人教版 (2019)第一节 化学反应与能量变化第2课时导学案

第一节 化学反应与能量变化

第2课时　化学反应与电能

新课情景呈现

从前在伦敦上流社会，有一位贵族夫人格林太太，幼年时因蛀牙补过一颗不锈钢的假牙。不料后来，她又因为车祸掉了一颗牙，为了显示她的富有，她装了一颗黄金假牙。自此以后，她就经常出现头痛、失眠、心情烦躁等症状。更奇怪的是，众多的医学专家为她检查后，都找不到病因，这位夫人整日感到精神萎靡，找遍各大医院会诊也不见效果。格林太太的病因到底是什么呢？

原来这种病态与车祸有关：“车祸—假牙—病症”。两颗假牙为活泼性不同的金属，与唾液中的电解质接触，会产生电流从而刺激神经使格林太太头痛。那么，为何会产生电流呢？让我们走进教材学习化学反应与电能

课前素能奠基

新知预习

一、化学能转化为电能

1．化学能间接转化为电能

(1)过程：

化学能热能机械能电能

(2)关键——燃烧(氧化还原反应)。

2．化学能直接转化为电能——原电池

(1)实验探究：

(2)原理分析：

(3)原电池：

①定义：把__化学能转化为电能__的装置叫原电池。

②工作原理(以铜－锌－稀硫酸原电池为例)

二、化学电池——新能源和可再生能源的重要组成部分

1．一次电池——锌锰干电池

2．二次电池

3．发展中的燃料电池

预习自测

1．能源可分为一次能源和二次能源。据此判断，下列叙述正确的是(　D　)

A．天然气是二次能源　　　 B．石油是二次能源

C．电能是一次能源  D．水力是一次能源

解析：自然界中存在的能源为一次能源，如煤、石油、天然气、水力等，电能是二次能源，D项正确。

2．原电池产生电流的本质原因是(　D　)

A．原电池中溶液能电离出自由移动的离子

B．有两根导线将两个活泼性不同的电极连接

C．电极上进行的氧化还原反应的生成物为电子

D．电极上进行的氧化还原反应中会有电子的转移

解析：电子的定向移动形成电流，氧化还原反应中有电子的转移，D项正确。

3．下列装置中，能构成原电池的是(　C　)

A．只有甲  B．只有乙

C．只有丙  D．除乙均可以

解析：构成原电池的条件是：①活泼性不同的两电极，②两电极插入电解质溶液，③用导线连接形成闭合回路，④能发生自发的氧化还原反应，只有丙符合，选C。

4．如图所示的装置中，M为活动性顺序位于氢之前的金属，N为石墨棒。关于此装置的下列叙述中，不正确的是(　D　)

A．N上有气体放出

B．M为负极，N为正极

C．是化学能转变为电能的装置

D．导线中有电流通过，电流方向是由M到N

解析：据题意知，此装置为原电池，M端为负极，N端为正极，有H2生成，是化学能转化为电能的装置，电流由N到M，选D。

5．有A、B、C、D四种金属，当A、B组成原电池时，电子流动方向A→B；当A、D组成原电池时，A为正极；B与C构成原电池时，电极反应式为C2＋＋2e－===C，B－2e－===B2＋，则A、B、C、D金属性由强到弱的顺序为(　C　)

A．A>B>C>D  B．A>B>D>C

C．D>A>B>C  D．D>C>A>B

解析：A、B组成原电池时，电子流动方向A→B，金属性A>B；A、D组成原电池时，A为正极，金属活动性D>A；B、C构成原电池时，据电极反应，金属活动性B>C，综上述得金属活动性D>A>B>C，选C。

6．对于原电池的电极名称叙述有错误的是(　C　)

A．发生氧化反应的为负极

B．正极为电子流入的一极

C．比较不活泼的金属为负极

D．电流的方向由正极到负极

解析：在原电池中比较活泼的金属为负极，发生氧化反应，A正确，C错误；原电池中电流的方向由正极到负极，电子的方向由负极到正极，B、D正确。

课堂素能探究

知识点

原电池的工作原理,

问题探究

1．原电池内部阴、阳离子如何移动？移动的原因是什么？

提示：阴离子要移向负极，阳离子要移向正极。这是因为负极失电子，生成大量阳离子积聚在负极附近，致使该极附近有大量正电荷，所以溶液中的阴离子要移向负极；正极得电子，该极附近的阳离子因得电子生成电中性的物质而使该极附近带负电荷，所以溶液中的阳离子要移向正极。

2．两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同通入电解质溶液中就能构成原电池吗？

提示：

不一定。构成原电池除具备①两种活泼性不同的金属②电解质溶液③形成闭合回路外，还必须有一个能自发进行的氧化还原反应，如图由于Cu、Ag都不能与稀硫酸反应，故不能构成原电池。

知识归纳总结

1．原电池的构成条件——“两极一液一线一反应”

(1)两极——两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属)。

(2)一液——电解质溶液。

(3)一线——形成闭合回路。

(4)一反应——能自发进行的氧化还原反应。

2．原电池工作原理：

(1)装置示意图：

(2)工作原理(以铜、锌、稀硫酸原电池为例)

3．原电池正负极的判断方法：

点拨：(1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。

(2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。

(3)在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼性的强弱也要考虑电解质溶液性质。如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。

┃┃典例剖析__■

典例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，记录如下，其中描述合理的是(　B　)

实验后的记录：

①Zn为正极，Cu为负极。

②H＋向负极移动。

③电子流动方向：从Zn经外电路流向Cu。

④Cu极上有H2产生。

⑤Zn极上发生氧化反应。

⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋

A．①②③　　　　　　 B．③④⑤

C．④⑤⑥  D．②③④

【延伸探究】(1)该电池中电流的方向，是从__铜__电极(填材料名称，下同)经外电路流向__锌__电极。

(2)该电池中，每有1 mol电子流过导线，负极减少__32.5__g，正极产生__0.5__ mol H2。

解析：在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，发生氧化反应；Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu，负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，在溶液中H＋向正极移动，SO向负极移动。

【延伸探究】(1)电流的方向和电子移动的方向相反。

(2)根据负极电极反应Zn－2e－===Zn2＋，故每转移1 mol电子时，Zn溶解0.5 mol，质量为32.5 g。正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故每转移1 mol电子时，产生H2  0.5 mol。

┃┃变式训练__■

1．如图所示电流计的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是(　C　)

A．B极为原电池的正极

B．A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸

C．C中阳离子向A极移动

D．A极发生氧化反应

解析：由题意知，A为原电池负极，发生氧化反应，B为正极，溶液中阳离子向正极移动，C项错误。

原电池原理的应用,

知识点

问题探究

1．在原电池中，负极材料的金属性一定大于正极材料吗？

一般原电池中负极材料的金属性大于正极材料，在特殊情况下也有特例，如Al－Mg－NaOH原电池中，Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极。

2．如何利用Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag设计原电池？

该氧化还原反应可拆分为如下两个半反应：氧化反应(负极反应)：Cu－2e－===Cu2＋。还原反应(正极反应)：2Ag＋＋2e－===2Ag。故Cu作负极，活泼性比Cu差的材料作正极，如Ag、C等，AgNO3溶液作电解质溶液。如图。

知识归纳总结

1．加快化学反应速率

一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池可以加快反应速率。

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2．比较金属活泼性强弱：

两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

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3．用于金属保护

将被保护的金属与比其活泼的金属连接。

4．设计原电池

(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂为电解质溶液中的阳离子(或在正极上被还原)。

(2)步骤：以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例。

┃┃典例剖析__■

典例2 理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”设计一个化学电池(正极材料用碳棒)，回答下列问题：

(1)该电池的负极材料是__Cu__，发生__氧化__反应(填“氧化”或“还原”)，电解质溶液是__AgNO3溶液__。

(2)正极上出现的现象是__碳棒上出现银白色物质__。

(3)若导线上转移电子1 mol，则生成银__108__g。

解析：(1)根据电池的总反应，可知负极一般是失电子的物质，所以负极材料应该是铜，发生氧化反应，电解质溶液是一种可溶性的银盐溶液，所以是AgNO3溶液。

(2)正极上是溶液中的银离子得到电子变成银单质，所以正极上的现象是碳棒上出现银白色物质。

(3)当导线上转移1 mol电子的时候，正极上会析出1 mol银单质，所以正极上生成的银的质量是108 g。

┃┃变式训练__■

2．根据下列事实：①A＋B2＋===A2＋＋B；②D＋2H2O===D(OH)2＋H2↑；③以B、E为电极与E的盐溶液组成原电池，电极反应为E2＋＋2e－===E，B－2e－===B2＋。由此可知A2＋、B2＋、D2＋、E2＋的氧化性强弱关系是(　D　)

A．D2＋>A2＋>B2＋>E2＋

B．A2＋>B2＋>D2＋>E2＋

C．D2＋>E2＋>A2＋>B2＋

D．E2＋>B2＋>A2＋>D2＋

解析：A可置换B，D能置换水中氢，金属活动性D>A>B，由B、E组成的原电池反应知金属活动性B>E，则金属活动性D>A>B>E，金属活动性强的对应阳离子氧化性弱，则氧化性E2＋>B2＋>A2＋>D2＋，选D。

名师博客呈现

设计原电池的一般思路

(1)将已知氧化还原反应拆分成两个半反应

氧化反应：还原剂－ne－===氧化产物

还原反应：氧化剂＋ne－===还原产物

正极反应式＋负极反应式―→电池总反应式

(2)根据总反应式并结合两个半反应，找出正、负极材料及电解质溶液。

①电极材料的选择：选活泼性较强的金属作负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。

②电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能与负极发生反应，可参照总反应式选择电解质溶液。

〔即时训练〕

如图为锌、铜水果电池装置示意图，下列说法正确的是(　D　)

A．铜片为负极，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极

解析：原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子由负极经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。锌的金属性强于铜，锌是负极，铜是正极，A错误；锌片是负极，发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋，B错误；该装置是原电池，将化学能转变为电能，C错误；电子由负极锌片沿导线流向正极铜极，D正确。