高中化学同步鲁科版必修2学案第2章 第3节 第2课时 化学反应为人类提供能量.docx
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高中化学同步鲁科版必修2学案第2章第3节第2课时化学反应为人类提供能量
第2课时化学反应为人类提供能量
[课标要求]
1．了解原电池的构成和工作原理。
2．知道构成原电池的条件。
3．了解化学能与电能的相互转化以及化学反应的其他应用。
4．了解常见的化学电源。
1．原电池是将化学能转化成电能的装置。
2．原电池的构成条件：
（1）相对活泼性不同的两个电极。
（2）电解质溶液。
（3）形成闭合回路。
（4）能发生自发的氧化还原反应。
3．原电池工作原理口诀：
原电池分两极；负极氧化正极还原；
电子由负流向正；离子阳正阴向负。
4．原电池正、负极的判断：
化合价升高→失去电子→发生氧化反应→负极；
化合价降低→得到电子→发生还原反应→正极。
1．化学能转变为热能
（1）化学反应的实质是旧化学键断裂、新化学键形成，当形成新化学键所释放的能量大于断裂旧化学键所吸收的能量时，化学反应会释放能量。
（2）放热反应：
一些化学反应过程中产生的能量以热能的形式释放出来，该反应是放热反应。
（3）吸热反应：
一些化学反应需要不断地吸收热能来维持反应的进行，该反应是吸热反应。
2．化学能与电能的转化
（1）人们利用电池通过氧化还原反应将化学能转变为电能。
（2）电能也可转化为化学能，如：
电解饱和食盐水。
3．化学能与光能的转化
（1）物质燃烧时发光就是化学能转变为光能。
（2）绿色植物光合作用是把光能转变为化学能。
4．化学反应在其他领域中的应用
（1）确定物质组成、结构。
（2）测定物质有关组分的含量。
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）煤燃烧是化学能转化为热能的过程（√）
（2）水电站把机械能转化为电能，而核电站把化学能转化为电能（×）
（3）植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成热能的过程（×）
（4）动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程（×）
（5）利用太阳能在催化剂参与下分解水制氢是光能转化为化学能的绿色方法（√）
2．下列有关说法中正确的是（ ）
A．能量的转化是相互的
B．物质在氧气中燃烧时，化学能只转化为光能
C．植物的光合作用是将化学能转化为生物能
D．旧化学键断裂所放出的能量大于形成新化学键吸收的能量时，反应放热
解析：
选A 物质燃烧时，化学能不仅转化为光能，也转化为热能，故B项错误；光合作用是将光能转化为化学能，故C项错误；旧化学键断裂需要吸收能量，形成新化学键释放能量，故D项错误；能量的转化是相互的，如电能可转化为化学能，化学能也可转化为电能，热能可转化为化学能，化学能也可转化为热能等，故A项正确。
1．实验探究——原电池工作原理
装置
现象
铜片上有气泡产生，锌片不断溶解，灯泡发亮
结论
导线中有电流通过，化学反应中化学能转化为电能
解释
当铜片与锌片一同浸入稀硫酸时：
①锌原子失去电子被氧化为Zn2＋进入溶液
②电子由锌片通过导线流向铜片
③溶液中的H＋从铜片上获得电子被还原为氢气而逸出，电子在导线上做定向移动，形成电流
2．原电池
（1）定义：
利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。
（2）构成条件
①相对活泼的金属做负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属做正极；②插入电解质溶液中；③用导线连接构成闭合回路；④能自发地放出能量的氧化还原反应。
（3）工作原理（以Cu－Zn原电池为例）
3．常见电池
（1）干电池：
又称一次电池，如锌锰干电池。
（2）蓄电池：
又称二次电池，如铅蓄电池。
（3）燃料电池：
能量转化率高，无污染。
1．所有氧化还原反应都能设计成原电池吗？
提示：
不能。
能自发进行氧化还原反应才能设计成原电池。
2．锌与稀硫酸反应时，若滴入几滴硫酸铜溶液，化学反应速率会加快，试分析其原因是什么？
提示：
滴加硫酸铜溶液后会有少量锌与硫酸铜反应置换出铜。
铜、锌与稀硫酸之间形成原电池，从而加快锌与稀硫酸的反应。
1．原电池原理的应用
（1）加快氧化还原反应的速率：
实验室用Zn和稀硫酸（或稀盐酸）反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。
原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸（或稀盐酸）形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。
（2）比较金属的活动性强弱：
有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，根据电极现象判断出A是负极，B是正极；通常情况下，由原电池原理可知，金属活动性A>B，则原电池中，活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。
（3）设计原电池：
利用Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2的氧化还原反应可设计成原电池，该原电池的电极反应式为
负极（Cu）：
Cu－2e－===Cu2＋（氧化反应），
正极（C）：
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋（还原反应）。
（4）金属腐蚀防护：
在轮船外壳上镶嵌锌块，在海水中形成原电池，锌作负极失去电子，保护铁不被腐蚀。
2．原电池正负极的判断
[特别提醒]
在判断原电池正、负极时，不要只根据金属活泼性强弱，还要考虑电解质溶液，如Mg—Al和NaOH溶液构成原电池，Al作负极而镁作正极，Al—Cu和浓HNO3构成原电池，Cu作负极而Al作正极。
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）任何化学反应都能设计成原电池（×）
（3）原电池工作时，电子通过电解质溶液流向正极（×）
（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（×）
2．有A、B、C、D四块金属片，进行如下实验：
①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4中，D极发生氧化反应。
据此，判断四种金属的活动性顺序是（ ）
A．A>B>C>D B．A>C>D>B
C．C>A>B>DD．B>D>C>A
解析：
选B 金属与稀H2SO4组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H＋在正极表面得到电子生成H2；导线中电子运动方向由负极→正极，电流方向则由正极→负极。
在题述原电池中，A、B作电极的原电池中，A为负极，金属的活动性顺序为A>B；C、D作电极的原电池中，C为负极，金属的活动性顺序为C>D；A、C作电极的原电池中，A为负极，金属的活动性顺序为A>C；B、D作电极的原电池中，D为负极，金属的活动性顺序为D>B。
综上可知，金属的活动性顺序为A>C>D>B。
3．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（ ）
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
解析：
选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。
[三级训练·节节过关]
1．下图各装置中，溶液均为稀硫酸，不能构成原电池的是（ ）
解析：
选D 由构成原电池的条件知，D项不能形成闭合回路，不能构成原电池。
2．下列各组材料中，不能组成原电池的是（ ）
选项
A
B
C
D
两极
材料
Zn片、
石墨
Cu片、
Ag片
Zn片、
Cu片
Fe片、
Cu片
插入溶液
H2SO4溶液
AgNO3溶液
蔗糖溶液
稀盐酸
解析：
选C C项中蔗糖是非电解质，不能组成原电池。
3.如图是生活中常用的锌锰干电池的示意图，下列有关说法中不正确的是（ ）
A．电池内部含有电解质
B．锌是负极，石墨棒是正极
C．电池用完后可埋入土壤
D．锌锰干电池是一次性电池
解析：
选C 用完的电池埋入土壤中易造成土壤污染以及地下水污染。
4.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
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用导线连接时，铁片做正极
解析：
选D a、b不连接，未形成原电池，Cu2＋与Fe在接触面上直接反应，A项正确；a、b用导线连接，铜片为正极，Cu2＋在该电极上得电子，铁片为负极，B项正确，D项错误；a、b连接与否，溶液中的Cu2＋均得电子发生还原反应生成Cu，Fe均失电子发生氧化反应生成Fe2＋，故溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色，C项正确。
5．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，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）锌片上产生气体，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
1．下列关于能量转化的认识不正确的是（ ）
A．绿色植物的光合作用是将光能转变为化学能
B．煤燃烧时化学能转变为热能和光能
C．原电池工作时，化学能转变为电能
D．白炽灯工作时，电能全部转变成光能
解析：
选D 白炽灯工作时，还有热能放出。
2．某活动小组设计原电池装置，你认为设计合理的是（ ）
解析：
选B 由原电池的构成条件可知，A项中两个电极材料相同，不能形成原电池；C项中没有形成闭合回路，不能形成原电池；D项中酒精为非电解质，也不能形成原电池；Fe与CuSO4溶液能反应。
3．一个原电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该电池材料及电解质溶液可能是（ ）
选项
正极
负极
电解质溶液
A
Zn
Cu
CuCl2
B
Cu
Zn
H2SO4
C
Cu
Zn
CuSO4
D
Ag
Cu
CuSO4
解析：
选C 原电池总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，可得出其负极反应：
Zn－2e－===Zn2＋（氧化反应），正极反应：
Cu2＋＋2e－===Cu（还原反应），因此负极材料只能是Zn。
正极为Cu2＋得电子还原成铜，电解质应为可溶性铜盐，正极材料为活泼性比Zn弱的Cu、Fe（或C、Pt）等。
4.如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记下结论，其中正确的一组是（ ）
①Zn为正极，Cu为负极；
②电子是由Zn经外电路流向Cu；
③Cu极上有H2产生；
④正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。
A．①② B．②③
C．③④D．①④
解析：
选B 在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn做负极，Cu做正极，负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故①④错误，②③正确。
5．某原电池的电池反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，与此电池反应不符合的原电池是（ ）
A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
B．石墨、铁片、Fe（NO3）3溶液组成的原电池
C．铁片、锌片、Fe2（SO4）3溶液组成的原电池
D．银片、铁片、Fe（NO3）3溶液组成的原电池
解析：
选C 由原电池的电池反应可知，该原电池中，Fe为负极，比Fe不活泼的金属或非金属作正极，含Fe3＋的溶液为电解质溶液。
6．分析如图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是（ ）
A．①②中Mg作为负极，③④中Fe作为负极
B．②中Mg作为正极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．③中Fe作为负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
解析：
选B Mg比Al活泼，在①中Mg作负极，但在NaOH溶液中，Mg不反应，而Al可以反应，故②中Al是负极。
在浓硝酸中铁会钝化，故Cu为负极，Fe为正极。
在④中由于不断向Cu极附近通入空气，而O2比溶液中的H＋得电子能力强，故Fe失去电子，在Cu极O2得到电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
7．Mg—AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－。
有关该电池的说法正确的是（ ）
A．Mg为电池的正极
B．负极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－
C．不能被KCl溶液激活
D．可用于海上应急照明供电
解析：
选D 根据氧化还原判断，Mg为还原剂是负极、失电子，所以A、B都错误，电解质溶液可用KCl溶液代替，C错误。
8．有a、b、c、d四种金属电极，有关实验装置及部分实验现象如下：
实验装置
部分实验现象
a极质量减小b极质量增大
b极有气泡产生，c极无变化
d极溶解，c极有气泡产生
电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性由大到小的顺序为（ ）
A．a>b>c>dB．b>c>d>a
C．d>a>b>cD．a>b>d>c
解析：
选C 根据原电池原理可知，负极金属的活动性大于正极金属的活动性，故只要判断出原电池的正负极就可以比较两种金属的活动性。
装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属失电子形成阳离子，发生氧化反应作负极，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，由b极有气泡产生，c极无变化可知，b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三和四均形成原电池，易知d比c活泼，d比a活泼。
因此这四种金属的活动性由大到小的顺序为d>a>b>c。
9．写出下列原电池的电极反应式和总反应的化学（离子）方程式。
负极
正极
电解质溶液
（1）
铁
铜
稀硫酸
（2）
铜
银
硝酸银溶液
（3）
H2
O2
KOH溶液
（1）负极：
______________；正极：
___________________________________________；
总反应式：
___________________________________________________________。
（2）负极：
______________；正极：
___________________________________________；
总反应式：
___________________________________________。
（3）负极：
______________；正极：
________________________________________；
总反应式：
__________________________________________________________。
解析：
（1）Fe Cu H2SO4构成的原电池中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
（2）Cu Ag AgNO3构成的原电池中，Cu作负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋；Ag作正极，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag。
（3）氢氧燃料电池中，通入H2的一极为负极，电极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O，通入O2的一极为正极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。
答案：
（1）Fe－2e－===Fe2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
（2）Cu－2e－===Cu2＋ 2Ag＋＋2e－===2Ag
Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag
（3）2H2＋4OH－－4e－===4H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2H2＋O2===2H2O
10.如图所示，
（1）在银圈和铁圈（用细塑料棒连接）的连接处吊着一个绝缘的细丝，使之平衡，然后小心地在烧杯中央滴入CuSO4溶液。
①片刻后可观察到的现象是______________________________；
②产生上述现象的原因是_________________________________________。
（2）将
（1）中细塑料棒取下，使两环靠在一起，连接处吊着一个绝缘的细丝，调整圈的大小，使之平衡，然后小心地在烧杯中央滴入CuSO4溶液。
①片刻后可观察到的现象是_________________________________________；
②其原因是______________________________________________。
（3）在下列方框内绘出以Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋为原理的原电池，并注明两极、电解质溶液及电子的流向。
解析：
（1）Fe圈与CuSO4溶液置换出铜并存于铁圈上，每溶解56g铁，则析出64g铜，铁圈质量增加，而银圈不反应，质量不变，故可观察到铁圈下沉，银圈上浮。
（2）二者连接形成原电池，铁为负极溶解质量减小，Ag上析出铜，质量增加，则Fe圈上浮，Ag圈下沉。
（3）以铁作负极、Ag或C作正极，含Cu2＋的可溶性盐作电解质溶液。
答案：
（1）①铁圈下沉，银圈上浮
②Fe与CuSO4反应析出铜，使铁圈的质量增加，而Ag圈不变
（2）①铁圈上浮，银圈下沉
②铁、银与CuSO4溶液形成原电池，铁为负极溶解，质量减小，Ag为正极，析出铜，质量增加
（3）
1．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（ ）
解析：
选A 铜与稀硫酸不反应，若在铜电极上产生气泡，须构成原电池，且铜做正极，比铜活泼的金属做负极。
2．下列有关电池的说法不正确的是（ ）
A．手机上用的锂离子电池属于二次电池
B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D．锌锰干电池中，锌电极是负极
解析：
选B 锂离子电池可以充电，再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为正极，故电流由铜流向锌，而电子是由锌流向铜，B项错误；电池的实质即是化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成Zn2＋，故作为负极，D项正确。
3．某原电池反应的离子方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，则下列说法正确的是（ ）
A．HNO3为电解质溶液B．锌为原电池正极
C．铁极质量不变D．铜为原电池正极
解析：
选D 由原电池反应可知，负极应为铁，正极为比铁活动性差的电极，电解质溶液应为非氧化性酸。
HNO3为电解质溶液，被还原的不是H＋而是NO
，还原产物是NO而不是H2，A错；锌比铁活泼，正极不能是锌，B错；铁为负极，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，铁极质量减小，C错；铜不如铁活泼，可以作正极，D正确。
4．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。
该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。
关于该电池的下列说法不正确的是（ ）
A．水既是氧化剂又是溶剂
B．放电时正极上有氢气生成
C．放电时OH－向正极移动
D．总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
解析：
选C 原电池放电时，OH－向负极移动，C项错误；由电池的名称“锂水电池”可推测其总反应：
2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，据此可写出其电极反应：
（负极）2Li－2e－===2Li＋，（正极）2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，综上所述，A、B、D项均正确。
5．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>WD．Z>X>Y>W
解析：
选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。
6．对于铝、铜和稀硫酸组成的原电池（如图），下列有关说法正确的是（ ）
①Al是负极 ②Cu是正极 ③负极：
Al－3e－===Al3＋
④正极：
Cu2＋＋2e－===Cu
A．仅①②B．仅①②③
C．仅②③④D．①②③④
解析：
选B Al的金属性比Cu活泼，在电解质溶液稀H2SO4的作用下形成原电池，Al为负极，发生Al－3e－===Al3＋；Cu为正极，发生2H＋＋2e－===H2↑。
7．等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积（V）与时间（t）的关系，其中正确的是（ ）
解析：
选D a和b中，均有反应Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，Zn的质量相等，都是H2SO4过量。
但a中还有反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，并且生成的Cu和剩余的Zn在稀硫酸中形成了原电池。
由于a中的反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu消耗了一部分Zn，故生成H2的体积小，由于a中通过原电池反应生成H2，故生成H2的速率大。
8．①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。
①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。
据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是（ ）
A．①③②④B．①③④②
C．③④②①D．③①②④
解析：
选B 由①②相连时电流方向知活动性：
①＞②；由①③相连时③为正极知活动性：
①＞③；由②④相连②上有气泡知活动性：
④＞②；由③④相连时③质量减少知活动性：
③＞④，综合分析知活动性：
①＞③＞④＞②。
9．某化学兴趣小组为了探究铝电极在电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下。
编号
电极材料
电解质溶液
电流表指针偏转方向
1
Mg、Al
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al、C（石墨）
稀盐酸
偏向石墨
4
Mg、Al
氢
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