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第2章化学键化学反应与能量第3节化学反应的利用课时2化学反应为人类提供能量目标与素养：1.了解原电池的构成和工作原理。(科学探究)2.知道构成原电池的条件。(宏观辨识)3.了解化学能与电能的相互转化以及化学反应的其他应用。(科学态度)4.了解常见的化学电源。(社会责任)自主预习探新知一、化学能与其他形式能量之间的转化1．吸热反应和放热反应(1)吸热反应：反应过程中_____能量的化学反应。(2)放热反应：反应过程中_____能量的化学反应。2．化学反应中能量转化的主要形式吸收释放二、原电池1．原电池工作原理演示实验装置现象铜片上有_____产生，锌片不断_____，灯泡发亮结论导线中有_____通过，化学反应中化学能转化为_____解释当铜片与锌片一同浸入稀硫酸时：①______失去电子被氧化为_____进入溶液②电子由_____通过导线流向______③溶液中的____从_____上获得电子被还原为____而逸出，就这样电子在导线上做定向移动，形成_____气泡溶解电流电能锌原子锌片铜片铜片电流Zn2＋H＋H22．原电池(1)概念：利用__________反应将_______转化为______的装置。(2)构成条件理论上，自发的_________反应均可设计构成原电池。具体条件是①具有___________的两个电极(金属与金属或金属与能导电的非金属)；②溶液：两电极均插入_______溶液中；③导线：两极用导线相连，形成闭合回路。氧化还原化学能电能氧化还原活动性不同电解质(3)工作原理原电池总反应式：______________________。Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑3．常见电池(1)_______：又称一次电池，如锌锰电池。(2)_______：又称二次电池，如铅蓄电池。(3)燃料电池的优点：其能量转化率高，对环境无污染。微点拨：(1)原电池中电极不一定参加化学反应，如氢氧燃料电池中电极不参加反应。(2)金属K、Na、Ca活泼性强，不作原电池电极。干电池蓄电池[答案](1)×(2)×(3)×(4)√(5)×1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)原电池是电能转化为化学能的装置。()(2)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流计指针发生偏转。()(3)原电池中外电路中的电子的流向是由正极流向负极。()(4)原电池工作时，负极发生氧化反应。()(5)蓄电池是常见的一次电池。()D[在吸热反应中反应物的总能量低于生成物的总能量，在放热反应中反应物的总能量高于生成物的总能量。]2．关于化学反应中的能量变化，下列说法不正确的是()A．化学反应中的能量变化，除热能之外，还可以是光能、电能B．化学反应中的能量变化，服从能量守恒定律C．燃料电池工作时，化学能转变为电能D．在一个确定的化学反应中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量[答案]A3．下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生气泡的是()ABCD核心突破攻重难原电池的工作原理及正、负极的判断1．工作原理(以铜、锌原电池为例)2．原电池正负极的“四种”判断方法【典例1】如图所示是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡上的记录如下，则卡片上的描述合理的是()实验后的记录：①Cu为负极，Zn为正极②Cu极上有气泡产生，发生还原反应③SO2－4向Cu极移动④若有0.5mol电子流经导线，则可产生0.25mol气体⑤电子的流向是Cu→Zn⑥正极反应式：Cu—2e－===Cu2＋，发生氧化反应A．①②③B．②④C．②③④D．③④⑤B[铜、锌形成原电池的时候，锌是负极，铜为正极；锌失去电子生成锌离子进入溶液中，电子通过外电路流向正极，溶液中的氢离子在正极上得到电子，生成氢气，发生还原反应；阳离子向正极移动，所以阴离子硫酸根离子向负极移动；若有0.5mol电子流经导线，由于正极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，所以会产生0.25mol氢气；电子的流向是由负极流向正极，所以应该是由Zn→Cu；正极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，发生还原反应。]1．有关原电池的下列说法中正确的是()A．在外电路中电子由正极流向负极B．在原电池中负极发生还原反应C．原电池工作时，阳离子向正极方向移动D．原电池中正极一定是不活泼金属C[在原电池外电路中，电子从负极流向正极；原电池中负极发生氧化反应；随着反应的进行，阳离子在正极被还原，所以电解质溶液中的阳离子向正极移动；原电池中一般正极金属比负极金属活泼性差，但不一定是不活泼金属，故选C。]原电池原理的应用1．加快化学反应速率实验室用锌和稀硫酸反应制备氢气时，常用粗锌，产生氢气的速率更快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸构成原电池，电子定向移动，加快了锌与硫酸反应的速率。2．比较金属的活泼性一般情况下，在原电池中，负极金属的活泼性比正极金属的活泼性强。3．设计原电池(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。(2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。【典例2】根据下列事实：①X＋Y2＋===X2＋＋Y；②Z＋2H2O(冷)===Z(OH)2＋H2↑；③Z2＋氧化性比X2＋弱；④由Y、W电极组成的电池，电极反应为W2＋＋2e－===W、Y－2e－===Y2＋，可知X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序为()A．XZYWB．ZWXYC．ZYXWD．ZXYWD[由①得还原性：XY；由②知单质Z能与冷水反应，Z为活泼的金属单质；由③得还原性：ZX；由④得还原性：YW，则有还原性ZXYW。][答案](1)W2＋＋Y===Y2＋＋W。(2)X。(1)上题中④原电池的电池总反应为________。(2)上题中①中的反应若设计成原电池，则负极是________。2．利用生活或实验室中的常用物品，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；(1)实验原理：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。(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(如图)。(4)原理分析。①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”的声音。其原因是在原电池中，由化学能转化为________。②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。[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。[答案](2)铁钉(或铁条)铜钉(其他的惰性电极如铅笔芯、铂等)烧杯导线(4)①电能②负Fe－2e－===Fe2＋正还原当堂达标提素养1．在理论上不能用于设计原电池的化学反应是()A．HCl＋NaOH===NaCl＋H2OB．2CH3OH＋3O2―→2CO2＋4H2OC．4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3D．2H2＋O2===2H2OA[原电池的化学反应原理是自发的氧化还原反应，有电子的转移，而A项中的反应是中和反应，没有电子的转移，故选A项。]2．已知空气锌电池的电极反应为锌电极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；石墨电极：12O2＋H2O＋2e－===2OH－。可以判断石墨电极是()A．负极，发生还原反应B．正极，发生氧化反应C．负极，发生氧化反应D．正极，发生还原反应D[空气锌电池中，失去电子的一极是负极，发生氧化反应，得到电子的一极是正极，发生还原反应。]3．在盛有稀硫酸的烧杯中放入导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是()A．正极附近的SO2－4浓度逐渐增大B．电子通过导线由铜片流向锌片C．正极有O2逸出D．铜片上有H2逸出D[本题符合铜锌原电池的形成条件，原电池工作时，电子由负极(锌)经外电路(导线)流向正极(铜)。负极锌片：Zn－2e－===Zn2＋；正极铜片：2H＋＋2e－===H2↑，总反应为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，原电池中没有O2产生。没有参与反应的SO2－4，浓度不会逐渐增大。]4．某原电池的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池正确的组成是()选项正极负极电解质溶液ACuZnHClBZnCuCuSO4CCuZnCuSO4DCuZnZnCl2C[离子方程式中Zn失电子生成Zn2＋，故Zn为负极。Cu2＋得电子生成Cu，故含Cu2＋的溶液为电解质溶液。]5．分别按图甲、乙所示装置进行实验，两个烧杯中的溶液为同浓度的稀硫酸，甲中A为电流表。请回答下列问题：甲乙(1)下列叙述正确的是________。A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生B．甲中铜片作正极，乙中铜片作负极C．两烧杯中溶液的H＋浓度均减小D．甲产生气泡的速率比乙的慢(2)甲装置中的能量转化形式：________能转化为____________能，乙装置中的能量转化形式：________能转化为______能。(3)某同学发现甲装置中不仅铜片上有气泡产生，且锌片上也产生了气泡，原因可能是_____________________________________。(4)在甲装置中，若把稀硫酸换成CuSO4溶液，试写出铜电极的电极反应________________。[解析](1)甲装置为原电池，乙中Zn与稀硫酸接触反应；甲装置中铜片作正极，H＋在铜片上得电子被还原为H2，形成原电池后产生气泡的速率比乙装置中产生气泡的速率快；随着两烧杯溶液中H＋不断被消耗，溶液中的H＋浓度均减小。(2)甲装置中，锌、铜及稀硫酸形成原电池，是将化学能转化为电能，乙装置主要是锌与稀硫酸反应，该反应是将化学能转化为热能。(3)锌片上产生气体，原因可能是锌片不纯，锌与杂质形成原电池。(4)若将稀硫酸换成CuSO4溶液，则铜片上会析出Cu。[答案](1)C(2)化学电化学热(3)锌片不纯，锌与杂质形成原电池(4)Cu2＋＋2e－===Cu