2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)專題6化學(xué)反應(yīng)與能量變化第3單元第1課時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能教案蘇教版必修2

PAGE9-第1課時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1.通過試驗(yàn)探究相識(shí)化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能。2.從電子轉(zhuǎn)移的角度理解化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化的本質(zhì)及原電池的構(gòu)成條件。3.形成化學(xué)有助于提高人類生活質(zhì)量的觀念。一、原電池1．化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的試驗(yàn)探究[試驗(yàn)1]把一塊鋅片和一塊銅片分別插入盛有稀硫酸的燒杯中，視察試驗(yàn)現(xiàn)象。[試驗(yàn)2]把一塊鋅片和一塊銅片同時(shí)插入盛有稀硫酸的燒杯中，視察試驗(yàn)現(xiàn)象。試驗(yàn)1、2現(xiàn)象：試驗(yàn)1、2中現(xiàn)象相同，均為鋅片四周有氣泡產(chǎn)生，銅片四周無明顯現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)論：鋅在金屬活動(dòng)性依次中位于氫前面，能置換酸中的氫；銅在金屬活動(dòng)性依次中位于氫后面，不能置換酸中的氫。[試驗(yàn)3]用導(dǎo)線把試驗(yàn)2中的鋅片和銅片連接起來，視察試驗(yàn)現(xiàn)象。[試驗(yàn)4]在試驗(yàn)3的導(dǎo)線中間連接一個(gè)靈敏電流計(jì)，視察試驗(yàn)現(xiàn)象。試驗(yàn)3、4現(xiàn)象：鋅片四周無氣泡產(chǎn)生，銅片四周有氣泡產(chǎn)生；電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。試驗(yàn)結(jié)論：鋅、銅用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸溶液中，導(dǎo)線中有電流產(chǎn)生。將鐵片、鎂片用導(dǎo)線連接插入稀硫酸中，則鐵片上發(fā)生什么反應(yīng)，電極反應(yīng)式如何書寫？[提示]鎂比鐵活潑，鎂作負(fù)極，鐵作正極，鐵電極上發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式是2H＋＋2e－=H2↑。2．原電池(1)概念：是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置；原電池的反應(yīng)本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。(2)原電池的工作原理原電池總反應(yīng)式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑。(3)能量轉(zhuǎn)化過程：原電池在工作時(shí)，負(fù)極失電子，電子通過導(dǎo)線流向正極，被氧化性物質(zhì)得到，閉合回路中形成電流，化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。在銅鋅原電池中，電子是怎樣移動(dòng)的？電子能否通過電解質(zhì)溶液？假如不能，電流是如何形成的？[提示]由于金屬鋅比金屬銅活潑，鋅失去電子，電子通過導(dǎo)線流向銅片。電子不能通過電解質(zhì)溶液，在稀硫酸中H＋移向銅片，SOeq\o\al(2－,4)移向鋅片，陰陽離子定向移動(dòng)形成電流。二、原電池原理的應(yīng)用1．鋼鐵的電化學(xué)腐蝕(1)電化學(xué)腐蝕不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸，發(fā)生原電池反應(yīng)，較活潑的金屬失去電子被氧化的腐蝕。(2)鋼鐵的電化學(xué)腐蝕電解質(zhì)溶液鋼鐵表面水膜中含有H＋和OH－，還溶有O2等氣體電極負(fù)極材料：Fe，電極反應(yīng)：2Fe－4e－=2Fe2＋正極材料：C，電極反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e－=4OH－總反應(yīng)2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2，進(jìn)一步被氧化，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，F(xiàn)e(OH)3易脫水生成鐵銹(Fe2O3·xH2O)2.金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱的推斷由A、B、C、D四種金屬按下表中裝置進(jìn)行試驗(yàn)裝置現(xiàn)象二價(jià)金屬A不斷溶解C的質(zhì)量增加A上有氣體產(chǎn)生(1)裝置甲中負(fù)極的電極反應(yīng)式是A－2e－=A2＋。(2)裝置乙中正極的電極反應(yīng)式是Cu2＋＋2e－=Cu。(3)四種金屬活動(dòng)性由強(qiáng)到弱的依次是D>A>B>C。鋅與稀硫酸反應(yīng)時(shí)，若滴幾滴硫酸銅溶液，反應(yīng)速率會(huì)加快，試分析其緣由。[提示]滴加硫酸銅溶液后，會(huì)有少量鋅與硫酸銅反應(yīng)置換出銅，生成的銅與鋅分別作為兩個(gè)電極而形成原電池，從而加快鋅與稀硫酸的反應(yīng)。1．推斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)火力發(fā)電是化學(xué)能間接轉(zhuǎn)化為電能的過程。 (√)(2)HCl＋NaOH=NaCl＋H2O是放熱反應(yīng)，可以設(shè)計(jì)成原電池。 (×)(3)將銅片和鋅片用導(dǎo)線連接插入酒精中，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 (×)(4)原電池中的負(fù)極反應(yīng)肯定是電極材料失電子。 (×)2．將純鋅片和純銅片按下圖所示方式插入同濃度的稀硫酸中一段時(shí)間，以下敘述正確的是()A．兩個(gè)裝置都構(gòu)成了原電池B．甲裝置構(gòu)成了原電池，乙裝置沒有構(gòu)成原電池C．兩燒杯中的鋅片上都有大量氣泡產(chǎn)生D．產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙慢B[甲中構(gòu)成了銅鋅原電池，鋅作負(fù)極，失電子；銅作正極，氫離子在銅極上得電子，生成氫氣；總反應(yīng)方程式為Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑。乙裝置沒有構(gòu)成原電池，因?yàn)闆]有形成閉合電路。構(gòu)成原電池后生成氫氣的速率加快。]3．如圖所示的裝置，能夠組成原電池產(chǎn)生電流的是________。EF[A項(xiàng)中兩個(gè)電極相同；B項(xiàng)中蔗糖是非電解質(zhì)；C、D項(xiàng)沒有形成閉合回路，因此A、B、C、D都不符合原電池的構(gòu)成條件，不能產(chǎn)生電流。]探究原電池的構(gòu)成與工作原理(素養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨識(shí)與微觀探析)1786年，意大利解剖學(xué)和醫(yī)學(xué)教授伽伐尼在一次解剖青蛙的試驗(yàn)中意外發(fā)覺，當(dāng)用兩種不同金屬材質(zhì)的解剖刀同時(shí)觸碰青蛙腿時(shí)，蛙腿會(huì)發(fā)生痙攣。此后伽伐尼變換各種條件，重復(fù)這個(gè)試驗(yàn)。最終他得出猜想：動(dòng)物體內(nèi)存在生物電流。當(dāng)時(shí)許多人贊同這一猜想，但是化學(xué)家伏打卻產(chǎn)生了懷疑：已死去的青蛙為何還會(huì)產(chǎn)生“生物電”？為什么蛙腿只有與銅制品和鐵制品同時(shí)接觸時(shí)才會(huì)抽動(dòng)？為此，伏打把自己當(dāng)成了青蛙，做起了試驗(yàn)：首先，他將一種金屬放在自己的舌頭上，沒有太多感覺。接著，他將2種金屬制的彎棒，一端放入嘴里，另一端跟眼接觸，瞬間眼睛里有光亮的感覺。接下來他發(fā)覺只要將2種不同的金屬相接觸，中間隔有濕紙、濕布等，都有電流產(chǎn)生。[問題1]閱讀上述材料，總結(jié)構(gòu)成原電池的條件有哪些。[提示]具有活潑性不同的兩個(gè)電極；兩電極插入電解質(zhì)溶液中；形成閉合回路；能自發(fā)地發(fā)生放熱的氧化還原反應(yīng)。[問題2]下列裝置中，哪些能構(gòu)成原電池？其他不能構(gòu)成原電池的緣由是什么？ABCD[提示]裝置D能構(gòu)成原電池；裝置A不能構(gòu)成原電池，緣由是酒精為非電解質(zhì)；裝置B不能構(gòu)成原電池，緣由是沒有形成閉合回路；裝置C不能構(gòu)成原電池，緣由是兩個(gè)電極的金屬活潑性相同。[問題3]鐵制品和銅制品與蛙腿接觸時(shí)，鐵制品發(fā)生氧化反應(yīng)還是還原反應(yīng)？寫出反應(yīng)的電極反應(yīng)式。[提示]鐵制品與蛙腿接觸時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)。電極反應(yīng)式為Fe－2e－=Fe2＋。[問題4]原電池工作時(shí)，電子和離子分別怎樣移動(dòng)？[提示]電子是從負(fù)極經(jīng)過導(dǎo)線移向正極；在原電池電解質(zhì)溶液中，陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。微點(diǎn)撥：(1)構(gòu)成原電池的兩電極材料不肯定都是金屬，正極材料可以為導(dǎo)電的非金屬，例如石墨。兩極材料可能參加反應(yīng)，也可能不參加反應(yīng)。(2)兩個(gè)活潑性不同的金屬電極用導(dǎo)線連接，共同插入電解質(zhì)溶液中不肯定構(gòu)成原電池，必需有一個(gè)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。(3)在推斷原電池正負(fù)極時(shí)，既要考慮金屬活潑的強(qiáng)弱也要考慮電解質(zhì)溶液的性質(zhì)。如Mg—Al—HCl溶液構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Al，正極為Mg。1．原電池的構(gòu)成條件(1)原電池反應(yīng)必需是自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。(2)具有活動(dòng)性不同的兩個(gè)電極(金屬與金屬或金屬與能導(dǎo)電的非金屬)。(3)兩電極均插入電解質(zhì)溶液中。(4)電解質(zhì)溶液、電極、導(dǎo)線形成閉合回路。2．原電池正負(fù)極的推斷方法1．下列裝置中，能構(gòu)成原電池的是()A．只有甲 B．只有乙C．只有丙 D．除乙均可以C[甲裝置不能構(gòu)成閉合回路，乙裝置兩極材料相同，丁裝置酒精是非電解質(zhì)，只有丙裝置具備原電池的構(gòu)成條件。]2．關(guān)于原電池及其電極名稱的下列敘述中正確的是()A．原電池的正極和負(fù)極必需是兩種活動(dòng)性不同的金屬B．正極上發(fā)生還原反應(yīng)，肯定產(chǎn)生氣體C．電子流出的一極為負(fù)極D．陰離子在電解質(zhì)溶液中向正極移動(dòng)C[構(gòu)成原電池的正極和負(fù)極必需是兩種活動(dòng)性不同的電極，可以是兩種不同金屬，也可以是一種金屬、一種非金屬，A錯(cuò)；原電池中正極上發(fā)生還原反應(yīng)，但不肯定產(chǎn)生氣體，B錯(cuò)；原電池中電子流出的一極為負(fù)極，電子由負(fù)極流向正極，C對(duì)；原電池放電時(shí)，電解質(zhì)溶液中陰離子向負(fù)極移動(dòng)，D錯(cuò)。]原電池原理的應(yīng)用(素養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨識(shí)與微觀探析)如圖，蘋果插上兩個(gè)不同電極可以構(gòu)成原電池，那么怎樣設(shè)計(jì)原電池呢？請(qǐng)完成下列探討：[問題1]NaOH＋HCl=NaCl＋H2O，這個(gè)反應(yīng)能設(shè)計(jì)成原電池嗎，為什么？CO2＋Ceq\o(=,\s\up10(高溫))2CO能設(shè)計(jì)成嗎？[提示]不能，因?yàn)樗皇茄趸€原反應(yīng)。CO2＋Ceq\o(=,\s\up10(高溫))2CO也不能，雖然它是氧化還原反應(yīng)，但不是釋放能量的氧化還原反應(yīng)。[問題2]Zn與H2SO4反應(yīng)制H2時(shí)向溶液中加少量CuSO4后為什么反應(yīng)速率加快？[提示]鋅置換出銅構(gòu)成原電池。1．加快氧化還原反應(yīng)的速率(1)原理：原電池中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩極進(jìn)行，使溶液中離子運(yùn)動(dòng)時(shí)相互的干擾減小，使反應(yīng)速率增大。(2)實(shí)例：試驗(yàn)室用鋅和稀硫酸反應(yīng)制取氫氣時(shí)，可滴入幾滴硫酸銅溶液，形成原電池，加快反應(yīng)速率。2．比較金屬活潑性強(qiáng)弱(1)原理：一般原電池中，活潑金屬作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，不活潑金屬作正極，發(fā)生還原反應(yīng)。(2)實(shí)例：有兩種金屬A和B，用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中，視察到A極溶解，B極上有氣泡產(chǎn)生。由原電池原理可知，金屬活動(dòng)性A＞B。3．設(shè)計(jì)原電池(1)依據(jù)：已知一個(gè)氧化還原反應(yīng)，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負(fù)極材料(或在負(fù)極上被氧化)，氧化劑(即電解質(zhì)溶液中的陽離子)在正極上被還原。(2)選擇合適的材料①電極材料：電極材料必需導(dǎo)電。負(fù)極材料一般選擇較活潑的金屬材料，或者在該氧化還原反應(yīng)中，本身失去電子的材料。②電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液一般能與負(fù)極反應(yīng)。3．有a、b、c、d四個(gè)金屬電極，有關(guān)的試驗(yàn)裝置及部分試驗(yàn)現(xiàn)象如下：試驗(yàn)裝置部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象a極質(zhì)量減小，b極質(zhì)量增大b極有氣體產(chǎn)生，c極無改變d極溶解，c極有氣體產(chǎn)生電流從a極流向d極由此可推斷這四種金屬的活動(dòng)性依次是()A．a(chǎn)＞b＞c＞d B．b＞c＞d＞aC．d＞a＞b＞c D．a(chǎn)＞b＞d＞cC[裝置一是原電池，a極質(zhì)量減小，說明a極金屬易失去電子形成離子，故a極金屬比b極金屬活潑；裝置二沒有形成原電池，可知b比c活潑，且c位于金屬活動(dòng)性依次表中氫的后面；裝置三和四均形成原電池，易知d比c活潑，d比a活潑。因此四種金屬的活動(dòng)性依次為d＞a＞b＞c，故選C。]4．利用反應(yīng)2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O可制備CuSO4，若將該反應(yīng)設(shè)計(jì)為原電池。(1)負(fù)極材料是________(寫名稱)，電極反應(yīng)式為_______________________________________________________________________________________。(2)正極電極反應(yīng)式為____________________________________________。(3)溶液中SOeq\o\al(2－,4)向________極移動(dòng)。[解析]該氧化還原反應(yīng)中還原劑為Cu，故負(fù)極是銅，電極反應(yīng)為Cu－2e－=Cu2＋，氧化劑是O2，故正極反應(yīng)為O2＋4e－＋4H＋=2H2O，溶液中的SOeq\o\al(2－,4)向負(fù)極移動(dòng)。[答案](1)銅Cu－2e－=Cu2＋(2)O2＋4H＋＋4e－=2H2O(3)負(fù)1．下列關(guān)于原電池的敘述正確的是()A．HCl＋NaOH=NaCl＋H2O反應(yīng)可以設(shè)計(jì)成原電池B．原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置C．在原電池中，電子流出的一極是負(fù)極，該電極被還原D．原電池放電時(shí)，電流的方向是從負(fù)極到正極B[A項(xiàng)，能構(gòu)成原電池的條件是能自發(fā)地進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，在反應(yīng)過程中沒有電子的轉(zhuǎn)移，不是氧化還原反應(yīng)，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，原電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，正確；C項(xiàng)，在原電池中，電子流出的一極是負(fù)極，該電極被氧化，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，原電池放電時(shí)，電流的方向是從正極到負(fù)極，錯(cuò)誤。]2．鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是()A．2H＋＋2e－=H2↑B．2H2O＋O2＋4e－=4OH－C．Fe－2e－=Fe2＋D．4OH－－4e－=2H2O＋O2↑C[原電池中較活潑的金屬是負(fù)極，失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，電子經(jīng)導(dǎo)線傳遞到正極，則鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，負(fù)極是鐵，失去電子，發(fā)生的反應(yīng)是Fe－2e－=Fe2＋。]3．某愛好小組設(shè)計(jì)的水果電池裝置如圖所示。該電池工作時(shí)，下列說法正確的是()A．銅片作負(fù)極B．鋅片發(fā)生還原反應(yīng)C．電子從銅片沿導(dǎo)線流向鋅片D．電子由鋅片經(jīng)導(dǎo)線流向銅片D[依據(jù)金屬活動(dòng)性可以推斷鋅作負(fù)極，銅為正極，A錯(cuò)；鋅作負(fù)極，負(fù)極上鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，B錯(cuò)；電子從負(fù)極鋅沿導(dǎo)線流向正極銅，C錯(cuò)、D對(duì)。]4．原電池原理的發(fā)覺是儲(chǔ)能和供能技術(shù)的巨大進(jìn)步，是化學(xué)對(duì)人類的一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)。(1)現(xiàn)有兩個(gè)反應(yīng)：A.NaOH＋HCl=NaCl＋H2O；B.Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑，推斷能否設(shè)計(jì)成原電池：A.________，B.________(填“能”或“不能”)。(2)將純鋅片和純銅片按圖方式插入100mL相同濃度的稀硫酸中一段時(shí)間，回答下列問題：①下列說法正確的是________。a．甲、乙均為化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置b．乙中銅片上沒有明顯改變c．甲中銅片質(zhì)量削減，乙中鋅片質(zhì)量削減d．兩燒杯中的溶液中H＋濃度均減小②在相同時(shí)間內(nèi)，兩燒杯中產(chǎn)生氣泡的速率：甲________(填“>”“<”或“＝”)乙。③請(qǐng)寫出圖中構(gòu)成原電池的負(fù)極反應(yīng)式________________。電池工作時(shí)，溶液中的SOeq\o\al(2－,4)向________極移動(dòng)；電池工作完成后，溶液中SOeq\o\al(2－,4)濃度________(填“增大”“減小”或“不變”)。[解析](1)A不能設(shè)計(jì)成原電池，原電池要求自