1、第2课时 化学反应为人类提供能量 目标导航预习导引 1.了解化学反应中能量转化的方式。2.了解原电池的构成及工作原理。3.了解原电池原理的应用。4.通过化学反应中能量转化的学习,了解不同形式的能量的转化对人类生产和生活的影响。1.能通过锌铜原电池的学习,加深对原电池的定义、构成及工作原理的理解。2.学会判断简单的原电池的正、负极。3.了解原电池原理在化学、工农业生产中的应用。目标导航预习导引1.化学能转化为电能(1)观察下图,完成表格 装置 目标导航预习导引现象 铜片:有气泡产生;锌片:不断溶解;灯泡:发亮 结论 导线中有电流通过 解释 当铜片与锌片一同浸入稀硫酸时:锌片:Zn 失电子生成 Z
2、n2+进入溶液;铜片:H+得电子生成 H2 逸出;电子:从 Zn 流出经导线流入铜片形成电流 目标导航预习导引(2)以铜锌原电池为例,分析原电池的工作原理,完成下表(3)常见电池 干电池:又称一次电池。蓄电池:又称二次电池。燃料电池:其能量转化率高,对环境无污染。负 极 正 极 材 料 Zn Cu 反应类型 氧化反应 还原反应 得失电子 失电子 得电子 电极反应式 Zn-2e-Zn2+2H+2e-H2 电池总化学方程式为 Zn+2H+Zn2+H2 目标导航预习导引预习交流 干电池是我们生活中常用的电池,你知道它的正、负极分别是什么吗?答案:正极为碳棒(石墨),负极为锌筒。目标导航预习导引2.化
3、学能与其他形式的能之间的转化(2)物质燃烧发光放热是化学能转化为光能和热能,植物的光合作用是光能转化为化学能。(3)人生命活动所需能量是营养物质在体内发生各种化学反应释放出来的。(1)热能化学能电能问题导学即时检测一二一、原电池形成的条件及工作原理 活动与探究 探索构成原电池的条件,完成下列结论:问题一:下列图示的装置可以产生电流的是 。结论一:形成原电池的条件之一是:。活动性不同的两个电极问题导学即时检测一二问题二:下列图示的装置可以产生电流的是 。结论二:形成原电池的条件之二是:。电极需插进电解质溶液中问题导学即时检测一二问题三:下列图示的装置可以产生电流的是 。结论三:形成原电池的条件之
4、三是:。必须形成闭合回路 思考:通过上述分析,你能总结出原电池形成的条件吗?结论:(1);(2)溶液;(3)形成 (导线连接或直接接触且电极插入电解质溶液);(4)自发的氧化还原反应(本质条件)。活动性不同的两电极 电解质闭合回路 问题导学即时检测一二迁移与应用 例1下列各装置能组成原电池的是()解析:A中两个电极都是Zn,活动性相同,无法形成原电池;B中满足原电池的形成条件,可形成原电池;C中酒精是非电解质,在其中不存在自由移动的离子,也不能形成原电池;D中没有形成闭合回路,也不能形成原电池。答案:B 问题导学即时检测一二迁移训练1下列有关原电池的叙述正确的是()A.把电能转变为化学能,发生
5、氧化还原反应 B.电子从活泼金属流向不活泼金属,不活泼金属为负极 C.外电路中电子从负极流向正极 D.正极发生氧化反应 答案:C 解析:原电池是化学能转化为电能的装置,故A错误。原电池中一般活泼金属作负极,失电子,电子沿导线流向正极;负极发生氧化反应,正极发生还原反应,故B、D错误,C正确。问题导学即时检测一二1.原电池工作原理(以锌铜原电池为例)问题导学即时检测一二2.原电池正、负极的判断(1)依据原电池两极材料 一般,较活泼的金属作负极(K、Ca、Na太活泼,不能作电极);较不活泼的金属或可导电的非金属(石墨等)作正极。(2)根据电流方向或电子流向 外电路中,电流由原电池的正极流向负极;电
6、子则由原电池的负极流向正极。(3)根据内电路离子迁移方向 阳离子移向原电池正极;阴离子移向原电池负极。(4)根据原电池中反应类型 得电子,发生还原反应的反应物在正极;失电子,发生氧化反应的是负极。问题导学即时检测一二(5)根据有关现象 变粗(有金属析出)或冒气泡(如H2)的电极是正极;电极本身被消耗或质量减小的是负极。特别注意根据电极材料判断正、负极的时候要牢记该结论具有一定的局限性,例如Mg、Al和NaOH溶液构成的原电池,却是相对不活泼的Al作负极,较活泼的Mg作正极,原因是Mg与NaOH溶液不反应,而Al与NaOH溶液反应;再如Cu、Fe和浓硝酸构成的原电池,相对不活泼的Cu作负极,较活
7、泼的Fe作正极,原因是常温下Fe在浓硝酸中钝化,而Cu可与浓硝酸反应。问题导学即时检测一二二、原电池原理在化学、工农业生产中的应用 活动与探究(1)实验室制取H2,用纯锌还是用粗锌?为什么?答案:用粗锌。因为粗锌制取H2的速率比纯锌快,原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸(或盐酸)形成原电池,加快了锌的腐蚀,使产生H2的速率加快。(2)利用Cu+2FeCl32FeCl2+CuCl2能否设计成原电池?若能,请画出图示,标出电极材料名称、正负极、电子的流向及电解质溶液。若不能说明理由。答案:能(如右图)。问题导学即时检测一二(3)谈一谈你还知道原电池的原理有哪些应用?答案:比较金属的活动性顺序;金属防护
8、;制造化学电源等等。问题导学即时检测一二迁移与应用 例2有A、B、C、D四块金属片,进行如下实验:A、B用导线相连后,同时浸入稀硫酸中,A极为负极;C、D用导线相连后,同时浸入稀硫酸中,电流由D导线C;B、C相连后,同时浸入稀硫酸中,C极产生大量气泡;B、D相连后,同时浸入稀硫酸中,D极产生大量气泡。据此,判断四种金属的活动性顺序是()A.ABCD B.ACDB C.CABD D.BDCA 解析:A、B形成原电池,A为负极,活动性:AB;C、D形成原电池,电流由D导线C,活动性:CD;B、C形成原电池,C极产生大量气泡,活动性:BC,综上可知活动性:ABCD。答案:A 问题导学即时检测一二迁移
9、训练2将金属A和金属B分别放入稀硫酸中都有氢气生成。若将金属A和金属B相连后投入稀硫酸中发现A被腐蚀,B未被腐蚀,关于A、B的叙述正确的是()A.金属活动性:AA C.在后者装置中金属A发生还原反应,金属B发生氧化反应 D.金属B的表面有明显气泡产生,金属A溶解 答案:D 解析:金属A和金属B相连投入稀硫酸中,形成原电池,A被腐蚀说明A失去电子,被氧化,作负极,则A比B的金属活动性强,还原性A强于B,故A、B、C错误;原电池中,H+在正极B上得到电子,生成H2,B的表面有明显气泡产生,A溶解,故D正确。问题导学即时检测一二1.原电池原理常见应用的考查(1)加快氧化还原反应速率:如实验室用粗锌粒
10、和稀硫酸反应制H2。(2)比较金属的活动性强弱: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,金属活动性:AB。(3)保护金属:将被保护的金属与比其活泼的金属相连,形成原电池后该金属作正极被保护,如将锌块镶嵌在轮船甲板上。(4)制造化学电源:如原电池的设计。问题导学即时检测一二2.原电池的设计思路(1)以自发进行的氧化还原反应为基础。(2)分析氧化还原反应从中找出氧化剂和还原剂,并把氧化还原反应分解为氧化反应和还原反应两个半反应,从而确定电极反应。(3)以电极反应为依据,根据原电池的工作原理确定电极材料和电解质溶液。通常,还原剂为负极材料,氧化剂为电解质溶液
11、中的某种阳离子,正极材料比负极材料的活动性弱或选石墨作电极。(4)画出原电池的装置简图。问题导学即时检测12341.将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间,以下叙述不正确的是()A.两烧杯中锌片均部分溶解 B.甲中铜片是正极,乙中锌片是负极 C.两烧杯中溶液的pH均增大 D.产生气泡的速率乙比甲慢 答案:B 解析:本题考查对原电池的形成条件,正、负极,电极反应和反应现象的判断;乙中未形成闭合电路,不能构成原电池,只是锌直接与稀硫酸反应;而甲中构成了原电池,铜为正极,锌为负极,产生H2的速率比乙中的快,因此A、C、D正确,B错误。问题导学即时检测12342.有a、b、c、d四个金
12、属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:由此可判断这四种金属的活动性顺序是()A.abcdB.bcda C.dabcD.abdc 实验装置 部分实验现象 a 极质量减小,b 极质量增大 b 极有气体产生,c 极无变化 d 极溶解,c 极有气体产生 电流从 a 极流向 d 极 问题导学即时检测1234答案:C 解析:装置一是原电池,a极质量减小,说明a极金属失电子形成离子,故a极金属比b极金属活泼;装置二没有形成原电池,可知b比c活泼,且c位于金属活动性顺序中氢的后面;装置三和四均形成原电池,易知d比c活泼,d比a活泼。因此这四种金属的活动性顺序为dabc,选C。问题导学即时检测12343.锌
13、铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是()A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后,甲池的c()减小 C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加 D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡 答案:C SO42-问题导学即时检测1234解析:原电池反应为 Zn+CuSO4ZnSO4+Cu。Cu 电极作正极,Cu2+在正极得电子,发生还原反应,A 项错误;由于两半池中的阴离子 SO42-不能透过半透膜,故 c(SO42-)都不变,B 项错误;甲池中由于生成 Zn2+,而乙池中 Cu2+2e-Cu,则乙池中的 CuSO4 部
14、分变为 ZnSO4,导致乙池中溶液总质量变大,C 项正确;阴离子不能透过半透膜,D 项错误。问题导学即时检测12344.利用生活或实验室中常用物品,根据氧化还原反应知识和电学知识,自己动手设计一个原电池。填写下列空白:(2)实验用品:电极(、)、稀硫酸、(填写所缺的实验用品)、耳机(或者电流计)。(3)实验装置(1)实验原理:Fe+2H+Fe2+H2。问题导学即时检测1234(4)原理分析 按如图所示连接好实验仪器,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出“嚓嚓嚓”声音。其原因是:在原电池中,由化学能转化为 。如果将装置中的耳机改为电流计,则铁钉应该接电流计的 极,电极反应:;另一极应该接电流计的 极,电极发生了 反应。问题导学即时检测1234答案:(2)铁钉或铁条 铜钉(其他的惰性电极如铅笔芯、铂等都正确)烧杯 导线 解析:原电池的构成条件是电极、导线、电解质溶液。负极应用铁钉或铁条,正极可选铜棒、铜钉或石墨(如铅笔芯)等,电解质溶液盛放在烧杯中,原电池是将化学能转化为电能的装置,电流计的负极应与电源负极相连,负极发生氧化反应,正极发生还原反应。(4)电能 负 Fe-2e-Fe2+正 还原