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第2课时学案设计

第2课时　化学反应能量转化的重要应用——化学电池

自主学习

一、原电池的构造及原理

1．原电池原理

(1)原电池：一种利用      将      的装置。

(2)原电池原理

①氢氧燃料电池

②原电池原理(以氢氧燃料电池为例)

2.原电池的构造

二、设计原电池及铜锌原电池

　(1)设计依据：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑

(2)电极反应方程式：

负极：Zn－2e－===Zn2＋

正极：2H＋＋2e－===H2↑

1．判断下列说法是否正确：

(1)原电池中电子由负极通过导线到正极，然后由正极经溶液再到负极，形成闭合回路。(　 　)

(2)原电池中两电极如果都是金属，一般活泼的金属作负极。(　 　)

2．如图为常见的铅蓄电池的结构图示，判断正负极的材料。

3．生活中平常使用的 5 号电池或 7 号电池都是锌锰干电池。酸性锌锰干电池的组成如图所示。

则在酸性锌锰干电池中，负极反应物和正极反应物分别是什么？正负极材料分别是什么？离子导体是什么？

合作探究

原电池原理及电极的判断

　材料：生活中用到的各式各样的电池：

探究原电池工作原理

　(1)分析用锌、银和盐水设计的伏打电堆装置的电极名称和溶液中的离子移动方向。

(2)写出锌电极上发生的电极反应并判断银电极上发生反应的类型。

(3)原电池工作时怎样形成“闭合回路”？

(4)原电池工作时，负极失去的电子总数与正极得到的电子总数有何关系？为什么？

探究原电池的构成条件

　(1)用导线将电流表分别与锌片、铜片相连接，使锌片与铜片接触，观察电流表指针是否发生偏转？用石墨棒取代铜片进行上述实验呢？

(2)用导线将电流表分别与锌片、铜片相连接，然后将锌片、铜片插入稀硫酸溶液中，预测你可能观察到的现象是什么？用石墨棒取代铜片进行上述实验呢？

(3)将第(2)题装置中的稀硫酸用蔗糖溶液替换，电流表指针还会发生偏转吗？

(4)第(2)题中锌片发生什么反应？是什么极？写出电极反应方程式。

(5)简单总结构成原电池的条件有哪些？

判断原电池的正负极

　如图是某同学设计的两个实验装置

甲、乙两个装置是原电池吗？若是原电池，指明正、负极。

1．原理(以铜锌原电池为例)

2．正负极的判断

思考讨论:

(1)教材“观察思考”中图a和b所发生的反应是否为可逆反应？两装置在反应过程中的能量转化是怎么样的？

(2)判断原电池的正负极时，一定是活泼金属为负极吗？

【典例】(2021·开封高一检测)如图所示的装置中，金属活动性顺序M位于氢之前，而N位于氢之后。下列叙述中不正确的是(　　)

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

(1)溶液中SO向哪边移动，M极还是N极？(关键能力——理解与辨析)

(2)如果M、N均为＋2价金属，写各电极上的电极反应式。(关键能力——分析与推测)

【备选例题】

某同学为了探究原电池产生电流的过程，设计了如图实验。

(1)打开K，观察到的现象为__________________________________________。

(2)关闭K，观察到的现象是__________________________________________。

此电池负极的电极反应式为________________________________________。

(3)关闭K，溶液中阳离子向________(填“Zn”或“C”)极移动，外电路中，电子流动方向是________。

1．(2021·徐州高一检测)已知空气­锌电池的电极反应为锌片：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；碳棒：O2＋H2O＋2e－===2OH－，据此判断，锌片是(　　)

A．正极并被还原　　 B．正极并被氧化

C．负极并被还原    D．负极并被氧化

2.(2021·深圳高一检测)关于如图所示装置的叙述中正确的是(　　)

A．铜是正极

B．溶液中的Fe3＋向铜棒移动

C．电子从铜片经导线流向碳棒

D．碳棒上有红色铜生成

【拔高题组】

1．(2021·保定高一检测)如图是锌、铜和稀硫酸形成的原电池，某实验兴趣小组同学做完实验后，在读书卡片上记录如下：

卡片上的描述合理的是(　　)

A．①②③　　B．③④⑤　　C．①⑤⑥　　D．②③④

　2．(双选)如图是某课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是(　　)

A.铜极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

B．电子从锌片通过溶液流向铜片

C．装置中存在化学能→电能→光能的转化

D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向相反

　微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，

有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，总反应为Ag2O＋Zn===ZnO＋2Ag。根据反应式回答问题：

(1)两极材料分别是什么？

(2)外电路中电子的流向是什么？

(3)当通过电路1 mol电子时，负极消耗物质的质量是多少？

(4)在使用过程中，电解质溶液中KOH的物质的量如何变化？

原电池原理的应用

　材料一：在实验室中制取氢气通常采用粗锌和稀硫酸反应而不用纯锌制取。

材料二：根据原电池原理制作的生活中的两种常见电源：

探究原电池的应用

　(1)为什么在实验室中常用粗锌制取氢气？

(2)若实验室中没有粗锌，也可以向溶液中加入少量的CuSO4溶液，为什么？

(3)“A—稀硫酸—B”形成的原电池中，B为正极，则金属A、B的活泼性谁较强？

设计简单的原电池

　(1)根据反应：Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4，设计简单原电池装置图(注明电极材料和电解质溶液)

提示：

(2)原电池的电极材料都必须是金属吗？

(3)判断下列反应在理论上能否设计成原电池？

①2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑

②2H2＋O22H2O

③Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑

思考讨论:

等质量的两份锌粉a、b，分别加入两支相同的试管中，然后加入等体积等物质的量浓度且均过量的稀硫酸，同时向a中加入少量CuSO4溶液，则产生氢气的体积(V)与时间(t)的关系用图象表示如图。

试解释出现这种图象的原因。

【典例】分别按图甲、乙所示装置进行实验，两个烧杯里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：

(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，除了可能是Zn与稀硫酸直接反应，还可能的原因是__________________________________________________________________。

(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____________________________________________________________________

__________________________________________________________________。

(1)上题甲中若锌电极减少6.5 g，铜电极上生成氢气在标准状况下的体积为多少升？(关键能力——归纳与论证)

(2)若将甲中的铜电极改为银电极，电极改变前后两装置产生气体的速率一样快吗？(关键能力——分析与推测)

【备选例题】

(2021·宜昌高一检测)某原电池反应的离子方程式为2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋。下列不能实现该反应原理的原电池是(　　)

A．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液

B．正极为C，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液

C．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液

D．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液

1．(2021·德州高一检测)X、Y、Z、W四种金属片在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图所示：

则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为(　　)

A．Z>Y>X>W　 B．Z>X>Y>W

C．Z>Y>W>X     D．Y>Z>X>W

2．(2021·广东选择考)火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时(　　)

A．负极上发生还原反应

B. CO2在正极上得电子

C．阳离子由正极移向负极

D. 将电能转化为化学能

补偿训练:

(2021·厦门高一检测)有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置图及部分反应现象如下：

则这四种金属的活动性由强到弱的顺序是(　　)

A．a>b>c>d　 B．b>c>d>a

C．d>a>b>c     D．a>b>d>c

　利用生活或实验室中常用物品，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。实验原理：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。

(1)如何选择电池的正负极材料？

(2)如何选择离子导体？除了以上物质还缺少什么实验用品(已有耳机)?

 (3)实验装置如图：

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个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”声音。其原因是在原电池中，由化学能转化为什么能？

②如果将装置中的耳机改为电流计，则铁钉应该接电流计的什么极？电极反应是什么？另一极应该接电流计的什么极？发生氧化反应还是还原反应？

课堂测评

1. (水平1·教材习题改编)对于锌、铜和稀硫酸组成的原电池(如图)，下列有关说法错误的是(　　)

A．溶液中H＋向负极移动

B．电子由Zn经外电路流向Cu

C．Zn电极反应：Zn－2e－===Zn2＋

D．Cu是正极

2．(水平1)下列各装置能构成原电池的是(　　)

3．(水平2)将铂电极放置在KOH溶液中，然后分别向两极通入CH4和O2，即产生电流，称为甲烷燃料电池。下列有关说法中错误的是(　　)

A．CH4在负极上反应，O2在正极上反应

B．放电过程中电解质溶液的碱性减弱

C．此电池属于环境友好型电池

D．此电池中化学能100%转化为电能

4．(水平1)如图所示，电流表的指针发生偏转，正极变粗，负极变细，符合这种情况的是(　　)

A.正极为Cu，负极为Zn，S为稀H2SO4

B．正极为Zn，负极为Cu，S为CuSO4溶液

C．正极为Ag，负极为Zn，S为AgNO3溶液

D．正极为Fe，负极为Cu，S为AgNO3溶液

补偿训练:

(2021·定州高一检测)有如图所示的装置，当电流表中显

示产生持续电流时，下列说法正确的是(　　)

A．Cu是原电池的负极

B．Al是原电池的负极

C．电子由铝沿导线流向铜

D．铝片上的电极反应式为Al－3e－===Al3＋

5．(水平1)某小组为研究电化学原理，设计了如图所示装置。下列叙述不正确的是(　　)

A.a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出

B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu

C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色

D．a和b用导线连接后，电流由铁电极经导线流向铜电极

补偿训练:

(2021·邯郸高一检测)如图所示装置中，观察到电流表指针偏转(指针顺着电流方向偏转)，M变粗，N变细，由此判断下表中所列M、N、P三种物质，其中可以成立的是(　　)

6．(水平2)某兴趣小组同学利用生活中常见的物质制作了一个“超级柠檬电池”。

(1)该电池的电池反应是什么？

(2)若用铁片代替锌片LED灯能不能亮？ 若用铁片代替铜片呢？

(3)若用银片代替锌片LED灯能不能亮？

(4)由上面分析可知构成原电池的条件有哪些？

补偿训练:

(水平2)由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。

根据实验现象回答下列问题：

(1)装置甲中负极的电极反应式是_______________________________________

____________________________________________________________________ (生成二价阳离子)。

(2)装置乙中正极的电极反应式是_______________________________________

__________________________________________________________________。

(3)装置丙中溶液的酸性________(填“增强”“减弱”或“不变”)。

(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是__________________________________

__________________________________________________________________。