师：同学们好，今天我们来学习高一化学必修2第二章第三节第二课时——化学反应为人类提供能量的相关内容。大家在生活中可能见过即热饭盒，它的工作原理是什么呢？如图，这是一种即热饭盒的内部结构设计图，当厚纸板打开后，镁与水反应放热来加热食物。已知，1摩尔镁和水混合产生的热量足以将1升水（相当于两瓶矿泉水）从室温加热至100摄氏度。由此可见，镁与水反应放出的能量很明显。铁路工人利用铝热反应在野外焊接钢轨，也是因为该化学反应放出的能量以热能形式体现。
化学反应所放出的能量，是人类生产生活重要的能量来源之一。在化学反应中，物质里化学能的变化通常表现为热量变化，也就是化学能转化为热能。那化学能还能转化为其他形式，方便我们的生活。下面来看一个素材。1991年，我国首创一种装置，广泛应用于航海标志灯，使用时把它放入海水中几分钟，灯泡就会发出长效耀眼的光。同学们，你们知道航海标志灯的工作原理吗？学完本节课内容，就能找到答案。通过预习，大家可能已猜到，这是利用化学能转化为电能。那么，化学能是如何转化为电能的呢？我们通过实验来探究一下。
师：将锌片插入盛有稀硫酸溶液的烧杯中，大家看到了什么？
生：锌片上有气泡产生。
师：再在烧杯里平行插入一块铜片，又有什么现象？
生：铜片上没有任何现象发生。
师：这是什么原因呢？
生：因为锌的金属活动性比氢强，铜的金属活动性比氢弱，所以硫酸中的氢可以被锌置换，而不能被铜置换。
师：非常好。用导线将锌片与电流表的负极相连，铜片与电流表的正极相连，大家观察到什么？
生：电流表上的指针发生偏转，说明有电流通过。
师：我们再来重点观察一下烧杯中锌片和铜片上的现象。
生：用导线连接后，锌片逐渐溶解，铜片上产生较多气泡。
师：很好。我们把刚才实验中观察到的现象归纳一下。当把铜和锌平行放入稀硫酸溶液中时，锌片表面有气泡，铜片表面没有气泡，这说明活泼金属锌能与稀硫酸中的氢离子发生氧化还原反应，而不活泼的铜不能与稀硫酸反应。当用导线与电流计相连后，电流表指针偏转，铜片表面也有气泡。电流表指针偏转，说明电路中有电流产生，也就实现了化学能转化为电能。我们把化学能转化为电能的装置定义为原电池。在铜、锌与稀硫酸形成的原电池中，已知铜不与稀硫酸反应，为什么铜片上有气泡冒出呢？带着这个问题，我们一起来进行微观探析。
师：当铜和锌分别平行放入溶液中时，发生了什么？
生：锌直接与溶液中的氢离子发生氧化还原反应，锌失电子变成锌离子，溶液中的氢离子在锌片上得电子产生氢气溢出。
师：那当我们将电路闭合连成闭合回路后呢？
生：锌失电子，电子由锌经导线流向铜，溶液中的氢离子在铜片上得电子，进而在铜片附近产生氢气溢出。
师：了解了氢气在铜片附近产生的微观过程，下面我们继续探究原电池的工作原理。我们以铜锌原电池结构为模型进行研究。在铜和锌与稀硫酸形成的原电池中，锌发生了什么反应？
生：锌失电子变成锌离子，作为还原剂发生氧化反应，锌失电子，电子由锌经导线流向铜电极。
师：为什么电子由锌经导线流向铜片呢？
生：不同的金属由于失电子能力不同，会在两者之间形成一个电势差。当用导线连接后，电子会由电势低的经导线流向电势高的。
师：非常好。电子由锌经导线流向铜后，溶液中的氢离子在铜片上得电子发生还原反应，产生氢气。电子由锌经导线流向铜，带负电的硫酸根移向锌，带正电的锌离子和氢离子移向铜，进而形成整个电路中带电微粒的定向移动，从而产生电流。我们把电子流出的一极定义为负极，电子流入的铜定义为正极。电路中电流的方向，即正电荷移动的方向，正好与电路中电子和硫酸根的移动方向相反。原电池就是通过这样的装置，使氧化和还原反应分别在两极发生，引起电子和阴阳离子的定向移动，从而产生电流。这里老师要强调，如果氧化反应和还原反应在同一区域发生，则无电流产生，化学能转化为热能；如果氧化反应和还原反应在两个不同区域发生，引起电子的定向移动和离子的定向迁移形成电流，则化学能转化为电能。下面我们把铜锌原电池的工作原理再归纳总结一下。
师：在铜锌原电池中，锌是什么极，发生了什么反应？
生：锌是电子流出的一极为负极，锌失电子发生氧化反应变成锌离子。
师：很好。锌在锌电极失电子发生氧化反应，相当于锌与稀硫酸氧化还原反应中的半反应。我们把这个过程表示出来的式子称为电极反应式。书写电极反应式要符合两个守恒，即质量守恒、电荷守恒，还要保证化合价变化与转移电子的数目相等。比如在这个过程中，锌由反应前的0价变成正二价，化合价升高两价，因此转移两个电子，锌失两个电子，左边带两个单位正电荷，右边也带两个单位正电荷。我们把失电子用减号表示，那么得电子就用加号。了解了锌片所在的这一极，下面我们再看铜片所在的这一极。
生：电子流入的铜为正极。在正极上不是铜参加反应，而是溶液中的氢离子得电子产生氢气，氢离子得电子的过程发生的是还原反应。
师：非常好。我们将这两个电极反应在得失电子数目相等的情况下叠加，就可以得到对应的总反应，也就是这个原电池的电池反应。通过刚才的分析可知，原电池就是利用氧化还原反应将化学能转化为电能，所以原电池工作的本质是氧化还原反应。
师：下面我们把原电池中电子和阴阳离子的移动方向归纳一下。我们把电极与导线相连的部分称为外电路，电解质溶液部分称为内电路。在外电路中，电子和电流是怎么移动的？
生：在外电路中，电子由负极锌经导线流向正极铜，电流的方向与带负电的电子方向相反，由正极流向负极。可以归纳为“电子负出，电流相反”。
师：那内电路中阴阳离子的移动方向呢？
生：电子由负极流向正极，溶液中的硫酸根移向负极，所以在内电路中，阴离子移向负极，阳离子移向正极。可以归纳为“负负正正”，即带负电的阴离子移向负极，带正电的阳离子移向正极。
师：同学们要会构建铜锌原电池的模型，正确理解和运用这12个字。这就是铜锌原电池的工作原理。下面我们继续探究原电池的形成条件。
师：我们以铜锌原电池为模板，在其他条件不变的情况下，先对电极材料的选择进行探究。当我们将铜锌原电池中的铜电极换成没有锌活泼的铁电极时，有什么现象？
生：电流计的指针有偏转。
师：转换成可导电的石墨电极呢？
生：电流计的指针也有偏转。
师：当把锌换成另一种活泼金属铁时呢？
生：电流计的指针依然有偏转。
师：可是当我们将铜锌原电池的铜换成锌，形成两个活泼性相同的电极时，又会怎样？
生：电流计的指针没有偏转。
师：由此我们得出，形成原电池电极材料选择一般要有活性不同的两个电极，可以是金属与金属，也可以是金属与可导电的非金属，如这里的石墨。确定了电极材料，我们再对内电路的选择做分析。将铜锌稀硫酸形成的原电池，把电解质溶液换成硫酸铜溶液后，有什么现象？
生：电流计的指针有偏转。
师：换成酒精溶液呢？
生：电流表的指针没有偏转。
师：为什么呢？
生：酒精是非电解质，不导电，不能形成内电路中阴阳离子的定向移动。
师：所以形成原电池需要与电极接触的电解质溶液。在今后的学习中，我们还会涉及到熔融状态的电解质，也能引起带电微粒的定向移动。了解了内电路的选择，我们再看装置的连接方式。将左图所示的装置换成右图所示的装置后，发现电流表指针没有偏转。这是为什么？
生：虽然外电路中电极与导线相连，但内电路中两个烧杯中的溶液没有连通，不能形成阴阳离子的定向移动。
师：所以要构成原电池，必须连成完整的闭合回路，外电路和内电路都要连接。在满足以上三个条件的情况下，我们再对原电池的实质进行探究。将铜和石墨碳与稀硫酸连成闭合回路后，发现电流计指针没有偏转。这是为什么？
生：因为该装置中没有自发发生的氧化还原反应，也就没有电子的转移。