时A为负极；C、D相连时，电流由D→C；A、C相连时，C极上产生大量气泡；B、D相连时，D极发生氧化反应。这四种金属的活动性顺序是(　　)
A．A>B>C>D　　　 B．A>C>D>B
C．C>A>B>D D．A>B>D>C
解析：选B。A、B相连时A为负极，说明A比B活泼；C、D相连时，电流由D→C，D为正极，C为负极，说明C比D活泼；A、C相连时，C极上产生大量气泡，A为负极，C为正极，说明A比C活泼；B、D相连时，D极发生氧化反应，D为负极，B为正极，说明D比B活泼；故这四种金属的活动性顺序是A>C>D>B。
3.选择适宜的材料和试剂，利用反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋设计一个化学电池。
回答下列问题：
(1)负极材料：______　；正极材料：______　；电解质溶液：______　。
(2)写出电极反应式。
正极：________________________________________________________；
负极：______________________________________________________。
(3)原电池中电子从______　(填“正”或“负”，下同)极流出，电解质溶液中阴离子移向______　极。
答案：(1)铜　银(或碳棒)　AgNO3溶液
(2)2Ag＋＋2e－===2Ag　Cu－2e－===Cu2＋
(3)负　负
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1.(2024·深圳高一联考)海水电池为探索深海提供了能源保障。一种锂 海水电池以金属锂为负极，石墨为正极。下列关于该电池的描述正确的是(　　)
A．正极上发生氧化反应
B．电流由Li流向石墨
C．Li＋由正极向负极迁移
D．电池的总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
解析：选D。锂 海水电池以金属锂为负极，石墨为正极，电池的正极上发生还原反应，A错误；电池中电流由正极流向负极，故电流由石墨流向Li，B错误；电池中阳离子移向正极，故Li＋由负极向正极迁移，C错误；负极Li失电子生成Li＋，正极水得电子生成氢氧根离子和氢气，故电池的总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，D正确。
2.下图为发光二极管连接柠檬电池装置。下列说法正确的是(　　)
A．铁环作为柠檬电池的正极
B．电流由铁环经导线流向发光二极管
C．负极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．可将柠檬替换成盛装乙醇溶液的装置
解析：选C。铜线、铁环插入柠檬，制成柠檬电池，由于活动性：Fe＞Cu，因此铜线是柠檬电池的正极，铁环是柠檬电池的负极，故A项错误；电子由负极铁环经导线流向发光二极管，再由发光二极管流向铜线，故B项错误；负极发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故C项正确；乙醇溶液为非电解质溶液，不能将柠檬替换成盛装乙醇溶液的装置，故D项错误。
3.(2024·武汉十一中高一月考)某科学探究小组为探究电化学原理，设计了如右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不正确的是(　　)
A．a和b不连接时，铁片上有红色的铜析出，该装置不能形成原电池
B．a和b用导线连接时，铜片为正极
C．无论a和b是否连接，反应的本质相同，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＋应向铁电极移动且能更快地析出铜
解析：选D。a和b不连接时，没有形成闭合回路，不能形成原电池，铁直接把铜置换出来，故A正确；a和b用导线连接时，构成原电池，铁比铜活泼，铁片为负极，铜片为正极，故B正确；无论a和b是否连接，反应的本质均为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2＋生成，故C正确；a和b用导线连接时，构成原电池，铁片为负极，铜片为正极，Cu2＋向正极即铜电极移动，故D错误。
4.由金属镁和铝设计而成的原电池如右图所示。下列说法正确的是(　　)
A．铝为原电池的负极
B．溶液中SO向Al电极移动
C．Mg电极的电极反应式为2H＋－2e－===H2↑
D．电流方向为Al→→Mg
解析：选D。A．根据原电池构成条件可知，Mg比Al活泼，且Mg能与稀硫酸反应，因此Mg为负极，Al为正极，故A错误；B．根据原电池工作原理可知，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，即SO向Mg电极移动，故B错误；C．Mg为负极，电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，故C错误；D．电流从正极经导线流向负极，因此电流方向为Al→→Mg，故D正确。
5.(教材习题改编)同学们在“简易电池的设计与制作”的实验中，对影响自制水果电池效果的因素进行了实验探究。
[提出问题]　影响自制水果电池效果的因素有哪些？
[查阅资料]　电极材料、电极间距、水果种类对自制水果电池的效果均可能有影响。
[实验探究]　Ⅰ.按下图所示连接水果电池。
Ⅱ.实验记录见下表：
序号 电极材料 电极间距/cm 水果种类 电流表示数/μA
① Cu Al 2.0 西红柿 78.5
② Cu Fe 2.0 西红柿 70.3
③ Al Al 2.0 西红柿 0
④ Cu Al 2.0 柠檬 45.7
⑤ Cu Al 1.0 柠檬 98.4
⑥ 石墨棒 Al 1.0 柠檬 104.5
[解释与结论]
(1)实验①②③的目的是
________________________________________________________________。
对比实验①②③得出的结论是
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(2)欲得出“水果种类对电池效果有影响”的结论，需要对比实验______　(填序号)。对比④⑤得出的结论是
_____________________________________________________________
________________________________________________________________。
[反思与探讨]
(3)水果电池中，水果的作用是_____________________________________
________________________________________________________________。
(4)对比实验①②③可知构成水果电池的电极必须具备的条件为________________________________________________________________，
构成水果电池的其他要素还有____________、________________、
__________________。
答案：(1)探究电极材料对电池效果的影响　在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电池效果越好
(2)①④　在其他条件相同时，电极间距越小，电流越大，电池效果越好　(3)提供电解质溶液
(4)两极金属活动性不同　能发生自发的氧化还原反应　形成闭合回路　有电解质溶液