高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化第2课时学案及答案

这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化第2课时学案及答案，共15页。学案主要包含了化学能转化为电能，常见的化学电源等内容，欢迎下载使用。

第2课时　化学反应与电能
核心微网络


新课程标准
1.以原电池为例认识化学能与电能的转化关系；
2．从氧化还原反应的角度认识原电池的工作原理，并会书写电极反应式；
3．体会研制新型电池的重要性。

素养新要求
1.通过实验探究、揭示原电池工作原理，理解化学能与电能之间的转化；
2．树立绿色化学理念、培养科学发展观、增强社会责任感。





学业基础——自学·思记·尝试
一、化学能转化为电能
1．燃煤发电的能量转化
（1）过程：化学能　　　能　　　能电能
（2）　　　（氧化还原反应）是使化学能转换为电能的关键。
2．化学能直接转化为电能——原电池
（1）实验探究——【实验6－3】
实验装置
实验现象
实验结论

_______________
_______________
_______________
锌与稀硫酸___________，铜与稀硫酸_______________

_______________
_______________
_______________
_______________参与反应，_______________上产生氢气

_______________
_______________
_______________
该装置将_______________转化为_______________

状元随笔　原电池原理演示实验的注意点
（1）实验中所用的酸是稀硫酸，也可以用稀盐
酸，但不能用浓硫酸或硝酸。
（2）实验中用到的电极的表面积要大，并且要洁净，实验前最好用酸将锌片和铜片洗几遍，然后用水洗干净。如果锌片和铜片上有杂质，会形成较多的微电池，导致实验现象不明显。锌片应该用纯锌，若用粗锌则锌片上也会产生气泡。

（2）原电池概念：将　　　　能转变为　　　能的装置。
（3）铜锌原电池工作原理（以Cu-Zn-稀H2SO4原电池为例）：
实验

装置
注意图中电子与离子流向微粒运动的描述中，要特别注意“电子不下水，离子不上岸”。

电极材料
电子转移
电极反应式
反应类型
Zn
_________
_________
_________
Cu
_________
_________
_________
电池总反应：　　　　　　　　　　。
（4）反应本质：原电池反应的本质是　　　　　　　　　。



【应用尝试】
在“Fe-H2SO4-Cu”构成的原电池中。
负极材料是__________________，电极反应式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
正极材料是　　　　，电极反应式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
该原电池的总离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。


状元随笔　构成原电池的基本条件






【学而思】
1.辨析：下列装置中能够组成原电池的有哪些？其他不能构成原电池的请分别说明理由。





2.思考：判断出如图所示原电池的正负极，并指出电子、电流和溶液中离子的移动方向。







3.探索：某同学为了探究原电池产生电流的过程，设计了如图实验。写出此电池的负极的电极反应式及总反应的离子方程式。





二、常见的化学电源
1．一次电池——锌锰干电池


工作原理
负极
________
锌被氧化，逐渐消耗
正极
________
________________被还原
电解质
________
________
特点
放电后________充电
便于携带，价格低



2.二次电池

3．燃料电池




【学而思】
1.思考：结合所学知识判断：干电池与充电电池的本质区别；燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别。





2．辨析：燃料电池当以氢气为燃料时，产物为水；通氢气等可燃性气体的一极为电池的什么极？氢氧燃料电池往往以KOH溶液或硫酸溶液作电解质溶液，两种电解质溶液工作时溶液的pH如何变化？









3．探索：部分心脏病患者需要植入心脏起搏器，一种心脏起搏器以铂和锌为电极材料，依靠人体血液中有一定浓度的O2和H2O进行工作。该心脏起搏器的负极材料和正极材料分别是什么？写出负极的电极反应式。










[即学即练]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
（1）火力发电是化学能间接转化为电能的过程。（　　）
（2）将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转。（　　）
（3）在铜—锌—稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌。（　　）
（4）原电池中阳离子向正极移动。（　　）
（5）原电池中的负极反应一定是电极材料失电子。（　　）
（6）锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细。（　　）
（7）氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能。（　　）
（8）氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化。（　　）
（9）HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池。（　　）
2．对于原电池的电极名称，叙述有错误的是（　　）
A．发生氧化反应的一极为负极
B．正极为电子流入的一极
C．有气泡产生的电极为负极
D．电流流出的一极为正极
3．[2022·青岛高一检测]（双选）锌—铜—西红柿电池装置示意图如图所示，下列说法正确的是（　　）

A.铜片为正极，发生还原反应
B．锌片上发生还原反应：Zn－2e－===Zn2＋
C．该装置将电能转变为化学能
D．电子由锌片沿导线流向铜片
4.[2022·北京西城区高一检测]原电池原理的发现和各种电池装置的发明，改变了人们的生活方式。下列关于如图所示原电池装置的说法不正确的是（　　）

A．Zn为原电池的负极
B．电极质量减小65 g时，产生1 mol气体
C．外电路电流从Zn经导线流向Cu
D．Cu上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
5．下列关于充电电池的叙述，不正确的是（　　）
A．充电电池又叫二次电池
B．充电电池可以无限制地反复充电、放电
C．废弃的镍镉电池不可以随意丢弃，会污染环境
D．较长时间不使用电器时，最好从电器中取出电池，并妥善存放
6．[2022·邯郸高一检测]（双选）以电池为动力的纯电动汽车的普及，更有利于我国的环境保护。下列有关电池的叙述不正确的是（　　）
A．水果电池是方便实用的家用电池
B．铅酸蓄电池是一种常用的一次电池
C．氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置
D．锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄



核心素养——合作·探究·分享
目标1　原电池原理分析判断
例1如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下，在卡片上描述合理的是（　　）
　
A．①②③ B．③④⑤
C．④⑤⑥ D．②③④


状元随笔　电池内、外电路中电流的形成
外电路中电流的形成靠的是电子的定向移动；内电路中电流的形成靠的是离子的定向移动。


[提升1]　写出下列原电池的电极反应和总反应（属于离子反应的，用离子方程式表示）。


负极
正极
电解质溶液
（1）
铁
铜
稀硫酸
（2）
铜
银
AgNO3溶液
（3）
H2
O2
KOH溶液
（1）负极：___________________________________________________________；
正极：________________________________________________________________；
总反应式：____________________________________________________________。
（2）负极：___________________________________________________________；
正极：________________________________________________________________；
总反应式：____________________________________________________________。
（3）负极：___________________________________________________________；
正极：________________________________________________________________；
总反应式：____________________________________________________________。



状元随笔　1.书写电极反应的基本规则
（1）两极得失电子数目相等。
（2）电极反应式常用“===”表示，不用“―→”表示。
（3）电极反应式中若有气体生成，需加“↑”；而有固体生成时，由于固体附着在电极上，不必加“↓”。
（4）书写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒，可在电极反应式一端根据需要添加H＋、OH－或H2O。
2．电极反应的书写方法
（1）原电池正极反应的书写方法
书写时总的原则是首先根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒；其次确定该微粒得电子后生成什么物质。
如氢氧（酸性）燃料电池，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；
氢氧（碱性）燃料电池，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
（2）原电池负极反应的书写方法
①较活泼金属作负极时，电极本身被氧化。
a．若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可直接写为金属阳离子，如Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋。
b．若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应为两反应合并后的反应。如Mg－Al（KOH）原电池，负极反应为Al＋4OH－－3e－===Al＋2H2O；铅蓄电池负极反应为Pb＋－2e－===PbSO4。
②负极本身不反应
氢氧（酸性）燃料电池，负极反应为H2－2e－===2H＋；
氢氧（碱性）燃料电池，负极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O。



关键能力
1.原电池的工作原理


（1）反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
（2）电子的移动方向：负极流出，经导线流向正极。
（3）离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
2．原电池正负极的判断








目标2　常见化学电源分析
例2下列有关电池的叙述不正确的是（　　）
A．水果电池是方便实用的家用电池
B．铅蓄电池是一种常用的二次电池
C．氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置
D．锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄


状元随笔　1.燃料电池中，助燃性气体作正极，可燃性气体作负极。
2．燃料电池工作不是燃料燃烧，由于该类电池反应与燃料的燃烧反应一致（若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应），故称为燃料电池。



[提升2]　下列说法正确的是（　　）
A．镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池
B．燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池
C．化学电池的反应基础是氧化还原反应
D．铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2



关键能力
几种电池的特点
名称
干电池（一次电池）
充电电池（二次电池）
燃料电池
特点
①活性物质（发生氧化还原反应的物质）消耗到一定程度后，不能再使用
②电解质溶液为胶状，不流动
①放电后可再充电使活性物质获得再生
②可以多次充电，重复使用
①电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件
②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出
举例
普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等
铅蓄电池、锂电池、镍镉电池等
氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等
状元随笔　干电池是一次性电池，放电之后不能充电，即内部的氧化还原反应是不可逆的；充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态；燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。






学考评价——夯实·测控·演练
1．下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是（　　）
A．碱性锌锰电池 B．手机用锂电池
C．汽车用铅蓄电池 D．玩具用镍氢电池
2．[2022·天津红桥区高一检测]2022年6月5日，神舟十四号载人飞船成功将3名航天员送入空间站，空间站中一种能量储存系统原理如图所示，图中没有涉及的能量转化形式是（　　）

A．电能转化为化学能
B．太阳能转化为电能
C．化学能转化为电能
D．太阳能转化为动能
3.

（双选）如图是用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是（　　）
A．锌片表面有气泡生成
B．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
C．如果将稀硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动
D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变
4．下列叙述正确的是（　　）
①原电池是把化学能转化为电能的一种装置
②原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应
③不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池的装置均可实现
④碳棒不能用来作原电池的正极
⑤反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，能以原电池的形式来实现
A．①⑤ B．①④⑤
C．②③④ D．②⑤
5．汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是（　　）
A．Pb是正极
B．PbO2得电子，被氧化
C．负极反应式为Pb＋－2e－===PbSO4
D．电池放电时，溶液的酸性增强
6．（双选）下列有关锌锰干电池的说法正确的是（　　）
A．锌外壳是负极，碳棒是正极材料
B．在外电路中电子从碳棒流向锌外壳
C．电流从碳棒流到锌上
D．在电池内部阳离子从碳棒向锌外壳移动


练后感悟
原电池原理的应用
（1）比较金属活动性
作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性弱。
（2）改变化学反应速率
如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正、负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率。
（3）设计原电池
如：把Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计成原电池，可用Fe作负极，铜（或石墨）作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。













第2课时　化学反应与电能
学业基础
一、
1．(1)热　机械　(2)燃烧
2．(1)锌片溶解，表面产生气泡，铜片上无气泡　反应　不反应　锌片溶解，铜片上有气泡　锌片　铜片　锌片溶解，铜片上有气泡，电流表指针偏转　化学能　电能
(2)化学　电
(3)失电子　Zn－2e－===Zn2＋　氧化反应　得电子　2H＋＋2e－===H2↑　还原反应　Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(4)氧化还原反应
【应用尝试】
Fe　Fe－2e－===Fe2＋　Cu　2H＋＋2e－===H2↑
Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋
【学而思】
1．提示：④⑥⑦。①②只有一个电极，③两电极的活动性相同，⑤酒精为非电解质，不能导电，⑧未形成闭合回路。
2．提示：负极为Zn，正极为Cu；电子从负极(Zn)经过导线移向正极(Cu)，电流的方向与电子移动的方向相反，从正极(Cu)经过导线流向负极(Zn)；阳离子(Cu2＋)向正极(Cu)移动，阴离子()向负极(Zn)移动。
3．提示：负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，总反应的离子方程式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。

二、
1．锌筒　石墨棒　二氧化锰　氯化铵糊　不能
2．铅酸蓄　锂离子　化学能　电能　电能　化学能
氧化还原
3．燃料　氧化剂　化学能　电能　清洁　安全　高效
【学而思】
1．提示：干电池是一次性电池，放电之后不能充电，即内部的氧化还原反应是不可逆的；充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。
燃料电池与干电池或蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外部装备提供燃料和氧化剂等，这时电池起着类似于试管、烧杯等反应器的作用。
2．提示：氢气发生氧化反应，故通H2一端的电极为负极；以氢气为燃料时，产物为水，故碱性环境(如KOH溶液)中pH减小，酸性环境(如硫酸溶液)中pH增大。
3．提示：正极是铂，负极是锌，电解质溶液是人体血液，工作时，负极锌失电子被氧化，负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。
[即学即练]
1．答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)√　(9)×
2．解析：有气泡(H2)产生的一极发生还原反应，是正极。
答案：C
3．答案：AD
4．解析：锌的活泼性强于铜，Zn为原电池的负极，A正确；电池总反应为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，Zn极减少65 g即1 mol，产生1 mol H2，B正确；Zn为原电池的负极，Cu为原电池的正极；外电路电流从Cu经导线流向Zn，C错误；Cu为原电池正极，Cu上氢离子得电子生成氢气，发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，D正确。
答案：C
5．解析：充电电池可循环使用，但充、放电次数仍有限制，有一定的使用寿命，B项错误；镍镉电池含有重金属离子、酸、碱等，随意丢弃对生态环境和公众健康危害很大，故应对废电池进行集中处理，不能随意丢弃，C项正确。
答案：B
6．答案：AB
核心素养
[例1]　解析：在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu片，负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故转移1 mol电子时，产生H2 0.5 mol，在溶液中H＋向正极移动，向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确，选B项。
答案：B
[提升1]　解析：(1)铁作负极失2e－，被氧化生成Fe2＋，溶液中H＋得到电子被还原为H2。(2)Cu作负极失2e－，被氧化生成Cu2＋，溶液中的Ag＋得到电子被还原为Ag。(3)氢气从负极通入，失电子被氧化；氧气从正极通入，得电子被还原。因为电解质溶液为KOH溶液，故负极反应式不能写成H2－2e－===2H＋，而应为H2＋2OH－－2e－===2H2O。
答案：(1)Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(2)Cu－2e－===Cu2＋　2Ag＋＋2e－===2Ag
Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag
(3)2H2＋4OH－－4e－===4H2O　
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2H2＋O2===2H2O
[例2]　解析：水果电池产生的电流非常微弱且不能连续长时间放电，不能作为家用电池；铅蓄电池是一种常用的二次电池，氢氧燃料电池产物为水，无污染；锌锰干电池工作时，Zn放电被消耗，故工作一段时间后锌外壳会逐渐变薄，B、C、D正确，A错误。
答案：A
[提升2]　解析：碱性锌锰干电池是一次电池；燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池；铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。
答案：C
学考评价
1．答案：A
2．解析：在装置X中，太阳能电池产生的电能，将水电解生成O2和H2，实现电能转化为化学能，A不符合题意；在太阳能电池板上，太阳能转化为电能，B不符合题意；在装置Y中，O2、H2反应转化为H2O，将化学能转化为电能，C不符合题意；马达工作时，电能转化为机械能，该图中没有涉及太阳能转化为动能，D符合题意。
答案：D
3．答案：AC
4．解析：原电池是把化学能转化为电能的一种装置，①正确；在发生反应时，原电池的正极要得到电子而发生还原反应，负极要失去电子而发生氧化反应，②错误；铜与稀硫酸不能发生反应，若用铜作负极，碳棒作正极，稀硫酸作电解质溶液，组成原电池，此反应仍然不能发生，③错误；因为碳棒可以用来作原电池的正极，④错误；可以用铜作负极，碳棒作正极，AgNO3溶液作电解质溶液，组成原电池，此时即可发生反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，⑤正确。A正确。
答案：A
5．解析：从铅蓄电池的放电反应可以看出，放电过程中Pb失去电子变为Pb2＋，发生氧化反应，因而Pb是负极，A错误；PbO2得到电子发生还原反应，被还原，B错误；电池放电过程中消耗了H＋，使溶液的酸性减弱，D错误。
答案：C
6．解析：A项，在锌锰干电池中，锌外壳是负极，碳棒是正极，故正确；B项，在外电路中电子从锌外壳流向碳棒，故错误；C项，电流的方向与电子的流向相反，应从碳棒流向锌，故正确；D项，电池内部，阳离子向正极碳棒移动，故错误。
答案：AC