徐州市学年高一化学苏教版必修2导学案专题2第3单元 化学能与电能的转化.docx
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徐州市学年高一化学苏教版必修2导学案专题2第3单元化学能与电能的转化
第三单元 化学能与电能的转化
第1课时 化学能转化为电能 化学电源
【目标导航】
1.通过实验探究认识化学能可以转化为电能及原电池的构成条件。
2.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。
3.会书写简单的原电池的电极反应式及电池总反应方程式（离子方程式）。
【自主学习】
一、原电池的工作原理
1．实验探究
实验步骤
现象
结论
锌片______________________
锌与稀硫酸
________________
铜片______________
铜与稀硫酸______
锌片__________
____失去电子
铜片______________
H＋在____表面得到电子生成H2
电流计指针________
导线中有电子定向
移动而产生______
两锌片____________________
锌与稀硫酸______
电流计__________
导线中________
锌片________
Zn、Cu与
铜片________
乙醇________
电流计____________
导线中________
2.原电池
（1）概念：
将________转化成______的装置称为原电池，在原电池中发生的化学反应是__________反应。
（2）工作原理：
（以Zn－H2SO4－Cu原电池为例）
电极材料
锌
铜
电极名称
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
2H＋＋2e－===H2↑
反应类型
______反应
______反应
外电路电
子流向
由____片沿导线流向____片
内电路离
子移向
溶液中____向正极移动，在____片上被还原为____
原电池
总反应
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
（3）构成条件：
①本质→有自发进行的__________反应；
②电极→有活泼性不同的两个电极（金属与金属或金属与能导电的非金属）；
③溶液→两电极插入________溶液或熔融电解质；
④回路→形成闭合回路（电极插入电解质溶液，且两电极接触或用导线连接）。
[议一议]
1．是否所有的化学反应理论上都可以设计成原电池？
2．根据课本中的活动与探究回答：
H＋得到的电子是Cu失去的吗？
在这个过程中Cu起什么作用？
你怎样知道导线中有电子通过？
3．以铜和Ag为电极，稀硫酸为电解质溶液能否形成原电池？
4．若将铜锌原电池中的Cu电极换成石墨，可以吗？
为什么？
二、钢铁的电化学腐蚀
实验内容
在一块表面无锈的铁片上滴一大滴含酚酞的食盐水放置一段时间
实验现象
液滴周围逐渐呈现红色，并慢慢形成红色的锈斑
实验结论
钢铁在潮湿的空气中很快被腐蚀
原
电
池
原
理
图示
形成
条件
钢铁表面形成的电解质溶液中溶有______，通常溶液呈______或______性
电极
材料
负极是____，正极是____
电极
反应
负极反应式是______________________，正极反应式是______________________
总反
应式
溶液中
的反应
电化学腐
蚀概念
不纯金属或合金与电解质溶液接触，发生______反应，比较活泼的金属__________被氧化，这种腐蚀叫做____________
[议一议]
1．钢铁在干燥的空气中长时间不易生锈，但在潮湿的空气里很快就会生锈，纯的铁片在潮湿的空气里也不容易生锈，这是什么原因呢？
2.右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
图中A、B、C、D四个区域，
（1）生成铁锈最多的是____（填字母），并解释原因？
（2）如果在B处用导线接上一块锌，能否起到保护铁闸的作用？
三、化学电源
1．分类
（1）一次电池：
不能充电，用过之后不能复原。
（2）二次电池：
可充电，可多次重复使用。
2．常见的化学电源
电池名称
电池组成
电池反应
锌锰干电池
锌筒为____极，石墨棒为____极，MnO2和NH4Cl作______
Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn（NH3）2Cl2＋2MnO（OH）
银锌纽扣电池
负极是____，正极是________，电解质溶液是____________溶液
Zn＋Ag2O＋H2O
Zn（OH）2＋2Ag
铅蓄电池
负极是____，正极是________，电解质溶液是______溶液
Pb＋PbO2＋2H2SO4
2PbSO4＋2H2O
镍氢电池
负极是__________，正极是__________，电解质溶液是____溶液
NiO（OH）＋MH
NiO＋M＋H2O（MH表示贮氢合金M中吸收结合的氢）
氢氧燃料电池
负极通______，正极通______，____溶液为电解质溶液
甲醇－空气燃料电池
负极通______，正极通入______，电解质溶液是_____溶液
2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO
＋6H2O
[议一议]
燃料电池两电极反应有何特点？
【难点突破】
一、原电池工作原理
1．原电池正、负极的判断方法
关键提醒 判断原电池要“四看”
一看本质：
反应是自发进行的氧化还原反应。
二看电极：
具有两个活泼性不同的电极（燃料电池的电极一般是惰性电极）。
三看溶液：
电解质溶液（一般负极材料与电解质溶液反应）。
四看回路：
电极、电解质溶液构成闭合回路。
2．原电池的工作原理（以铜锌原电池为例）
例1 右图是Zn和Cu组成的原电池示意图，某小组做完该实验后，在读书卡片上记录如下，卡片上描述合理的是（ ）
实验记录：
①导线中电流方向：
Zn→Cu
②Cu极上有气泡产生，发生还原反应
③锌片变薄
实验结论：
④Zn为正极，Cu为负极
⑤正极反应式：
Cu－2e－===Cu2＋，发生氧化反应
⑥H＋向Cu极移动，SO
向Zn极移动
A．①②③B．④⑤⑥
C．③④⑤D．②③⑥
方法拓展 判断电极时，有时不能只看金属的活泼性强弱，还要看电解质溶液的性质，如：
①Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；②Fe、Al在浓HNO3中钝化后，比Cu等金属更难失电子，Cu等金属作负极，Fe、Al作正极。
变式训练1 一个原电池反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池的合理组成是（ ）
正极
负极
电解质溶液
A
Zn
Cu
CuCl2
B
Cu
Zn
H2SO4
C
Cu
Zn
CuSO4
D
Cu
Zn
ZnCl2
方法规律
（1）已知原电池的总反应方程式判断原电池的正、负极时，可以直接根据化合价的升降来判断。
发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。
（2）根据原电池总反应方程式设计原电池时，一般原电池的负极材料与电解质溶液反应。
二、原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应的速率
自发进行的氧化还原反应，形成原电池时反应速率增大。
例如，Zn与稀H2SO4反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn和置换出的Cu在稀H2SO4中构成原电池，加快Zn与稀硫酸反应的速率。
2．比较金属的活动性强弱
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。
例如，有两种金属a、b，用导线连接插入到稀H2SO4中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生，则a为负极，b为正极，金属活动性a＞b。
3．用于金属腐蚀保护
使金属制品作原电池正极而得到保护。
例如，将铁质输水管道与锌块相连，锌作原电池的负极失电子，保护铁不被腐蚀。
4．设计电池
理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。
如：
把Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计成原电池，可用Fe作负极，铜（或石墨）作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。
例2 现有如下两个反应：
A．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
B．Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋
（1）根据上述两反应的本质，________（填序号）反应能设计成原电池，其原因是________________________________________________________。
（2）将上述反应中能设计成原电池的反应设计成原电池。
①写出电极反应式及反应类型：
负极：
______________________，________________；
正极：
______________________，________________。
②画出装置图并标明电极材料与名称、电解质溶液、电子流向。
③若导线上通过电子1mol，则正极质量增加________g。
方法规律 设计原电池的具体方法
（1）将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应：
氧化反应和还原反应。
（2）选择电极材料和电解质溶液：
要结合原电池的电极反应特点和两个半反应选择。
①电极材料的选择：
一般选择较活泼的金属作负极，较不活泼金属或非金属导体作正极。
负极一般能与电解质溶液或电解质溶液中溶解的物质反应。
②电解质溶液的选择：
电解质溶液一般能与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的物质能与负极发生反应。
（3）按要求画出原电池装置图，作必要的标注，注意形成闭合回路。
变式训练2 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强到弱的顺序是（ ）
A．①③②④B．①③④②
C．③④②①D．③①②④
方法总结 金属活动性强弱的判断方法
（1）与水或酸反应置换出氢气的难易。
（2）最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱。
（3）置换反应，活动性强的金属置换出活动性弱的金属。
（4）一般阳离子的氧化性越弱，金属的活动性越强。
（5）通常情况下原电池中负极金属活动性强于正极金属。
【当堂过关】
1．下列关于原电池的叙述中正确的是（ ）
A．正极和负极必须是两种不同的金属
B．电子流入的一极为正极
C．原电池工作时，正极和负极上发生的都是氧化反应
D．锌、铜和盐酸构成的原电池工作时，锌片上有6.5g锌溶解，正极上就有1g氢气生成
2．下列装置不能构成原电池的是（ ）
3．钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的电极反应是（ ）
A．2H＋＋2e－===H2↑
B．Fe2＋＋2e－===Fe
C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．Fe3＋＋e－===Fe2＋
4．常用的纽扣电池为银锌电池，它分别以锌和氧化银为电极。
放电时锌电极上的电极反应是Zn＋2OH－－2e－===Zn（OH）2，氧化银电极上的反应是Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－，下列判断中正确的是（ ）
A．锌是负极，发生氧化反应，氧化银是正极，发生还原反应
B．锌是正极，发生氧化反应，氧化银是负极，发生还原反应
C．锌是负极，发生还原反应，氧化银是正极，发生氧化反应
D．锌是正极，发生还原反应，氧化银是负极，发生氧化反应
5．在盛装稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片。
下列叙述不正确的是（ ）
A．负极附近SO
的浓度逐渐增大
B．电子由铜片通过导线流向锌片
C．反应一段时间后，溶液中c（H＋）减小
D．铜片上有H2逸出
6．回答下列问题：
（1）如图所示，将锌片和铜片插入硫酸铜溶液形成原电池，锌为________极，电极上发生的是________（填“氧化”或“还原”）反应，电极反应式为________________________________
______________。
锌片上观察到的现象为____________________；铜为________极，电极上发生的是________（填“氧化”或“还原”）反应，电极反应式是________________________
______；铜片上观察到的现象是________________，原电池总反应的离子方程式为__________________________________________。
（2）若将反应Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑设计成原电池，用稀H2SO4作电解质溶液，铜为原电池的某一电极材料，则铜为原电池的________（填“正”或“负”）极。
铜片的现象为________________，另一电极材料为________，外电路中电子由__________（填“正”或“负”，下同）极向________极移动，电解质溶液中H＋向________极移动。
（3）若将反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2设计成原电池，负极电极材料为______，电解质溶液选用________，负极电极反应式为________________________________________________
________________________。
（4）将铁棒和锌片连接后浸入CuCl2溶液里，当电池中有2mol电子通过时，负极质量的变化是________（填“增加”或“减少”）_______g。
第2课时 电能转化为化学能
【目标导航】
1.知道电解的原理和电解池的形成条件，会分析电解的应用。
2.能熟练书写电解池的电极反应式和电解反应方程式。
【自主学习】
一、电解池的构成条件及工作原理
1．实验探究：
电解氯化铜溶液
实验装置和
实验步骤
按图示装置连接好仪器，在U形管内加入CuCl2溶液，用石墨棒作电极，接通电源数分钟，用湿润的淀粉碘化钾试纸检验阳极上放出的气体
实验现象
阴极
阳极
原
理
分
析
通电前
溶液中存在的离子是____________________________
通电后
移向阴极的离子是__________________，移向阳极的离子是____________________
阴极反
应式
阳极反
应式
反应方
程式
CuCl2
Cu＋Cl2↑
2.电解
（1）电解原理：
使______通过电解质溶液而在阴、阳两极引起__________反应。
（2）电解池
概念
把____能转化为______能的装置
构
成
条
件
①
有一个外加__________
②
有与电源相连的两个______
③
两电极插入____________或熔融态电解质中
④
构成__________
电极与电
极反应
阴极
连接直流电源______，发生______反应
阳极
连接直流电源______，发生______反应
电子流向
从电源____极→导线→电解池的____极
电解池的____极→导线→电源的____极
离子流向
阴离子向____移动，阳离子向____移动
[议一议]
1．从装置上比较原电池与电解池的区别是什么？
2.你怎样判断电解池的阴极和阳极？
3.电解质溶液是如何导电的？
4．电解质溶液导电时，一定会有化学反应发生吗？
二、电解原理的应用
1．制备Na、Mg、Al、F2等活泼金属和非金属
如电解熔融的氧化铝获得铝：
2Al2O3（熔融）
4Al＋3O2↑。
2．铜的电解精炼（粗铜成分：
锌、铁、Cu、银等）
电解精炼
铜的装置
阳极材料
阴极材料
电解质溶液
电极反
应式
阳极
阴极
[议一议]
1．铜的电解精炼过程中，粗铜中的杂质（锌、铁、金、银等）是怎样被除去的？
2．从阳极沉积下来的阳极泥中含有哪些金属？
3．在电解过程中CuSO4溶液浓度发生怎样的变化？
【难点突破】
一、电解池与原电池工作原理的区别
电池类别
原电池
电解池
能量转变
化学能转化为电能
电能转化为化学能
装置特点
无外接直流电源
有外接直流电源
电极
正极 负极
阴极 阳极
电极确定
由电极材料本身的相对活泼性及电解质溶液决定，较活泼的是负极，较不活泼的是正极
由外接电源的正负极决定，与负极相连的为阴极，与正极相连的为阳极
电极反应
负极发生氧化反应，正极发生还原反应
阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应
电子流向
负极流向正极
从电源负极流向阴极，从阳极流向电源正极
形成条件
①两个电极
①外接电源
②电解质溶液
②电极（惰性或非惰性）
③形成闭合回路
③形成闭合回路
④自发发生氧化还原反应
④电解质（水溶液或熔融态）
反应自
发性
能自发进行的氧化还原反应
反应一般不能自发进行，需电解条件
举例
Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu
CuCl2
Cu＋Cl2↑
相似之处
均能发生氧化还原反应，且同一个装置中两个电极在反应过程中转移的电子总数相等
例1 如图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极。
则下列判断中正确的是（ ）
A．a为负极、b为正极
B．a为阳极、b为阴极
C．电解过程中，d电极质量增加
D．电解过程中，氯离子浓度不变
方法规律 电解池电极名称的判断方法
变式训练1 用石墨电极电解CuCl2溶液（见右图）。
下列分析正确的是（ ）
A．a端是直流电源的负极
B．通电使CuCl2发生电离
C．阳极上发生的反应：
Cu2＋＋2e－===Cu
D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体
方法思路 根据图示信息→判断电池类别→根据电解质溶液中离子移向→电极名称→放电顺序→电极产物→电极现象。
二、电解时两电极产物的判断与电极
反应式的书写
1.阳极产物的判断
（1）活性金属电极（金属活动性顺序表中在Ag之前），电极金属失电子，生成对应的金属阳离子，阴离子不放电。
（2）惰性电极（Au、Pt、石墨），溶液中的阴离子失电子，生成对应的非金属单质或高价化合物。
阴离子放电顺序：
S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>高价态含氧酸根>F－。
2．阴极产物的判断
与电极材料无关，直接根据阳离子放电顺序进行判断，溶液中的阳离子得电子生成对应的单质或低价化合物
阳离子的放电顺序：
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞Mn2＋＞较活泼金属阳离子（注意Fe3＋的顺序）。
3．电极反应式与电解反应式的书写（以石墨电极电解CuCl2溶液为例）
（1）电极反应式的书写
①确定阴、阳极。
与电源正极相连的为阳极、与电源负极相连的是阴极。
②分别写出两极上出现的离子。
阴极：
Cu2＋、H＋，阳极：
Cl－、OH－。
③判断阴、阳极放电顺序。
阴极：
Cu2＋>H＋，阳极：
Cl－>OH－。
④写电极反应式。
列物质→标得失→选离子、配电荷→配原子个数
阴极：
Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑
（2）电解反应方程式的书写
①通过最小公倍数法使两个电极反应式的电子数相等。
②把两个电极反应式相加，消去相同项，并注明条件“通电”。
电解CuCl2溶液总反应方程式为CuCl2
Cu＋Cl2↑
例2 右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置，通电后在石墨电极a和b附近分别滴加石蕊溶液，下列实验现象正确的是（ ）
A．逸出气体的体积：
a电极的小于b电极的
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体
C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色
D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色
方法总结 电解池问题解答思路如下：
判断阴、阳电极→观察电极材料→分析放电顺序→确定电极产物→解答。
变式训练2 利用如图装置电解硫酸铜溶液，下列说法正确的是（ ）
A．b电极上发生氧化反应
B．该装置能将化学能转变成电能
C．电解质溶液中Cu2＋从b电极向a电极迁移
D．若a为铜，则a电极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
知识拓展 以惰性电极电解含氧酸盐（如CuSO4和NaNO3）溶液、含氧酸（如H2SO4）溶液、强碱（如NaOH）溶液时，阳极的电极反应式均为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，且阳极附近生成酸。
【当堂过关】
1．关于电解池的叙述不正确的是（ ）
A．与电源正极相连的是电解池的阳极
B．电解质溶液中的阳离子向阴极移动
C．在电解池的阳极发生氧化反应
D．电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，再经电解质溶液流入电解池的阳极
2．如图所示装置中，属于电解池的是（ ）
3．某同学按如图所示的装置进行电解实验。
下列说法正确的是（ ）
A．电解过程中，铜电极上有H2产生
B．电解初期，主反应方程式为
Cu＋H2SO4
CuSO4＋H2↑
C．电解一定时间后，石墨电极质量不变
D．整个电解过程中，H＋的浓度不断增大
4．用电解法从氯化铜废液中提取出铜，方案正确的是（ ）
A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片
B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片
C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物
D．用带火星的木条检验阳极产物
5．有关右图的说法正确的是（ ）
A．构成原电池时溶液中的SO
移向Cu电极
B．构成原电池时Cu极反应式：
Cu－2e－===Cu2＋
C．要使Fe极不被腐蚀，Cu片换Zn片或a接直流电源负极
D．a和b分别接直流电源正、负极，Fe片上有气体产生
6．如图所示，A、B两个装置的烧杯中分别盛有足量的CuCl2溶液。
（1）A、B两个装置中属于原电池的是________，属于电解池的是________。
（2）A池中Zn是________极，发生________反应（填“氧化”或“还原”，下同），电极反应式为________________________________________________________________________。
Cu是____极，发生______反应，电极反应式为__________________。
A池中总的化学方程式为________________________________________________________________________。
（3）B池中C是____极，发生______反应，电极反应式为______________________。
Pt是____极，发生________反应，电极反应式为__________________________________________。
B池中总的化学方程式为______________________________________________________。
学案答案精析
第1课时 化学能转化为电能 化学电源
自主学习
一、1.（从左到右，从上到下）逐渐溶解，表面有气泡 反应产生H2
表面无气泡 不反应 逐渐溶解 锌 表面有气泡 Cu 发生偏转 电流 逐渐溶解且表面都有气泡 反应 指针不偏转 无电流 无现象 无现象 不反应 指针不偏转 无电流
2．
（1）化学能 电能 氧化还原
（2）（从左到右，从上
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