【课堂新坐标】(教师用书)高中化学 专题二 第三单元 化学能与电能的转化教学设计 苏教版必修2

第三单元化学能与电能的转化第1课时化学能转化为电能化学电源(教师用书独具)●课标要求1．举例说明化学能转化为电能及其应用。

2．认识研制新型电池的重要性。

●课标解读1．理解原电池的原理及其应用。

2．会写电极反应和电池反应。

●教学地位化学能转化为电能，是现在高科技产品所用电能的来源，也是现代人们生活必不可少的东西。

也是高考命题的热点之一。

(教师用书独具)●新课导入建议在我们生活中，手机用的电池，机动车上的铅蓄电池、干电池等，这些电池的电能是如何转化来的？原理是什么？这些问题本课时将给出答案。

●教学流程设计课前预习：安排学生课前阅读相关教材内容，完成“课前自主导学”并讨论。

⇒步骤1：导入新课，分析本课教学地位。

⇒错误!⇒错误!⇓步骤6：5至6分钟完成【当堂双基达标】，教师明确答案并给予适当点评或纠错。

⇐步骤5：回顾本课堂所讲，师生共同归纳总结出【课堂小结】。

⇐错误!(1)装置：(2)现象：Zn片逐渐溶解，Cu片上有大量气泡产生，电流计指针发生偏转。

(3)电子流向：由锌极流向铜极。

(4)电流方向：铜极→导线→锌极。

(5)离子流向：电解质溶液中，H＋、Zn2＋移向铜极， SO2－4移向锌极。

(6)电极反应①负极(Zn)：Zn失去电子，发生氧化反应，反应式为：Zn－2e－===Zn2＋。

②正极(Cu)：H＋在铜上得到电子，发生还原反应，反应式为：2H＋＋2e－===H2↑。

③总反应离子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。

2．原电池的原理(1)定义：将化学能转化为电能的装置。

(2)原理：①负极：失电子，发生氧化反应，正极：得电子，发生还原反应。

②电子流向：从负极流出，通过导线流入正极。

③离子移向：阴离子移向负极，阳离子移向正极。

1．什么类型的反应可设计成原电池？【提示】氧化还原反应。

金属跟电解质溶液接触，发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化的腐蚀。

2．钢铁的腐蚀(1)条件①电极：铁和少量碳形成两个电极。

②电解质溶液：水中含有少量H＋和OH－及氧气等气体。

(2)电极反应(以吸氧腐蚀为例)①负极反应式(Fe)：2Fe－4e－===2Fe2＋。

②正极反应式(C)：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。

铁失去电子被氧化成Fe2＋，Fe2＋与OH－结合成Fe(OH)2，Fe(OH)2被氧化，其方程式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3进一步脱水生成红色铁锈(Fe2O3·x H2O)。

制造原理：原电池原理。

2．优点：能量转化率高。

3．化学电源的分类(1)一次电池：用过之后不能复原，如锌锰干电池等。

(2)二次电池：充电后能继续使用，如银锌钮扣电池、铅蓄电池、镍氢电池等。

2．氢氧燃料电池的反应为2H2＋O2===2H2O，则此燃料电池中正、负极上反应的物质分别是什么？发生什么反应？【提示】正极：O2，发生还原反应。

负极：H2，发生氧化反应。

①反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，设计成原电池，写出正、负极反应式。

【提示】正极：Cu2＋＋2e－===Cu，负极：Zn－2e－===Zn2＋。

②铅蓄电池反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，该电池中负极材料是什么物质？【提示】Pb。

1．原电池原理2．原电池正、负极判断方法(1)从材料上判断一般来说，相对活泼的金属作负极，相对不活泼的金属作正极。

(2)从电子流向上判断电子流出的极是负极，电子流入的极是正极。

(3)从电流流向上判断电流流入的极是负极，电流流出的极是正极。

(4)从反应类型上判断发生氧化反应的是负极，发生还原反应的是正极。

(5)从反应现象上判断溶解的是负极，有气泡产生或固体析出的是正极。

(6)从离子移动上判断阴离子移向的是负极，阳离子移向的是正极。

原电池的组成条件(1)有活泼性不同的两个电极。

活泼的金属是电池的负极，不活泼金属(或非金属导体)是电池的正极。

(2)有电解质溶液，且负极能与电解质溶液发生自发的氧化还原反应；(3)构成闭合回路或接触。

如图所示的装置中，M为活动性顺序位于氢之前的金属，N为石墨棒，关于此装置的下列叙述中，不正确的是( )A．N上有气体放出B．M为负极，N为正极C．是化学能转变为电能的装置D．导线中有电流通过，电流方向是由M到N【解析】原电池中活泼金属为负极，失去电子，即M为负极，溶液中的氢离子在正极得到电子被还原为H2，则N为正极。

电流方向与电子流向相反，应由正极(N)流向负极(M)。

【答案】 D一般来说，活泼金属是负极，注意特例：Mg—Al—NaOH溶液形成的原电池，Al作负极；Cu—Al—浓HNO3形成的原电池，Cu作负极。

1．(2013·湖北孝感一中月考)下列装置能形成原电池的是( )A．①②③⑦⑧B．①②C．①②③ D．①②③⑦【解析】装置④不能形成闭合回路；装置⑤没有两个活动性不同的电极，只是发生了氧化还原反应；装置⑥中酒精不是电解质溶液。

【答案】 A①实验室用稀H2SO4与Zn反应制H2时，用纯锌快还是粗锌快？【提示】粗锌。

②钢铁制品在潮湿空气中易生锈的原理是什么？【提示】发生了原电池反应。

1．加快化学反应速率如实验室用Zn和稀硫酸(或稀HCl)反应制H2时常用粗锌，它产生H2的速率快，原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸形成原电池，加快了锌的反应，使产生H2的速率加快。

2．金属活动性的强弱判断原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。

例如，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，由原电池原理可知，金属活动性A>B。

3．金属的腐蚀和防护形成原电池后，活泼性强的金属加快了腐蚀，活泼性弱的金属被保护，减弱了腐蚀程度。

4．设计原电池从理论上说，任何一个自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。

例如：利用Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2的氧化还原反应设计原电池，由反应式可知：Cu失去电子作负极，FeCl3(Fe3＋)在正极上得到电子，且作电解质溶液，正极为活泼性比Cu弱的金属或导电的非金属。

利用反应Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2设计一个原电池。

在图中方格内画出实验装置图，并指出正极为________，电极反应式为________________________________________________________________________；负极为________，电极反应式为________________________________________________________________________。

【解析】首先将已知的反应拆成两个半反应(即失去电子和得到电子的反应)：Zn－2e －===Zn2＋，2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋；然后结合原电池的工作原理分析可知，该电极的负极应用锌作材料，正极要保证Fe3＋得到负极失去的电子，一般可用不能还原Fe3＋的材料(如铂、碳棒等)作正极，电解质溶液只能用FeCl3溶液。

【答案】装置如图Pt(或其他合理答案) 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋Zn Zn－2e－===Zn2＋在设计原电池正极材料时，能导电但活泼性一般比负极活泼性弱。

2．把a、b、c、d四块金属板浸入稀硫酸中，用导线两两相连，可以形成原电池。

若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c溶解；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，b极上有大量气泡。

四块金属的活动性顺序是( )A．a>c>d>b B．c>a>b>dC．a>c>b>d D．c>a>d>b【解析】较活泼的金属为负极，被氧化溶解；相对不活泼的金属为正极，冒气泡或析出金属。

所以，四块金属的活动性顺序是a>c>d>b。

【答案】 A【教师备课资源】原电池的两个问题解释1．为什么构成原电池后反应速率会加快？纯锌在稀硫酸中反应，Zn表面既有Zn2＋进入溶液，又有H＋运动到Zn表面得到电子生成H2，而在Cu－Zn原电池中，Zn失去电子变成Zn2＋进入溶液，H＋在Cu上得到电子生成H2。

比较两种形式的反应，就会发现前者Zn 表面“拥挤不堪”，Zn 2＋对H ＋有排斥作用，而后者“畅通无阻”。

因此粗锌与稀硫酸反应产生氢气的速率明显快于纯锌与稀硫酸反应产生氢气的速率，就是这个原理。

2．电极判断的几种特殊情况原电池的两极称正、负极，两极判断除考虑两极的活动性外，还应注意电极能否与电解质溶液反应。

如图甲中，电解质溶液是稀硝酸，Fe 作负极，电极反应：Fe －2e －===Fe 2＋；但图乙中，电解质溶液是浓硝酸，Fe 发生钝化，Cu 作负极，电极反应：Cu －2e －===Cu 2＋；图丙中，电解质溶液是稀硫酸，Mg 较活泼作负极，电极反应：Mg －2e －===Mg 2＋；但图丁中，电解质溶液是NaOH 溶液，Al 参与反应作负极，电极反应：Al ＋4OH －－3e －===AlO －2＋2H 2O 。

甲 乙 丙 丁原电池定义：化学能―→电能组成：①两电极；②电解质；③闭合原理⎩⎪⎨⎪⎧正极：还原反应负极：氧化反应电子：负极→导线→正极离子：阴离子→负极，阳离子→正极应用：①加快反应；②判断活泼性；③腐蚀； ④原电池设计1．在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是( ) A ．正极附近的SO 2－4离子浓度逐渐增大 B ．电子通过导线由铜片流向锌片 C ．反应一段时间后，溶液的c (H ＋)增大 D ．铜片发生的反应为：2H ＋＋2e －===H 2↑【解析】 用导线连接的Zn 片与Cu 片放入稀硫酸中组成原电池，Zn 作负极失去电子变为Zn2＋进入溶液，电子通过导线流向铜片，溶液中的阴离子SO2－4、OH－等移向负极，阳离子H＋、Zn2＋等移向正极。

H＋在正极上得到电子放出H2；反应一段时间后，溶液中H＋浓度减小，故A、B、C错误，D正确。

【答案】 D2．(2013·江苏南京高一检测)李明在学完了原电池的知识之后，设计了如图所示的柠檬水果电池，观察到外电路上的电流从电极X流向电极Y。

已知他选择了铁为X极，则Y极应该是( )A．锌B．石墨C．银 D．铜【解析】电流从电极X流向电极Y，可知X为正极，Y为负极，故Y应比Fe活泼，即选A。

【答案】 A3．下列关于实验现象的描述不正确的是( )A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡B．用导线连接锌片、铜片，一起浸在硫酸铜溶液中，铜片表面析出单质铜C．把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，滴入几滴氯化铜溶液，气泡放出速率加快【解析】把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，符合构成原电池的条件，铜片作正极，表面出现气泡；用导线连接锌片、铜片，一起浸在硫酸铜溶液中，锌比铜活泼，铜作正极，表面析出单质铜；把铜片插入氯化铁溶液中，发生反应：Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2，铜片被氯化铁溶液腐蚀而逐渐溶解，不会在铜片表面出现一层铁，所以选项C不正确；把锌粒放入盛有盐酸的试管中，滴入几滴氯化铜溶液，锌粒与氯化铜溶液发生反应：Zn＋CuCl2===ZnCl2＋Cu，锌、铜与盐酸形成原电池，所以气泡放出速率加快。