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2017_2018学年高中化学第2章化学反应与能量2.2.1化学能与电能课件新人教版必修2

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第二节                                                                化学能与电能 
第                      1            课时                                                     化学能转化为电能 
目标导航 预习引导    1.了解化学能与电能的转化关系,认识化学能转化为电能的重大意义。 
             2.掌握原电池的工作原理。 
             3.掌握简单电极反应式的书写。 

             从电子转移的角度理解化学能向电能转化的本质及原电池的构成条件、
             工作原理。 
         
    
1目标导航.一次能源和二次能源预习引导                            
         (1)一次能源:直接从自然界获得的能源。如流水、风力、原煤、石
油、天然气、天然铀矿等。 
         (2)二次能源:一次能源经过加工、转换得到的能源。如电力、蒸汽
等。 
         (3)电能,俗称电力,是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最
小的一种二次能源。 
       2.火力发电原理 
       火电是通过化石燃料燃烧,使化学能转变为热能,加热水使之汽化
为蒸汽以推动蒸汽轮机,然后带动发电机发电。燃煤发电是从煤中的化

学能目标导航 预习引导 开始的一系列能量转换过程: 

       化学能               热能             机械能                     电能 

       其中,燃烧是使化学能转换为电能的关键。氧化还原反应的本质是
氧化剂与还原剂之间发生电子转移的过程,电子转移引起化学键的重
新组合,同时伴随着体系能量的变化。 
      3.原电池 
      锌片(负极):Zn-2e-               Zn2+(氧化反应) 
                        +     -
      铜片(正极):2H          +2e        H2↑(还原反应) 
                            +              2+
      总反应方程式:2H              +Zn        Zn   +H2↑ 
      铜锌原电池中,负极是锌,正极是铜,外电路中电流从铜片流向锌片,
电子从锌片流向铜片。原电池中发生了氧化还原反应,负极锌失电子,

目标导航 预习引导
发生氧化反应;正极氢离子得电子,发生还原反应。 

      化学电池的本质是氧化还原反应,化学能                                                    电能。 
      化学能转变为电能的装置叫作原电池。化学电池是把电能以化学
能的形式储存起来的一种装置。 
                                   预习交流 
      原电池反应中有氧化还原反应发生,在电路中会产生电流,根据我
们所学过的电学知识,你能检验电流的存在,知道电子的流向吗?你知道
溶液中阴、阳离子的移动方向吗? 
      答案:在电学中,我们可以利用电流表来检验电流,一般电流表指针
会偏向电池的正极。在外电路中,电流方向是正极→负极,电流的方向与

目标导航 预习引导
电子流动的方向相反,电子流向是负极→正极,电子从原电池的负极流
出,经过导线流入原电池的正极。 
      负极发生氧化反应,生成阳离子,故负极区“阳盛阴衰”,为了保持溶
液电中性,阳离子(带正电荷)向正极移动,阴离子(带负电荷)向负极移动。
这样就形成了电荷连续定向流动、电性趋向平衡的闭合电路。 
       一、原电池的基本知识 
          活动与探究 

                           实验步骤             现象     结论 


                                                    

                           ①              


问题导学 当堂检测

                                                    

                           ②             

  
                                                                                                                                                                                                                                 

                                                                                                                                       ③                                                                


问题导学       当堂检测

                                                                                                                                                                                                                                 

                                                                                                                                       ④                                                                

        
                                                                                                                                                                                                                                    

                                                                                                                                    ⑤                                                                     


问题导学       当堂检测

                                                                                                                                                                                                                                    

                                                                                                                                    ⑥                                                                      
        
                                                                        — 


问题导学 当堂检测
                                          ⑦                      
          (1)以上实验各装置是原电池的有                                         。  
   通过对比,你能总结出构成原电池的条件吗? 
          (2)上述实验中                Zn   均为纯锌,若用了粗锌(比如含                                  C),试分析对哪些
   实验有明显影响?可能会有什么影响? 
      答案:①锌片逐渐溶解,表面有气泡                              锌与稀硫酸反应,且锌片上产
生氢气 
      ②无明显现象 
      ③锌片逐渐溶解,表面有气泡,铜片表面无气泡                                        锌与稀硫酸反应
且氢气在锌片上产生,铜与稀硫酸不反应 
      ④锌片逐渐溶解,铜片上有气泡放出                                锌与稀硫酸反应,但氢气在
问题导学 当堂检测
铜片上产生 
      ⑤锌片逐渐溶解,铜片表面有气泡,电流表指针发生偏转                                                锌与稀
硫酸反应,但氢气在铜片上产生,导线中有电流 
      ⑥两锌片逐渐溶解且表面都有气泡,电流表指针不偏转                                                锌与稀
硫酸反应,但导线中无电流 
问题导学  当堂检测


             ⑦无明显现象 
             (1)④⑤                       组成原电池须有两个活动性不同的电极、电解质溶液、
构成闭合回路,有自发进行的氧化还原反应发生。 
             (2)会对④⑤产生明显影响;粗锌含碳,会自身组成原电池,则④⑤装
置中会观察到                                    Zn       片上也会放出气泡。 
             迁移与应用 
                      例    1  如图所示是                 Zn    和    Cu    形成的原电池,某实验兴趣小组
问题导学 当堂检测
做完实验后,在读书卡上的记录如下,则卡片上描述合理的是(  ) 


                                                                           
   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 

问题导学 当堂检测  2-
   ③SO4      向    Cu   极移动 
   ④若有         0.5 mol     电子流经导线,则可产生                           0.25 mol     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.②④⑥                   C.③④⑤              D.②④ 
问题导学 当堂检测
                                                                                                                                   2-
         解析:由图可知,锌为负极,铜为正极,电子流向是由锌到铜;SO4                                                                                               向负

                                                 +
极移动,即向锌极移动;H                                      在正极发生得电子还原反应;产生                                                       0.25 mol H2
会有        0.5 mol         电子流经导线。 
         答案:D 
         规律技巧:原电池的负极发生失电子的氧化反应,生成阳离子,为保
持溶液电中性,阳离子应移向正极,而阴离子移向负极。 
                          迁移训练            1  下面关于原电池的说法,正确的是(  ) 
A.在正极上发生氧化反应 
       B.化学性质较活泼的一极为负极 

问题导学 当堂检测 C.在外电路中电子流出的一极为正极 
       D.原电池是把电能转变为化学能的装置 
       解析:本题主要考查原电池的定义、两极判断等问题。原电池是把
化学能转变为电能的装置;两极的判断为:负极失电子,发生氧化反应,电
子流出;正极发生还原反应,电子流入。 
       答案:B 
                                           知识要点                                     示例 
                     将化学能转化为电能的装
   概念                                                              
                     置 


问题导学实质当堂检测           氧化还原反应                                        
                     ①两个电极 
                                                                                                         
   构成条               ②电解质溶液 
                                                                   
   件                 ③“两极”“一 
                                                                                                                             
                     液”连成回路 
    
                       负极:还原性相对较强的材料                                       Zn   片为负极 
   电极构成 
                       正极:还原性相对较弱的材料                                       Cu    片为正极 
                       负极:失去电子,氧化反应                                        负极:Zn-2e-                 Zn2+ 
   电极反应 
                                                                                        2+      -
问题导学 当堂检测              正极:得到电子,还原反应                                        正极:Cu           +2e          Cu 
                       外电路:电子由负极流向正极,                                      外电路:电子由                  Zn  极经导 
   电子、电                电流方向相反                                              线流向         Cu    极 
   流流向                 内电路:阴离子移向负极,阳离                                                       2-          -
                                                                           内电路:SO4             、OH       移向      Zn 
                       子移向正极                                               极;Cu2+、Zn2+移向                  Cu   极 
    
                                                                    负极:Zn-2e-              Zn2+ 
   电池中的             两个电极反应式加合,即得反
                                                                    正极:Cu2++2e-               Cu 
   总反应式             应总式 
                                                                    总反应式:Zn+Cu2+                    Zn2++Cu 
                                                                    ①制作干电池、铅蓄电池、新型
                                                                    高能电池 
问题导学 当堂检测           ①制作电池 
                                                                    ②用粗锌代替纯锌制取                        H2,反应
   重要应用             ②防止金属被腐蚀 
                                                                    速率大 
                    ③增大化学反应速率 
                                                                    ③Fe    与   Cu   相连接,处于电解质溶
                                                                    液中的        Cu  受保护 
    
问题导学 当堂检测

二、原电池的设计方法 
                 活动与探究 
           (1)根据已具备的氧化还原反应知识和原电池的知识,利用下列实
验用品,你能设计出一套电池装置吗? 
           实验用品:镁条、铜片、铁片、导线、金属夹、手电筒用小灯泡(或
发光二极管)、果汁(橙汁、苹果汁、柠檬汁等)、500 mL                                                                                                         烧杯。 
问题导学 当堂检测 答案:实验方案:①Cu                                 Mg     原电池,电解质溶液为橙汁。 
         ②Cu          Fe    原电池,电解质溶液为苹果汁。 
         ③Fe          Mg     原电池,电解质溶液为柠檬汁。 
         (2)实验操作:用导线分别将三种方案中的金属片连接到金属夹上,
分别将金属片两两插入到盛有果汁的三个                                                                     500 mL          的烧杯中,用发光二
极管两端分别接触三种方案中金属活动性不同的金属夹。观察现象,连
接方式如图所示。 
实验设计装置图: 


问题导学 当堂检测
                                                                             
      (3)上述三种方案会有什么实验现象? 
      答案:三种方案中发光二极管均发光。 
      (4)分别指出三种方案中的负极材料,你能得出什么规律? 
      答案:镁片、铁片、镁片                      得出规律:活泼金属作负极。 
    迁移与应用 

                   例    2  请利用        Cu+2FeCl3               2FeCl2+CuCl2         的氧化还原反应
设计一个原电池。 

问题导学 当堂检测 解析:化学反应符合设计要求。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):2Fe3++2e-                                  2Fe2+ 
       结合原电池构成的条件而定,负极材料为铜,正极材料可用石墨,电

解质溶液为              FeCl3    溶液。 
       答案:该原电池可设计成如图所示。 


问题导学 当堂检测

                                                                        
       规律技巧:给出总反应式设计原电池时,一般用反应式中被氧化的
金属材料作负极,碳棒作正极,含反应式中被还原的元素的阳离子的溶
液作电解质溶液。 
                 迁移训练     2(2011 广东理综,12,改编)某小组为研究电化
学原理,设计如图装置。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 
问题导学 当堂检测 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 

                              2-
     D.a 和 b 用导线连接时,SO4         向铜电极移动 
       解析:a       和   b  不连接时,不能构成原电池,铁置换出的铜附着在铁片上,
故    A  正确;a       和   b  用导线连接时,构成原电池,溶液中的                                        Cu2+得到电子生
成的铜在铜片上析出,故                           B   正确;无论           a 和    b  是否连接,都是铁片不断溶
                2+                     2+
解生成问题导学 当堂检测 Fe   ,溶液中的           Cu     不断得到电子生成                      Cu,从溶液中析出,溶液颜
色从蓝色逐渐变成浅绿色,故                                C   正确;a       和   b  用导线连接时,铁作负极,Fe

                              2+                                               2-
失去电子转化为                   Fe     ,负极有多余的正电荷,因此                             SO4    向铁电极移动,故
D   错误。 
       答案:D 
                                                                
       简单原电池的设计 

   设计思路                          示例 

   写出氧化还原反应方程式                   Zn+H2SO4     ZnSO4+H2↑ 
                                 氧化反应(负极): 
   确定电极反应式(把氧化还原反应               Zn-2e-   Zn2+ 
   拆成两个半反应)                      还原反应(正极): 
                                    +  -
                                 2H +2e     H2↑ 
                                 负极:Zn 
   确定电极及电解质溶液                    正极:Cu(活动性比      Zn 差) 

                                 电解质溶液:H2SO4     溶液 


问题导学 当堂检测

   图示 

                                                          
    
1.下列装置中,能构成原电池的是(  ) 


                                                                             

问题导学 当堂检测 1 2        3        4        5
                                        
A.只有甲                   B.只有乙              C.只有丙           D.除乙均可以 
解析:甲装置不能构成闭合回路,乙装置两极材料相同,丁装置酒精不是
电解质溶液,只有丙装置具备原电池的构成条件,故选                                           C。 
答案:C 
2.如图所示,烧杯中盛的是水,铁圈和银圈直接相连,在接头处用一根绝

缘细丝吊住,并使之平衡。小心地从烧杯中央滴入                              CuSO4  溶液,反应一段
时间后,观察到的现象是(  ) 
A.两圈仍保持平衡 
B.有气泡产生,两圈摇摆不定 
C.铁圈向下倾斜 
D.银圈向下倾斜 

解析:根据形成原电池的条件。滴入的                      CuSO4   溶液作电解质溶液,铁圈和

问题导学 当堂检测 1        2 3        4        5
银圈直接相连形成了闭合回路,构成了原电池,其电极反应式为: 
     负极:Fe-2e-       Fe2+ 
     正极:Cu2++2e-        Cu 
     铁溶解,铁圈减轻;生成的              Cu  沉积在银圈上,银圈增重。 
答案:D 
3.如图所示的原电池装置,X、Y                         为两个电极,电解质溶液为稀硫酸,外电
路中的电子流向如图所示,对此装置的下列叙述正确的
是(  ) 
A.外电路中的电流方向:X→外电路→Y 
B.若两个电极分别为                 Zn  和碳棒,则        X  为碳棒,Y        为   Zn 
C.若两个电极都是金属,则它们的活动性为                                   X>Y 
问题导学 当堂检测 1        2        3 4        5
D.X   极上发生的是还原反应,Y                     极上发生的是氧化反应 
解析:由图可知电子的流动方向是                            X→外电路→Y,则电流的方向应该为
Y→外电路→X;X              为原电池的负极,Y               为正极,X       的活动性比           Y 的强;X      极
上发生的是氧化反应,Y                   极上发生的是还原反应。 
答案:C 
  4.(2014   河北衡水中学期中测试)有                        a、b、c、d         四个金属电极,有关的反
  应装置及部分反应现象如下: 


  实验 
  装置 
                                                                                           

问题导学 当堂检测 1        2        3        4 5
            1                    2                       3                     4 
            a 极质量减
  部分                             c 极有气体产生,b              d 极溶解,c      极有       电流从      a 极流
            小,b   极质量增
  现象                             极质量减小                   气体产生                  向  d 极 
            加 
   
由此可判断这四种金属的活动性顺序是问题导学 当堂检测 1        2        3        4 5                        (  ) 
A.a>b>c>d                             B.b>c>d>a 
C.d>a>b>c                             D.a>b>d>c 
解析:由装置                    1   可知         a  作负极,金属性:a>b;由装置                                        2   可知         b  作负极,金属
性:b>c;由装置                     3  可知         d  作负极,金属性:d>c;由装置                                        4  可知         d  作负极,金属
性:d>a。综上分析可得金属性:d>a>b>c。 
答案:C 
5问题导学.选择适宜的材料和试剂设计一个原电池当堂检测 1        2        3        4        5                    ,完成下列反应:Zn+CuSO4

         ZnSO4+Cu。 
(1)画出装置图,并标明各部分材料名称。 
(2)负极材料    ,正极材料    ,电解质溶液是                                                                                                         。  
(3)写出电极反应式: 
负极:             ;  
正极:             。  
解析:设计原电池一定要满足原电池的构成条件。 


问题导学 当堂检测 1        2        3        4        5


答案:(1)                                                  
                                                                             -             2+          2+       -
         (2)锌片            铜片          CuSO4       溶液           (3)Zn-2e               Zn          Cu      +2e             
Cu 
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