《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同步备课学案鲁科必修2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《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同步备课学案鲁科必修2（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2课时化学反应为人类提供能量目标导航1.了解化学反应中能量的转化形式。2.了解原电池的构成条件、工作原理和应用。3.了解常见的化学电源。一、化学能转化为热能1放热反应和吸热反应(1)放热反应：化学反应过程产生的能量以热能的形式释放出来，像这样的反应属于放热反应。(2)吸热反应：化学反应需要不断地吸收热能来维持反应的进行，像这样的反应属于吸热反应。2化学反应中的能量转化形式【议一议】1如图为“即热饭盒”的结构示意图。这种饭盒使用起来非常方便，撤去底部的隔板几分钟后，饭菜就变热了，试从能量转化的角度说明其中的原理。答案在铁的催化作用下，镁跟水发生化学反应Mg2H2OMg(OH)2H2，放出热量，
2、即化学能转化为热能。2铁路工人经常利用铝热剂来焊接钢轨，你能解释其中的原理吗？答案Fe2O3粉末和铝粉的混合物是常用的铝热剂。Fe2O3粉末和铝粉在较高温度下发生反应Fe2O32AlAl2O32Fe，放出大量的热，高温下铁呈液态，可焊接断裂的钢轨。二、化学能转化为电能1探究原电池的工作原理实验步骤现象结论锌片逐渐溶解，表面有气泡锌与稀硫酸反应产生H2铜片表面无气泡铜与稀硫酸不反应锌片逐渐溶解锌失去电子铜片表面有气泡H在Cu表面得到电子生成H2电流表指针发生偏转导线中有电子定向移动而产生电流两锌片逐渐溶解且表面都有气泡锌与稀硫酸反应电流表指针不偏转导线中无电流锌片无现象Zn、Cu与乙醇不反应铜片
3、无现象电流表指针不偏转导线中无电流2.原电池(1)概念原电池是将化学能转化为电能的装置。(2)工作原理(以ZnCu原电池为例)电极材料锌铜电极名称负极正极电极反应Zn2e=Zn22H2e=H2反应类型氧化反应还原反应外电路电子流向由锌片沿导线流向铜片内电路离子移向溶液中H向正极移动，在铜片上被还原为H2原电池总反应Zn2H=Zn2H2(3)构成条件本质有自发进行的氧化还原反应；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)；溶液两电极插入电解质溶液或熔融电解质；回路形成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。(4)常见电池干电池：又称一次电池，如锌锰电池。蓄电池：又称二次电池，如铅
4、蓄电池、镍氢电池、锂电池。燃料电池：其能量转化率高，能长时间提供电能。如氢氧燃料电池。【议一议】1作为原电池两极的材料有什么要求？原电池的两个电极的电极材料必须都是金属电极吗？答案首先必须能导电；其次，若两电极都是金属，则活泼性不同。原电池的两个电极不一定都是金属材料，如干电池的正极材料是石墨，是非金属。2在下图的装置中，属于原电池且有电流产生的是 _。答案解析酒精是非电解质；没有形成闭合回路；两电极活泼性相同；两电极与H2SO4溶液均不反应。均不能形成原电池。3原电池工作时，负极失去的电子总数与正极得到的电子总数有何关系？为什么？答案相等。原电池中，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原
5、反应，根据氧化还原反应中电子守恒规律知，正极上得电子总数与负极上失电子总数相等。一、原电池工作原理1原电池的工作原理2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。【例1】如图是Zn和Cu形成的原电池，其实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()Zn为正极，Cu为负极H向负极移动电子是由Zn经外电路流向CuCu极上有H2产生若有1 mol电子流过导线，则产生的H2
6、为0.5 mol正极的电极反应式为Zn2e=Zn2ABCD解析在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn为负极，Cu为正极，电子由Zn流出经导线流向Cu；负极反应为Zn2e=Zn2，正极反应为2H2e=H2，故每转移1 mol电子时，产生0.5 mol H2；在溶液中H向正极移动，SO向负极移动。故、错误，、正确，选B项。答案B【方法拓展】判断电极时，有时不能只看金属的活动性强弱，还要看电解质溶液的性质，如：Al在强碱性溶液中比Mg更易失电子，Al作负极，Mg作正极；Fe、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
7、Cu2=Zn2Cu，该原电池的合理组成是()选项正极负极电解质溶液AZnCuCuCl2BCuZnH2SO4CCuZnCuSO4DZnFeCuCl2答案C解析由总反应式知，Zn被氧化，作原电池的负极，符合条件的有B、C，电解质溶液中的反应为Cu22e=Cu，B选项中是2H2e=H2，故应选C。【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
8、反应速率增大。例如，在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ab。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。例如，把Fe2Fe3=3Fe2设计成原电池，可用Fe
9、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：ANaOHHCl=NaClH2O，BCu2Ag=2AgCu2。(1)根据上述两反应的本质，_(填字母)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。写出电极反应式及反应类型：负极：_，_；正极：_，_。画出装置图并标明电极材料与名称、电解质溶液、电子流向。若导线上通过电子1 mol，则正极质量增加_ g。解析(1)只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池，B是自发进行的氧化还原反应。(2)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
10、应是比铜不活泼的金属或导电的非金属；Ag得电子，所以此电解质溶液只能为AgNO3溶液。(3)由2Ag2e=2Ag知导线上通过电子1 mol 生成Ag 1 mol。答案(1)BA为非氧化还原反应，没有电子转移；B为氧化还原反应，有电子转移(2)Cu2e=Cu2 氧化反应 2Ag2e=2Ag还原反应如图108【方法规律】设计原电池的具体方法(1)将已知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。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
11、应。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。【特别提醒】(1)在设计原电池时，若给出的离子方程式如：FeCu2=CuFe2，此时电解质不确定为具体的物质，只要是可溶性铜盐即可，如CuSO4、CuCl2等。(2)两极金属不能是Na、K、Ca等活动性较强的金属。变式训练2有a、b、c、d四种金属，将a与b用导线连结起来浸入电解质溶液中，b不易腐蚀。将a、d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应剧烈。将Cu浸入b的盐溶液里，无明显变化。如果把Cu浸入c的盐溶液里，有c的单质析出。据此判断它
12、们的活动性由强到弱的顺序是()Ad、c、a、bBd、a、b、cCd、b、a、cDb、a、d、c答案B解析活动性ab，da，bCuc。所以dabc，B项正确。【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。活泼性强的金属置换出活泼性弱的金属；(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强于正极金属。1下列图示的装置不能构成原电池的是()答案C解析C选项中两种金属都不能和稀H2SO4发生自发的氧化还原反应，故C选项中装置不能构成原电池。2关于原电池的下列说法正确的是()A在正极上发
13、生氧化反应B化学性质较活泼的金属为负极C在外电路电子流出的是正极D原电池是由电能转化为化学能的装置答案B解析原电池中相对较活泼的金属作负极，负极本身参与反应，失去电子被氧化，是电子流出的一极。相对不活泼的金属或非金属作正极，正极上电解质溶液中的阳离子得到电子被还原，是电子流入的一极。因此，原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。3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逸出答案B解析该原电池中锌片为负极，铜片为正极，锌片失电子被氧化为Zn2进入溶液，电子沿导线流向铜片，溶液中的H从铜片上得电子被还原成氢原子，氢原子结合成氢分子从铜片上逸出。溶液中的SO向负极Zn片方向移动。故A、C、D正确。4如图所示，电流表指针发生偏转，同时A极质量减少，B极上有气泡产生，C为电解质溶液。下列说法中错误的是()AB极为原电池的正极BA、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸CC中阳离子向A极移动DA极发生氧化反应答案C5某实验兴趣小组以Zn和Cu为电极，稀硫酸为电解质溶液研究原电池，并对实验进行了拓展，以下实验记录错误的是 ()A铜片上有气泡产生，锌片逐渐溶解B电子在溶液中从Cu电极流向Zn电极C把锌片换成石墨
