课堂新坐标学年高中化学苏教版必修二+教师备课专题二+第三单元+化学能与电能的转化.docx
《课堂新坐标学年高中化学苏教版必修二+教师备课专题二+第三单元+化学能与电能的转化.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课堂新坐标学年高中化学苏教版必修二+教师备课专题二+第三单元+化学能与电能的转化.docx（32页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
课堂新坐标学年高中化学苏教版必修二+教师备课专题二+第三单元+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
（教师用书独具）
●课标要求
1．举例说明化学能转化为电能及其应用。
2．认识研制新型电池的重要性。
●课标解读
1．理解原电池的原理及其应用。
2．会写电极反应和电池反应。
●教学地位
化学能转化为电能，是现在高科技产品所用电能的来源，也是现代人们生活必不可少的东西。
也是高考命题的热点之一。
（教师用书独具）
●新课导入建议
在我们生活中，手机用的电池，机动车上的铅蓄电池、干电池等，这些电池的电能是如何转化来的？
原理是什么？
这些问题本课时将给出答案。
●教学流程设计
课前预习：
安排学生课前阅读相关教材内容，完成“课前自主导学”并讨论。
⇒步骤1：
导入新课，分析本课教学地位。
⇒
⇒
⇓
⇐
⇐
课 标 解 读
重 点 难 点
1.通过铜锌原电池的实验探究，初步了解原电池原理。
2.了解化学电源的原理与应用。
3.了解钢铁的电化学腐蚀。
1.原电池反应原理及应用。
（重点）
2.电极反应和电池反应的书写。
（重难点）
原电池原理
1.铜锌原电池
（1）装置：
（2）现象：
Zn片逐渐溶解，Cu片上有大量气泡产生，电流计指针发生偏转。
（3）电子流向：
由锌极流向铜极。
（4）电流方向：
铜极→导线→锌极。
（5）离子流向：
电解质溶液中，H＋、Zn2＋移向铜极，SO
移向锌极。
（6）电极反应
①负极（Zn）：
Zn失去电子，发生氧化反应，反应式为：
Zn－2e－===Zn2＋。
②正极（Cu）：
H＋在铜上得到电子，发生还原反应，反应式为：
2H＋＋2e－===H2↑。
③总反应离子方程式：
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。
2．原电池的原理
（1）定义：
将化学能转化为电能的装置。
（2）原理：
①负极：
失电子，发生氧化反应，正极：
得电子，发生还原反应。
②电子流向：
从负极流出，通过导线流入正极。
③离子移向：
阴离子移向负极，阳离子移向正极。
1．什么类型的反应可设计成原电池？
【提示】 氧化还原反应。
金属的电化学腐蚀
1.电化学腐蚀
金属跟电解质溶液接触，发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化的腐蚀。
2．钢铁的腐蚀
（1）条件
①电极：
铁和少量碳形成两个电极。
②电解质溶液：
水中含有少量H＋和OH－及氧气等气体。
（2）电极反应（以吸氧腐蚀为例）
①负极反应式（Fe）：
2Fe－4e－===2Fe2＋。
②正极反应式（C）：
2H2O＋O2＋4e－===4OH－。
铁失去电子被氧化成Fe2＋，Fe2＋与OH－结合成Fe（OH）2，Fe（OH）2被氧化，其方程式为4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3，Fe（OH）3进一步脱水生成红色铁锈（Fe2O3·xH2O）。
化学电源
1.制造原理：
原电池原理。
2．优点：
能量转化率高。
3．化学电源的分类
（1）一次电池：
用过之后不能复原，如锌锰干电池等。
（2）二次电池：
充电后能继续使用，如银锌钮扣电池、铅蓄电池、镍氢电池等。
2．氢氧燃料电池的反应为2H2＋O2===2H2O，则此燃料电池中正、负极上反应的物质分别是什么？
发生什么反应？
【提示】 正极：
O2，发生还原反应。
负极：
H2，发生氧化反应。
原电池原理及电极判断
【问题导思】
①反应：
Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，设计成原电池，写出正、负极反应式。
【提示】 正极：
Cu2＋＋2e－===Cu，负极：
Zn－2e－===Zn2＋。
②铅蓄电池反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，该电池中负极材料是什么物质？
【提示】 Pb。
1．原电池原理
2．原电池正、负极判断方法
（1）从材料上判断
一般来说，相对活泼的金属作负极，相对不活泼的金属作正极。
（2）从电子流向上判断
电子流出的极是负极，电子流入的极是正极。
（3）从电流流向上判断
电流流入的极是负极，电流流出的极是正极。
（4）从反应类型上判断
发生氧化反应的是负极，发生还原反应的是正极。
（5）从反应现象上判断
溶解的是负极，有气泡产生或固体析出的是正极。
（6）从离子移动上判断
阴离子移向的是负极，阳离子移向的是正极。
原电池的组成条件
（1）有活泼性不同的两个电极。
活泼的金属是电池的负极，不活泼金属（或非金属导体）是电池的正极。
（2）有电解质溶液，且负极能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应；
（3）构成闭合回路或接触。
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（ ）
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】 原电池中活泼金属为负极，失去电子，即M为负极，溶液中的氢离子在正极得到电子被还原为H2，则N为正极。
电流方向与电子流向相反，应由正极（N）流向负极（M）。
【答案】 D
一般来说，活泼金属是负极，注意特例：
Mg—Al—NaOH溶液形成的原电池，Al作负极；Cu—Al—浓HNO3形成的原电池，Cu作负极。
1．（2013·湖北孝感一中月考）下列装置能形成原电池的是（ ）
A．①②③⑦⑧ B．①②
C．①②③D．①②③⑦
【解析】 装置④不能形成闭合回路；装置⑤没有两个活动性不同的电极，只是发生了氧化还原反应；装置⑥中酒精不是电解质溶液。
【答案】 A
原电池原理的简单应用
【问题导思】
①实验室用稀H2SO4与Zn反应制H2时，用纯锌快还是粗锌快？
【提示】 粗锌。
②钢铁制品在潮湿空气中易生锈的原理是什么？
【提示】 发生了原电池反应。
1．加快化学反应速率
如实验室用Zn和稀硫酸（或稀HCl）反应制H2时常用粗锌，它产生H2的速率快，原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸形成原电池，加快了锌的反应，使产生H2的速率加快。
2．金属活动性的强弱判断
原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。
例如，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，由原电池原理可知，金属活动性A>B。
3．金属的腐蚀和防护
形成原电池后，活泼性强的金属加快了腐蚀，活泼性弱的金属被保护，减弱了腐蚀程度。
4．设计原电池
从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。
例如：
利用Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2的氧化还原反应设计原电池，由反应式可知：
Cu失去电子作负极，FeCl3（Fe3＋）在正极上得到电子，且作电解质溶液，正极为活泼性比Cu弱的金属或导电的非金属。
利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2设计一个原电池。
在图中方格内画出实验装置图，并指出正极为________，电极反应式为________________________________________________________________________；
负极为________，电极反应式为________________________________________________________________________。
【解析】 首先将已知的反应拆成两个半反应（即失去电子和得到电子的反应）：
Zn－2e－===Zn2＋，2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋；然后结合原电池的工作原理分析可知，该电极的负极应用锌作材料，正极要保证Fe3＋得到负极失去的电子，一般可用不能还原Fe3＋的材料（如铂、碳棒等）作正极，电解质溶液只能用FeCl3溶液。
【答案】 装置如图
Pt（或其他合理答案） 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
Zn Zn－2e－===Zn2＋
在设计原电池正极材料时，能导电但活泼性一般比负极活泼性弱。
2．把a、b、c、d四块金属板浸入稀硫酸中，用导线两两相连，可以形成原电池。
若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c溶解；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，b极上有大量气泡。
四块金属的活动性顺序是（ ）
A．a>c>d>b B．c>a>b>d
C．a>c>b>dD．c>a>d>b
【解析】 较活泼的金属为负极，被氧化溶解；相对不活泼的金属为正极，冒气泡或析出金属。
所以，四块金属的活动性顺序是a>c>d>b。
【答案】 A
【教师备课资源】
原电池的两个问题解释
1．为什么构成原电池后反应速率会加快？
纯锌在稀硫酸中反应，Zn表面既有Zn2＋进入溶液，又有H＋运动到Zn表面得到电子生成H2，而在Cu－Zn原电池中，Zn失去电子变成Zn2＋进入溶液，H＋在Cu上得到电子生成H2。
比较两种形式的反应，就会发现前者Zn表面“拥挤不堪”，Zn2＋对H＋有排斥作用，而后者“畅通无阻”。
因此粗锌与稀硫酸反应产生氢气的速率明显快于纯锌与稀硫酸反应产生氢气的速率，就是这个原理。
2．电极判断的几种特殊情况
原电池的两极称正、负极，两极判断除考虑两极的活动性外，还应注意电极能否与电解质溶液反应。
如图甲中，电解质溶液是稀硝酸，Fe作负极，电极反应：
Fe－2e－===Fe2＋；但图乙中，电解质溶液是浓硝酸，Fe发生钝化，Cu作负极，电极反应：
Cu－2e－===Cu2＋；图丙中，电解质溶液是稀硫酸，Mg较活泼作负极，电极反应：
Mg－2e－===Mg2＋；但图丁中，电解质溶液是NaOH溶液，Al参与反应作负极，电极反应：
Al＋4OH－－3e－===AlO
＋2H2O。
甲 乙 丙 丁
原电池定义：
化学能―→电能组成：
①两电极；②电解质；③闭合原理
电子：
负极→导线→正极离子：
阴离子→负极，阳离子→正极应用：
①加快反应；②判断活泼性；③腐蚀；
④原电池设计
1．在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是（ ）
A．正极附近的SO
离子浓度逐渐增大
B．电子通过导线由铜片流向锌片
C．反应一段时间后，溶液的c（H＋）增大
D．铜片发生的反应为：
2H＋＋2e－===H2↑
【解析】 用导线连接的Zn片与Cu片放入稀硫酸中组成原电池，Zn作负极失去电子变为Zn2＋进入溶液，电子通过导线流向铜片，溶液中的阴离子SO
、OH－等移向负极，阳离子H＋、Zn2＋等移向正极。
H＋在正极上得到电子放出H2；反应一段时间后，溶液中H＋浓度减小，故A、B、C错误，D正确。
【答案】 D
2．（2013·江苏南京高一检测）李明在学完了原电池的知识之后，设计了如图所示的柠檬水果电池，观察到外电路上的电流从电极X流向电极Y。
已知他选择了铁为X极，则Y极应该是（ ）
A．锌 B．石墨
C．银D．铜
【解析】 电流从电极X流向电极Y，可知X为正极，Y为负极，故Y应比Fe活泼，即选A。
【答案】 A
3．下列关于实验现象的描述不正确的是（ ）
A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
B．用导线连接锌片、铜片，一起浸在硫酸铜溶液中，铜片表面析出单质铜
C．把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，滴入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快
【解析】 把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，符合构成原电池的条件，铜片作正极，表面出现气泡；用导线连接锌片、铜片，一起浸在硫酸铜溶液中，锌比铜活泼，铜作正极，表面析出单质铜；把铜片插入氯化铁溶液中，发生反应：
Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2，铜片被氯化铁溶液腐蚀而逐渐溶解，不会在铜片表面出现一层铁，所以选项C不正确；把锌粒放入盛有盐酸的试管中，滴入几滴氯化铜溶液，锌粒与氯化铜溶液发生反应：
Zn＋CuCl2===ZnCl2＋Cu，锌、铜与盐酸形成原电池，所以气泡放出速率加快。
【答案】 C
4．（双选）据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。
其电池反应为：
2Zn＋O2===2ZnO，原料为锌粒、电解质溶液和空气。
则下列叙述中正确的是（ ）
A．锌为正极，空气进入负极反应
B．负极反应为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O
C．正极发生氧化反应
D．电解质溶液肯定不是强酸
【解析】 由电池反应可知：
Zn失去电子，O2得到电子，Zn为负极，空气进入正极，A错、B对、C错；ZnO能与强酸反应，电解质溶液不是强酸，D对。
【答案】 BD
5．（2013·烟台高一检测）在由铜片、锌片和150mL稀硫酸组成的原电池中，当在铜片上放出6.72L（标准状况）的H2时，硫酸恰好用完，则：
（1）产生这些气体消耗的锌的质量是________g；
（2）通过导线的电子的物质的量是________mol；
（3）该原电池正极的电极反应式为________________________________________________________________________。
【解析】 该原电池负极反应为：
Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为：
2H＋＋2e－===H2↑，总反应离子方程式为：
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。
据关系式：
Zn～H2↑～2e－可进行有关计算。
【答案】
（1）19.5
（2）0.6 （3）2H＋＋2e－===H2↑
1．（2013·徐州高一检测）为探究原电池的形成条件和反应原理，某同学设计了如下实验并记录了现象：
①向一定浓度的稀硫酸中插入锌片，看到有气泡生成；
②向上述稀硫酸中插入铜片，没有看到有气泡生成；
③将锌片与铜片上端接触并捏住，一起插入稀硫酸中，看到铜片上有气泡生成，且生成气泡的速率比实验①中快；
④在锌片和铜片中间接上电流计，再将锌片和铜片插入稀硫酸中，发现电流计指针偏转。
下列关于以上实验设计及现象的分析，不正确的是（ ）
A．实验①、②说明锌能与稀硫酸反应而铜不能
B．实验③说明发生原电池反应时会加快化学反应速率
C．实验③说明在该条件下铜可以与稀硫酸反应生成氢气
D．实验④说明该原电池中铜为正极、锌为负极
【解析】 实验①说明Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑；实验②说明铜与H2SO4不反应；实验③原电池反应会加快反应速率；实验④说明导线中产生电流，并根据电流计指针的偏转方向确定正、负极。
【答案】 C
2．（2013·太原高一检测）下列关于原电池负极叙述正确的是（ ）
A．电子流出的电极
B．发生还原反应的电极
C．与正极材料相比较活泼的电极
D．反应过程中一定变细的电极
【解析】 B项，负极发生氧化反应；C项，负极材料不一定是活泼金属电极，还与电解质溶液性质有关；D项，负极在反应过程中不一定参与反应，如燃料电池，故电极不一定变细。
【答案】 A
3．（2013·浙江杭州学军中学月考）下列装置能组成原电池，且能产生明显电流的是（ ）
【解析】 A项，两电极均为Cu；C项，Cu与CuSO4溶液不反应，不能产生明显电流；D项，Zn、Cu与ZnSO4溶液不反应，不能产生电流。
【答案】 B
4.
如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球。
调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向烧杯中央滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是（实验过程中，不考虑铁丝反应及两球的浮力变化）（ ）
A．杠杆为导体和绝缘体时，均为A端高、B端低
B．杠杆为导体和绝缘体时，均为A端低、B端高
C．当杠杆为绝缘体时，A端低、B端高；为导体时，A端高、B端低
D．当杠杆为绝缘体时，A端高、B端低；为导体时，A端低、B端高
【解析】 加入CuSO4溶液发生了Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。
如果杠杆为导体，则构成了原电池，此时铜在铜球上析出，故铜球变重，A端低、B端高；如果杠杆为绝缘体，因为不符合原电池的构成条件，故铜在铁球上析出，此时铁球变重，A端高、B端低，D项符合题意。
【答案】 D
5.
（2010·上海高考）铁是用途最广的金属材料之一。
为探究铁的化学性质，某同学将盛有生铁屑的试管塞上蓬松的棉花，然后倒置在水中（如图所示）。
数天后，他观察到的现象是（ ）
A．铁屑不生锈，试管内液面上升
B．铁屑不生锈，试管内液面高度不变
C．铁屑生锈，试管内液面上升
D．铁屑生锈，试管内液面高度不变
【解析】 在潮湿的空气中，铁容易生锈，并且发生的是吸收氧气的腐蚀，导致试管内压强减小，液面上升。
【答案】 C
6．（2013·海口高一检测）某学生欲完成Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋反应，设计了下列四个实验，可行的是（ ）
【解析】 A项中Cu、Ag均不能与盐酸反应；B项Cu、Ag也均不与CuSO4溶液反应；D项Ag与CuSO4溶液也不反应。
【答案】 C
7．人造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池，其电池的电极反应式：
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
据此判断氧化银是（ ）
A．负极，并被氧化 B．正极，并被还原
C．负极，并被还原D．正极，并被氧化
【解析】 Ag2O得电子是正极，被还原。
【答案】 B
8．如图所示装置中，观察到电流计指针偏转；M棒变粗，N棒变细，由此判断下表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是（ ）
M
N
P
A
锌
铜
稀硫酸溶液
B
铜
锌
稀盐酸溶液
C
银
锌
硝酸银溶液
D
锌
铁
硝酸铁溶液
【解析】 由于M棒变粗，N棒变细，说明M棒为正极，且溶液中有金属阳离子在M上获得电子成为金属单质附着在M上，故C项正确。
【答案】 C
9．现有如下两个反应：
A．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
B．Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
（1）根据两反应的实质，判断能否设计成原电池________________________________________________________________________。
（2）如果不能，说明其原因________________________________________________________________________。
（3）如果可以，则写出正、负极材料及其电极反应式、电解质溶液名称：
负极：
________，________________________________________________________________________；
正极：
________，________________________________________________________________________。
电解质溶液：
________。
【解析】 由于原电池的实质是发生氧化还原反应，所以，只有自发发生的氧化还原反应才能设计成原电池。
对于Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，Zn失去电子作原电池的负极，H＋得到电子在正极上发生还原反应，正极应为活动性比Zn弱的导电固体材料，如Cu、Ag、石墨等。
【答案】
（1）A.不能；B.能
（2）A.的反应为非氧化还原反应，没有电子转移
（3）锌 Zn－2e－===Zn2＋ 铜（或银、石墨等） 2H＋＋2e－===H2↑ 稀硫酸
10．某实验兴趣小组用如图所示装置做完实验后，请在读书卡片上补全6条记录：
卡片NO.28
Date：
2013.4.12
实验后的记录：
①________为正极，________为负极
②H＋向________极移动（填“正”或“负”）
③电子流动方向为________→导线→________（填“Cu”或“Zn”）
④Cu极有H2产生，其电极反应式为________________________________________________________________________。
⑤若有0.5mol电子流过导线，则产生________molH2
⑥负极的电极反应式为：
________________________________________________________________________。
【解析】 在铜锌原电池中，锌为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋。
Cu为正极，得到电子，发生还原反应，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。
所以H＋向正极移动，电子由锌流出，经过导线流向铜，每流过0.5mol电子，生成0.25molH2。
【答案】 ①Cu Zn ②正 ③Zn Cu
④2H＋＋2e－===H2↑
⑤0.25 ⑥Zn—2e－===Zn2＋第2课时 电能转化为化学能——电解池
（教师用书独具）
●课标要求
1．举例说明电能转化为化学能及其应用。
2．了解电解池的工作原理，能写出两极反应。
●课标解读
1．了解电解池的构造、工作原理。
2．会写基本的电极反应式和电池反应式。
●教学地位
化学能与电能可相互转化，利用电解池可以实现电能转化为化学能，可用于工业生产制备工业产品，也可以用于电镀、精炼铜等。
同时也是高考的命题热点，各地高考均有涉及。
（教师用书独具）
●新课导入建议
自从伏打发明了电池以后，英国科学家戴维开始实验用电和化学结合的方法，创造了“电解法”，制得了钾和钠，又过了一年（1808年）他又用电解法制得了钙、锶、钡、镁和硼。
自有化学史以来，一个人发现如此之多的元素，戴维还是第一人。
戴维用电解法制取钾、钠等轻金属的方法引起了世界的关注。
这种方法的原理是什么？
装置如何？
本课时将讨论相关知识。
●教学流程设计
⇒
⇒
⇒
⇓
⇐
⇐
课 标 解 读
重 点 难 点
1.通过对电解CuCl2溶液的实验探究，初步了解电解的反应原理。
2.了解电解池和原电池的区别。
3.了解电解原理的应用。
1.电解池中两极电极反应的书写。
（重点）
2.电解池、原电池的区别。
3.电解饱和食盐水、电镀、电解法冶炼金属的原理。
（重难点）
电解原理
电解实例
（1）电解饱和食盐水、电解水、电解Al2O3的化学方程式分别为2NaCl＋2H2O
2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，
2H2O
2H2↑＋O2↑，2Al2O3
4Al＋3O2↑。
（2）电解CuCl2溶液实验
实验装置
实验现象
阴极：
有红色固体物质析出
阳极：
产生黄绿色刺激性气味的气体，
湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
反应方程式
阴极：
Cu2＋＋2e－===Cu
阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑
总反应：
CuCl2
Cu＋Cl2↑
能量转化
电能―→化学能
（3）电解池
①将电能转化为化学能的装置叫电解池。
②阴极接电源的负极，发生还原反应；阳极接电源的正极，发生氧化反应。
③电解时，电流流向阳极，流出阴极。
1．电解池工作时，溶液中的阴、阳离子分别向什么电极移动？
【提示】 阴离子移向阳
升级会员 