第二节 化学能与电能
第1课时 化学能转化为电能
[学习目标定位] 1.熟悉能源的分类和化学能与电能的转化关系。2.知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，通过实验会说明原电池的原理，会判断原电池的正极、负极，会正确书写电极反应式，熟知原电池的应用。
一、化学能与电能的转化
1.化学能是能量的一种形式，你知道的化学能转化形式有哪些？
答案 化学能可转化成热能、光能、电能等。
2.电能
使用电器时都需要电能。电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。
3.火力发电
火力发电(火电)是通过化石燃料(如煤、石油、天然气)燃烧，使化学能转变为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。
燃煤发电是从煤中的化学能开始的一系列能量转换过程，该过程可表示为
化学能热能机械能电能
其中，燃烧(氧化还原反应)是使化学能转换为电能的关键。
4.化学能与电能的直接转化
化学能可通过氧化还原反应直接转化成电能。
归纳总结
能源常见的分类形式
能源类别
定义
按利用历史
按性质
举例
一次能源
直接从自然界中取得的能源
常规能源
可再生能源
水能
不可再生能源
煤、石油、天然气等化石能源
新能源
可再生能源
太阳能、风能、地热能、潮汐能、沼气
不可再生能源
核能
二次
能源
由一次能源经过加工、转化得到的能源
电能(水电、火电、核电)、氢能、蒸汽、工业余热等
1.下列叙述不正确的是( )
A.根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源
B.电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源
C.火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程
D.在火力发电过程中，化学能转化为热能实际上是氧化还原反应发生的过程，伴随着能量的变化
答案 C
解析 氢气不能从自然界中直接取得，是二次能源，A正确；电能也是二次能源，且使用方便、污染最小，B正确；以煤为燃料，火力发电的能量转化过程：(煤)化学能热能机械能电能，故C错误，D正确。
知识拓展 火力发电的优缺点
优点：(1)我国煤炭资源丰富；(2)电能清洁、安全，又快捷方便。
缺点：(1)排出大量的温室气体CO2；(2)有些废气可能导致酸雨，如SO2；(3)消耗大量的不可再生能源；(4)能量转化率低；(5)产生大量的废渣、废水。
2.下列各项中，属于一次能源的是( )
①煤 ②石油 ③天然气 ④煤气 ⑤电力
A.①②③ B.①②④
C.②③⑤ D.③④⑤
答案 A
解析 煤、石油、天然气等没有经过加工或转换而直接从自然界中取得，称为一次能源；煤气、电力、汽油、煤油、焦炭等，是在一次能源基础上经过加工转换而来的，称为二次能源。
二、原电池的工作原理
1.按要求完成下列实验，并填表：
实验步骤
现象
锌片逐渐溶解，表面有气泡；铜片表面无气泡
锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，电流表指针发生偏转
两锌片逐渐溶解且表面都有气泡，电流表指针不偏转
无现象
解释或说明
锌与稀硫酸发生置换反应产生H2，而铜则不能
锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生，导线中有电流
锌与稀硫酸反应产生氢气，但导线中无电流
乙醇是非电解质，与Zn、Cu都不反应
2.原电池
(1)原电池的概念是将化学能转化为电能的装置；原电池的反应本质是氧化还原反应。
(2)原电池的构成条件
理论上，自发的氧化还原反应均可构成原电池。
具体条件是：①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)；
②溶液：两电极均插入电解质溶液中；
③导线：两极用导线相连，形成闭合回路。
(3)原电池的工作原理
①分析下图并填空
原电池总反应式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；
②能量转化过程：原电池在工作时，负极失去电子，电子通过导线流向正极，溶液中氧化性物质得到电子，发生还原反应，这样氧化反应和还原反应不断发生，闭合回路中不断有电子流产生，也就形成了电流，即化学能转变为电能。
(4)原电池工作原理的应用
①比较金属活动性
作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性弱；
②改变化学反应速率
如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率；
③设计原电池
如：把Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计成原电池，可用Fe作负极，铜(或石墨)作正极，FeCl3溶液作电解质溶液；
④保护金属设备
如：船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀，在船体外壳焊接上比铁活泼的金属(如Zn)，则构成以Zn、Fe为电极的原电池，Zn被消耗掉而Fe得到保护。
3.在如图所示的8个装置中，属于原电池的是 。
答案 DFG
解析 图中A、B都只有一个电极，C中是两个活泼性相同的电极，E中酒精不是电解质溶液，H不能形成闭合回路，它们不属于原电池，属于原电池的只有D、F、G。
思维启迪 原电池的判定方法：一看反应原理(能否自发地进行氧化还原反应)；二看构成条件(两极一液成回路：两个活泼性不同的电极，插入电解质溶液中，装置形成闭合回路)。
4.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
根据实验现象回答下列问题：
(1)装置甲中负极的电极反应式是 。
(2)装置乙中正极的电极反应式是 。
(3)装置丙中溶液的pH变化是 。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是 。
答案 (1)A－2e－===A2＋ (2)Cu2＋＋2e－===Cu
(3)增大 (4)D>A>B>C
解析 据装置甲知活动性：A>B，A作负极，电极反应式为A－2e－===A2＋；据装置乙知活动性：B>C，正极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；据装置丙知活动性：D>A，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故c(H＋)减小，pH增大。据甲、乙、丙知活动性强弱顺序：D>A>B>C。
原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是
1.化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。下列说法正确的是( )
A.天然气、石油、流水、风力、氢气为一次能源
B.无论是风力发电还是火力发电，都是将化学能转化为电能
C.PM2.5含有的铅、镉、铬、钒、砷等对人体有害的元素均是金属元素
D.发展低碳经济、循环经济，推广可利用太阳能、风能的城市照明系统
答案 D
解析 A项，H2不是一次能源；B项，风力发电不是将化学能转化为电能；C项，砷不是金属元素。
2.下列叙述正确的是( )
①原电池是把化学能转化成电能的一种装置
②原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应
③不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池的装置均可实现
④碳棒不能用来作原电池的正极
⑤反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，能以原电池的形式来实现
A.①⑤ B.①④⑤ C.②③④ D.②⑤
答案 A
解析 ①原电池是把化学能转化为电能的一种装置，①正确；②在发生反应时，原电池的正极要得到电子而发生还原反应，负极要失去电子而发生氧化反应，②错误；③铜与稀硫酸不能发生反应，若用铜作负极，碳棒作正极，稀硫酸作电解质溶液，组成原电池，此反应仍然不能发生，③错误；④因为碳棒可以用来作原电池的正极，④错误；⑤可以用铜作负极，碳棒作正极，AgNO3溶液作电解质溶液，组成原电池，此时即可发生反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，⑤正确。A正确。
3.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( )
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
答案 B
解析 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。
4.X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为( )
A.X>Y>Z B.X>Z>Y
C.Y>X>Z D.Y>Z>X
答案 C
解析 根据原电池原理，负极的金属比正极活泼，可知活泼性Y>X，根据金属活动性顺序和置换反应原理，可知活泼性X>Z，故三种金属的活泼性顺序为Y>X>Z。
5.在铜锌原电池中(如下图)，以硫酸铜为电解质溶液，锌为 极，电极上发生的是 (填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为 。
锌片上观察到的现象为 ；
铜为 极，电极上发生的是 (填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式是 ；
铜片上观察到的现象是 ，
原电池总反应的离子方程式为 。
答案 负 氧化 Zn－2e－===Zn2＋ 锌片溶解 正 还原 Cu2＋＋2e－===Cu 铜极变粗 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
解析 CuSO4为电解质溶液时，铜锌原电池的负极为锌，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以锌片不断溶解，正极为铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，所以铜极不断变粗，电池总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。
[基础过关]
题组一 能源及其能量转换
1.下列关于能量转换的认识中不正确的是( )
A.白炽灯工作时，电能全部转化为光能
B.普通干电池工作时将化学能转变为电能
C.化学反应中的能量变化，通常主要表现为热量的变化
D.火电是通过化石燃料燃烧，使化学能经过一系列能量转化最终转变为电能
答案 A
解析 A项，白炽灯工作时，电能除转化为光能外，还转化为热能。
2.下列有关能源的说法错误的是( )
A.风能是人类通过风车等工具获取的能源，但属于一次能源
B.在即将到来的新能源时代，核能、太阳能、氢能将成为主要能源
C.月球土壤中含有丰富的质量数为3的氦，它可作为未来核能的重要原料
D.原电池把化学能直接转化为电能，所以由原电池提供的电能是一次能源
答案 D
解析 风能是直接从自然界中取得的能源，属于一次能源，原电池提供的电能是由化学能转化而得到的，不是直接获得的，属于二次能源，A正确，D错误；随着时代的发展，化石能源逐渐枯竭，所以新能源时代污染小的核能、太阳能、氢能将成为主要能源，B、C正确。
题组二 原电池及正负极的判断
3.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( )
答案 D
4.如图所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的( )
A.A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸
B.A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸
C.A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液
D.A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液
答案 D
解析 A极逐渐变粗，说明A极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；B极逐渐变细，说明B极为原电池的负极，失去电子后变成离子进入溶液中。A和B两项中的反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则A项A极变细，B项A极不变；C和D两项中的反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C项A极变细，D项A极变粗。
5.某学生用如图装置研究原电池原理，下列有关说法错误的是( )
A.图(3)中Zn片增重质量与Cu片减轻质量的比为65∶64
B.图(2)中如果两极上都有气体产生，则说明Zn片不纯
C.图(1)中铜片上没有气体产生
D.图(2)与图(3)中正极生成物的质量比为1∶32时，Zn片减轻的质量相等
答案 A
解析 图(3)中Zn片作负极，发生氧化反应而溶解，质量减轻，Cu片作正极，Cu2＋在此电极上发生还原反应析出Cu，质量增加，A错误；图(2)中Zn作负极，铜作正极，溶液中的H＋在铜电极上生成H2，若Zn片不纯，会形成另一个原电池，Zn片表面也有气体生成，B正确；Cu与稀硫酸不反应，C正确；图(2)与图(3)中正极生成物分别是H2和Cu，两者质量比为1∶32时，物质的量之比n(H2)∶n(Cu)＝1∶1，转移电子的物质的量也相等，消耗锌片的质量相等，D正确。
6.X、Y两根金属棒插入Z溶液中构成如图所示装置，实验中电流表指针发生偏转，同时X棒变粗，Y棒变细，则X、Y、Z可能是下列中的( )
编号
X
Y
Z
A
Zn
Cu
稀硫酸
B
Cu
Zn
稀硫酸
C
Cu
Ag
硫酸铜溶液
D
Ag
Zn
硝酸银溶液
答案 D
解析 由题中所给信息(X棒变粗，Y棒变细)可知X棒是正极，Y棒是负极，金属活动性Y比X活泼，所以选项A、C均错；再看电解质溶液，B选项中硫酸里的H＋在正极X棒上得电子生成氢气，X棒不会变粗；D选项中负极Y棒Zn失电子生成Zn2＋，Y棒变细，Ag＋在正极X棒上得电子生成Ag附着在X棒上使其变粗。
题组三 原电池的工作原理及应用
7.在如右图所示的装置中，a的金属活泼性比氢要强，b为碳棒，下列关于此装置的叙述不正确的是( )
A.碳棒上有气体放出，溶液pH变大
B.a是正极，b是负极
C.导线中有电子流动，电子从a极到b极
D.a极上发生了氧化反应
答案 B
解析 显然，电极a、b与电解质溶液稀H2SO4组成原电池。因活泼性a>b(碳棒)，所以a为电池的负极，b为正极。电极反应式：
a(负)极：a－ne－===an＋(氧化反应)
b(正)极：nH＋＋ne－===H2↑(还原反应)
由于正极放电消耗H＋，溶液中c(H＋)减小，pH增大，在外电路中，电子由a极流出经电流表流向b极。
8.按下图装置进行实验，若x轴表示流入正极的电子的物质的量，则y轴可以表示( )
①c(Ag＋) ②c(NO) ③a棒的质量 ④b棒的质量
⑤溶液的质量
A.①③ B.②④
C.①③⑤ D.②④⑥
答案 A
解析 根据图中装置可判断，Fe、Ag、AgNO3构成的原电池中，活泼金属Fe为负极，Ag为正极，Fe和硝酸银之间发生氧化还原反应，所以银离子浓度减小，硝酸根浓度不变，①正确、②错误；在负极上金属铁本身失电子，即a棒质量减轻，③正确；正极b棒上析出金属银，即b棒质量增加，④错误；负极上金属铁本身失电子，正极Ag上析出金属银，所以溶液的质量是增加了Fe，但是析出了Ag，在转移电子数相等情况下，析出的金属质量多，所以溶液质量减轻，但不能为零，⑤错误。故A正确。
9.如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下，在卡片上描述合理的是( )
实验后的记录：
①Zn为正极，Cu为负极?
②H＋向负极移动?
③电子流动方向：从Zn经外电路流向Cu?
④Cu极上有H2产生?
⑤若有1 mol电子流过导线，则产生H2 0.5 mol?
⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
A.①②③ B.③④⑤ C.④⑤⑥ D.②③④
答案 B
解析 在该原电池中，金属活动性Zn＞Cu，故Zn作负极，Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu片，负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故转移1 mol电子时，产生H2 0.5 mol，在溶液中H＋向正极移动，SO向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确，选B项。
10.现有M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P 用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是( )
A.P>M>N>E B.E>N>M>P
C.P>N>M>E D.E>P>M>N
答案 A
解析 由①知，金属还原性：M>N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属还原性：P>M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属还原性：N>E。
[能力提升]
11.在盛有水的烧杯中，铁圈和银圈的连接处吊着一根绝缘的细丝，使之平衡(如右图所示)。小心地往烧杯中央滴入CuSO4溶液。
(1)片刻后可观察到的现象是(指悬吊的金属圈) 。(填字母)
A.铁圈和银圈左右摇摆不定 B.保持平衡状态不变
C.铁圈向下倾斜 D.银圈向下倾斜
(2)产生上述现象的原因是
。
(3)写出反应的化学方程式：
。
答案 (1)D (2)加入CuSO4溶液后，构成Fe－Ag原电池，铁溶解，质量减轻，Cu2＋在银圈上得电子，生成的Cu沉积在银圈上，质量增加 (3)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
解析 加入CuSO4溶液后，构成Fe－Ag原电池，Fe失电子作负极，质量减轻，Cu2＋在正极银圈上得电子，生成的金属铜沉积在上面使其质量增加。
12.(1)现有如下两个反应：
(A)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
(B)Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋
①根据两反应本质，判断能否设计成原电池： 。
②如果不能，说明其原因： 。
③如果可以，则写出正、负极材料，电极反应式及反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)：
负极： ， ， 。
正极： ， ， 。
(2)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)，电极反应为 。
②正极电极反应式为 。
③溶液中SO向 极移动。
答案 (1)①(A)不能，(B)可以 ②(A)不是氧化还原反应，没有电子转移 ③Cu Cu－2e－===Cu2＋ 氧化反应 碳棒、Ag、铂、金(任选一种) 2Ag＋＋2e－===2Ag 还原反应
(2)①铜 Cu－2e－===Cu2＋ ②O2＋4e－＋4H＋===2H2O ③负
解析 (1)①只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池，(B)是氧化还原反应且能自发进行。
③根据电池反应式Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋可知，Cu失电子作负极，负极材料是Cu，正极材料应是比铜不活泼的金属或能导电的非金属。
(2)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，溶液中阴离子SO向负极移动。
13.某同学利用生活中或实验室中常用的物品，根据氧化还原反应知识和电化学知识，自己动手设计了一个原电池。请填写下列空白：
(1)实验原理：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
(2)实验用品：电极(铁钉、铜钉)、稀硫酸、烧杯、导线、耳机(或者电流表)。
(3)实验装置如图。
(4)原电池设计及注意的问题：
①按如图所示装置连接好实验仪器，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个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生“嚓嚓嚓……”的声音。其原因是在原电池中，由化学能转化为 ，在耳机中又由 转化为声音这种能量；
②如果将装置中的耳机改为电流表，则铁钉应该接电流表的 极，电极反应式为 ，
发生了 反应；铜钉应该接电流表的 极，电极反应式为 ，
发生了 反应。
答案 (4)①电能 电能 ②负 Fe－2e－===Fe2＋ 氧化 正 2H＋＋2e－===H2↑ 还原
解析 原电池是将化学能转变为电能的装置，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼材料作正极，发生还原反应。电流表正极应接原电池正极，电流表负极应接原电池负极。
14.某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，在常温下，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下。
编号
电极材料
电解质溶液
电流表指针偏转方向
1
Al、Mg
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al、C(石墨)
稀盐酸
偏向石墨
4
Al、Mg
氢氧化钠溶液
偏向Mg
5
Al、Zn
浓硝酸
偏向Al
试根据上表中的实验现象回答下列问题：
(1)实验1、2中Al所作的电极(正极或负极)是否相同(填“是”或“否”)？ 。
(2)由实验3完成下列填空：
①铝为 极，电极反应式： ；
②石墨为 极，电极反应式： ；
③电池总反应式： 。
(3)实验4中铝作负极还是正极？ ，理由是 。
写出铝电极的电极反应式： 。
(4)解释实验5中电流表指针偏向铝的原因： 。
(5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素： 。
答案 (1)否 (2)①负 2Al－6e－===2Al3＋ ②正
6H＋＋6e－===3H2↑ ③2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
(3)负极 在NaOH溶液中，活动性Al＞Mg Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O
(4)Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中发生反应，被氧化，即在浓硝酸中活动性Zn＞Al，Al是原电池的正极
(5)①另一个电极材料的活动性；②电解质溶液
解析 在稀盐酸中的活动性Mg＞Al、Al＞Cu。由实验1和2可知，原电池中电流表指针是偏向正极。在实验3中电流表指针偏向石墨，由上述规律可知，Al是负极，石墨是正极，化学反应是Al失去电子被氧化为Al3＋，盐酸中的H＋得到电子被还原为H2。在NaOH溶液中活动性Al＞Mg，则Al是负极，Mg是正极。Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中被氧化，即在浓硝酸中活动性Zn＞Al，Zn是负极，Al是正极，所以在实验5中电流表指针偏向铝。
第2课时 发展中的化学电源
[学习目标定位] 1.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。2.认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。3.能正确书写简单化学电源的电极反应式。
一、常见的化学电源
1.锌锰干电池
(1)结构：锌锰干电池是以锌筒为负极，石墨棒为正极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和NH4Cl作电解质。
(2)原理：锌锰电池是一次性电池，放电之后不能充电，内部的氧化还原反应是不可逆的。负极发生的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。
(3)缺陷：锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容易发生气涨或漏液，会导致电器设备的腐蚀。
改进措施：①在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成防漏电池；②将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成碱性锌锰电池。
2.充电电池
(1)充电电池又称二次电池。充电电池在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时又可以逆向进行，生成物重新转化为反应物，使充电、放电可在一定时期内循环进行。充电电池中能量的转化关系是化学能电能。
(2)常见的充电电池
①铅蓄电池
常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。负极材料是Pb，正极材料是PbO2，电解质溶液是硫酸溶液。
②镍镉电池
以Cd为负极，NiO(OH)为正极，以KOH为电解质，寿命比铅蓄电池长，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境。
③碱金属中的Li是最轻的金属，活动性极强，是制造电池的理想物质。锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。
3.燃料电池
(1)燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。
(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。
(3)以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O(氧化反应)；
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应)；
总反应：2H2＋O2===2H2O。
化学电池的基本类型
(1)活泼金属作负极，被腐蚀或消耗，发生氧化反应，如锌锰干电池。
(2)两电极都参加反应，如铅蓄电池。
(3)两电极均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如燃料电池。
1.下列电池工作时，O2在正极得电子的是( )
A
B
C
D
锌锰电池
铅蓄电池
氢氧燃料电池
镍镉电池
答案 C
2.汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是( )
A.Pb是正极
B.PbO2得电子，被氧化
C.负极反应是Pb＋SO－2e－===PbSO4
D.电池放电时，溶液的酸性增强
答案 C
解析 从铅蓄电池的放电反应可以看出：放电过程中Pb失去电子变为Pb2＋，发生氧化反应，因而Pb是负极；PbO2得到电子发生还原反应，被还原；反应过程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性减弱。
二、原电池电极反应式的书写方法
1.负极反应式的书写
先判断负极材料，然后再分析其反应特点，并注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。
(1)锌锰干电池(Zn—C—NH4Cl)的负极是Zn，其负极反应特点是锌本身失去电子生成Zn2＋，Zn2＋与电解质溶液成分不反应，负极反应式是Zn－2e－===Zn2＋。
(2)铅蓄电池(Pb—PbO2—H2SO4)的负极是Pb，其负极反应特点是Pb失去电子生成Pb2＋，Pb2＋与电解质溶液中的SO反应生成PbSO4，负极反应式是Pb－2e－＋SO===PbSO4。
(3)氢氧燃料电池(Pt—Pt—KOH)的负极是Pt，其负极反应特点是Pt为惰性电极，燃料氢气失去电子生成H＋，H＋与电解质溶液中的OH－反应生成H2O，负极反应式是H2－2e－＋2OH－===2H2O。
2.正极反应式的书写
(1)首先判断在正极发生反应的物质
①当负极材料与电解质溶液能自发地发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是电解质溶液中的某种微粒；
②当负极材料与电解质溶液不能自发地发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是溶解在电解质溶液中的O2。
(2)然后再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与电解质溶液反应的问题，若参与反应要书写叠加式。
(3)甲烷燃料电池用铂作电极插入KOH溶液中，其正极反应式是O2＋2H2O＋4e－===4OH－；铜锌原电池(Zn－Cu－H2SO4)的正极反应式是2H＋＋2e－===H2↑。
书写原电池电极反应式时注意的问题
(1)正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。
(2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。
(3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。
3.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是( )
A.Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋
B.Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋
C.MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO
D.Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋
答案 B
解析 由总反应i＋nO2===inO2可知，Li元素在反应后化合价升高(0→＋1)，Mn元素在反应后化合价降低(＋4→＋3)。Li被氧化，在电池中作负极，电极反应为Li－e－===Li＋，MnO2在正极上反应，电极反应为MnO2＋e－===MnO。
4.燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是( )
A.a极是负极，该电极上发生氧化反应
B.b极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2O
C.总反应的化学方程式为2H2＋O2===2H2O
D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
答案 B
解析 a极通H2为负极，电极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，发生氧化反应，A正确；b极通O2为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B不正确；正、负极电极反应式相加得总反应为2H2＋O2===2H2O，C正确；氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源，D正确。
思维启迪 从理论上讲，凡是可燃物的燃烧反应都可以设计成原电池，所以燃料电池的燃料除H2外，还可以用CH4、甲醇(CH3OH)和乙醇(C2H5OH)、肼(N2H4)等，燃料电池的正极反应物一般为氧气。电解质不同，电极反应就不同，如①氢氧燃料电池以强碱溶液为电解质，其放电原理为
负极(H2)反应式：2H2－4e－＋4OH－===4H2O(氧化反应)
正极(O2)反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应)
电池总反应式：2H2＋O2===2H2O
②氢氧燃料电池以酸性溶液为电解质，其放电原理为
负极(H2)反应式：2H2－4e－===4H＋(氧化反应)
正极(O2)反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O(还原反应)
电池总反应式：2H2＋O2===2H2O
③
④N2H4燃料电池―→产物是N2和H2O。
1.随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是( )
A.利用电池外壳的金属材料
B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C.防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品
D.回收其中的石墨电极
答案 B
解析 回收电池的主要目的是防止对环境的污染。
2.下列有关电池的说法不正确的是( )
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中，锌电极是负极
答案 B
解析 电池中电子由负极流向正极，B项电子应从Zn电极流向Cu电极。
3.已知空气－锌电池的电极反应为
锌片：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；
碳棒：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。据此判断，锌片是( )
A.正极，被还原
B.正极，被氧化
C.负极，被还原
D.负极，被氧化
答案 D
4.氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如下所示。下列有关氢氧燃料电池的说法，正确的是( )
A.该电池工作时电能转化为化学能
B.该电池中电极a是正极
C.外电路中电子由电极b通过导线流向电极a
D.该电池的总反应：2H2＋O2===2H2O
答案 D
解析 燃料电池是将化学能转化为电能，A项不正确；a极通入H2发生氧化反应，是电池的负极，B项不正确；外电路中电子由负极流向正极，即由电极a通过导线流向电极b，C项不正确。
5.有人设计以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中一定浓度的O2和H2O进行工作。
(1)负极材料是 ，电极反应为 。
(2)正极材料是 ，电极反应为 。
答案 (1)锌 2Zn－4e－===2Zn2＋
(2)铂 O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析 以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源，正极是铂，负极是锌，电解质溶液是人体血液，工作时，负极锌被氧化，血液中的O2得到电子被还原。正极的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－；负极的反应为2Zn－4e－===2Zn2＋。
[基础过关]
题组一 化学电源及其回收利用
1.对化学电源的叙述正确的是( )
A.化学电源比火力发电对化学能的利用率高
B.化学电源所提供的电能居于人类社会现阶段总耗电量的首位
C.化学电源均是安全、无污染的
D.化学电源即为可充电电池
答案 A
解析 由于是化学能与电能的直接转化，节省了许多中转环节，所以化学电源对化学能的利用率比火力发电高得多，但火力发电仍居世界耗电量的首位；化学电源一般较安全，但含重金属的电源如果随意丢弃，将会给环境带来严重的污染；有些化学电源是可充电电源(如镍镉电池)，有些是不可充电的(如干电池)。
2.下列化学电池不易造成环境污染的是( )
A.氢氧燃料电池 B.锌锰电池
C.镍镉电池 D.铅蓄电池
答案 A
3.废电池处理不当不仅造成浪费，还会对环境造成严重污染，对人体健康也存在极大的危害。有同学想将其变废为宝，以下他的想法你认为不正确的是( )
A.把锌皮取下洗净用于实验室制取氢气
B.碳棒取出洗净用作电极
C.把铜帽取下洗净回收利用
D.电池内部填有NH4Cl等化学物质，将废电池中的黑色糊状物作化肥施用
答案 D
解析 虽然氯化铵是一种化学肥料，但电池内部还有其他有害物质，如果用作化肥，会污染土壤，进入生物链后，影响人体健康。
题组二 常用化学电源
4.下列说法正确的是( )
A.镍镉电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池
B.燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池
C.化学电池的反应基础是氧化还原反应
D.铅蓄电池放电的时候正极材料是Pb，负极材料是PbO2
答案 C
解析 碱性锌锰干电池是一次电池；燃料电池是一种高效且不会污染环境的新型电池；铅蓄电池放电的时候正极材料是PbO2，负极材料是Pb。
5.日常所用干电池的电极分别为碳棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为Zn－2e－===Zn2＋，2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑(NH3与Zn2＋能生成一种稳定的物质)。根据上述判断，下列结论不正确的是( )
A.干电池内发生的是氧化还原反应
B.锌为负极，碳为正极
C.工作时，电子由碳极经过外电路流向锌极
D.长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器
答案 C
解析 由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池形成的条件，相对活泼(指金属活动性)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出选项A、B正确；在外电路中，电子从负极流向正极，故选项C不正确；长时间连续使用该原电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2而生成H2O，糊状物也越来越稀，故其很可能流出腐蚀用电器，选项D正确。
6.燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，电解质溶液是强碱溶液。下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )
A.负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B.负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C.随着放电的进行，溶液的c(OH－)不变
D.放电时溶液中的阴离子向负极移动
答案 D
解析 O2＋2H2O＋4e－===4OH－应为正极反应式；燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根，所以负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O；由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液的c(OH－)将减小。
题组三 新型化学电源
7.据报道，锌电池可能将会取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染。其电池反应为2Zn＋O2===2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气。则下列叙述正确的是( )
A.锌为正极，空气进入负极反应
B.负极反应为Zn－2e－===Zn2＋
C.正极发生氧化反应
D.电解液为强酸
答案 B
解析 Zn与O2反应的电子转移情况为2Zn＋O24e－===2ZnO，所以Zn作负极，负极发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。O2是正极反应物，发生还原反应。若电解液是强酸，电池的化学反应不是2Zn＋O2===2ZnO，而是Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。
8.一种微生物燃料电池的结构示意图如下，关于该电池的叙述正确的是( )
A.电池工作时，电子由a流向b
B.微生物所在电极区放电时发生还原反应
C.放电过程中，H＋从正极区移向负极区
D.正极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O
答案 D
解析 因为右侧产生CO2，说明微生物所在的电极区Cm(H2O)n失电子生成CO2，电池工作时电子由b极经外电路流向a极，A错误；微生物所在电极区放电时发生氧化反应，B错误；放电时阳离子向正极移动，C错误；放电时正极发生还原反应，D正确。
9.固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghouse)公司研制开发的。它以固体氧化锆－氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是( )
A.有O2放电的a极为电池的负极
B.O2－移向电池的正极
C.b极对应的电极反应为2H2－4e－＋2O2－===2H2O
D.a极对应的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
答案 C
解析 在燃料电池中，有O2放电的a极为原电池的正极，A错误；在燃料电池中，O2－移向电池的负极，B错误；在燃料电池中，有H2放电的b极为电池的负极，电极反应为2H2－4e－＋2O2－===2H2O，C正确；a极是正极，氧气在正极得电子，则对应的电极反应为O2＋4e－===2O2－，D错误。
10.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为
3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH
下列叙述不正确的是( )
A.放电时负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
B.放电时正极反应为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－
C.放电时每转移3 mol电子，正极有1 mol K2FeO4被氧化
D.放电时正极附近溶液的碱性增强
答案 C
解析 高铁电池放电时为原电池，依据原电池工作原理，放电时负极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，用总式减去负极反应式即得正极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－，放电时每转移3 mol电子，正极有 1 mol K2FeO4被还原。
[能力提升]
11.研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑。
(1)该电池的负极是 ，负极反应式是 。
(2)正极现象是 。
(3)放电时OH－向 (填“正极”或“负极”)移动。
答案 (1)锂 Li－e－===Li＋ (2)有无色气体产生 (3)负极
解析 金属锂比铁活泼，作原电池的负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，LiOH溶液中的阳离子有Li＋和H＋，由于氧化性：H＋＞Li＋，所以正极反应是2H＋＋2e－===H2↑，正极产生无色气体；在原电池的放电过程中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以OH－向负极移动。
12.氯铝电池是一种新型的燃料电池。试回答下列问题：
(1)通入Cl2(g)的电极是 (填“正”或“负”)极。
(2)投入Al(s)的电极是 (填“正”或“负”)极。
(3)电子从 (填“Al”或“Cl”)极流向 (填“正”或“负”)极。
(4)每消耗8.1 g Al(s)，电路中通过的电子数目为 NA(NA表示阿伏加德罗常数的值)。
答案 (1)正 (2)负 (3)Al 正 (4)0.9
解析 判断原电池的正负极首先要分析题中所给信息，此题所给信息是具体反应物，根据具体反应物间的相互反应式2Al＋3Cl2===2AlCl3，可知Cl2得电子在正极反应，Al失电子在负极反应，所以通入Cl2(g)的电极是正极，投入Al(s)的电极是负极，电子由负极(Al)经外电路流向正极。8.1 g Al(s)的物质的量为＝0.3 mol,1 mol Al反应转移3 mol电子，0.3 mol Al反应电路中通过的电子数为 3NA×0.3＝0.9NA。
13.如图为原电池装置示意图。
(1)将铝片和铜片用导线相连，一组插入浓硝酸中，一组插入烧碱溶液中，分别形成了原电池，在这两个原电池中，作负极的分别是 。
A.铝片、铜片 B.铜片、铝片
C.铝片、铝片 D.铜片、铜片
写出插入烧碱溶液中形成的原电池的负极反应式：
。
(2)若A为Pb，B为PbO2，电解质为H2SO4溶液，工作时的总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。写出B电极反应式：
；
该电池在工作时，A电极的质量将 (填“增加”“减小”或“不变”)。若该电池反应消耗了0.1 mol H2SO4，则转移电子的数目为 。
(3)若A、B均为铂片，电解质为KOH溶液，分别从A、B两极通入H2和O2，该电池即为氢氧燃料电池，写出A电极反应式： ；
该电池在工作一段时间后，溶液的碱性将 (填“增强”“减弱”或“不变”)。
答案 (1)B Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O
(2)PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O 增加 0.1NA
(3)H2＋2OH－－2e－===2H2O 减弱
解析 (1)铝遇浓硝酸钝化，铜能与浓硝酸反应，故此时作负极的是铜片；铝能与烧碱溶液反应，铜不能，此时作负极的是铝片；铝在烧碱溶液中失去电子后结合OH－生成AlO。(2)B为PbO2，得到电子后结合溶液中的SO生成难溶的PbSO4：PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O；同样A极也生成PbSO4，故质量会增加；由总反应可知消耗2 mol H2SO4时，转移2 mol电子，故消耗0.1 mol H2SO4时转移电子的数目为0.1NA。(3)碱性条件下电极反应式中不能出现H＋，只能出现OH－；因为电池反应最终生成了水，对KOH溶液有稀释作用，故溶液的碱性将减弱。
14.Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解质溶液是LiAlCl4－SOCl2。电池的
总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。
请回答下列问题：
(1)电池的负极材料为 ，发生的电极反应为 。
(2)电池正极发生的电极反应为
。
(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是
，
反应的化学方程式为
。
(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是
。
答案 (1)Li Li－e－===Li＋
(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
(3)出现白雾，有刺激性气味的气体生成
SOCl2＋ H2O===SO2 ↑＋ 2HCl↑
(4)构成电池的主要成分Li能和氧气、水反应，且SOCl2也与水反应
解析 分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂 ，SOCl2为氧化剂。
(1)负极材料为Li(还原剂)，发生反应：Li－e－===Li＋。
(2)正极反应式可由总反应减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。
(3)题中给出有碱液吸收时的产物，则没有碱液而用水吸收时的产物应为SO2和HCl，所以现象应该为出现白雾和有刺激性气味的气体生成。
(4)因为构成电池的主要成分Li能和氧气、水反应，且SOCl2也与水反应。
课件31张PPT。第1课时 化学能转化为电能第二章 第二节 化学能与电能学习目标定位
1.熟悉能源的分类和化学能与电能的转化关系。
2.知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，通过实验会说明原电池的原理，会判断原电池的正极、负极，会正确书写电极反应式，熟知原电池的应用。内容索引新知导学 —— 新知探究 点点落实达标检测 —— 当堂检测 巩固反馈新知导学1.化学能是能量的一种形式，你知道的化学能转化形式有哪些？一、化学能与电能的转化答案 化学能可转化成热能、光能、电能等。答案2.电能
使用电器时都需要电能。电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称电力。
3.火力发电
火力发电(火电)是通过 燃烧，使化学能转变为 ，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动发电机发电。
燃煤发电是从煤中的化学能开始的一系列能量转换过程，该过程可表示为
其中， 是使化学能转换为电能的关键。
4.化学能与电能的直接转化
化学能可通过 反应直接转化成电能。 化石燃料(如煤、石油、天然气)热能热能机械能电能燃烧(氧化还原反应)氧化还原能源常见的分类形式直接从自然界中取得的能源由一次能源经过加工、转化得到的能源1.下列叙述不正确的是
A.根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源
B.电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源
C.火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程
D.在火力发电过程中，化学能转化为热能实际上是氧化还原反应发生的
过程，伴随着能量的变化解析√答案知识拓展解析 氢气不能从自然界中直接取得，是二次能源，A正确；
电能也是二次能源，且使用方便、污染最小，B正确；
以煤为燃料，火力发电的能量转化过程：(煤)化学能 热能
机械能 电能，故C错误，D正确。知识拓展知识拓展 火力发电的优缺点
优点：(1)我国煤炭资源丰富；(2)电能清洁、安全，又快捷方便。
缺点：(1)排出大量的温室气体CO2；(2)有些废气可能导致酸雨，如SO2；(3)消耗大量的不可再生能源；(4)能量转化率低；(5)产生大量的废渣、废水。2.下列各项中，属于一次能源的是
①煤 ②石油 ③天然气 ④煤气 ⑤电力
A.①②③ B.①②④
C.②③⑤ D.③④⑤解析√答案解析 煤、石油、天然气等没有经过加工或转换而直接从自然界中取得，称为一次能源；煤气、电力、汽油、煤油、焦炭等，是在一次能源基础上经过加工转换而来的，称为二次能源。1.按要求完成下列实验，并填表：二、原电池的工作原理锌片逐渐溶解，表面有气泡；铜片表面无气泡锌片逐渐溶解，铜片表面有气泡，电流表指针发生偏转两锌片逐渐溶解且表面都有气泡，电流表指针不偏转无现象2.原电池
(1)原电池的概念是将 能转化为 能的装置；原电池的反应本质是
反应。锌与稀硫酸发生置换反应产生H2，而铜则不能锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生，导线中有电流锌与稀硫酸反应产生氢气，但导线中无电流乙醇是非电解质，与Zn、Cu都不反应氧化还原电化学(2)原电池的构成条件
理论上，自发的 反应均可构成原电池。
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。活动性不同电解质相关视频氧化还原(3)原电池的工作原理
①分析下图并填空
原电池总反应式： ； 负极正极2H++2e-=H2↑还原反应氧化反应Zn－2e-=Zn2+Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑②能量转化过程：原电池在工作时， 极失去电子，电子通过导线流向 极，溶液中氧化性物质 电子，发生 反应，这样氧化反应和还原反应不断发生，闭合回路中不断有 产生，也就形成了电流，即 能转变为 能。
(4)原电池工作原理的应用
①比较金属活动性
作负极的金属活动性 ，作正极的金属活动性 ；负正得到还原电电子流化学强弱②改变化学反应速率
如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率；
③设计原电池
如：把Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计成原电池，可用 作负极， 作正极， 作电解质溶液；
④保护金属设备
如：船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀，在船体外壳焊接上比铁活泼的金属(如Zn)，则构成以Zn、Fe为电极的原电池， 被消耗掉而 得到保护。Fe铜(或石墨)FeCl3溶液FeZn还原性较弱的金属或能导电的非金属还原性较强的金属还原反应氧化反应电子流入电子流出电流流出电流流入解析 图中A、B都只有一个电极，C中是两个活泼性相同的电极，E中酒精不是电解质溶液，H不能形成闭合回路，它们不属于原电池，属于原电池的只有D、F、G。3.在如图所示的8个装置中，属于原电池的是 。解析思维启迪答案√√√思维启迪 原电池的判定方法：一看反应原理(能否自发地进行氧化还原反应)；二看构成条件(两极一液成回路：两个活泼性不同的电极，插入电解质溶液中，装置形成闭合回路)。4.由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。
根据实验现象回答下列问题：
(1)装置甲中负极的电极反应式是 。
(2)装置乙中正极的电极反应式是 。
(3)装置丙中溶液的pH变化是 。
(4)四种金属活动性由强到弱的顺序是 。 答案解析A－2e－===A2＋Cu2＋＋2e－===Cu增大D>A>B>C解析 据装置甲知活动性：A>B，A作负极，电极反应式为A－2e－===A2＋；
据装置乙知活动性：B>C，正极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；
据装置丙知活动性：D>A，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故c(H＋)减小，pH增大。
据甲、乙、丙知活动性强弱顺序：D>A>B>C。学习小结 原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是达标检测1.化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。下列说法正确的是
A.天然气、石油、流水、风力、氢气为一次能源
B.无论是风力发电还是火力发电，都是将化学能转化为电能
C.PM2.5含有的铅、镉、铬、钒、砷等对人体有害的元素均是金属元素
D.发展低碳经济、循环经济，推广可利用太阳能、风能的城市照明系统12345答案√解析 A项，H2不是一次能源；
B项，风力发电不是将化学能转化为电能；
C项，砷不是金属元素。解析1234答案2.下列叙述正确的是
①原电池是把化学能转化成电能的一种装置
②原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应
③不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池的装置均可实现
④碳棒不能用来作原电池的正极
⑤反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，能以原电池的形式来实现
A.①⑤ B.①④⑤
C.②③④ D.②⑤√解析51234解析 ①原电池是把化学能转化为电能的一种装置，①正确；
②在发生反应时，原电池的正极要得到电子而发生还原反应，负极要失去电子而发生氧化反应，②错误；
③铜与稀硫酸不能发生反应，若用铜作负极，碳棒作正极，稀硫酸作电解质溶液，组成原电池，此反应仍然不能发生，③错误；
④因为碳棒可以用来作原电池的正极，④错误；
⑤可以用铜作负极，碳棒作正极，AgNO3溶液作电解质溶液，组成原电池，此时即可发生反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，⑤正确。A正确。512345答案3.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
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 √解析 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。解析123454.X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为
A.X>Y>Z B.X>Z>Y
C.Y>X>Z D.Y>Z>X解析 根据原电池原理，负极的金属比正极活泼，可知活泼性Y>X，根据金属活动性顺序和置换反应原理，可知活泼性X>Z，故三种金属的活泼性顺序为Y>X>Z。解析答案√5.在铜锌原电池中(如下图)，以硫酸铜为电解质溶液，锌为 极，电极上发生的是 (填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为 。
锌片上观察到的现象为 ；铜为 极，电极上发生的是 (填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式是 ；铜片上观察到的现象是 ，原电池总反应的离子方程式为 。1234负氧化答案5Zn－2e－===Zn2＋锌片溶解正解析还原Cu2＋＋2e－===Cu铜极变粗Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu12345解析 CuSO4为电解质溶液时，铜锌原电池的负极为锌，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以锌片不断溶解，正极为铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，所以铜极不断变粗，电池总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。课件29张PPT。第2课时 发展中的化学电源第二章 第二节 化学能与电能学习目标定位
1.知道干电池、充电电池、燃料电池等发展中的化学电源的特点。
2.认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。
3.能正确书写简单化学电源的电极反应式。内容索引新知导学 —— 新知探究 点点落实达标检测 —— 当堂检测 巩固反馈新知导学1.锌锰干电池
(1)结构：锌锰干电池是以锌筒为 极，石墨棒
为 极，在石墨棒周围填充糊状的MnO2和
NH4Cl作 。
(2)原理：锌锰电池是 电池，放电之后
充电，内部的氧化还原反应是 的。
负极发生的电极反应为 ，
正极发生的电极反应为2MnO2＋2NH ＋2e－===Mn2O3＋2NH3↑＋H2O。一、常见的化学电源负电解质正一次性不能不可逆Zn－2e－===Zn2＋(3)缺陷：锌锰干电池电量小，而且在放电过程中容易发生气涨或漏液，会导致电器设备的 。
改进措施：①在外壳套上防腐金属筒或塑料筒制成 电池；②将电池内的电解质NH4Cl换成湿的KOH，并在构造上进行改进，制成 性锌锰电池。腐蚀碱防漏相关视频2.充电电池
(1)充电电池又称 电池。充电电池在放电时所进行的 反应，在充电时又可以 进行， 物重新转化为 物，使充电、放电可
在一定时期内循环进行。充电电池中能量的转化关系是 。 二次氧化还原生成反应逆向(2)常见的充电电池
①铅蓄电池
常作汽车电瓶，电压稳定，使用方便安全。负极材料是 ，正极材料是
，电解质溶液是 。Pb硫酸溶液PbO2②镍镉电池
以 为负极， 为正极，以 为电解质，寿命比铅蓄电池 ，但镉是致癌物质，废弃镍镉电池如不回收，会严重污染环境。
③碱金属中的 是最轻的金属，活动性 ，是制造电池的理想物质。
电池是新一代可充电的绿色电池。 CdNiO(OH)KOH长Li极强锂离子相关视频3.燃料电池
(1)燃料电池是通过 与 分别在两个电极
上发生 反应，将 能直接转化为 能的
装置。
(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率 、
能量转化率 。与干电池或者蓄电池的主要差别在
于反应物不是储存在电池 部，而是由外设装备提
供 和 等。
(3)以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：
负极： (氧化反应)；
正极： (还原反应)；
总反应： 。 燃料气体氧气氧化还原高化学电高内燃料氧化剂2H2＋4OH－－4e－===4H2OO2＋2H2O＋4e－===4OH－2H2＋O2===2H2O化学电池的基本类型
(1)活泼金属作负极，被腐蚀或消耗，发生氧化反应，如锌锰干电池。
(2)两电极都参加反应，如铅蓄电池。
(3)两电极均为惰性电极，电极本身不发生反应，而是由引入到两极上的物质发生反应，如燃料电池。√答案1.下列电池工作时，O2在正极得电子的是2.汽车的启动电源常用铅蓄电池，其放电时的原电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断，下列叙述中正确的是
A.Pb是正极
B.PbO2得电子，被氧化
C.负极反应是Pb＋ －2e－===PbSO4
D.电池放电时，溶液的酸性增强解析√答案解析 从铅蓄电池的放电反应可以看出：放电过程中Pb失去电子变为Pb2＋，发生氧化反应，因而Pb是负极；PbO2得到电子发生还原反应，被还原；反应过程中消耗了H2SO4，使溶液的酸性减弱。1.负极反应式的书写
先判断负极材料，然后再分析其反应特点，并注意电解质溶液的成分对电极产物的影响。
(1)锌锰干电池(Zn—C—NH4Cl)的负极是___，其负极反应特点是______
_____________________________________________，负极反应式是
。
(2)铅蓄电池(Pb—PbO2—H2SO4)的负极是___，其负极反应特点是______
_____________________________________________________，负极反应式是 。 二、原电池电极反应式的书写方法Zn锌本身失去电子生成Zn2＋，Zn2＋与电解质溶液成分不反应PbPb失去Zn－2e－===Zn2＋(3)氢氧燃料电池(Pt—Pt—KOH)的负极是 ，其负极反应特点是______
____________________________________________________________________，负极反应式是 。
2.正极反应式的书写
(1)首先判断在正极发生反应的物质
①当负极材料与电解质溶液能自发地发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是_______________________；
②当负极材料与电解质溶液不能自发地发生化学反应时，在正极上发生电极反应的物质是_______________________。Pt为惰性电极，燃料氢气失去电子生成H＋，H＋与电解质溶液中的OH－反应生成H2O电解质溶液中的某种微粒溶解在电解质溶液中的O2PtH2－2e－＋2OH－===2H2O(2)然后再根据具体情况写出正极反应式，在书写时也要考虑正极反应产物是否与 反应的问题，若参与反应要书写叠加式。
(3)甲烷燃料电池用铂作电极插入KOH溶液中，其正极反应式是
；铜锌原电池(Zn－Cu－H2SO4)的正极反应式是 。电解质溶液O2＋2H2O＋4e－===4OH－2H＋＋2e－===H2↑ 书写原电池电极反应式时注意的问题
(1)正确判断原电池的负极和正极，确定两极上分别发生的具体反应。
(2)确认电极得失电子后的产物是否与电解质溶液发生反应，若能反应，则应写与电解质溶液反应后的电极反应式。
(3)在正极上，若是电解质溶液中的某种离子被还原，提供该离子的电解质无论电离难易如何，一律写离子符号(而在原电池反应中，要遵循离子方程式的书写规则，只有易溶的强电解质用离子符号表示)。3.锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是
A.Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋
B.Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋
C.MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===
D.Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋解析答案√4.燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是
A.a极是负极，该电极上发生氧化反应
B.b极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2O
C.总反应的化学方程式为2H2＋O2===2H2O
D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 解析 a极通H2为负极，电极反应式为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，发生氧化反应，A正确；
b极通O2为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B不正确；
正、负极电极反应式相加得总反应为2H2＋O2===2H2O，C正确；
氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源，D正确。解析思维启迪答案√思维启迪 从理论上讲，凡是可燃物的燃烧反应都可以设计成原电池，所以燃料电池的燃料除H2外，还可以用CH4、甲醇(CH3OH)和乙醇(C2H5OH)、肼(N2H4)等，燃料电池的正极反应物一般为氧气。电解质不同，电极反应就不同，如①氢氧燃料电池以强碱溶液为电解质，其放电原理为
负极(H2)反应式：2H2－4e－＋4OH－===4H2O(氧化反应)
正极(O2)反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－(还原反应)
电池总反应式：2H2＋O2===2H2O②氢氧燃料电池以酸性溶液为电解质，其放电原理为
负极(H2)反应式：2H2－4e－===4H＋(氧化反应)
正极(O2)反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O(还原反应)
电池总反应式：2H2＋O2===2H2O
③
④N2H4燃料电池―→ 产物是N2和H2O。 学习小结达标检测1.随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是
A.利用电池外壳的金属材料
B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C.防止电池中渗漏的电解液腐蚀其他物品
D.回收其中的石墨电极12345答案√解析 回收电池的主要目的是防止对环境的污染。解析1234答案2.下列有关电池的说法不正确的是
A.手机上用的锂离子电池属于二次电池
B.铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C.甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D.锌锰干电池中，锌电极是负极√5解析 电池中电子由负极流向正极，B项电子应从Zn电极流向Cu电极。解析12345答案3.已知空气－锌电池的电极反应为
锌片：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；
碳棒：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。据此判断，锌片是
A.正极，被还原
B.正极，被氧化
C.负极，被还原
D.负极，被氧化√123454.氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如下所示。下列有关氢氧燃料电池的说法，正确的是
A.该电池工作时电能转化为化学能
B.该电池中电极a是正极
C.外电路中电子由电极b通过导线流向电极a
D.该电池的总反应：2H2＋O2===2H2O 解析 燃料电池是将化学能转化为电能，A项不正确；
a极通入H2发生氧化反应，是电池的负极，B项不正确；
外电路中电子由负极流向正极，即由电极a通过导线流向电极b，C项不正确。解析答案√5.有人设计以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源，它依靠人体血液中一定浓度的O2和H2O进行工作。
(1)负极材料是 ，电极反应为 。
(2)正极材料是 ，电极反应为 。1234锌答案52Zn－4e－===2Zn2＋O2＋2H2O＋4e－===4OH－铂解析 以铂和锌为电极材料，植入人体做某种心脏病人的心脏起搏器的能源，正极是铂，负极是锌，电解质溶液是人体血液，工作时，负极锌被氧化，血液中的O2得到电子被还原。正极的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－；负极的反应为2Zn－4e－===2Zn2＋。解析
