版高中化学必修2高一下学期步步高配套学案第二章第二节第1课时.docx

1、版高中化学必修2高一下学期步步高配套学案第二章第二节第1课时第二节化学能与电能第1课时化学能转化为电能学习目标定位1.熟悉能源的分类和化学能与电能的转化关系。2.知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置,通过实验会说明原电池的原理,会判断原电池的正极、负极,会正确书写电极反应式,熟知原电池的应用。一、化学能与电能的转化1.化学能是能量的一种形式,你知道的化学能转化形式有哪些？答案化学能可转化成热能、光能、电能等。2.电能使用电器时都需要电能。电能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,又称电力。3.火力发电火力发电(火电)是通过化石燃料(如煤、石油、天然气)燃烧

2、,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开始的一系列能量转换过程,该过程可表示为化学能热能机械能电能其中,燃烧(氧化还原反应)是使化学能转换为电能的关键。4.化学能与电能的直接转化化学能可通过氧化还原反应直接转化成电能。归纳总结能源常见的分类形式能源类别定义按利用历史按性质举例一次能源直接从自然界中取得的能源常规能源可再生能源水能不可再生能源煤、石油、天然气等化石能源新能源可再生能源太阳能、风能、地热能、潮汐能、沼气不可再生能源核能二次能源由一次能源经过加工、转化得到的能源电能(水电、火电、核电)、氢能、蒸汽、工业余热等1.下列叙述

3、不正确的是()A.根据一次能源和二次能源的划分,氢气为二次能源B.电能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C.火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程D.在火力发电过程中,化学能转化为热能实际上是氧化还原反应发生的过程,伴随着能量的变化答案C解析氢气不能从自然界中直接取得,是二次能源,A正确；电能也是二次能源,且使用方便、污染最小,B正确；以煤为燃料,火力发电的能量转化过程：(煤)化学能热能机械能电能,故C错误,D正确。知识拓展火力发电的优缺点优点：(1)我国煤炭资源丰富；(2)电能清洁、安全,又快捷方便。缺点：(1)排出大量的温室气体CO2；(2)有些废气可能导致

4、酸雨,如SO2；(3)消耗大量的不可再生能源；(4)能量转化率低；(5)产生大量的废渣、废水。2.下列各项中,属于一次能源的是()煤石油天然气煤气电力A. B.C. D.答案A解析煤、石油、天然气等没有经过加工或转换而直接从自然界中取得,称为一次能源；煤气、电力、汽油、煤油、焦炭等,是在一次能源基础上经过加工转换而来的,称为二次能源。二、原电池的工作原理1.按要求完成下列实验,并填表：实验步骤现象锌片逐渐溶解,表面有气泡；铜片表面无气泡锌片逐渐溶解,铜片表面有气泡,电流表指针发生偏转两锌片逐渐溶解且表面都有气泡,电流表指针不偏转无现象解释或说明锌与稀硫酸发生置换反应产生H2,而铜则不能锌与稀硫

5、酸反应,但氢气在铜片上产生,导线中有电流锌与稀硫酸反应产生氢气,但导线中无电流乙醇是非电解质,与Zn、Cu都不反应2.原电池(1)原电池的概念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。(2)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：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)；溶液：两电极均插入电解质溶液中；导线：两极用导线相连,形成闭合回路。(3)原电池的工作原理分析下图并填空原电池总反应式：Zn2H=Zn2H2；能量转化过程：原电池在工作时,负极失去电子,电子通过导线流向正极,溶液中氧化性物质得到电子,发生还原反应,这样氧化反应

6、和还原反应不断发生,闭合回路中不断有电子流产生,也就形成了电流,即化学能转变为电能。(4)原电池工作原理的应用比较金属活动性作负极的金属活动性强,作正极的金属活动性弱；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；设计原电池如：把Fe2Fe3=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；保护金属设备如：船体是钢铁材料,在海水中易被腐蚀,在船体外壳焊接上比铁活泼的金属(如Zn),则构成以Zn、Fe为电极的原电池,Zn被消耗掉而Fe得到保护。3.在如图所示的8个装

7、置中,属于原电池的是 。答案DFG解析图中A、B都只有一个电极,C中是两个活泼性相同的电极,E中酒精不是电解质溶液,H不能形成闭合回路,它们不属于原电池,属于原电池的只有D、F、G。思维启迪原电池的判定方法：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)。4.由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。装置现象二价金属A不断溶解C的质量增加A上有气体产生根据实验现象回答下列问题：(1)装置甲中负极的电极反应式是 。(2)装置乙中正极的电极反应式是 。(3)装置丙中溶液的pH变化是 。(4)四种金属活动性由强

8、到弱的顺序是 。答案(1)A2e=A2(2)Cu22e=Cu(3)增大(4)DABC解析据装置甲知活动性：AB,A作负极,电极反应式为A2e=A2；据装置乙知活动性：BC,正极反应式为Cu22e=Cu；据装置丙知活动性：DA,正极反应式为2H2e=H2,故c(H)减小,pH增大。据甲、乙、丙知活动性强弱顺序：DABC。原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是1.化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。下列说法正确的是()A.天然气、石油、流水、风力、氢气为一次能源B.无论是风力发电还是火力发电,都是将化学能转化为电能C.PM2.5含有的铅、镉、铬、钒、砷等对人体有害的元素均是金属元

9、素D.发展低碳经济、循环经济,推广可利用太阳能、风能的城市照明系统答案D解析A项,H2不是一次能源；B项,风力发电不是将化学能转化为电能；C项,砷不是金属元素。2.下列叙述正确的是()原电池是把化学能转化成电能的一种装置原电池的正极发生氧化反应,负极发生还原反应不能自发进行的氧化还原反应,通过原电池的装置均可实现碳棒不能用来作原电池的正极反应Cu2Ag=2AgCu2,能以原电池的形式来实现A. B. C. D.答案A解析原电池是把化学能转化为电能的一种装置,正确；在发生反应时,原电池的正极要得到电子而发生还原反应,负极要失去电子而发生氧化反应,错误；铜与稀硫酸不能发生反应,若用铜作负极,碳棒作

10、正极,稀硫酸作电解质溶液,组成原电池,此反应仍然不能发生,错误；因为碳棒可以用来作原电池的正极,错误；可以用铜作负极,碳棒作正极,AgNO3溶液作电解质溶液,组成原电池,此时即可发生反应Cu2Ag=2AgCu2,正确。A正确。3.将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述正确的是()A.两个装置都构成了原电池B.甲装置构成了原电池,乙装置没有构成原电池C.两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生D.产生气泡的速率甲比乙慢答案B解析甲中构成了铜锌原电池,锌作负极,失电子；铜作正极,氢离子在铜极上得电子,生成氢气；总反应式为ZnH2SO4=ZnSO4H2。乙装置没有构成原电池,因

11、为没有形成闭合电路。构成原电池后生成氢气的速率加快。4.X、Y、Z都是金属,把X浸入Z的硝酸盐溶液中,X的表面有Z析出,X和Y组成原电池时,Y为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为()A.XYZ B.XZYC.YXZ D.YZX答案C解析根据原电池原理,负极的金属比正极活泼,可知活泼性YX,根据金属活动性顺序和置换反应原理,可知活泼性XZ,故三种金属的活泼性顺序为YXZ。5.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,电极反应式是

12、；铜片上观察到的现象是 ,原电池总反应的离子方程式为 。答案负氧化Zn2e=Zn2锌片溶解正还原Cu22e=Cu铜极变粗ZnCu2=Zn2Cu解析CuSO4为电解质溶液时,铜锌原电池的负极为锌,电极反应式为Zn2e=Zn2,所以锌片不断溶解,正极为铜,电极反应式为Cu22e=Cu,所以铜极不断变粗,电池总反应式为ZnCu2=Zn2Cu。基础过关题组一能源及其能量转换1.下列关于能量转换的认识中不正确的是()A.白炽灯工作时,电能全部转化为光能B.普通干电池工作时将化学能转变为电能C.化学反应中的能量变化,通常主要表现为热量的变化D.火电是通过化石燃料燃烧,使化学能经过一系列能量转化最终转变为电

13、能答案A解析A项,白炽灯工作时,电能除转化为光能外,还转化为热能。2.下列有关能源的说法错误的是()A.风能是人类通过风车等工具获取的能源,但属于一次能源B.在即将到来的新能源时代,核能、太阳能、氢能将成为主要能源C.月球土壤中含有丰富的质量数为3的氦,它可作为未来核能的重要原料D.原电池把化学能直接转化为电能,所以由原电池提供的电能是一次能源答案D解析风能是直接从自然界中取得的能源,属于一次能源,原电池提供的电能是由化学能转化而得到的,不是直接获得的,属于二次能源,A正确,D错误；随着时代的发展,化石能源逐渐枯竭,所以新能源时代污染小的核能、太阳能、氢能将成为主要能源,B、C正确。题组二原电

14、池及正负极的判断3.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()答案D4.如图所示装置,电流表指针发生偏转,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ZnH2SO4=ZnSO4H2,则A项A极变细,B项A极不变；C和

15、D两项中的反应为Fe2AgNO3=2AgFe(NO3)2,其中C项A极变细,D项A极变粗。5.某学生用如图装置研究原电池原理,下列有关说法错误的是()A.图(3)中Zn片增重质量与Cu片减轻质量的比为6564B.图(2)中如果两极上都有气体产生,则说明Zn片不纯C.图(1)中铜片上没有气体产生D.图(2)与图(3)中正极生成物的质量比为132时,Zn片减轻的质量相等答案A解析图(3)中Zn片作负极,发生氧化反应而溶解,质量减轻,Cu片作正极,Cu2在此电极上发生还原反应析出Cu,质量增加,A错误；图(2)中Zn作负极,铜作正极,溶液中的H在铜电极上生成H2,若Zn片不纯,会形成另一个原电池,Z

16、n片表面也有气体生成,B正确；Cu与稀硫酸不反应,C正确；图(2)与图(3)中正极生成物分别是H2和Cu,两者质量比为132时,物质的量之比n(H2)n(Cu)11,转移电子的物质的量也相等,消耗锌片的质量相等,D正确。6.X、Y两根金属棒插入Z溶液中构成如图所示装置,实验中电流表指针发生偏转,同时X棒变粗,Y棒变细,则X、Y、Z可能是下列中的()编号XYZAZnCu稀硫酸BCuZn稀硫酸CCuAg硫酸铜溶液DAgZn硝酸银溶液答案D解析由题中所给信息(X棒变粗,Y棒变细)可知X棒是正极,Y棒是负极,金属活动性Y比X活泼,所以选项A、C均错；再看电解质溶液,B选项中硫酸里的H在正极X棒上得电子

17、生成氢气,X棒不会变粗；D选项中负极Y棒Zn失电子生成Zn2,Y棒变细,Ag在正极X棒上得电子生成Ag附着在X棒上使其变粗。题组三原电池的工作原理及应用7.在如右图所示的装置中,a的金属活泼性比氢要强,b为碳棒,下列关于此装置的叙述不正确的是()A.碳棒上有气体放出,溶液pH变大B.a是正极,b是负极C.导线中有电子流动,电子从a极到b极D.a极上发生了氧化反应答案B解析显然,电极a、b与电解质溶液稀H2SO4组成原电池。因活泼性ab(碳棒),所以a为电池的负极,b为正极。电极反应式：a(负)极：ane=an(氧化反应)b(正)极：nHne=H2(还原反应)由于正极放电消耗H,溶液中c(H)减

18、小,pH增大,在外电路中,电子由a极流出经电流表流向b极。8.按下图装置进行实验,若x轴表示流入正极的电子的物质的量,则y轴可以表示()c(Ag)c(NO)a棒的质量b棒的质量溶液的质量A. B.C. D.答案A解析根据图中装置可判断,Fe、Ag、AgNO3构成的原电池中,活泼金属Fe为负极,Ag为正极,Fe和硝酸银之间发生氧化还原反应,所以银离子浓度减小,硝酸根浓度不变,正确、错误；在负极上金属铁本身失电子,即a棒质量减轻,正确；正极b棒上析出金属银,即b棒质量增加,错误；负极上金属铁本身失电子,正极Ag上析出金属银,所以溶液的质量是增加了Fe,但是析出了Ag,在转移电子数相等情况下,析出的

19、金属质量多,所以溶液质量减轻,但不能为零,错误。故A正确。9.如图是Zn和Cu形成的原电池,某实验兴趣小组做完实验后,在读书卡片上记录如下,在卡片上描述合理的是()实验后的记录：Zn为正极,Cu为负极 H向负极移动 电子流动方向：从Zn经外电路流向Cu Cu极上有H2产生 若有1 mol电子流过导线,则产生H2 0.5 mol 正极的电极反应式为Zn2e=Zn2A. B. C. D.答案B解析在该原电池中,金属活动性ZnCu,故Zn作负极,Cu作正极,电子由Zn流出经导线流向Cu片,负极反应为Zn2e=Zn2,正极反应为2H2e=H2,故转移1 mol电子时,产生H2 0.5 mol,在溶液中

20、H向正极移动,SO向负极移动,故错误,正确,选B项。10.现有M、N、P、E四种金属,已知：MN2=NM2；M、P 用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡逸出；N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中,电极反应为E22e=E,N2e=N2。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是()A.PMNE B.ENMPC.PNME D.EPMN答案A解析由知,金属还原性：MN；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡逸出,说明M作原电池的正极,故金属还原性：PM；N、E构成的原电池中,N作负极,故金属还原性：NE。能力提升11.在盛有水的烧杯中,铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝,使之平衡

21、(如右图所示)。小心地往烧杯中央滴入CuSO4溶液。(1)片刻后可观察到的现象是(指悬吊的金属圈) 。(填字母)A.铁圈和银圈左右摇摆不定 B.保持平衡状态不变C.铁圈向下倾斜 D.银圈向下倾斜(2)产生上述现象的原因是 。(3)写出反应的化学方程式： 。答案(1)D(2)加入CuSO4溶液后,构成FeAg原电池,铁溶解,质量减轻,Cu2在银圈上得电子,生成的Cu沉积在银圈上,质量增加(3)FeCuSO4=FeSO4Cu解析加入CuSO4溶液后,构成FeAg原电池,Fe失电子作负极,质量减轻,Cu2在正极银圈上得电子,生成的金属铜沉积在上面使其质量增加。12.(1)现有如下两个反应：(A)Na

22、OHHCl=NaClH2O(B)Cu2Ag=2AgCu2根据两反应本质,判断能否设计成原电池： 。如果不能,说明其原因： 。如果可以,则写出正、负极材料,电极反应式及反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)：负极： , , 。正极： , , 。(2)利用反应2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O可制备CuSO4,若将该反应设计为原电池。负极材料是 (写名称),电极反应为 。正极电极反应式为 。溶液中SO向 极移动。答案(1)(A)不能,(B)可以(A)不是氧化还原反应,没有电子转移CuCu2e=Cu2氧化反应碳棒、Ag、铂、金(任选一种)2Ag2e=2Ag还原反应(2)铜Cu2e=Cu2O

23、24e4H=2H2O负解析(1)只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池,(B)是氧化还原反应且能自发进行。根据电池反应式Cu2Ag=2AgCu2可知,Cu失电子作负极,负极材料是Cu,正极材料应是比铜不活泼的金属或能导电的非金属。(2)该氧化还原反应中还原剂为Cu,故负极是铜,电极反应为Cu2e=Cu2,氧化剂是O2,故正极反应为O24e4H=2H2O,溶液中阴离子SO向负极移动。13.某同学利用生活中或实验室中常用的物品,根据氧化还原反应知识和电化学知识,自己动手设计了一个原电池。请填写下列空白：(1)实验原理：Fe2H=Fe2H2(2)实验用品：电极(铁钉、铜钉)、稀硫酸、烧杯、导线、耳机

24、(或者电流表)。(3)实验装置如图。(4)原电池设计及注意的问题：按如图所示装置连接好实验仪器,注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出,如果没有,可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意：接触的同时耳机的另一个极是连接在原电池的另一个电极上的),这时可以听见耳机发生“嚓嚓嚓”的声音。其原因是在原电池中,由化学能转化为 ,在耳机中又由 转化为声音这种能量；如果将装置中的耳机改为电流表,则铁钉应该接电流表的 极,电极反应式为 ,发生了 反应；铜钉应该接电流表的 极,电极反应式为 ,发生了 反应。答案(4)电能电能负Fe2e=Fe2氧化正2H2e=H2还原解析原电池是将化学能转变为电能的

25、装置,活泼金属作负极,发生氧化反应,不活泼材料作正极,发生还原反应。电流表正极应接原电池正极,电流表负极应接原电池负极。14.某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用,在常温下,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1Al、Mg稀盐酸偏向Al2Al、Cu稀盐酸偏向Cu3Al、C(石墨)稀盐酸偏向石墨4Al、Mg氢氧化钠溶液偏向Mg5Al、Zn浓硝酸偏向Al试根据上表中的实验现象回答下列问题：(1)实验1、2中Al所作的电极(正极或负极)是否相同(填“是”或“否”)？ 。(2)由实验3完成下列填空：铝为 极,电极反应式： ；石墨为 极,电极反应

26、式： ；电池总反应式： 。(3)实验4中铝作负极还是正极？ ,理由是 。写出铝电极的电极反应式： 。(4)解释实验5中电流表指针偏向铝的原因： 。(5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素： 。答案(1)否(2)负2Al6e=2Al3正6H6e=3H22Al6HCl=2AlCl33H2(3)负极在NaOH溶液中,活动性AlMgAl3e4OH=AlO2H2O(4)Al在浓硝酸中发生钝化,Zn在浓硝酸中发生反应,被氧化,即在浓硝酸中活动性ZnAl,Al是原电池的正极(5)另一个电极材料的活动性；电解质溶液解析在稀盐酸中的活动性MgAl、AlCu。由实验1和2可知,原电池中电流表指针是偏向正极。在实验3中电流表指针偏向石墨,由上述规律可知,Al是负极,石墨是正极,化学反应是Al失去电子被氧化为Al3,盐酸中的H得到电子被还原为H2。在NaOH溶液中活动性AlMg,则Al是负极,Mg是正极。Al在浓硝酸中发生钝化,Zn在浓硝酸中被氧化,即在浓硝酸中活动性ZnAl,Zn是负极,Al是正极,所以在实验5中电流表指针偏向铝。