2020-2021學(xué)年新教材化學(xué)人教版必修第二冊教案：第6章第1節(jié)第2課時(shí)化學(xué)反應(yīng)與電能Word版含解析

1、PAGE PAGE 13第2課時(shí)化學(xué)反應(yīng)與電能發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1.根據(jù)實(shí)驗(yàn)，了解化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，理解原電池的構(gòu)成和原理，培養(yǎng)“科學(xué)探究與模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)。2.結(jié)合實(shí)例，了解常見的化學(xué)電池的基本原理與分類，培養(yǎng)“宏觀辨識與社會(huì)責(zé)任”的核心素養(yǎng)。一、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能1火力發(fā)電(1)火力發(fā)電原理：通過化石燃料燃燒時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，加熱水使之汽化為蒸汽以推動(dòng)蒸汽輪機(jī)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。間接實(shí)現(xiàn)了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。(2)能量轉(zhuǎn)換過程：化學(xué)能eq o(,sup9(燃料燃燒)熱能eq o(,sup9(蒸汽輪機(jī))機(jī)械能eq o(,sup9(發(fā)電機(jī))電能。其中能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是

2、燃燒(氧化還原反應(yīng))。2化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能原電池(1)實(shí)驗(yàn)探究eq blc(avs4alco1(現(xiàn)象：Zn片上有氣泡產(chǎn)生，Cu片上無氣泡產(chǎn)生,離子方程式：Zn2H=H2Zn2)eq blc(avs4alco1(現(xiàn)象：Zn片溶解，Cu片上有大量氣泡產(chǎn)生，電流表, 指針偏轉(zhuǎn),電極反應(yīng)：Zn極：Zn2e=Zn2, Cu極：2H2e=H2,總反應(yīng)：Zn2H=H2Zn2,結(jié)論：導(dǎo)線中有電流通過，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能)(2)原電池定義：把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置叫原電池。原理：負(fù)極：發(fā)生氧化反應(yīng)，電子流出。正極：發(fā)生還原反應(yīng)，電子流入。在ZnH2SO4Cu形成的原電池中，H、SOeq oal(sup1(2),

3、sdo1(4)如何移動(dòng)？提示：H向正極移動(dòng)，SOeq oal(sup1(2),sdo1(4)向負(fù)極移動(dòng)。3原電池的生活示例水果電池(1)水果電池中，水果的作用是提供電解質(zhì)溶液。(2)水果電池中，選擇電極材料時(shí)應(yīng)注意兩電極不能相同，其中有一電極為活潑金屬如Al、Fe等，另一電極可以是Cu片或石墨棒等。二、常見的化學(xué)電源1鋅錳干電池(1)結(jié)構(gòu)：鋅錳干電池是以鋅筒作負(fù)極，石墨棒作正極，在石墨棒周圍填充糊狀的MnO2和NH4Cl作電解質(zhì)溶液。(2)原理：鋅錳干電池屬于一次性電池，放電之后不能充電(內(nèi)部的氧化還原反應(yīng)無法逆向進(jìn)行)。負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)為Zn2e=Zn2，正極發(fā)生的電極反應(yīng)為2MnO22N

4、Heq oal(sup1(),sdo1(4)2e=Mn2O32NH3H2O。2充電電池(1)充電電池屬于二次電池。有些充電電池在放電時(shí)所進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，在充電時(shí)可以逆向進(jìn)行，生成物重新轉(zhuǎn)化為反應(yīng)物，使充電、放電可在一定時(shí)間內(nèi)循環(huán)進(jìn)行。充電電池中能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系是化學(xué)能eq o(,sup9(放電),sdo9(充電)電能。(2)常見充電電池：鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。3發(fā)展中的燃料電池生活中電動(dòng)車、手機(jī)的電池屬于一次電池還是二次電池？提示：電動(dòng)車、手機(jī)的電池都可以反復(fù)充電使用，都屬于二次電池。1判斷正誤(正確的打“”，錯(cuò)誤的打“”)(1)火力發(fā)電是將化學(xué)能間接轉(zhuǎn)化為電能的過程。()(2

5、)HClNaOH=NaClH2O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)原電池的負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)。()答案(1)(2)(3)(4)2下列裝置中，能構(gòu)成原電池的是()甲乙丙丁 A只有甲B只有乙C只有丙 D除乙均可以答案C3在“FeH2SO4Cu”構(gòu)成的原電池中，負(fù)極材料是_，電極反應(yīng)式為_；正極材料是_，電極反應(yīng)式為_；該原電池的總離子方程式為_。答案FeFe2e=Fe2Cu2H2e=H2Fe2H=H2Fe2原電池的工作原理及電極反應(yīng)式書寫1用導(dǎo)線將電流表分別與鋅片、銅片相連接，使鋅片與銅片接觸，觀察電流表指針是否

6、發(fā)生偏轉(zhuǎn)？用石墨棒取代銅片進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)?zāi)?？提示：電流表指針均不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。2用導(dǎo)線將電流表分別與鋅片、銅片相連接，然后將鋅片、銅片插入稀硫酸溶液中，預(yù)測你可能觀察到的現(xiàn)象是什么？用石墨棒取代銅片進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)?zāi)?？提示：鋅片逐漸溶解，銅片表面有氣泡生成，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。用石墨棒取代銅片進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象是鋅片逐漸溶解，石墨棒表面有氣泡生成，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。3將第2題裝置中的稀硫酸用乙醇溶液替換，電流表指針還會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)嗎？提示：乙醇是非電解質(zhì)，不導(dǎo)電，因此電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。4第2題中鋅片發(fā)生什么反應(yīng)？是什么極？寫出電極反應(yīng)方程式。提示：氧化反應(yīng)，負(fù)極，Zn2e=Zn25根據(jù)第1、2、3題可

7、知，構(gòu)成原電池的條件有哪些？提示：(1)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)；(2)兩電極均插入電解質(zhì)溶液中；(3)電解質(zhì)溶液、電極、導(dǎo)線形成閉合回路。(4)有一個(gè)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。1原電池的工作原理(1)兩反應(yīng)：正極還原反應(yīng)；負(fù)極氧化反應(yīng)。(2)三方向：電流方向：正極負(fù)極；電子流動(dòng)方向(導(dǎo)線中)：負(fù)極正極；陰、陽離子移動(dòng)方向(電解質(zhì)溶液中)；陽離子：負(fù)極正極；陰離子：正極負(fù)極。2確定原電池正、負(fù)極應(yīng)注意的問題(1)構(gòu)成原電池的兩電極材料不一定都是金屬，兩極材料可以為導(dǎo)電的非金屬，例如石墨。兩極材料可能參與反應(yīng)，也可能不參與反應(yīng)。(2)兩個(gè)活潑性不同的金屬電極用

8、導(dǎo)線連接，共同插入電解質(zhì)溶液中不一定構(gòu)成原電池，必須有一個(gè)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。(3)在判斷原電池正、負(fù)極時(shí)，既要考慮金屬的活潑性強(qiáng)弱也要考慮電解質(zhì)溶液性質(zhì)。如MgAlHCl溶液構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Mg；但是MgAlNaOH溶液構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Al，正極為Mg。對于CuFe(或Al)濃硝酸構(gòu)成的原電池中，負(fù)極為Cu?！镜淅坑腥嗽O(shè)計(jì)以鉑和鋅為電極材料，植入人體做某種心臟病患者的心臟起搏器的能源，它依靠人體血液中有一定濃度的O2和H2O進(jìn)行工作。請討論解答：(1)負(fù)極材料是_，電極反應(yīng)為_。(2)正極材料是_，電極反應(yīng)為_。解析以鉑和鋅為電極材料，植入人體做某種心臟病患者的心臟起搏器

9、的能源，正極是鉑，負(fù)極是鋅，電解質(zhì)溶液是人體血液，工作時(shí)，負(fù)極鋅被氧化，血液中的O2得到電子被還原。正極的反應(yīng)為O24e2H2O=4OH；負(fù)極的反應(yīng)為2Zn4e=2Zn2。答案(1)鋅2Zn4e=2Zn2(2)鉑O22H2O4e=4OH電極反應(yīng)式書寫的一般步驟類似氧化還原反應(yīng)方程式的書寫1某小組為研究原電池原理，設(shè)計(jì)如圖裝置。下列敘述正確的是()Aa和b不連接時(shí)，鐵片上會(huì)有H2產(chǎn)生Ba和b用導(dǎo)線連接時(shí)，鐵片上發(fā)生的反應(yīng)為Cu22e=CuCa和b用導(dǎo)線連接時(shí)，電子由a流向bD無論a和b是否連接，鐵片均會(huì)溶解，溶液從藍(lán)色逐漸變成淺綠色DA項(xiàng)，a和b不連接時(shí)，鐵和Cu2發(fā)生置換反應(yīng)而析出銅，沒有氫氣

10、生成，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，a和b用導(dǎo)線連接時(shí)構(gòu)成原電池，鐵是負(fù)極，鐵片上發(fā)生氧化反應(yīng)：Fe2e=Fe2，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，F(xiàn)e比銅活潑，形成原電池時(shí)Fe為負(fù)極，則電子由b流向a，錯(cuò)誤；D項(xiàng)，無論a和b是否連接，鐵片均會(huì)溶解，都生成亞鐵離子，溶液由藍(lán)色變?yōu)闇\綠色，D正確。2銀鋅電池是一種常見化學(xué)電源，其反應(yīng)原理：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag。其工作示意圖如圖所示。下列說法不正確的是()AZn電極是負(fù)極，K向Ag2O電極遷移BAg2O電極發(fā)生還原反應(yīng)CZn電極的電極反應(yīng)式：Zn2e2OH=Zn(OH)2D放電前后電解質(zhì)溶液的pH保持不變D根據(jù)電池總反應(yīng)式：ZnAg2OH2O=Zn(OH)22Ag可知

11、，Zn電極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Zn2e2OH=Zn(OH)2，K向正極遷移，A、C項(xiàng)正確；Ag2O電極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，B項(xiàng)正確；由于放電過程中不斷消耗水，故放電后電解質(zhì)溶液的pH增大，D項(xiàng)錯(cuò)誤。3汽車的啟動(dòng)電源常用鉛蓄電池。其結(jié)構(gòu)如圖所示，放電時(shí)的電池反應(yīng)如下：PbO2Pb2H2SO4=2PbSO42H2O根據(jù)此反應(yīng)判斷下列敘述中正確的是()APbO2是電池的負(fù)極BPb是負(fù)極，反應(yīng)式為Pb2eSOeq oal(sup1(2),sdo1(4)=PbSO4CPbO2得電子，被氧化D電池放電時(shí)，溶液酸性增強(qiáng)B根據(jù)電池反應(yīng)知放電過程中鉛失去電子，因此它是原電池的負(fù)極，其電極反應(yīng)式為

12、PbSOeq oal(sup1(2),sdo1(4)2e=PbSO4，故B項(xiàng)正確；PbO2在放電過程中得到電子被還原，所以它是原電池的正極，因此A、C兩項(xiàng)錯(cuò)誤；由于原電池放電的過程中消耗硫酸，所以溶液的酸性減弱，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。原電池原理的應(yīng)用1鋅與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。2“A稀硫酸B”形成的原電池中，B為正極，則金屬A、B的活潑性誰較強(qiáng)？提示：A較強(qiáng)。3根據(jù)反應(yīng)：ZnCuSO4=CuZnSO4，設(shè)計(jì)簡單原電池裝置圖(注明電極材料和電解質(zhì)溶液)提示：原電池原理三個(gè)應(yīng)用1加快反應(yīng)速率：如實(shí)驗(yàn)室制H2用粗鋅與酸反應(yīng)。2比較金屬的

13、活潑性：原電池中一般負(fù)極金屬比正極金屬活潑。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(電解質(zhì)溶液中的陽離子)在正極上被還原。(2)選擇合適的材料電極材料：電極材料必須導(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。電解質(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液一般能與負(fù)極反應(yīng)。4過量鐵與少量稀硫酸反應(yīng)，為了加快反應(yīng)速率，但是又不影響生成氫氣的總量，可以采取的措施是()A加入適量NaCl溶液B加入適量的水C加入幾滴硫酸銅溶液D再加入少量同濃度的稀硫酸C若加入NaCl溶液或水，會(huì)將稀硫酸稀釋，c(H)減小

14、，反應(yīng)速率減慢；若加入幾滴CuSO4溶液，則發(fā)生反應(yīng)FeCu2=CuFe2，析出的Cu與Fe、稀硫酸形成原電池，反應(yīng)速率加快且不影響生成H2的總量；若再加入少量同濃度的稀硫酸，因Fe過量，則生成H2的總量增大，且反應(yīng)速率不會(huì)改變。5有a、b、c、d四個(gè)金屬電極，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：實(shí)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極有氣泡產(chǎn)生，c極無變化d極溶解，c極有氣泡產(chǎn)生電流從a極流向d極由此可判斷這四種金屬的活動(dòng)性順序是()AabcdBbcdaCdabc DabdcC裝置一是原電池，a極質(zhì)量減小，說明a極金屬易失電子形成離子，故a極金屬比b極金屬活潑；裝置二沒有形成原電池，

15、由b極有氣泡產(chǎn)生可知金屬活動(dòng)性順序中b極金屬位于氫的前面，c極金屬位于氫的后面。裝置三和四均形成原電池，根據(jù)電極質(zhì)量變化及電流方向易知d極金屬比c極金屬活潑，d極金屬比a極金屬活潑。因此四種金屬的活動(dòng)性順序?yàn)閐abc，C正確。6鐵及鐵的化合物應(yīng)用廣泛，如FeCl3可用作催化劑、印刷電路銅板腐蝕劑和外傷止血?jiǎng)┑取?1)寫出FeCl3溶液腐蝕印刷電路銅板的離子方程式：_。(2)若將(1)中的反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池，請?jiān)诜娇騼?nèi)畫出原電池的裝置圖，標(biāo)出正、負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式。eq x(aal(, , , )正極反應(yīng)式：_。負(fù)極反應(yīng)式：_。解析依據(jù)反應(yīng)：2Fe3Cu=2Fe2Cu2。氧化反應(yīng)為Cu2e=C

16、u2，還原反應(yīng)為2Fe32e=2Fe2，則設(shè)計(jì)思路明確：原電池組成為Cu是負(fù)極，正極材料選用比銅不活潑的鉑或?qū)щ姷姆墙饘偃缡?，電解質(zhì)溶液選用FeCl3溶液。答案(1)2Fe3Cu=2Fe2Cu2(2)裝置圖2Fe32e=2Fe2Cu2e=Cu2素材一某同學(xué)用如圖所示裝置進(jìn)行水果電池的實(shí)驗(yàn)，測得數(shù)據(jù)如表所示：實(shí)驗(yàn)編號電極材料水果品種電極間距/cm電壓/mV1鋅銅菠蘿39002鋅銅蘋果36503鋅銅柑橘38504鋅鋁菠蘿36505鋅鋁蘋果3450素材二鋰空氣電池的工作原理如圖所示，總反應(yīng)式為4LiO22H2O=4LiOH。1根據(jù)素材一，回答下列問題：(1)實(shí)驗(yàn)1、4的負(fù)極分別是什么？寫出各自電

17、極反應(yīng)式。(2)由實(shí)驗(yàn)得出2、5中電流方向相反，其原因是什么？(3)分析數(shù)據(jù)可知，影響水果電池電壓的因素有什么？提示：(1)Zn、Al，Zn2e=Zn2、Al3e=Al3。(2)實(shí)驗(yàn)2中Zn為負(fù)極，實(shí)驗(yàn)5中鋁為負(fù)極。(3)水果品種，電極材料。2根據(jù)素材二，回答下列問題：(1)A、B分別為原電池的什么極？發(fā)生什么反應(yīng)？寫出電極反應(yīng)式。(2)電解液a可以是水溶液嗎？為什么？(3)電解液中的Li向什么極遷移？(4)電解液b的pH如何變化？提示：(1)A極為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，4Li4e=4Li。B極為正極，發(fā)生還原反應(yīng)，O24e2H2O=4OH(2)不可以，因?yàn)長i與H2O反應(yīng)。(3)Li向B極遷移

18、。(4)pH增大。通過素材一，讓學(xué)生知道水果電池的原理，通過素材二，讓學(xué)生認(rèn)識新型電池的工作原理，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)。1某原電池的總反應(yīng)離子方程式為ZnCu2=Zn2Cu，則該原電池的正確組成可以是下列的()C該原電池的負(fù)極必為鋅，正極是比鋅穩(wěn)定的金屬或?qū)щ姷姆墙饘?，電解質(zhì)溶液中含有Cu2，故選C。2下列關(guān)于原電池的敘述中正確的是()A正極和負(fù)極必須是兩種不同的金屬B電子流入的一極為正極C原電池工作時(shí)，正極和負(fù)極上發(fā)生的都是氧化還原反應(yīng)D鋅、銅和鹽酸構(gòu)成的原電池工作時(shí)，鋅片上有6.5 g鋅溶解，正極上就有0.1 g氫氣生成B原電池中電子從負(fù)極流出，從正極流入。它的正、

19、負(fù)極可以是兩種活潑性不同的金屬，也可以是金屬與非金屬；原電池工作時(shí)負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上發(fā)生還原反應(yīng)；當(dāng)鋅片上有6.5 g鋅溶解時(shí)，正極上析出0.2 g氫氣。3將純鋅片和純銅片按圖示插入同濃度的稀硫酸中一段時(shí)間，以下敘述正確的是()A兩燒杯中銅片表面均無氣泡產(chǎn)生B甲中銅片是正極，乙中銅片是負(fù)極C兩燒杯中溶液的酸性均減小D產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙慢CA項(xiàng)，甲是原電池，正極銅片上發(fā)生還原反應(yīng)2H2e=H2，乙裝置中在鋅片上發(fā)生反應(yīng)Zn2H=Zn2H2，銅片上無氣體產(chǎn)生，故A錯(cuò)誤；B項(xiàng)，甲裝置是原電池，銅片作正極，乙裝置不是原電池，故B錯(cuò)誤；C項(xiàng)，兩燒杯中的氫離子發(fā)生反應(yīng)，濃度減小，故C正確；D項(xiàng)，原電池加快反應(yīng)速率，產(chǎn)生氣泡的速率甲比乙快，故D錯(cuò)誤。4把A、B、C、D四塊金屬泡在稀硫酸中，用導(dǎo)線兩兩相連可以組成各種原電