人教版 (2019)必修 第二册化学反应与能量变化第二课时教学设计及反思

这是一份人教版 (2019)必修 第二册化学反应与能量变化第二课时教学设计及反思，共14页。教案主要包含了原电池构成条件及工作原理，原电池工作原理的应用等内容，欢迎下载使用。
1.火力发电——化学能间接转化为电能
化学能热能机械能电能
其中能量转换的关键环节是燃烧(氧化还原反应)。
思考1 火力发电的缺点是什么？
提示 ①煤炭是不可再生能源，会造成能源危机；②煤炭燃烧会产生污染性气体；③经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低。
2.原电池——化学能直接转化为电能
(1)实验探究
(2)原电池
①概念：将化学能转化为电能的装置。
②本质：发生氧化还原反应。
③电极：负极：电子流出的一极，发生氧化反应；
正极：电子流入的一极，发生还原反应。
(3)原电池工作原理
思考2 结合上述实验和课本原电池原理示意图，分析说明该原电池的电极和导线、电解质溶液中的导电微粒分别是什么，并说明其移动方向。
提示 电极(锌片、铜片)和导线中的导电微粒是电子，从负极流出，经导线流向正极；电解质溶液中的导电微粒是阳离子H+、阴离子SO42−，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
总结
原电池总反应式：Zn+2H+===Zn2++H2↑。
(4)原电池的构成条件
思考3 (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？
提示 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、较不活泼的金属等代替铜。
(2)图2中将锌片换成铜，能形成原电池吗？
提示 不能，无自发进行的氧化还原反应。
(3)图2中用酒精代替稀硫酸能形成原电池吗？
提示 不能，酒精是非电解质，不导电。
总结
1.按要求解答问题：
(1)若X为Zn，Y为硫酸铜溶液，则X为 (填电极名称)，判断依据： ；
铜电极的名称是 ，溶液中的Cu2+移向 (填“Cu”或“X”)电极。
(2)若X为银，Y为硝酸银溶液，则X为 (填电极名称)，判断依据： ； 铜电极的名称是 ，溶液中的Ag+移向 (填“Cu”或“X”)电极。X电极上的电极反应式为 。
答案 (1)负极 锌的活泼性比铜强(或Zn的还原性比Cu强) 正极 Cu
(2)正极 铜的活泼性比银强(或Cu的还原性比Ag强) 负极 X Ag++e-===Ag
二、原电池工作原理的应用
思考 用Zn和稀硫酸反应制氢气时，为了使反应加快，常常加入少量CuSO4溶液，请问这是为什么？
提示 锌和置换出的铜、稀硫酸构成了原电池，可以加快反应进行。
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，使反应加快。
2.比较金属的活动性
一般，若两种金属A、B与电解质溶液构成原电池，若金属A作负极，则金属活动性：A>B。
3.设计原电池
(1)给定氧化还原反应设计原电池
一般给定氧化还原反应的还原剂作负极，氧化剂作电解质溶液，比负极活动性弱的金属或石墨等能导电的非金属作正极。
如：利用Cu+2AgNO3===Cu(NO3)2+2Ag的氧化还原反应可设计原电池。
该电池负极为Cu，电极反应式为Cu-2e-===Cu2+，正极为石墨(C)，电极反应式为2Ag++2e-===2Ag。
(2)简易电池的设计与制作
根据原电池原理，设计水果电池和制作简易电池，体会原电池的构成要素。
例 同学们在“简易电池的设计与制作”的实验中，对影响自制电池效果的因素进行了实验探究。
[提出问题] 影响自制电池效果的因素有哪些？
[查阅资源] 电极材料，电极间距，水果种类对自制水果电池的效果可能有影响。
[实验探究] Ⅰ.按如图连接水果电池。
Ⅱ.实验记录如下：
[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)作电解质溶液
(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
1.判断正误
(1)原电池中，负极材料的活动性一定强于正极材料的活动性( )
(2)只要是自发的放热的化学反应就可以设计为原电池( )
(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)原电池中正极材料必须与电解质溶液的某种离子反应( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)×
2.现有如下两个反应：
A：H2SO4+2KOH===K2SO4+2H2O
B：Cu+2FeCl3===CuCl2+2FeCl2
(1)根据上述两个反应的本质， (填字母)反应能设计成原电池，其原因是 。
(2)将上述反应中能设计成原电池的反应设计成原电池。
①写出电极反应式及反应类型：
负极： ， ；
正极： ， 。
②画出装置图并标明电极材料、电解质溶液和电子流向。
③若导线上通过2 ml电子，则负极质量减轻 g。
答案 (1)B A为非氧化还原反应，没有电子转移；B为氧化还原反应，有电子转移 (2)①Cu-2e-===Cu2+ 氧化反应 2Fe3++2e-===2Fe2+ 还原反应
②
③64
1.(2023·辽宁抚顺高一校联考期中)下列各组材料组成如图装置，电流表指针能发生偏转的是( )
答案 C
解析 Ag、石墨与稀硫酸都不反应，不能构成原电池，电流表指针不能发生偏转，故不选A；蔗糖是非电解质，蔗糖溶液不导电，不能构成原电池，电流表指针不能发生偏转，故不选B；铁的活泼性大于铜，铁与氯化铁反应生成氯化亚铁，Fe、Cu、FeCl3溶液构成原电池，电流表指针能发生偏转，故选C；M、N两个电极相同，不能构成原电池，电流表指针不能发生偏转，故不选D。
2.(2024·石家庄高一期中)某化学兴趣小组设计了一个如图所示的水果电池，下列有关该电池的说法正确的是( )
A.锌片作正极
B.电子流向：锌片→导线→LED灯→铜片→柠檬→锌片
C.铜片上发生还原反应，质量一定增加
D.水果种类会影响LED灯的亮度
答案 D
解析 锌的金属活动性大于铜，所以锌片作负极，A错误；电子只能经过外电路导线进行移动，不能经过内电路电解质进行移动，B错误；铜片作正极，无金属析出，故铜片质量不变，C错误。
3.(2023·安徽芜湖一中高一质检)a、b、c、d四种金属片浸入稀硫酸中，用导线连接两两组成原电池。若a、b相连时，电流由a经导线流向b；c、d相连时，d极质量减少；a、c相连时，c极上产生大量气泡；a、d相连时，H+移向d极，则四种金属的活动性顺序由强到弱的顺序为( )
A.b>a>d>cB.b>d>a>c
C.b>a>c>dD.b>d>c>a
答案 A
解析 若a、b相连，电流由a经导线流向b，a为正极，则金属活动性：b>a；若c、d相连，d极质量减小，d为负极，则金属活动性：d>c；a、c相连，c极上产生大量气泡，c为正极，则金属活动性：a>c；a、d相连，H+移向d极，d为正极，则金属活动性：a>d；所以金属活动性顺序由强到弱：b>a>d>c，A项正确。
4.(2024·广西钦州高一段考)某兴趣小组依据反应Zn+CuSO4===ZnSO4+Cu探究原电池的工作原理，将质量相等的锌片和铜片用导线相连浸入硫酸铜溶液中构成如图1装置。
(1)该反应的能量变化可用图2中的 (填“甲”或“乙”)表示。
(2)若断开K，锌片上 (填“有”或“无”，下同)氧化还原反应发生，导线上 电流产生。
(3)连接K，锌片上的电极反应式为 。2 min后测得锌片和铜片之间的质量差为1.29 g，则导线中通过电子的物质的量为 ml。
答案 (1)甲 (2)有 无 (3)Zn-2e-===Zn2+ 0.02
解析 (1)Zn+CuSO4===ZnSO4+Cu是置换反应，也是放热反应，则反应物总能量大于生成物总能量，图甲符合。(2)若K断开，不能形成原电池，但Zn+CuSO4===ZnSO4+Cu反应继续进行，则锌片上有氧化还原反应发生，导线上无电流产生。(3)由图1知，连接K，构成原电池，Zn作负极，电极反应为Zn-2e-===Zn2+，2 min后测得锌片和铜片之间的质量差为1.29 g，由Zn+CuSO4===ZnSO4+Cu可知，溶解锌的物质的量和析出铜的物质的量相等，设转移电子的物质的量为x ml，12x ml×65 g·ml-1+12x ml×64 g·ml-1=1.29 g，解得x=0.02。
课时对点练 [分值：100分]
(选择题1~12题，每小题5分，共60分)
题组一 原电池工作原理
1.(2023·云南玉溪第一中学高一期中)下列关于原电池的叙述正确的是( )
A.原电池是将化学能转变为电能的装置
B.构成原电池的正极和负极材料必须是两种活动性不同的金属
C.在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原
D.原电池放电时，在电解质溶液中阳离子移向负极
答案 A
解析 构成原电池的正极和负极的材料必须是能导电的材料，电极材料可以是金属，也可以是非金属，如石墨等，B错误；在原电池中，负极失电子，被氧化，电子从负极流出，C错误；原电池放电时，在电解质溶液中阳离子移向正极，D错误。
2.(2024·江苏靖江高一期中)西红柿中含有矿物盐、有机酸等，某同学利用如图所示装置探究原电池工作原理。下列说法不正确的是( )
A.该装置可将电能转化为化学能
B.Cu电极表面产生的气体是H2
C.电子由Zn电极经导线流入Cu电极
D.Zn电极是该电池的负极
答案 A
解析 该装置为原电池装置，可将化学能转化为电能，A错误；锌比铜活泼，故锌电极是该电池的负极，铜电极为正极，Cu电极表面产生的气体是H2，电子由负极经外电路流向正极，故电子由Zn电极经导线流入Cu电极，B、C、D正确。
3.(2024·广州高一期中)原电池装置中X、Y为两金属电极，电解质溶液为稀硫酸，外电路中的电子流向如图所示，下列对此装置的说法正确的是( )
A.外电路的电流方向为X→外电路→Y
B.SO42−移向X电极、Y电极上有氢气产生
C.X电极上发生的是还原反应，Y电极上发生的是氧化反应
D.若两电极分别为Cu和Fe，则X为Cu，Y为Fe
答案 B
解析 电子从负极经外电路流向正极，即X为负极，Y为正极，则外电路的电流方向为Y→外电路→X，A错误；原电池中阴离子向负极移动，则SO42−移向X电极，Y为正极，氢离子在Y电极得电子生成氢气，B正确；X电极(负极)上发生的是氧化反应，Y电极(正极)上发生的是还原反应，C错误；若两电极分别为Cu和Fe，金属活动性强的作负极，因此X为Fe，Y为Cu，D错误。
4.(2024·重庆高一期中)锌铜原电池的装置如图，下列说法正确的是( )
A.若用乙醇代替CuSO4溶液，则也能构成原电池
B.铜电极的电极反应式为Cu2++2e-===Cu
C.电子由锌电极流出，经电解质溶液传递到铜电极
D.电池工作时，溶液中的Cu2+向锌电极迁移
答案 B
解析 原电池中发生总反应：Zn+Cu2+===Zn2++Cu，锌作负极，铜作正极，正极Cu2+得电子，电子由负极流出经导线传递到正极，阳离子向正极迁移，B正确，C、D错误；乙醇是非电解质，构成原电池需要电解质溶液，A错误。
5.(2023·深圳高一校联考期中)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.电池的总反应式为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑
答案 D
解析 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，故电池的总反应式为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑，D正确。
题组二 原电池工作原理的应用
6.(2024·辽宁本溪高一段考)比较X、Y、Z、W四种金属的活动性，方案及相关现象如下：
①将四种金属各自浸入稀硫酸中，只有W表面无气泡产生；
②将X、Y用导线连接浸入稀硫酸中，X上产生气泡；
③将Y、Z用导线连接浸入稀硫酸中，Z极质量减小。
则四种金属的活动性由强到弱的顺序为( )
A.Z>Y>X>WB.Z>X>Y>W
C.Z>Y>W>XD.Y>Z>X>W
答案 A
解析 ①中W表面无气泡产生，说明金属活动性W最弱；②中X上产生气泡，说明金属活动性：Y>X；③中Z极质量减小，Z为负极，说明金属活动性：Z>Y，故选A。
7.某原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe===3Fe2+，能实现该反应的原电池是( )
答案 A
解析 A中原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe===3Fe2+，正确；B中没有自发的氧化还原反应，不能构成原电池，错误；C中锌比铁活泼，锌作负极，总反应的离子方程式为Zn+2Fe3+===2Fe2++Zn2+，错误；D中原电池总反应的离子方程式为Fe+Cu2+===Fe2++Cu，错误。
8.(2024·山东淄博高一期中)下列各组材料组成如图装置，能形成原电池且M作正极的是( )
答案 C
解析 锌是负极，铜是正极，即M作负极，A不选；蔗糖是非电解质，不能形成原电池，B不选；铁是负极，银是正极，即M作正极，C选；铝和氢氧化钠溶液反应，镁是正极，铝是负极，即M作负极，D不选。
9.某实验小组同学设计如图所示对比实验，探究原电池的构成条件，下列相关说法不正确的是( )
A.实验1形成原电池，将化学能转化为电能
B.实验1中锌粒作负极，铜丝作正极
C.对比实验1和实验2，说明形成原电池可以使Cu与稀硫酸反应
D.对比实验1和实验3，说明形成原电池需要导线连成闭合回路
答案 C
解析 实验1中形成原电池，化学能转化为电能，锌粒作负极，发生失电子的氧化反应：Zn-2e-===Zn2+，铜丝作正极，H+在正极得电子发生还原反应：2H++2e-===H2↑，A、B正确；实验1的本质是锌粒与稀硫酸的反应，C错误；原电池需要形成闭合回路，D正确。
10.下列有关原电池的说法正确的是( )
A.将反应2Fe3++Fe===3Fe2+设计为原电池，则可用Zn作负极，Fe作正极，FeCl3为电解质
B.铜片和铝片用导线连接后插入浓硝酸中，铜作负极
C.铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
D.任何放热反应都可以设计成原电池
答案 B
解析 Fe作负极，活泼性比Fe弱的金属或石墨棒作正极，所以不能用Zn作负极，故A错误；Al遇到浓硝酸会钝化，Cu与浓硝酸反应，Cu作负极，故B正确；电子由负极(锌)流向正极(铜)，故C错误。
11.(2024·福建德化高一期中)某学生用如图所示装置研究原电池的工作原理，下列说法错误的是( )
A.装置Ⅰ中铜棒上没有气体产生
B.装置Ⅱ中Zn棒逐渐溶解，铜棒电极反应式为2H++2e-===H2↑
C.装置Ⅱ与Ⅲ中正极生成的物质质量之比为1∶32时，Zn棒的质量变化相等
D.当装置Ⅲ电路中转移1 ml电子，负极和正极质量变化之差为1 g
答案 D
解析 装置Ⅰ因没有形成闭合回路，不是原电池装置，铜棒上没有气体产生，A正确；装置Ⅱ与Ⅲ中负极电极反应为Zn-2e-===Zn2+，装置Ⅱ中正极电极反应为2H++2e-===H2↑，装置Ⅲ中正极电极反应为Cu2++2e-===Cu，正极生成的物质质量之比为1∶32时，依据电子守恒计算两个原电池中电子转移相同，所以反应的锌的质量相同，B、C正确；装置Ⅲ是原电池装置，锌作负极：Zn-2e-===Zn2+，铜作正极：Cu2++2e-===Cu，当装置Ⅲ电路中转移1 ml电子，负极和正极质量变化之差为65 g−64 g2=0.5 g，D错误。
12.按图1所示装置进行实验，若图2中x轴表示流入正极的电子的物质的量，则y轴可以表示( )
①c(Ag+) ②c(NO3−) ③a棒的质量 ④b棒的质量 ⑤溶液的质量
A.①③ B.②④ C.①③⑤ D.②④⑤
答案 C
解析 NO3−不参加反应，因此c(NO3−)不变，②不符合图像变化；负极反应式为Fe-2e-===Fe2+，正极反应式为Ag++e-===Ag，则a棒的质量逐渐减小，b棒的质量逐渐增大，c(Ag+)逐渐减小，①③符合图像变化，④不符合图像变化；由电极反应式可知，每溶解56 g铁转移2 ml电子，有216 g银从溶液中析出，故随着反应的进行，溶液的质量减小，⑤符合图像变化。
13.(12分)回答下列问题。
(1)请设计一个原电池，可自发进行反应：Cu+2Ag+===Cu2++2Ag，该电池的两电极分别为铜棒、银棒，请在方框中画出该实验的装置图。该电池中，电子的流向为 。
(2)该电化学装置的能量变化形式为 。若开始时两电极质量相等，当电路中转移0.2 ml电子时，理论上两电极的质量差为 g。
答案 (1) 从Cu电极沿导线流向Ag电极 (2)化学能转化为电能 28
解析 (1)Cu+2Ag+===Cu2++2Ag可自发进行，设计成原电池时，负极为铜棒，正极为银棒，AgNO3为电解质溶液。该电池中电子从负极沿导线流向正极，即从Cu电极沿导线流向Ag电极。
(2)负极上Cu-2e-===Cu2+、正极上2Ag++2e-===2Ag，电路中转移0.2 ml电子，负极上消耗0.1 ml Cu，正极上生成0.2 ml Ag，则两电极的质量差为6.4 g+21.6 g=28 g。
14.(18分)几位同学以相同大小的铜片和锌片为电极研究水果电池，得到的实验数据如表所示：
(1)该实验的目的是探究水果种类和 对水果电池电流的影响。
(2)该实验所用装置中，负极的材料是 ，该装置将 转化为电能。
(3)能表明水果种类对电流有影响的实验编号是 和 。
(4)请你再提出一个可能影响水果电池电流的因素： 。
答案 (1)电极间距离 (2)锌片 化学能 (3)2 3 (4)水果的酸性(电解质溶液浓度)
解析 (1)实验1和2的电极间距离不同，导致电流强度有差异。(3)实验2和3电极间距离相同，水果种类不同，导致电流强度不同。(4)不同水果中电解质溶液的浓度不同，导电能力不同，电流强度不同。
15.(10分)(2024·厦门高一段考)化学电源在生产生活中有着广泛的应用，请回答下列问题：
(1)某同学利用原电池反应检测金属的活动性顺序，设计了相同条件下如图1(6 ml·L-1的H2SO4溶液)、图2(6 ml·L-1的NaOH溶液)的两个实验。
①图1中放电时H+向 (填“镁片”或“铝片”)移动。
②图2中铝片为 极，其电极反应式为 。
③依据该实验得出的下列结论中，正确的有 (填字母)。
A.利用原电池反应判断金属活动性强弱时应注意选择合适的介质
B.镁的金属性不一定比铝的金属性强
C.初中所学的金属活动性顺序已过时，没有实用价值
D.电极不变，电解质溶液不同，电极反应也可能不同
(2)一定量的Zn与足量的稀硫酸反应制氢气，反应过程中生成气体的体积随时间的变化如图3中的曲线①。某同学欲通过改变某一条件将曲线①变成曲线②。下列措施能实现其目的的是 (填字母)。
A.滴加少量的CuSO4溶液
B.滴加少量的浓硫酸
C.加入少量的ZnSO4固体
D.加入少量的CH3COONa固体
答案 (1)①铝片 ②负 Al-3e-+4OH-===[Al(OH)4]- ③AD (2)B
解析 (1)①图1中镁作负极，铝作正极，放电时氢离子向铝片移动。②图2中铝为负极，镁为正极，负极上电极反应式为Al-3e-+4OH-===[Al(OH)4]-。③初中所学的金属活动性顺序仍是正确的，仍有实用价值，因为一些特殊的化学反应，如铝能与NaOH反应而镁不行，使得部分金属性相对弱的金属作负极，说明利用原电池反应判断金属活动性强弱时应注意选择合适的介质，A正确，B、C错误。
(2)Zn置换出单质铜，与硫酸构成原电池，加快反应速率，但是生成氢气的量变少，A错误；对反应没有明显影响，生成气体的速率不变，C错误；生成弱酸醋酸，降低了溶液中氢离子浓度，反应速率减小，D错误。实验装置
实验现象
铜片：没有变化
锌片：逐渐溶解，有气泡产生
铜片：有气泡产生
锌片：逐渐溶解
电流表：指针发生偏转
实验结论
锌与稀硫酸反应产生氢气，而铜与稀硫酸不反应
锌失去电子，经导线流向铜片，H+在铜片上得到电子被还原生成H2
导线中有电流通过，反应过程中产生了电能
序号
电极
电极间距
水果种类
电流表示数(μA)
①
Cu—Al
2.0 cm
西红柿
78.5
②
Cu—Fe
2.0 cm
西红柿
70.3
③
Al—Al
2.0 cm
西红柿
0
④
Cu—Al
2.0 cm
柠檬
45.7
⑤
Cu—Al
1.0 cm
柠檬
98.4
⑥
石墨棒—Al
1.0 cm
柠檬
104.5
选项
A
B
C
D
M
石墨
Zn
Fe
Al
N
Ag
Ag
Cu
Al
P
稀硫酸
蔗糖溶液
FeCl3溶液
NaOH溶液
选项
A
B
C
D
正极
Ag
C
Fe
Cu
负极
Fe
Fe
Zn
Fe
电解质溶液
FeCl3
FeCl2
Fe2(SO4)3
CuSO4
选项
M
N
P
A
Zn
Cu
稀硫酸
B
Ag
Zn
蔗糖溶液
C
Ag
Fe
FeCl3溶液
D
Al
Mg
NaOH溶液
实验1
实验2
实验3
实验装置
实验现象
①锌粒逐渐变小；
②铜丝远离锌粒的一端有气泡产生
无明显现象
①锌粒逐渐变小；
②锌粒上有气泡产生；
③铜丝无明显变化
实验编号
水果种类
电极间距离/cm
电流/μA
1
番茄
1
98.7
2
番茄
2
72.5
3
苹果
2
27.2