【26版高中化学步步高人教版必修二学习笔记第六章第一节第2课时化学反应与电能

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第2课时　化学反应与电能

[核心素养发展目标]　1.设计实验认识构成原电池的条件。2.理解原电池的概念及工作原理，能正确判断原电池的正、负极。3.了解原电池工作原理的应用。

一、原电池构成条件及工作原理 

1.火力发电——化学能间接转化为电能

化学能热能机械能电能

其中能量转换的关键环节是燃烧(氧化还原反应)。

思考1　火力发电的缺点是什么？

提示①煤炭是不可再生能源，会造成能源危机；②煤炭燃烧会产生污染性气体；③经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低。

2.原电池——化学能直接转化为电能

(1)实验探究

(2)原电池

①概念：将化学能转化为电能的装置。

②本质：发生氧化还原反应。

③电极：负极：电子流出的一极，发生氧化反应；

正极：电子流入的一极，发生还原反应。

(3)原电池工作原理

思考2　结合上述实验和课本原电池原理示意图，分析说明该原电池的电极和导线、电解质溶液中的导电微粒分别是什么，并说明其移动方向。

提示电极(锌片、铜片)和导线中的导电微粒是电子，从负极流出，经导线流向正极；电解质溶液中的导电微粒是阳离子H⁺、阴离子S，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。

总结

原电池总反应式：Zn+2H⁺===Zn²⁺+H₂↑。

(4)原电池的构成条件

思考3　(1)图1装置中的铜起什么作用？铜能否用锌代替？铜能用什么物质代替？

提示铜作正极，能导电。若用锌代替铜，两极活泼性相同，不能构成原电池。能用石墨、较不活泼的金属等代替铜。

(2)图2中将锌片换成铜，能形成原电池吗？

提示不能，无自发进行的氧化还原反应。

(3)图2中用酒精代替稀硫酸能形成原电池吗？

提示不能，酒精是非电解质，不导电。

总结

1.判断正误

(1)火力发电过程中，机械能转化为电能是整个能量转化的关键(　　)

(2)原电池的电极材料必须是金属(　　)

(3)原电池工作时，正极与负极转移电子数相同(　　)

(4)在锌铜原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液流回锌(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×

2.按要求解答问题：

(1)若X为Zn，Y为硫酸铜溶液，则X为(填电极名称)，判断依据：； 

铜电极的名称是，溶液中的Cu²⁺移向(填“Cu”或“X”)电极。 

(2)若X为银，Y为硝酸银溶液，则X为(填电极名称)，判断依据：； 铜电极的名称是，溶液中的Ag⁺移向(填“Cu”或“X”)电极。X电极上的电极反应式为。 

答案　(1)负极　锌的活泼性比铜强(或Zn的还原性比Cu强)　正极　Cu

(2)正极　铜的活泼性比银强(或Cu的还原性比Ag强)　负极　X　Ag⁺+e^-===Ag

电极名称的判断方法

二、原电池工作原理的应用

思考用Zn和稀硫酸反应制氢气时，为了使反应加快，常常加入少量CuSO₄溶液，请问这是为什么？

提示锌和置换出的铜、稀硫酸构成了原电池，可以加快反应进行。

1.加快氧化还原反应的进行

在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中粒子运动相互间的干扰减小，使反应加快。

2.比较金属的活动性

一般，若两种金属A、B与电解质溶液构成原电池，若金属A作负极，则金属活动性：A>B。

3.设计原电池

(1)给定氧化还原反应设计原电池

一般给定氧化还原反应的还原剂作负极，氧化剂作电解质溶液，比负极活动性弱的金属或石墨等能导电的非金属作正极。

如：利用Cu+2AgNO₃===Cu(NO₃)₂+2Ag的氧化还原反应可设计原电池。

该电池负极为Cu，电极反应式为Cu-2e^-===Cu²⁺，正极为石墨(C)，电极反应式为2Ag⁺+2e^-===2Ag。

(2)简易电池的设计与制作

根据原电池原理，设计水果电池和制作简易电池，体会原电池的构成要素。

例　同学们在“简易电池的设计与制作”的实验中，对影响自制电池效果的因素进行了实验探究。

[提出问题]　影响自制电池效果的因素有哪些？

[查阅资源]　电极材料，电极间距，水果种类对自制水果电池的效果可能有影响。

[实验探究]　Ⅰ.按如图连接水果电池。

Ⅱ.实验记录如下：

[解释与结论]

(1)实验①②③的目的是。 

对比实验①②③得出的结论是。 

(2)欲得出“水果种类对电池效果有影响”的结论，需要对比实验(填序号)。对比④⑤得出的结论是。 

[反思与探讨]

(3)水果电池中，水果的作用是。 

(4)对比实验①②③可知构成水果电池的电极必须具备的条件为， 构成水果电池的其他要素还有、、。 

答案　(1)探究电极材料对电池效果的影响　在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电池效果越好　(2)①④　在其他条件相同时，电极间距越小，电流越大，电池效果越好　(3)作电解质溶液

(4)两极金属活动性不同　能发生自发的氧化还原反应　形成闭合回路　有电解质溶液

1.判断正误

(1)原电池中，负极材料的活动性一定强于正极材料的活动性(　　)

(2)只要是自发的放热的化学反应就可以设计为原电池(　　)

(3)原电池的负极上一定发生氧化反应，故负极本身质量一定减轻(　　)

(4)原电池中正极材料必须与电解质溶液的某种离子反应(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×

2.现有如下两个反应：

A：H₂SO₄+2KOH===K₂SO₄+2H₂O

B：Cu+2FeCl₃===CuCl₂+2FeCl₂

(1)根据上述两个反应的本质，(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。

①写出电极反应式及反应类型：

负极：　　　　　　　　　　　　　　，　　　　； 

正极：　　　　　　　　　　　　　　，　　　　。 

②画出装置图并标明电极材料、电解质溶液和电子流向。

③若导线上通过2 mol电子，则负极质量减轻g。 

答案　(1)B　A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)①Cu-2e^-===Cu²⁺　氧化反应　2Fe³⁺+2e^-===2Fe²⁺　还原反应

②

③64

1.(2023·辽宁抚顺高一校联考期中)下列各组材料组成如图装置，电流表指针能发生偏转的是(　　)

答案　C

解析　Ag、石墨与稀硫酸都不反应，不能构成原电池，电流表指针不能发生偏转，故不选A；蔗糖是非电解质，蔗糖溶液不导电，不能构成原电池，电流表指针不能发生偏转，故不选B；铁的活泼性大于铜，铁与氯化铁反应生成氯化亚铁，Fe、Cu、FeCl₃溶液构成原电池，电流表指针能发生偏转，故选C；M、N两个电极相同，不能构成原电池，电流表指针不能发生偏转，故不选D。

2.(2024·石家庄高一期中)某化学兴趣小组设计了一个如图所示的水果电池，下列有关该电池的说法正确的是(　　)

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