版高中化学第2章化学键化学反应与能量第3节化学反应的利用第2课时化学反应为人类提供能量学案.docx
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版高中化学第2章化学键化学反应与能量第3节化学反应的利用第2课时化学反应为人类提供能量学案
第2课时 化学反应为人类提供能量
一、化学反应为人类提供能量
1．物质发生化学反应的实质与能量变化的原因
2．化学反应中能量转化的主要形式
（1）即热饭盒、铝热反应：
化学能主要转化为热能；
（2）电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气：
电能主要转化为化学能。
（3）绿色植物进行光合作用时，光能转化为化学能。
（4）煤燃烧时，化学能主要转化为热能和光能。
例1 下列说法中正确的是（ ）
A．化学反应中的能量变化，其表现形式除热能外还可能是光能和电能等
B．化学反应中的能量变化不一定遵循能量守恒定律
C．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量与生成物的总能量可能相同
D．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量
考点 化学能与热能的相互转化
题点 化学反应中能量变化的相关综合
答案 A
解析 化学反应中的能量变化一定遵循能量守恒定律；物质发生化学反应都伴随着能量的变化，所以反应物的总能量与生成物的总能量一定不同；在一个确定的化学反应中，反应物的总能量（E1）与生成物的总能量（E2）之间的关系：
E1＞E2，化学反应为放热反应，E1＜E2，化学反应为吸热反应。
思维启迪
任何化学反应除遵循质量守恒定律外，同样也遵循能量守恒定律，不同形式的能量之间可以转化，但总能量保持不变。
反应物与生成物的能量差若以热能形式表现出来，即为放热反应或吸热反应。
二、化学能转化为电能
1．实验探究
实验步骤
现象
结论
锌片逐渐溶解，表面有气泡；铜片表面无气泡
锌与稀硫酸发生置换反应产生H2，而铜则不能
锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，检流计指针发生偏转
导线中有电流，化学反应中化学能转化为电能
两锌片逐渐溶解且表面都有气泡，检流计指针不偏转
锌与稀硫酸反应，导线中无电流
无现象
乙醇是非电解质，导线中无电流
2.原电池的概念
原电池是将化学能转化为电能的装置；
原电池的反应本质是氧化还原反应。
3．原电池的构成条件
理论上，自发的氧化还原反应均可构成原电池。
具体条件是：
（1）具有活动性不同的两个电极（金属与金属或金属与能导电的非金属）。
（2）溶液：
两电极均插入电解质溶液中。
（3）导线：
两电极用导线相连，形成闭合回路。
4．原电池的工作原理
（1）分析下图并填空
原电池总反应式：
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；
（2）能量转化：
化学能转变为电能。
5．原电池工作原理的应用
（1）比较金属活动性
原电池中，做负极的金属活动性一般比做正极的金属活动性强。
（2）改变化学反应速率
如：
在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率。
（3）设计原电池
如：
把Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计成原电池，可用Fe做负极，铜（或石墨）做正极，FeCl3溶液做电解质溶液。
（4）制造多种化学电源
①干电池（又称一次电池）：
如锌锰电池；
②蓄电池（又称二次电池）：
如铅蓄电池、镍氢电池、锂电池（手机用）；
③燃料电池：
如氢氧燃料电池，其能量转化率高，对环境无污染。
（1）电子只能在导体中定向移动，不能通过溶液。
（2）电解质溶液中离子移动方向：
阳离子移向正极、阴离子移向负极。
例2 如图所示装置能够组成原电池的是_________________________________________。
其他不能构成原电池的说明理由：
__________________________________________________。
考点 能源与构成原电池的条件
题点 原电池的形成条件与判断方法
答案 EFG
A装置的两个电极的活泼性相同，电子不会流动形成电流；B装置为非电解质溶液，不能发生氧化还原反应；C装置电解质溶液在两个分开的装置中，不成形成闭合回路；D装置无导线连接电极，不能形成闭合回路。
它们均不能构成原电池
思维启迪——原电池的判断方法
一看反应原理（能否自发地进行氧化还原反应）；二看构成条件（两极一液成回路：
两个活泼性不同的电极，插入电解质溶液中，装置形成闭合回路）。
例3 如图所示检流计的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是（ ）
A．B极为原电池的正极
B．A、B、C分别可以为Zn、Cu和稀盐酸
C．C中阳离子向A极移动
D．A极发生氧化反应
考点 原电池工作原理及正负极的判断
题点 原电池工作原理
答案 C
解析 原电池中，负极金属失去电子，发生氧化反应溶解，质量减小，故A极为负极，B极为正极，A、D项正确；A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B项正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C项错误。
思维启迪——多个角度判断原电池的正极和负极
例4 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泼性由大到小的顺序是（ ）
A．①③②④B．①③④②
C．③④②①D．③①②④
答案 B
解析 ①②相连时，外电路电流从②流向①，则金属活泼性①大于②；①③相连时，③为正极，则金属活泼性①大于③；②④相连时，②上有气泡逸出，则金属活泼性④大于②；③④相连时，③的质量减少，则金属活泼性③大于④，故金属活泼性由大到小的顺序为①③④②。
思维启迪——形成原电池、比较金属活动性
根据原电池原理比较金属活动性，做负极的金属活动性较强，做正极的金属活动性较弱。
例5 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
考点 原电池原理的应用
题点 设计原电池
答案 C
解析 将Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu拆成两个半反应：
氧化反应（负极反应）：
Zn－2e－===Zn2＋。
还原反应（正极反应）：
Cu2＋＋2e－===Cu。
则电池的负极是Zn，正极是比锌不活泼的金属或导电的非金属，电解质溶液中含Cu2＋。
方法技巧——设计原电池的方法
（1）依据：
已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料（或在负极上被氧化），氧化剂（电解质溶液中的阳离子）在正极上被还原。
（2）选择合适的材料
①电极材料：
电极材料必须导电。
负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料。
②电解质溶液：
电解质溶液一般能与负极反应。
原电池是把化学能转化为电能的装置。
其工作原理是
1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）
（1）用导线连接铜片和锌片插入到稀H2SO4中，锌片上有大量气泡（ ）
（2）原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应（ ）
（3）NaOH＋HCl===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池（ ）
（4）原电池中的阳离子由负极区向正极区移动（ ）
（5）在Zn|稀硫酸|Cu原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌（ ）
（6）把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴CuCl2溶液，气泡放出速率加快（ ）
答案
（1）×
（2）× （3）× （4）√ （5）× （6）√
2．（2017·北京101中学期中）下列设备工作时，将化学能转化为电能的是（ ）
A
B
C
D
锂离子电池
太阳能集热器
燃气灶
硅太阳能电池
考点 能源与构成原电池的条件
题点 能量的转化方式
答案 A
解析 A项，锂离子电池是把化学能转化为电能，故正确；B项，太阳能集热器是把太阳能转化为热能，故错误；C项，燃烧是放热反应，是把化学能转化为热能，故错误；D项，硅太阳能电池是把太阳能转化为电能，故错误。
3．（2017·合肥高一检测）某学生将检流计用导线与两个电极连接在一起，再将两个电极同时插入某种电解质溶液中，能观察到有电流产生的是（ ）
A．用铜片、铅笔芯做电极插入稀硫酸中
B．用两个铜片做电极插入硝酸银溶液中
C．用锌片、铜片做电极插入番茄中
D．用铜片、铁片做电极插入酒精中
答案 C
解析 要构成原电池，除要形成闭合回路外，还需要有两个活动性不同的电极材料，一般其中一个电极要能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应。
A项，铜和石墨与稀硫酸均不反应；B项，电极材料相同；D项，酒精是非电解质；C项，一些水果中含有有机酸，可做电解质溶液。
4．（2017·湖南郴州适应性测试）如图为某兴趣小组制作的番茄电池，下列说法正确的是（ ）
A．电子由铜通过导线流向锌
B．该装置是将电能转化为化学能的装置
C．锌电极发生氧化反应
D．电流由锌通过导线流向铜
考点 原电池工原理和正负极的判断
题点 原电池工作原理
答案 C
解析 A项，铜做正极，锌做负极，因此电子由锌流向铜，故错误；B项，该装置将化学能转化为电能，故错误；C项，锌做负极失去电子，发生氧化反应，故正确；D项，电子与电流的方向相反，因此电流由铜极流向锌极，故错误。
5．如图所示装置，检流计指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的（ ）
A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸
B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸
C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液
D．A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液
答案 D
解析 A极逐渐变粗，说明A极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；B极逐渐变细，说明B极为原电池的负极，失去电子后变成离子进入溶液中。
A和B两项中的反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则在A选项中A极变细，B选项中A极不变。
C和D两项中的反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe（NO3）2，其中C选项中A极变细，D选项中A极变粗。
6．在铜锌原电池中（如下图），以硫酸铜为电解质溶液，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________________________________________________________________________；铜片上观察到的现象为______________________________________________________________，原电池总反应的离子方程式为_______________________________________________________。
考点 原电池工作原理和正负极的判断
题点 常考多变的锌铜原电池
答案 负 氧化 Zn－2e－===Zn2＋ 锌片溶解 正 还原 Cu2＋＋2e－===Cu 铜极变粗 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
解析 CuSO4溶液为电解质溶液时，铜锌原电池的负极为锌，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以锌片不断溶解，正
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