2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第六章化學(xué)反應(yīng)與能量第1節(jié)第2課時化學(xué)反應(yīng)與電能學(xué)案新人教版必修2

PAGE1-第2課時化學(xué)反應(yīng)與電能學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)1．通過試驗(yàn)探究，相識化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，從氧化還原反應(yīng)的角度初步相識原電池的工作原理。2．通過對原電池的學(xué)習(xí)，體會提高燃料的燃燒效率、開發(fā)高能清潔燃料和研制新型電池的重要性。3．通過原電池的學(xué)習(xí)，能舉出化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實(shí)例，能辨識簡潔原電池的構(gòu)成要素，并能分析簡潔原電池的工作原理。宏觀辨識與微觀探析：能從宏觀(能量變更)和微觀(電子轉(zhuǎn)移)相結(jié)合的視角分析原電池的組成和工作原理科學(xué)探究與創(chuàng)新意識：能依據(jù)教材中原電池原理的試驗(yàn)探究方案，完成試驗(yàn)操作，視察物質(zhì)及其變更的現(xiàn)象，客觀地進(jìn)行記錄，對試驗(yàn)現(xiàn)象作出說明。科學(xué)看法與社會責(zé)任：通過對原電池的學(xué)習(xí)，體會提高燃料的燃燒效率、開發(fā)高能清潔燃料和研制新型電池的重要性。主動關(guān)切與資源開發(fā)等有關(guān)的社會熱點(diǎn)問題。新課情景呈現(xiàn)從前在倫敦上流社會，有一位貴族夫人格林太太，幼年時因蛀牙補(bǔ)過一顆不銹鋼的假牙。不料后來，她又因?yàn)檐嚨湹袅艘活w牙，為了顯示她的富有，她裝了一顆黃金假牙。自此以后，她就常常出現(xiàn)頭痛、失眠、心情煩躁等癥狀。更驚奇的是，眾多的醫(yī)學(xué)專家為她檢查后，都找不到病因，這位夫人整日感到精神萎靡，找遍各大醫(yī)院會診也不見效果。格林太太的病因究竟是什么呢？原來這種病態(tài)與車禍有關(guān)：“車禍—假牙—病癥”。兩顆假牙為活潑性不同的金屬，與唾液中的電解質(zhì)接觸，會產(chǎn)生電流從而刺激神經(jīng)使格林太太頭痛。那么，為何會產(chǎn)生電流呢？讓我們走進(jìn)教材學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)與電能課前素能奠基新知預(yù)習(xí)一、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能1．化學(xué)能間接轉(zhuǎn)化為電能(1)過程：化學(xué)能eq\o(——→,\s\up7(燃料燃燒))熱能eq\o(——→,\s\up7(蒸汽輪機(jī)))機(jī)械能eq\o(——→,\s\up7(發(fā)電機(jī)))電能(2)關(guān)鍵——燃燒(氧化還原反應(yīng))。2．化學(xué)能干脆轉(zhuǎn)化為電能——原電池(1)試驗(yàn)探究：試驗(yàn)裝置試驗(yàn)現(xiàn)象試驗(yàn)結(jié)論__鋅片上有氣泡，銅片上無氣泡__鋅與稀硫酸__反應(yīng)__，銅與稀硫酸__不反應(yīng)____鋅片上無氣泡，銅片上有氣泡__產(chǎn)生H2(還原反應(yīng))的位置發(fā)生了變更__鋅片上無氣泡，銅片上有氣泡，電流表指針偏轉(zhuǎn)__該裝置將__化學(xué)能__轉(zhuǎn)化為__電能__(2)原理分析：(3)原電池：①定義：把__化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能__的裝置叫原電池。②工作原理(以銅－鋅－稀硫酸原電池為例)電極材料電極名稱電子轉(zhuǎn)移電極反應(yīng)式反應(yīng)類型鋅負(fù)極__失電子____Zn－2e－=Zn2＋____氧化反應(yīng)__銅正極__得電子____2H＋＋2e－=H2↑____還原反應(yīng)__電池反應(yīng)的離子方程式__Zn＋2H＋=Zn2＋＋H2↑__二、化學(xué)電池——新能源和可再生能源的重要組成部分1．一次電池——鋅錳干電池構(gòu)造示意圖工作原理負(fù)極__鋅筒__鋅被氧化，漸漸消耗電解質(zhì)氯化銨糊正極__石墨棒____二氧化錳__被還原特點(diǎn)放電后__不能__充電便于攜帶，價格低2．二次電池3．發(fā)展中的燃料電池預(yù)習(xí)自測1．能源可分為一次能源和二次能源。據(jù)此推斷，下列敘述正確的是(D)A．自然氣是二次能源 B．石油是二次能源C．電能是一次能源 D．水力是一次能源解析：自然界中存在的能源為一次能源，如煤、石油、自然氣、水力等，電能是二次能源，D項(xiàng)正確。2．原電池產(chǎn)生電流的本質(zhì)緣由是(D)A．原電池中溶液能電離出自由移動的離子B．有兩根導(dǎo)線將兩個活潑性不同的電極連接C．電極上進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)的生成物為電子D．電極上進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)中會有電子的轉(zhuǎn)移解析：電子的定向移動形成電流，氧化還原反應(yīng)中有電子的轉(zhuǎn)移，D項(xiàng)正確。3．下列裝置中，能構(gòu)成原電池的是(C)A．只有甲 B．只有乙C．只有丙 D．除乙均可以解析：構(gòu)成原電池的條件是：①活潑性不同的兩電極，②兩電極插入電解質(zhì)溶液，③用導(dǎo)線連接形成閉合回路，④能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，只有丙符合，選C。4．如圖所示的裝置中，M為活動性依次位于氫之前的金屬，N為石墨棒。關(guān)于此裝置的下列敘述中，不正確的是(D)A．N上有氣體放出B．M為負(fù)極，N為正極C．是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置D．導(dǎo)線中有電流通過，電流方向是由M到N解析：據(jù)題意知，此裝置為原電池，M端為負(fù)極，N端為正極，有H2生成，是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，電流由N到M，選D。5．有A、B、C、D四種金屬，當(dāng)A、B組成原電池時，電子流淌方向A→B；當(dāng)A、D組成原電池時，A為正極；B與C構(gòu)成原電池時，電極反應(yīng)式為C2＋＋2e－=C，B－2e－=B2＋，則A、B、C、D金屬性由強(qiáng)到弱的依次為(C)A．A>B>C>D B．A>B>D>CC．D>A>B>C D．D>C>A>B解析：A、B組成原電池時，電子流淌方向A→B，金屬性A>B；A、D組成原電池時，A為正極，金屬活動性D>A；B、C構(gòu)成原電池時，據(jù)電極反應(yīng)，金屬活動性B>C，綜上述得金屬活動性D>A>B>C，選C。6．對于原電池的電極名稱敘述有錯誤的是(C)A．發(fā)生氧化反應(yīng)的為負(fù)極B．正極為電子流入的一極C．比較不活潑的金屬為負(fù)極D．電流的方向由正極到負(fù)極解析：在原電池中比較活潑的金屬為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A正確，C錯誤；原電池中電流的方向由正極到負(fù)極，電子的方向由負(fù)極到正極，B、D正確。課堂素能探究學(xué)問點(diǎn)原電池的工作原理,問題探究1．原電池內(nèi)部陰、陽離子如何移動？移動的緣由是什么？提示：陰離子要移向負(fù)極，陽離子要移向正極。這是因?yàn)樨?fù)極失電子，生成大量陽離子積聚在負(fù)極旁邊，致使該極旁邊有大量正電荷，所以溶液中的陰離子要移向負(fù)極；正極得電子，該極旁邊的陽離子因得電子生成電中性的物質(zhì)而使該極旁邊帶負(fù)電荷，所以溶液中的陽離子要移向正極。2．兩個活潑性不同的金屬電極用導(dǎo)線連接，共同通入電解質(zhì)溶液中就能構(gòu)成原電池嗎？提示：不肯定。構(gòu)成原電池除具備①兩種活潑性不同的金屬②電解質(zhì)溶液③形成閉合回路外，還必需有一個能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，如圖由于Cu、Ag都不能與稀硫酸反應(yīng)，故不能構(gòu)成原電池。學(xué)問歸納總結(jié)1．原電池的構(gòu)成條件——“兩極一液一線一反應(yīng)”(1)兩極——兩種活潑性不同的金屬(或一種為能導(dǎo)電的非金屬)。(2)一液——電解質(zhì)溶液。(3)一線——形成閉合回路。(4)一反應(yīng)——能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。2．原電池工作原理：(1)裝置示意圖：(2)工作原理(以銅、鋅、稀硫酸原電池為例)學(xué)問要點(diǎn)實(shí)例電極構(gòu)成負(fù)極：還原性相對較強(qiáng)的金屬正極：還原性相對較弱的金屬或?qū)щ姺墙饘黉\板——負(fù)極銅板——正極電極反應(yīng)負(fù)極：失去電子，氧化反應(yīng)正極：得到電子，還原反應(yīng)負(fù)極：Zn－2e－=Zn2＋正極：2H＋＋2e－=H2電子流向、電流方向外電路：電子由負(fù)極流向正極，電流方向相反；內(nèi)電路：陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極，電流由負(fù)極流向正極外電路：電子由鋅板經(jīng)導(dǎo)線流向銅板內(nèi)電路：SOeq\o\al(2－,4)移向鋅板(負(fù)極)；Zn2＋移向銅板(正極)電極反應(yīng)式與總反應(yīng)式的關(guān)系兩個電極反應(yīng)式相加，即得總反應(yīng)式負(fù)極：Zn－2e－=Zn2＋正極：2H＋＋2e－=H2總反應(yīng)式：Zn＋2H＋=Zn2＋＋H23．原電池正負(fù)極的推斷方法：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，既要考慮金屬活潑性的強(qiáng)弱也要考慮電解質(zhì)溶液性質(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。┃┃典例剖析__■典例1如圖是Zn和Cu形成的原電池，某試驗(yàn)愛好小組做完試驗(yàn)后，記錄如下，其中描述合理的是(B)試驗(yàn)后的記錄：①Zn為正極，Cu為負(fù)極。②H＋向負(fù)極移動。③電子流淌方向：從Zn經(jīng)外電路流向Cu。④Cu極上有H2產(chǎn)生。⑤Zn極上發(fā)生氧化反應(yīng)。⑥正極的電極反應(yīng)式為Zn－2e－=Zn2＋A．①②③ B．③④⑤C．④⑤⑥ D．②③④【延長探究】(1)該電池中電流的方向，是從__銅__電極(填材料名稱，下同)經(jīng)外電路流向__鋅__電極。(2)該電池中，每有1mol電子流過導(dǎo)線，負(fù)極削減__32.5__g，正極產(chǎn)生__0.5__molH2。解析：在該原電池中，Zn比Cu活潑，故Zn作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)；Cu作正極，電子由Zn流出經(jīng)導(dǎo)線流向Cu，負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－=Zn2＋，正極反應(yīng)為2H＋＋2e－=H2↑，在溶液中H＋向正極移動，SOeq\o\al(2－,4)向負(fù)極移動?！狙娱L探究】(1)電流的方向和電子移動的方向相反。(2)依據(jù)負(fù)極電極反應(yīng)Zn－2e－=Zn2＋，故每轉(zhuǎn)移1mol電子時，Zn溶解0.5mol，質(zhì)量為32.5g。正極反應(yīng)為2H＋＋2e－=H2↑，故每轉(zhuǎn)移1mol電子時，產(chǎn)生H20.5mol。┃┃變式訓(xùn)練__■1．如圖所示電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，同時A極的質(zhì)量減小，B極上有氣泡產(chǎn)生，C為電解質(zhì)溶液，下列說法錯誤的是(C)A．B極為原電池的正極B．A、B、C分別為Zn、Cu和稀鹽酸C．C中陽離子向A極移動D．A極發(fā)生氧化反應(yīng)解析：由題意知，A為原電池負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，B為正極，溶液中陽離子向正極移動，C項(xiàng)錯誤。原電池原理的應(yīng)用,學(xué)問點(diǎn)問題探究1．在原電池中，負(fù)極材料的金屬性肯定大于正極材料嗎？一般原電池中負(fù)極材料的金屬性大于正極材料，在特別狀況下也有特例，如Al－Mg－NaOH原電池中，Al在強(qiáng)堿性溶液中比Mg更易失電子，Al作負(fù)極，Mg作正極。2．如何利用Cu＋2AgNO3=Cu(NO3)2＋2Ag設(shè)計(jì)原電池？該氧化還原反應(yīng)可拆分為如下兩個半反應(yīng)：氧化反應(yīng)(負(fù)極反應(yīng))：Cu－2e－=Cu2＋。還原反應(yīng)(正極反應(yīng))：2Ag＋＋2e－=2Ag。故Cu作負(fù)極，活潑性比Cu差的材料作正極，如Ag、C等，AgNO3溶液作電解質(zhì)溶液。如圖。學(xué)問歸納總結(jié)1．加快化學(xué)反應(yīng)速率一個自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計(jì)成原電池可以加快反應(yīng)速率。eq\x(原理)—eq\a\vs4\al(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)動時,相互的干擾減小，使反應(yīng)速率增大。)|eq\x(實(shí)例)—eq\a\vs4\al(試驗(yàn)室用Zn和稀硫酸反應(yīng)制取氫氣時，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：兩種金屬分別作原電池的兩極時，一般作負(fù)極的金屬比作正極的金屬活潑。eq\x(原理)—eq\a\vs4\al(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)。)|eq\x(實(shí)例)—eq\a\vs4\al(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，金屬活動性A>B。)3．用于金屬愛護(hù)將被愛護(hù)的金屬與比其活潑的金屬連接。eq\x(原理)eq\a\vs4\al(作原電池的正極的金屬材料不參加反應(yīng))eq\x(實(shí)例)eq\a\vs4\al(要愛護(hù)一個鐵制的輸水管道，可用導(dǎo)線將其與一塊鋅塊相連，使鋅作原電池的負(fù)極。)4．設(shè)計(jì)原電池(1)依據(jù)：已知一個氧化還原反應(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)，氧化劑為電解質(zhì)溶液中的陽離子(或在正極上被還原)。(2)步驟：以Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu為例。步驟實(shí)例將反應(yīng)拆分為電極反應(yīng)負(fù)極反應(yīng)Fe－2e－=Fe2＋正極反應(yīng)Cu2＋＋2e－=Cu選擇電極材料負(fù)極：較活潑金屬，一般為發(fā)生氧化反應(yīng)的金屬Fe正極：活潑性弱于負(fù)極材料的金屬或石墨Cu或C選擇電解質(zhì)一般為與負(fù)極反應(yīng)的電解質(zhì)CuSO4溶液畫出裝置圖┃┃典例剖析__■典例2理論上講，任何自發(fā)的氧化還原反應(yīng)都可以設(shè)計(jì)成原電池。請利用反應(yīng)“Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋”設(shè)計(jì)一個化學(xué)電池(正極材料用碳棒)，回答下列問題：(1)該電池的負(fù)極材料是__Cu__，發(fā)生__氧化__反應(yīng)(填“氧化”或“還原”)，電解質(zhì)溶液是__AgNO3溶液__。(2)正極上出現(xiàn)的現(xiàn)象是__碳棒上出現(xiàn)銀白色物質(zhì)__。(3)若導(dǎo)線上轉(zhuǎn)移電子1mol，則生成銀__108__g。解析：(1)依據(jù)電池的總反應(yīng)，可知負(fù)極一般是失電子的物質(zhì)，所以負(fù)極材料應(yīng)當(dāng)是銅，發(fā)生氧化反應(yīng)，電解質(zhì)溶液是一種可溶性的銀鹽溶液，所以是AgNO3溶液。(2)正極上是溶液中的銀離子得到電子變成銀單質(zhì)，所以正極上的現(xiàn)象是碳棒上出現(xiàn)銀白色物質(zhì)。(3)當(dāng)導(dǎo)線上轉(zhuǎn)移1mol電子的時候，正極上會析出1mol銀單質(zhì)，所以正極上生成的銀的質(zhì)量是108g。┃┃變式訓(xùn)練__■2．依據(jù)下列事實(shí)：①A＋B2＋=A2＋＋B；②D＋2H2O=D(OH)2＋H2↑；③以B、E為電極與E的鹽溶液組成原電池，電極反應(yīng)為E2＋＋2e－=E，B－2e－=B2＋。由此可知A2＋、B2＋、D2＋、E2＋的氧化性強(qiáng)弱關(guān)系是(D)A．D2＋>A2＋>B2＋>E2＋B．A2＋>B2＋>D2＋>E2＋C．D2＋>E2＋>A