2020-2021高中苏教版化学必修第二册课件：专题6 第3单元 第1课时 化学能转化为电能

微点拨：(1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料 可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参 与反应。
(2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液 中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。
(3)在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼的强弱也要考虑电 解质溶液的性质。如 Mg—Al—HCl 溶液构成的原电池中，负极为 Mg； 但是 Mg—Al—NaOH 溶液构成的原电池中，负极为 Al，正极为 Mg。
[问题 1] 阅读上述材料，总结构成原电池的条件有哪些。
[提示] 具有活泼性不同的两个电极；两电极插入电解质溶液 中；形成闭合回路；能自发地发生放热的氧化还原反应。
[问题 2] 下列装置中，哪些能构成原电池？其他不能构成原电 池的原因是什么？
A
B
C
D
[提示] 装置 D 能构成原电池；装置 A 不能构成原电池，原因 是酒精为非电解质；装置 B 不能构成原电池，原因是没有形成闭合 回路；装置 C 不能构成原电池，原因是两个电极的金属活泼性相同。
C [构成原电池的正极和负极必须是两种活动性不同的电极， 可以是两种不同金属，也可以是一种金属、一种非金属，A 错；原 电池中正极上发生还原反应，但不一定产生气体，B 错；原电池中电 子流出的一极为负极，电子由负极流向正极，C 对；原电池放电时， 电解质溶液中阴离子向负极移动，D 错。]
原电池原理的应用 (素养养成——宏观辨识与微观探析)
专题6 化学反应与能量变化
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
发展目标 1.通过实验探究认识化学能可以 转化为电能。 2.从电子转移的角度理解化学能 向电能转化的本质及原电池的构 成条件。 3.形成化学有助于提高人类生活 质量的观念。
体系构建
必备 知识
自主预习
一、原电池 1．化学能转化为电能的实验探究 [实验 1]把一块锌片和一块铜片分别插入盛有稀硫酸的烧杯中， 观察实验现象。 [实验 2]把一块锌片和一块铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯中， 观察实验现象。
实验 1、2 现象：实验 1、2 中现象相同，均为锌片周围有气泡产生， 铜片周围无明显现象。
实验结论：锌在金属活动性顺序中位于氢前面，能置换酸中的 氢；铜在金属活动性顺序中位于氢后面不，能 置换酸中的氢。
[实验 3]用导线把实验 2 中的锌片和铜片连接起来，观察实验现 象。
[实验 4]在实验 3 的导线中间连接一个灵敏电流计，观察实验现 象。
总反应 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3 易脱
水生成铁锈(Fe2O3·xH2O)
2.金属活动性强弱的判断 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
(1)装置甲中负极的电极反应式是 A－2e－===A2 (2)装置乙中正极的电极反应式是 Cu2＋＋2e－===Cu
电”？为什么蛙腿只有与铜制品和铁制品同时接触时才会抽动？为 此，伏打把自己当成了青蛙，做起了实验：首先，他将一种金属放 在自己的舌头上，没有太多感觉。接着，他将 2 种金属制的弯棒， 一 端放入嘴里， 另一端跟眼接触， 瞬间眼睛里有光亮的感觉。接下 来他发现只要将 2 种不同的金属相接触， 中间隔有湿纸、湿布等， 都有电流产生。
随堂检测
1．下列关于原电池的叙述正确的是( ) A．HCl＋NaOH===NaCl＋H2O 反应可以设计成原电池 B．原电池是将化学能转变为电能的装置 C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原 D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极
B [A 项，能构成原电池的条件是能自发地进行氧化还原反应， 在反应过程中没有电子的转移，不是氧化还原反应，错误；B 项，原 电池是将化学能转变为电能的装置，正确；C 项，在原电池中，电 子流出的一极是负极，该电极被氧化，错误；D 项，原电池放电时， 电流的方向是从正极到负极，错误。]
[问题 2] Zn 与 H2SO4 反应制 H2 时向溶液中加少量 CuSO4 后 为什么反应速率加快？
[提示] 锌置换出铜构成原电池。
1．加快氧化还原反应的速率 (1)原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使 溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。 (2)实例：实验室用锌和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫 酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。
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 B [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 方 程 式 为 Zn ＋ H2SO4===ZnSO4＋H2↑。乙装置没有构成原电池，因为没有形成闭 合电路。构成原电池后生成氢气的速率加快。]
在铜锌原电池中，电子是怎样移动的？电子能否通过 电解质溶液？如果不能，电流是如何形成的？
[提示] 由于金属锌比金属铜活泼，锌失去电子，电子通过导线 流向铜片。电子不能通过电解质溶液，在稀硫酸中 H＋移向铜片，SO24－ 移向锌片，阴阳离子定向移动形成电流。
二、原电池原理的应用 1．钢铁的电化学腐蚀 (1)电化学腐蚀 不纯的金属跟 电解质溶液 接触，发生原电池反应，较活泼 的金属失去电子被氧化的腐蚀。
[解析] 该氧化还原反应中还原剂为 Cu，故负极是铜，电极反 应为 Cu－2e－===Cu2＋，氧化剂是 O2，故正极反应为 O2＋4e－＋4H＋ ===2H2O，溶液中的 SO24－向负极移动。
[答案] (1)铜 Cu－2e－===Cu2＋ (2)O2＋4H＋＋4e－===2H2O (3)负
双基 达标
2．原电池 (1)概念：是将化学能转变为电能的装置；原电池的反应本质是 氧化还原反应。 (2)原电池的工作原理
原电池总反应式：_Z__n_＋__2_H_＋_=__=_=_Z_n_2_＋_＋__H_2_↑______。
(3)能量转化过程：原电池在工作时，负极失电子，电子通过导 线流向正 极，被氧化性物质得到，闭合回路中形成电流，化学能转 变为电能。
(2)钢铁的电化学腐蚀
电解质溶液 钢铁表面水膜中含有 H＋和 OH－ ，还溶有 O2 等气体
电极
负极 材料： Fe ，电极反应：2Fe－4e－===2Fe2＋ 正极 材料： C ，电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2Fe ＋ O2 ＋ 2H2O===2Fe(OH)2 ， 进 一 步 被 氧 化 ，
3．如图所示的装置，能够组成原电池产生电流的是________。
EF [A 项中两个电极相同；B 项中蔗糖是非电解质；C、D 项 没有形成闭合回路，因此 A、B、C、D 都不符合原电池的构成条件， 不能产生电流。]
关键 能力
核心突破
探究原电池的构成与工作原理 (素养养成——宏观辨识与微观探析)
如图，苹果插上两个不同电极可以构成原电池，那么怎样设计 原电池呢？请完成下列讨论：
[问题 1] NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，这个反应能设计成原电 池吗，为什么？CO2＋C=高==温==2CO 能设计成吗？
[提示] 不能，因为它不是氧化还原反应。CO2＋C=高==温==2CO 也不能，虽然它是氧化还原反应，但不是释放能量的氧化还原反应。
1．原电池的构成条件 (1)原电池反应必须是自发的氧化还原反应。 (2)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)。 (3)两电极均插入电解质溶液中。 (4)电解质溶液、电极、导线形成闭合回路。
2．原电池正负极的判断方法
1．下列装置中，能构成原电池的是( )
A．只有甲 C．只有丙
。 。
(3)四种金属活动性由强到弱的顺序是 D>A>B>C 。
锌与稀硫酸反应时，若滴几滴硫酸铜溶液，反应速率 会加快，试分析其原因。
[提示] 滴加硫酸铜溶液后，会有少量锌与硫酸铜反应置换出 铜，生成的铜与锌分别作为两个电极而形成原电池，从而加快锌与 稀硫酸的反应。
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
[问题 3] 铁制品和铜制品与蛙腿接触时，铁制品发生氧化反应 还是还原反应？写出反应的电极反应式。
[提示] 铁制品与蛙腿接触时发生氧化反应。电极反应式为 Fe －2e－=== Fe2＋。
[问题 4] 原电池工作时，电子和离子分别怎样移动？
[提示] 电子是从负极经过导线移向正极；在原电池电解质溶液 中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。
4 ． 利 用反 应 2Cu ＋ O2＋ 2H2SO4===2CuSO4＋ 2H2O 可 制 备 CuSO4，若将该反应设计为原电池。
(1)负极材料是________(写名称)，电极反应式为____________ _____________________________________________________。 (2)正极电极反应式为_______________________________。 (3)溶液中 SO24－向________极移动。
2．比较金属活泼性强弱 (1)原理：一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不 活泼金属作正极，发生还原反应。 (2)实例：有两种金属 A 和 B，用导线连接后插入稀硫酸中，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．设计原电池 (1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原 剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂(即电解质 溶液中的阳离子)在正极上被还原。 (2)选择合适的材料 ①电极材料：电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的 金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失去电子的材料。 ②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极反应。
B．只有乙 D．除乙均可以
C [甲装置不能构成闭合回路，乙装置两极材料相同，丁装置 酒精是非电解质，只有丙装置具备原电池的构成条件。]
2．关于原电池及其电极名称的下列叙述中正确的是( ) A．原电池的正极和负极必须是两种活动性不同的金属 B．正极上发生还原反应，一定产生气体 C．电子流出的一极为负极 D．阴离子在电解质溶液中向正极移动
实验 3、4 现象：锌片周围无气泡产生，铜片周围有气泡产生； 电流计指针 发生偏转。
实验结论：锌、铜用导线连接后插入稀硫酸溶液中，导线中有 电流产生。
将铁片、镁片用导线连接插入稀硫酸中，则铁片上发 生什么反应，电极反应式如何书写？
[提示] 镁比铁活泼，镁作负极，铁作正极，铁电极上发生还原 反应，电极反应式是 2H＋＋2e－===H2↑。
3．有 a、b、c、d 四个金属电极，有关的实验装置及部分实验 现象如下：
实验 装置
部分实 验现象
a 极 质 量 减 b 极 有 气 体 d 极溶解，c
电流从 a 极
小，b 极质量 产生，c 极无 极 有 气 体 产
流向 d 极
增大
变化
生
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A．a＞b＞c＞d C．d＞a＞b＞c
B．b＞c＞d＞a D．a＞b＞d＞c
C [装置一是原电池，a 极质量减小，说明 a 极金属易失去电子 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表中氢的后面；装置三和 四均形成原电池，易知 d 比 c 活泼，d 比 a 活泼。因此四种金属的活 动性顺序为 d＞a＞b＞c，故选 C。]
1786 年，意大利解剖学和医学教授伽伐尼在一次解剖青蛙的实 验中意外发现，当用两种不同金属材质的解剖刀同时触碰青蛙腿时， 蛙腿会发生痉挛。此后伽伐尼变换各种条件， 重复这个实验。最后 他得出猜想：动物体内存在生物电流。当时很多人赞同这一猜想， 但是化学家伏打却产生了疑惑：已死去的青蛙为何还会产生“生物
(1)火力发电是化学能间接转化为电能的过程。
(√ )
(2)HCl＋NaOH===NaCl＋H2O 是放热反应，可以设计成原电池。
(× )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(3)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转。
( ×)
(4)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子。
(× )
2．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( )