鲁科版 (2019)必修 第二册第2章 化学键 化学反应规律第2节 化学反应与能量转化教案

这是一份鲁科版 (2019)必修 第二册第2章 化学键 化学反应规律第2节 化学反应与能量转化教案，共9页。教案主要包含了初识氢氧燃料电池，设计原电池，原电池，稀硫酸等内容，欢迎下载使用。

目标与素养：1.理解原电池的构成和工作原理，知道如何设计原电池。(科学探究)2.了解常见的化学电源。(社会责任)








一、初识氢氧燃料电池





负极反应：2H2－4e－===4H＋。


正极反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。


总反应方程式：2H2＋O2===2H2O。


此装置中的能量变化：化学能转化为电能。


稀硫酸的作用：传导电荷，导线的作用：传导电子。


二、设计原电池(以Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑为例)


1．设计思路


Zn为还原剂，金属锌可作为负极反应物；H＋为氧化剂，可作为正极反应物，由稀盐酸或稀硫酸作为电解质溶液提供，正极材料应选不与H＋直接发生反应的导体充当，如金属铜、石墨等。


2．实验装置示意图





现象：铜片上有气泡产生，锌片不断溶解，电流表指针偏转。


结论：导线中有电流通过，此装置中化学反应由化学能转化为电能。


三、原电池


1．概念：利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。


2．构成条件


理论上，自发的氧化还原反应均可设计构成原电池。


具体条件是(1)具有活动性不同的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)；


(2)溶液：两电极均插入电解质溶液中；


(3)导线：两极用导线相连，形成闭合回路。


3．常见电池


(1)干电池：又称一次电池，如锌锰电池。


(2)充电电池：又称二次电池，如铅蓄电池。


(3)燃料电池的优点：其能量转换效率高，对环境无污染。


微点拨：(1)原电池中电极不一定参加化学反应，如氢氧燃料电池中电极不参加反应。


(2)金属K、Na、Ca活泼性强，不作原电池电极。





1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)


(1)原电池是电能转化为化学能的装置。( )


(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)原电池中外电路中的电子的流向是由正极流向负极。( )


(4)原电池工作时，负极发生氧化反应。( )


(5)蓄电池是常见的一次电池。( )


[答案](1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×


2．关于化学反应中的能量变化，下列说法不正确的是( )


A．化学反应中的能量变化，除热能之外，还可以是光能、电能


B．化学反应中的能量变化，服从能量守恒定律


C．燃料电池工作时，化学能转变为电能


D．在一个确定的化学反应中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量


D [在吸热反应中反应物的总能量低于生成物的总能量，在放热反应中反应物的总能量高于生成物的总能量。]


3．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是( )





A B C D


[答案] A











1.工作原理(以铜、锌原电池为例)





2．原电池正负极的“四种”判断方法





【典例1】 如图所示是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡上的记录如下，则卡片上的描述合理的是( )





实验后的记录：


①Cu为负极，Zn为正极


②Cu极上有气泡产生，发生还原反应


③SOeq \\al(2－,4)向Cu极移动


④若有0.5 ml电子流经导线，则可产生0.25 ml气体


⑤电子的流向是Cu→Zn


⑥正极反应式：Cu—2e－===Cu2＋，发生氧化反应


A．①②③ B．②④


C．②③④ D．③④⑤


B [铜、锌形成原电池的时候，锌是负极，铜为正极；锌失去电子生成锌离子进入溶液中，电子通过外电路流向正极，溶液中的氢离子在正极上得到电子，生成氢气，发生还原反应；阳离子向正极移动，所以阴离子硫酸根离子向负极移动；若有0.5 ml电子流经导线，由于正极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，所以会产生0.25 ml氢气；电子的流向是由负极流向正极，所以应该是由Zn→Cu；正极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，发生还原反应。]





1．有关原电池的下列说法中正确的是( )


A．在外电路中电子由正极流向负极


B．在原电池中负极发生还原反应


C．原电池工作时，阳离子向正极方向移动


D．原电池中正极一定是不活泼金属


C [在原电池外电路中，电子从负极流向正极；原电池中负极发生氧化反应；随着反应的进行，阳离子在正极被还原，所以电解质溶液中的阳离子向正极移动；原电池中一般正极金属比负极金属活泼性差，但不一定是不活泼金属，故选C。]





1.加快化学反应速率


实验室用锌和稀硫酸反应制备氢气时，常用粗锌，产生氢气的速率更快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸构成原电池，电子定向移动，加快了锌与硫酸反应的速率。


2．比较金属的活泼性


一般情况下，在原电池中，负极金属的活泼性比正极金属的活泼性强。


3．设计原电池


(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。


(2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。


【典例2】 根据下列事实：


①X＋Y2＋===X2＋＋Y；


②Z＋2H2O(冷)===Z(OH)2＋H2↑；


③Z2＋氧化性比X2＋弱；


④由Y、W电极组成的电池，电极反应为W2＋＋2e－===W、Y－2e－===Y2＋，可知X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序为( )


A．X>Z>Y>W B．Z>W>X>Y


C．Z>Y>X>W D．Z>X>Y>W


D [由①得还原性：X>Y；由②知单质Z能与冷水反应，Z为活泼的金属单质；由③得还原性：Z>X；由④得还原性：Y>W，则有还原性Z>X>Y>W。]





(1)上题中④原电池的电池总反应为


。


(2)上题中①中的反应若设计成原电池，则负极是 。


[答案](1)W2＋＋Y===Y2＋＋W。


(2)X。





2．利用生活或实验室中的常用物品，根据氧化还原反应知识和电学知识，自己动手设计一个原电池。填写下列空白：


(1)实验原理：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。


(2)实验用品：电极( 、 )、稀硫酸、 、 (填写所缺的实验用品)、耳机(或者电流表)。


(3)实验装置(如图)。





(4)原理分析。


①按如图所示连接好实验仪器，注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出，如果没有，可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意：接触的同时耳机的另一极是连接在原电池的另一个电极上的)，这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓”的声音。其原因是在原电池中，由化学能转化为 。


②如果将装置中的耳机改为电流表，则铁钉应该接电流表的 极，电极反应： ；另一极应该接电流表的 极，电极发生了 反应。


[解析] 原电池的构成条件是电极、导线、电解质溶液。负极应用铁钉或铁条，正极可选铜棒、铜钉或石墨(如铅笔芯)等，电解质溶液盛放在烧杯中，原电池是将化学能转化为电能的装置，电流表的负极应与电源负极相连，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。


[答案] (2)铁钉(或铁条) 铜钉(其他的惰性电极如铅笔芯、铂等) 烧杯 导线


(4)①电能 ②负 Fe－2e－===Fe2＋ 正 还原





1．在理论上不能用于设计原电池的化学反应是( )


A．HCl＋NaOH===NaCl＋H2O


B．2CH3OH＋3O2―→2CO2＋4H2O


C．4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3


D．2H2＋O2===2H2O


A [原电池的化学反应原理是自发的氧化还原反应，有电子的转移，而A项中的反应是中和反应，没有电子的转移，故选A项。]


2．已知空气­锌电池的电极反应为锌电极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；石墨电极：eq \f(1,2)O2＋H2O＋2e－===2OH－。可以判断石墨电极是( )


A．负极，发生还原反应 B．正极，发生氧化反应


C．负极，发生氧化反应 D．正极，发生还原反应


D [空气­锌电池中，失去电子的一极是负极，发生氧化反应，得到电子的一极是正极，发生还原反应。]


3．在盛有稀硫酸的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是( )


A．正极附近的SOeq \\al(2－,4)浓度逐渐增大


B．电子通过导线由铜片流向锌片


C．正极有O2逸出


D．铜片上有H2逸出


D [本题符合铜锌原电池的形成条件，原电池工作时，电子由负极(锌)经外电路(导线)流向正极(铜)。负极锌片：Zn－2e－===Zn2＋；正极铜片：2H＋＋2e－===H2↑，总反应为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，原电池中没有O2产生。没有参与反应的SOeq \\al(2－,4)，浓度不会逐渐增大。]


4．某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是( )


C [离子方程式中Zn失电子生成Zn2＋，故Zn为负极。Cu2＋得电子生成Cu，故含Cu2＋的溶液为电解质溶液。]


5．分别按图甲、乙所示装置进行实验，两个烧杯中的溶液为同浓度的稀硫酸，甲中A为电流表。请回答下列问题：





甲 乙


(1)下列叙述正确的是 。


A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生


B．甲中铜片作正极，乙中铜片作负极


C．两烧杯中溶液的H＋浓度均减小


D．甲产生气泡的速率比乙的慢


(2)甲装置中的能量转化形式： 能转化为 能，乙装置中的能量转化形式： 能转化为 能。


(3)某同学发现甲装置中不仅铜片上有气泡产生，且锌片上也产生了气泡，原因可能是 。


(4)在甲装置中，若把稀硫酸换成CuSO4溶液，试写出铜电极的电极反应 。


[解析](1)甲装置为原电池，乙中Zn与稀硫酸接触反应；甲装置中铜片作正极，H＋在铜片上得电子被还原为H2，形成原电池后产生气泡的速率比乙装置中产生气泡的速率快；随着两烧杯溶液中H＋不断被消耗，溶液中的H＋浓度均减小。(2)甲装置中，锌、铜及稀硫酸形成原电池，是将化学能转化为电能，乙装置主要是锌与稀硫酸反应，该反应是将化学能转化为热能。(3)锌片上产生气泡，原因可能是锌片不纯，锌与杂质形成原电池。(4)若将稀硫酸换成CuSO4溶液，则铜片上会析出Cu。


[答案](1)C (2)化学 电 化学 热 (3)锌片不纯，锌与杂质形成原电池 (4)Cu2＋＋2e－===Cu





原电池的工作原理及正、负极的判断
原电池原理的应用
选项
正极
负极
电解质溶液
A
Cu
Zn
HCl
B
Zn
Cu
CuSO4
C
Cu
Zn
CuSO4
D
Cu
Zn
ZnCl2