化学能与电能的转化学案　

化学能与电能的转化学案

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第二单元化学能与电能的转化

第1课时原电池的工作原理

［目标要求］1.理解原电池的工作原理，能够写出电极

反应式和电池反应方程式。2.了解半反应、盐桥、内电路、

外电路等概念。3.会判断原电池的正、负极，能够利用氧化

还原反应设计简单的原电池。

一、原电池

1.原电池定义：将化学能转变为电能的装置。

2.实质：将氧化还原反应的电子转移变成电子的定向移动。

即将化学能转化成电能。

3.简单原电池的构成条件：

①活泼性不同的两个电极，②电解质溶液,③形成闭合回路,

④能自发进行的氧化还原反应。

二、原电池的工作原理

工作原理：利用氧化还原反应在不同区域内进行，以适当方

式连接起来，获得电流。

以铜锌原电池为例：

1.在ZnSo4溶液中，锌片逐渐溶解，即Zn被氧化，锌原子

失电子，形成Zn2+进入溶液，从锌片上释放的电子，经过

导线流向铜片；

cuSo4溶液中，cu2+从铜片上得电子，还原成为金属铜并

沉积在铜片上。

锌为负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-=Zn2

+;

铜为正极,发生还原反应，电极反应式为cu2++2e—二二二cu。

总反应式为Zn+cu2+二二二Zn2++cu,反应是自发进行的。

2.闭合回路的构成：

外电路：电子从负极到正极，电流从正极到负极，

内电路:溶液中的阴离子移向ZnSo4溶液，阳离子移向cuSo4

溶液。

3.盐桥

盐桥中通常装有含琼胶的kcl饱和溶液。当其存在时，随着

反应的进行，Zn棒中的Zn原子失去电子成为Zn2+进入溶

液中，使ZnSo4溶液中Zn2+过多，带正电荷。cu2+获得电

子沉积为cu,溶液中cu2+过少，So2—4过多，溶液带负电

荷。当溶液不能保持电中性时，将阻止放电作用的继续进行。

盐桥的存在就避免了这种情况的发生，其中cl一向ZnSo4溶

液迁移，k+向cuSo4溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使

溶液保持电中性，反应可以继续进行。

知识点一原电池

1.下列装置中能构成原电池产生电流的是（）

答案B

解析A、D项中电极与电解质溶液之间不发生反应，不能

构成原电池；B项符合原电池的构成条件，两电极发生的反

应分别是Zn-2e—===Zn2+,2H++2e-===H2t；c项中

酒精不是电解质，故不能构成原电池。

2.在图中的8个装置中，属于原电池的是（〉

A.①②③⑤⑧B.③④⑥⑦c.④⑤⑥⑦D.③⑤⑦

答案D

知识点二原电池的原理

3.用铜片、银片、cu（No3）2溶液、AgNo3溶液、导线和盐

桥（装有琼脂­kNo3的U型管）构成一个原电池。以下有

关该原电池的叙述正确的是（）

①在外电路中，电流由铜电极流向银电极

②正极反应为Ag++e—===Ag

③实验过程中取出盐桥，原电池仍能继续工作

④将铜片浸入AgNo3溶液中发生的化学反应与该原电池反

应相同

A.①②B.②③c.②④D.③④

答案c

解析该原电池中CU作负极，Ag作正极，负极反应式为CU

—2e—===cu2+,正极反应式为Ag++e—===Ag,因此②对;

在外电路中，电子由cu电极流向Ag电极，而电流方向与电

子流向相反，所以①错；没有盐桥，原电池不能继续工作，

所以③错；无论是否为原电池，反应实质相同，均为氧化还

原反应，所以④对。

4.下图是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

Date：

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Zn--*cuo

cu极上有H2产生。

⑤若有Imol电子流过导线，则产生H2为。

⑥正极的电子反应式为：Zn>Zn++2e—。

A.①②③B.③④⑤c.④⑤⑥D.②③④

答案B

解析本题考查了锌、铜和稀H2So4构成的原电池的基本工

作原理。Zn比cu活泼，Zn为负极，电极反应为：Zn-2e-

===Zn2+,cu为正极，电极反应为2H++2e—===H2T,每

转移Imol电子，产生，电子由Zn流出，经导线流向铜片，

溶液中H+向正极移动，So2—4向负极移动，故选B。

5.把A、B、c、D四块金属泡在稀H2so4中，用导线两两相

连可以组成各种原电池。A、B相连时，A为负极；c、D相连

时，D上有气泡逸出；A、c相连时，A极减轻；B、D相连时,

B为正极。则四种金属的活动性顺序由大到小排列为()

A.A>B>c>DB.A>c>B>De.A>c>

D>BD.B>D>c>A

答案c

解析金属组成原电池，相对活泼的金属失去电子作负极，

相对不活泼的金属作正极。负极被氧化，质量减轻，正极发

生还原反应，有物质析出，由题意得活动性A>B、A>c、

c>D>D>B,故正确答案为c。

知识点三原电池的应用

6.已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶

液：cucl2溶液、Fe2(So4)3溶液、硫酸。按要求回答下列

问题：

(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使

用。请说明原因

(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选硫酸铁溶液，外

加导线，能否构成原电池？o若能，请写出电极反

应式，负极：，正极：0(若不

能，后两空不填)

(3)设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出

装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。

答案(D二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中形成

原电池而被腐蚀

(2)能cu—2e—=—cu2+2Fe3++2e—==2Fe2+

(3)

解析(1)当cu、Al导线连接时，接触到潮湿的空气就易形

成原电池而被腐蚀。

(2)因为Fecl3能与cu发生反应:2Fecl3+cu==2能与2+

cucl2,因此根据给出的条件可以设计成原电池，其负极为

cu,反应为cu—2e—二二二cu2+,正极为石墨，电极反应式为

2Fe3++2e—==2Fe2+。

(3)因为总反应式为Fe+H2so4==FeSo4+H2t,所以负极

为Fe,正极可为cu、Ag或石墨，电解质为稀硫酸，即可画

出装置图。

7.利用反应Fe3++Zn=二=Fe2++Zn2+设计一个带盐桥的

原电池，并在下面方框内画出实验装置图，并指出正极为

,电极反应式为

__________________________________________________________________________________0

负极为，电极反应式为

________________________________________________________________________________________________________________________0

此装置中盐桥的作用为

答案Pt2Fe3++2e—==2Fe2+

ZnZn—2e一二二二Zn2+

使两个半电池连成一个通路；使两溶液保持电中性

解析根据反应Zn+2Fe3+==Zn2++2Fe2+知该反应中

的氧化反应为Zn—2e—===Zn2+,故应采用Zn片作负极，

还原反应为2Fe3++2e—==2Fe2+,故应选择比Zn不活泼

的金属或非金属石墨等作正极，根据应选择与电极材料相同

的阳离子的电解质溶液作电解液，故负极区应选含Zn2+的

盐溶液如ZnSo4溶液，正极区选含Fe3+的溶液作电解液如

Fecl3>Fe2(So4)3溶液等。

练基础落实

1.在理论上不能用于设计原电池的化学反应是()

A.H2So4(aq)+Bad2(aq)~=2Hcl(aq)+BaSo4(s)

B.2cH3oH(l)+3o2(g)-->2co2(g)+4H2o(1)AH<O

c.4Fe(oH)2(s)+2H2o(l)+o2(g)===4Fe(oH)3(s)

D.3cu(s)+8HNo3(aq)=3cu(No3)2(aq)+2No(g)+4H2o(l)

答案A

2.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，只有金属锌作为负极

c.原电池工作时，阳离子向正极方向移动

D.原电池工作时，阳离子向负极方向移动

答案c

解析在原电池中，电子从负极流向正极；原电池中活泼的

金属作负极，而不一定是Zn；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，而阴离

子向负极移动。答案为c。

3.锌银电池广泛用作各种电子仪器的电源，它的电池反应

是Zn+Ag2o+H2o===2Ag+Zn(oH)2,则负极上发生反应的物

质是()

A.AgB.Zn(oH)2c.Ag2oD.Zn

答案D

解析判断原电池的正、负极，要根据总反应式确定失电子

物质和得电子物质，然后根据在原电池中失去电子的物质作

负极作出判断。由题给总方程式得Zn+2oH--2e-

===Zn（oH）2,故Zn为负极。

4.根据反应：2Ag++cu=二=cu2++2Ag,设计如图所示原电

池，下列说法错误的是（）

A.X可以是银或石墨

B.y是硫酸铜溶液

c.电子从铜电极经外电路流向X电极

D.X极上的电极反应式为Ag++e—二二二Ag

答案B

解析根据题意，铜应为负极，X为正极，则X应为活泼性

比铜弱的金属或导电的非金属，A项正确；电解质溶液应含

Ag+,B项错；在原电池中，电子从负极经外电路流向正极,

Ag+在正极X上得电子，Ag++e一二=二Ag,故c、D项正确。

5.控制适合的条件，将反应2Fe3++2I—2Fe2++I2设计

成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是（）

A.反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应

B.反应开始时，甲中石墨电极上的Fe3+被还原

C.电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态

D.电流计读数为零后，在甲中溶入Fecl2固体，乙中的石

墨电极为负极

答案D

解析由反应2Fe3++2I—2Fe2++I2可知，反应开始时，

甲中Fe3+发生还原反应，乙中I一发生氧化反应；当电流

计读数为零时，则反应达到了平衡状态，此时在甲中溶入

Fecl2固体，平衡向逆反应方向移动，乙中12发生还原反应,

则乙中石墨电极为正极；故选D。

6.科学家正在研究高铁可充电电池，据研究人员推测，这种

电池具有容量大、放电电流大、稳定性好等优点，将有广泛

的应用前景。高铁电池放电时，锌、k2Feo4分别在两极上发

生反应，以koH溶液为电解液，电池总反应为3Zn+2k2Feo4

+8H2o===3Zn(oH)2J+2Fe(oH)3I+4koH,下列说法中错

误的是()

A.电池工作时，锌失去电子

B.电池正极的电极反应式为2Feo2—4+8H2o+6e—

==2Fe(oH)3I+10oH-

c.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

D.外电路中每通过X1023个电子，锌的质量理论上减少

答案c

练方法技巧

7.以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电

池，当导线中通过2moi电子时，下列说法正确的是（）

A.锌片溶解了Imol,铜片上析出lmolH2

B.两极上溶解和析出的物质质量相等

c.锌片溶解31g,铜片上析出lgH2

D.锌片溶解了lmol,硫酸消耗

答案A

解析在涉及原电池的有关计算中，关键是要把握住一点，

即两极得、失电子数相等。利用这一特点，我们从电极反应

看：负极：Zn—2e—===Zn2+；正极：2H++2e—===H2fo

当溶解Imol锌时失去2mol电子，铜片上析出lmol氢气也

得到2moi电子，得失电子守恒，这样即可推出A正确。

8.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.用锌片作负极，铜片作正极，在cuSo4溶液中，铜片质

量增加

c.把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁

D.把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，

气泡放出速率加快

答案c

解析铜片和铁片紧靠并浸入稀H2s。4中，铜片上的H+获

得由铁片传递过来的电子2H++2e—===H2f,所以可观察

到铜片表面出现气泡；锌片作负极，铜片作正极，发生反应:

Zn+cu2+===Zn2++cu,生成的cu在铜片上析出使其质量

增加；铜片插入Fecl3溶液,发生的反应是cu+2Fe3+===cu2

++2Fe2+,并没有单质铁的析出；向盛有锌粒和盐酸的试

管中，滴入几滴cucl2溶液，发生反应：Zn+cu2+===Zn2

++cu,置换出的cu与剩余的Zn接触，置于盐酸中，构成

了原电池，加速2H++2e—===H2T的反应，可观察到气泡

放出速率加快。

9.银器皿日久表面会逐渐变成黑色，这是由于生成硫化银,

有人设计用原电池进行“抛光”，其处理方法是：将一定浓

度的食盐溶液放入一铝制容器中，再将变黑的银器浸入溶液

中，放置一段时间后，黑色会褪去而银恢复光泽，且不会损

失，试回答：

(1)食盐的作用是

(2)在此原电池反应中，负极发生的电极反应为

正极发生的电极反应为

(3)反应过程中产生臭鸡蛋气味的气体，溶液中发生的反应

为

_________________,

原电池总反应方程式为

___________________________________________________________________0

(4)实际操作中，配制食盐水时，通常还加入一定量的小苏

打，其主要作用是

____________________,

这一反应的化学方程式是

___________________________________________________________________O

答案(1)作电解质起导电作用

(2)2Al—6e—==2A13+

3Ag2s+6e—==6Ag+3S2-

(3)2A13++3S2-+6H2o===2Al(oH)3I+3H2Sf

2A1+3Ag2S+6H2o===2Al(oH)3+3H2St+6Ag

(4)除去生成的H2S,防止污染空气

H2S+NaHco3===NaHS+H2o+co2t

解析(1)形成原电池需要电解质导电，因此Nacl是作电解

质起导电作用。

(2)根据题给信息“黑色褪去而银不会损失”，必然发生

Ag2S--*Ag变化。

铝比银活泼，为负极，失电子变成A13+,反应为：Al-3e

—===A13+。Ag2s变为Ag和S2一,得电子，是原电池的正

极，反应为：Ag2S+2e-===2Ag+S2-0

(3)溶液中

2Al3++3S2—+6H2o==2Al(oH)3I+3H2St

因此，总反应为：

2A1+3Ag2S+6H2o=6Ag+2A1(oH)3+3H2Sf

(4)硫化氢有毒，需除去，因此，NaHco3的作用是除去生成

的H2S,防止污染空气，反应为：H2S+NaHco3===NaHS+H2o

+co2fo

练综合拓展

10.依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+cu(s)===cu2+(aq)

+2Ag(s)设计的原电池如下图所示。

请回答下列问题：

(1)电极X的材料是；电解质溶液y是；

⑵银电极为电池的极，发生的电极反应为

X电极上发生的电极反应为

(3)外电路中的电子是从——电极流向——电

极。

答案(1)铜AgNo3溶液

(2)正Ag++e一二二二Agcu—2e一二二二cu2+

(3)cuAg

解析根据所给氧化还原反应的化学方程式，结合原电池反

应原理以及所给原电池装置，cu应作负极，AgNo3溶液为电

解质溶液，从而推知：

(1)X的材料为铜,y是AgNo3溶液。

(2)银为原电池的正极，发生的电极反应式为Ag++e-

===Ag。X电极上发生的电极反应式为cu—2e—===cu2+。

(3)外电路中的电子从铜(负)电极流向银(正)电极。

11.某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺

序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作电极，但甲同学

将电极放入6mol•L—l的稀H2so4中，乙同学将电极

放入6mol•L—l的NaoH溶液中,如图所示。

(1)写出甲池中发生的有关电极反应的反应式：

负极

正极

⑵写出乙池中发生的有关电极反应的反应式：

负极

正极

总反应离子方程式为

(3)如果甲与乙两位同学均认为“构成原电池的电极材料若

是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活

泼”，则甲会判断出活动性更强，而乙会判断出

活动性更强(填写元素符号)。

(4)由此实验，可得到如下哪些结论？o

A.利用原电池反应判断金属活动性顺序应注意选择合适的

介质

B.镁的金属性不一定比铝的金属性强

C.该实验说明金属活动性顺序表已过时，已没有实用价值

D.该实验说明化学研究对象复杂、反应条件多变，应具体

问题具体分析

(5)上述实验也反过来证明了“利用金属活动性顺序表直接

判断原电池中正、负极”的做法(填“可靠”或

“不可靠”)。如不可靠，则请你提出另一个判断原电池正、

负极可行的实验方案

答案(1)咽—2e—==i11g2+2H++2e—2T

(2)2Al+8oH——6e-=2Alo—2+4H2o

6H2o+6e-===6oH-+3H2t

2Al+2oH—+2H2o==2Alo—2+3H2f

(3)mgAl(4)AD

(5)不可靠将两种金属电极连上电流表而构成原电池，利

用电流表检测电流的方向，从而判断电子的流动方向，再来

确定原电池的正、负极

解析(1)甲池中电池总反应方程式为mg+H2So4="mgSo4

+H2t,mg作负极，电极反应式为mg—2e—===mg2+,Al

作正极，电极反应式为2H++2e—二二二H2t。

⑵乙池中电池总反应方程式为2A1+2NaoH+

2H2o==2NaAlo2+3H2t，负极上为Al被氧化生成A13+后

与oH—反应生成Alo—2,电极反应式为2A1—6e—|-8oH—

===2Alo—2+4H2o；正极产物为H2,电极反应式为6H2o+

6e—===6oH—+3H2f0

(3)甲池中mg为负极，Al为正极；乙池中Al为负极，mg为

正极，若根据负极材料金属比正极活泼，则甲判断mg活动

性强，乙判断A1活动性强。

(4)选AD。mg的金属活动性一定比A1强，金属活动性顺序

表是正确的，应用广泛。

(5)判断正、负极可根据回路中电流方向或电子流向等进行

判断，直接利用金属活动性顺序表判断原电池的正、负极是

不可靠的。

第2课时化学电源

［目标要求］1.了解依据原电池原理开发的技术产品

——化学电池。2.了解一次电池、二次电池、燃料电池的基

本构造、工作原理、性能和适用范围。3.正确书写原电池的

电极反应式和电池反应方程式。

一、化学电池

1.电池的分类

化学电池化学能转变为电能一次电

池：如普通锌镒干电池、碱性锌锦电池、银锌钮扣电池二

次电池：如铅蓄电池等燃料电池：如氢氧燃料电池

2.一次电池与二次电池的不同点

(1)一次电池的活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到

一定程度就不能使用了，如普通的锌镒干电池、碱性锌铳干

电池。

(2)二次电池又称充电电池或蓄电池。放电后可以再充电使

活性物质获得再生。这类电池可以多次重复使用，如铅蓄电

池等。

二、一次电池

1.锌银电池

锌银电池负极是Zn,正极是Ag2o,电解质是koH溶液，其

电极反应如下：

负极：Zn+2oH一一2e-===Zn(oH)2；

正极：Ag2o+2e—HH2o~=2Ag+2oH一；

电池总反应式：Zn+Ag2o+H2o~=Zn(oH)2+2Ag。

2.碱性锌镒电池

碱性锌锦电池的负极是Zn,正极是mno2,电解质是koH溶

液，其电极反应为：

负极：Zn—2e—卜20H—---Zn(oH)2；

正极：2nmo2+2e—I-2H2o~=2mnooH+2oH—；

电池总反应式：Zn+2mno2+2H2o=~2mnooH+Zn(oH)2。

三、燃料电池

1.概念

燃料电池是利用燃料和氧化剂之间发生的氧化还原反应，将

化学能直接转化为电能的化学电池。燃料电池的氧化剂和还

原剂不是全部储藏在电池内，而是在工作时不断从外界输

入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此，燃料电池能

连续不断地提供电能。

2.氢氧燃料电池

(D结构(如图所示)

氢氧燃料电池示意图

(2)工作原理

电解质溶液为koH溶液时：

负极石墨：2H2+4oH——4e—==4H2o正

极石墨：o2+2H2o+4e-===4oH—

电池总反应式：2H2+o2==2H2o

四、铅蓄电池

铅蓄电池是最常见的二次电池，铅蓄电池由两组栅状极板交

替排列而成，正极板上覆盖有Pbo2,负极板上覆盖有Pb,

电解质是H2So4溶液,如图所示。

铅蓄电池的构造

工作原理：负极：Pb(s)+So2—4(aq)—2e—

===PbSo4(s)(氧化反应)；正极：Pbo2(s)+So2—4(aq)+4H

+(aq)+2e—===PbSo4(s)+2H2o(1)(还原反应)；总反应：

Pb(s)+Pbo2(s)+2H2So4(aq)===2PbSo4(s)+2H2o(l)。铅

蓄电池充电的反应是上述反应的逆过程：阴极：PbSo4(s)+

2e一二二二Pb(s)+So2—4(aq)(还原反应)；阳极：PbSo4(s)+

2H2o(l)-2e-===Pbo2(s)+4H+(aq)+So2-4(用)(氧化

反应)；总反应:2PbSo4(s)+2H2o(1)===Pb(s)+Pbo2(s)+

2H2So4(aq)o

可以把上述反应写成一个可逆反应方程式：

Pb+Pbo2+2H2So42PbSo4+2H2o。

知识点一化学电池

1.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广

泛应用。碱性锌镒电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反

应式为Zn+mno2+H2o===Zno+mn(oH)2

下列说法中，错误的是()

A.电池工作时，锌失去电子

B.电池正极的电极反应式为

mno2+2H2o+2e—(oH)2+2oH—

c.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

D.外电路中每通过电子，锌的质量理论上减少

答案C

解析本题要求利用原电池的原理，分析碱性锌镒电池：锌

为负极，在反应中失去电子，故A正确；电池工作时，电流

由正极通过外电路流向负极，而电子定向移动方向与电流方

向相反，故c错误；由电子守恒知D项正确；由该电池反应

的总反应式和原电池的原理写出正极反应式知B正确。

2.最近，科学家研制出一种纸质电池，这种“软电池”采

用薄层纸片作为载体和传导体，在一边附着锌，在另一边附

着二氧化镐。电池总反应为Zn+2mno2+H2o===Zno+

2mnooHo下列说法不正确的是（）

A.该电池Zn为负极，mno2为正极

B.该电池的正极反应为

mno2+e—I-H2o~=mnooH+oH—

c.导电时外电路电子由Zn流向nmo2,内电路电子由nmo2

流向Zn

D.电池工作时水分子和oH—都能通过薄层纸片

答案c

解析原电池反应中Zn失电子、mno2得电子，因此该电池

负极为Zn,正极为mno2。由电池总反应式减去负极反应式:

Zn—2e—F2oH—=~Zno+H2o即得正极反应式：mno2+e—

+H2o二二二mnooH+oH—。电子只能由Zn经外电路流向mno2,

而不能通过内电路。

知识点二二次电池

3.生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锦合金棚架上均匀

涂上膏状的PbSo4,干燥后再安装，充电后即可使用，发生

的反应是2PbSo4+2H2oPbo2+Pb+2H2So4下列对铅蓄电池

的说法错误的是()

A.需要定期补充硫酸

B.工作时铅是负极，Pbo2是正极

c.工作时负极上发生的反应是Pb-2e--FSo2-4二二二PbSo4

D.工作时电解质的密度减小

答案A

解析铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb是负极，Pbo2是

正极，负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2+,Pb2+与

溶液中的So2-4生成PbSo4沉淀，放电时消耗的硫酸与充

电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSo4的量是一定的,

制成膏状，干燥后再安装，说明H2s。4不用补充；放电时，

H2s。4被消耗，溶液中的H2so4的物质的量浓度减小，所以

溶液的密度也随之减小。

4.某新型可充电电池，能长时间保持稳定的放电电压。该

电池的总反应式为3Zn+2k2Feo4+8H2o3Zn(oH)2+

2Fe(oH)3+4koH,以下说法不正确的是()

A.放电时负极反应式为Zn-2e-+2oH-===Zn(oH)2

B.放电时正极反应式为Feo2—4+4H2o+3e—==Fe(oH)3

+5oH一

c.放电时每转移3mol电子，正极有lmolk2Feo4被氧化

D.充电时阳极附近的溶液的碱性减弱

答案c

解析选项A,放电时，在碱性条件下，Zn失去电子为电池

的负极：Zn—2e—~F2oH—===Zn（oH）2；选项B,根据放电时

总电池反应式减去负极反应式（电子数需相等）可得放电时

正极反应式为Feo2—4+4H2o+3e—===Fe（oH）3+5oH—；选

项c,放电时，k2Feo4被还原；选项D,充电是放电的逆向

反应，所以充电时，阳极消耗。H—,导致阳极附近的溶液的

碱性减弱。

知识点三燃料电池

5.固体氧化物燃料电池是以固体氧化错一氧化钮为电解质，

这种固体电解质在高温下允许氧离子（。2一）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o2参加反应的a极为电池的负极

B.b极的电极反应式为H2—2e—+o2一二二二H2o

c.a极对应的电极反应式为o2+2H2o+4e—==4oH—

D.该电池的总反应式为2H2+o2===高温2H2o

答案D

解析因为电子从b电极流向a电极，所以b电极为负极，

H2在该极发生氧化反应；a电极为正极，o2在该极发生还原

反应。由此推断该原电池的负极反应式为H2—2e—===2H+,

正极电极反应式为12o2+2e—===o2—,则电池总反应式为

2H2+。2===高温2H2oo

6.一种新型燃料电池，它以多孔银板为电极插入koH溶液

中，然后分别向两极通入乙烷和氧气，则有关此电池推断正

确的是（）

A.通入乙烷的电极为正极

B.参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比为7:2

c.放电一段时间后，koH的物质的量浓度减少

D.负极反应式为c2H6+6H2o-14e-===2co2-3+18H+

答案c

解析乙烷燃烧的化学方程式为2c2H6+7o2—->4co2+

6H2o,在该反应中氧气得电子，乙烷失电子，因此通入氧气

的电极为正极，而通入乙烷的电极为负极，故A答案错误；

反应中参加反应的乙烷与氧气的物质的量之比应为2：7,故

B答案错误；考虑到该电池是以koH为电解质溶液的，生成

的co2会和koH反应转化成k2c。3,反应中消耗koH,koH的

物质的量浓度减少，故c答案正确；由于该电池是以koH溶

液为电解液的，D答案中负极生成的H+显然在溶液中是不

能存在的，故D答案错误。考虑到电解质溶液的影响，此时

该电池的总反应式应为2c2H6+8koH+7o2—->4k2co3+

10H2o,正极反应式为14H2o+7o2+28e—===28oH一（正极氧

气得电子，理论上形成。2一,但该粒子在水中不稳定，必须

以oH一形式存在），负极反应式可用总反应式减去正极反应

式得到：2c2H6+36oH——28e-===4co2—3+24H2o。

练基础落实

1.电池是人类生产和生活中的重要能量来源，各式各样电

池的发明是化学对人类的一项重大贡献。下列有关电池的叙

述正确的是（）

A.锌镒干电池工作一段时间后碳棒变细

B.氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能

c.氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化

D.太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅

答案c

解析因为锌镒干电池中锌棒为负极，锌棒变细，碳棒不变,

故A错；原电池是将化学能直接转变为电能，所以B错；氢

氧燃料电池负极反应为H2—2e—二=2H+,所以c正确；太

阳能电池采用硅材料制作，故D错。

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.锌镒干电池中，锌电极是负极

答案B

解析锂离子电池可以充电后再次使用，属于二次电池，A

项正确；铜锌原电池中铜为正极，故外电路中电流为铜流向

锌，而电子是由锌流向铜，B项错误；电池的实质是把化学

能转化成电能，c项正确；Zn失去电子生成Zn2+,故作为

负极，D项正确。

3.氢氧燃料电池用于航天飞机，电极反应产生的水经冷凝后

可作为航天员的饮用水，其电极反应式如下：

负极：2H2+4oH---4e----4H2o

正极：o2+2H2o+4e——=4oH—

当得到饮用水时，电池内转移的电子数约为()

A...lOOmolD.200mol

答案D

解析n(H2o)=X103gl8g•mol-l=100mol

即每生成lmolH2o则转移2mole-,当生成100molH2o

时,转移200mole-。

4.蓄电池在放电时起原电池的作用，在充电时起电解池的

作用。下面是爱迪生蓄电池分别在充电和放电时发生的反

应：

Fe+Nio2+2H2oFe(oH)2+Ni(oH)2

下列有关爱迪生蓄电池的推断错误的是()

A.放电时，Fe是负极，Nio2是正极

B.蓄电池的电极可以浸入某种酸性电解质溶液中

c.放电时，负极上的电极反应为Fe+20H2e—

===Fe(oH)2

D.放电时，电解质溶液中的阴离子向负极方向移动

答案B

5.如图是甲醇燃料电池的结构示意图。甲醇在催化剂作用

下提供质子(H+)和电子，电子经外电路、质子经内电路到

达另一极与氧气反应，电池总反应式为2cH3oH+3o2===2co2

+4H2oo下列说法正确的是()

A.左电极为电池的正极，a处通入的物质是甲醇

B.右电极为电池的负极，b处通入的物质是空气

c.负极反应式为cH3oH+H2o—6e——-co2f+6H+

D.正极反应式o2+2H2o+4e—===4oH—

答案c

解析据图知，在左电极有电子流出，应为电池的负极，被

氧化的物质是甲醇，在酸性电解液中产生co2,故A错误，c

正确；右电极有电子流入，应为电池的正极，B错误；由于

氢离子通过质子交换膜进入正极区，所以正极反应式得到oH

一是错误的。

6.LiFePo4电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点,

可用于电动汽车。电池反应为FePo4+LiLiFePo4,电池的正

极材料是LiFePo4,负极材料是石墨，含Li+导电固体为电

解质。下列有关LiFePo4电池说法正确的是()

A.可加入硫酸以提高电解质的导电性

B.放电时电池内部Li+向负极移动

c.充电过程中，电池正极材料的质量增加

D.放电时电池正极反应为：FePo4+Li++e一二二二LiFePo4

答案D

解析由于Li能和稀H2So4.H2o反应，因此电解质不能用

硫酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，阴离子向着负

极移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程，电

解池的阳极失电子，即LiFePo4—e一二二二Li++FePo4,因此

阳极材料(LiFePo4)质量会减少；将电解池阳极反应倒过来

就是原电池的正极反应。综合上述分析可知D正确。

练方法技巧

7.在下图装置中，通电后可观察到cu极溶解，则下列说法

中不正确的是()

A.直流电源中，A是正极

B.两池内cuSo4溶液浓度均不改变

c.两铁极上最初析出物相同

池内溶液的质量逐渐减小

答案B

解析由于Li能和稀H2s。4、H2o反应，因此电解质不能用硫

酸；放电过程为原电池原理，在原电池中，阴离子向着负极

移动，阳离子向着正极移动；充电过程是电解的过程，电解

池的阳极失电子，即LiFePo4-e-二二=Li++FePo4,因此阳极材

料（LiFePo4）质量会减少；将电解池阳极反应倒过来就是

原电池的正极反应。综合上述分析可知D正确。

8.乙醇燃料电池中采用磺酸类质子溶剂，在200C左右时

供电，电池总反应式为c2H5oH+3o2===2co2+3H2o,电池示

意图，下列说法中正确的是（）

A.电池工作时，质子向电池的负极迁移

B.电池工作时，电流由b极沿导线流向a极

c.a极上发生的电极反应是c2H5oH+3H2o+12e-===2co2

+12H+

D.b极上发生的电极反应是2H2o+o2+4e—===4oH—

答案B

解析通入乙醇的一极（a极）为负极，发生氧化反应；通入

氧气的一极（b极）为正极，发生还原反应。电池工作时，阳

离子（质子）向电池的正极迁移，A项不正确；电流方向与电

子流向相反，电流由b极沿导线流向a极，B项正确；a极

上乙醇应该失电子被氧化，所以c项不正确；因为电池中使

用的是磺酸类质子溶剂，所以电极反应式中不能出现oH一,

D项不正确。

练综合拓展

9.科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电力的重要途径,

美国已计划将甲醇燃料电池用于军事。一种甲醇燃料电池是

采用铝或碳化鸨作为电极催化剂，在稀硫酸电解质中直接加

入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题:

（D这种电池放电时发生的化学反应方程式：

（2）此电池的正极发生的电极反应:

负极发生的电极反应:

(3)电解液中H+向极移动，向外电路释放电子的

电极是o

⑷使用该燃料电池的另一个好处是

答案(1)2cH3oH+3o2==2co2+4H2o

(2)3o2+12H++12e—===6H2o

2cH3oH+2H2o—12e—=2co2+12H+

(3)正负极(4)对环境无污染

解析(1)燃料电池的电池反应为燃料的氧化反应，在酸性

条件下生成的co2不与H2So4反应，故电池总反应式为

2cH3oH+3o2==2co2+4H2o。

(2)电池的正极o2得电子，由于是酸性环境，所以会生成

H2o,用电池总反应式减去正极反应式即可得出负极的电极

反应式。

(3)H+移向正极，在正极生成水。

(4)产物是co2和H2o,不会对环境造成污染。

10.氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下

图为电池示意图，该电池电极表面镀了一层细小的伯粉，伯

吸附气体的能力强，性质稳定。请回答：

(1)

氢氧燃料电池的能量转化主要形式是，

在导线中电子流动方向为(用a、b表示)。

(2)负极反应式为

⑶电极表面镀伯粉的原因为

(4)该电池工作时，H2和。2连续由外部供给，电池可连续

不断地提供电能。因此，大量安全储氢是关键技术之一。

金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：

I.2Li+H2=====A2LiH

H.LiH+H2o==LioH+H2f

①反应I中的还原剂是,反应H中的氧化剂是

_________________________O

②已知LiH固体密度为•cm—3,用锂吸收224L(标准

状况)H2,生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为o

③由②生成的LiH与H2o作用，放出的H2用作电池燃料，

若能量转化率为80%,则导线中通过电子的物质的量为

_______molo

答案(1)化学能转变为电能a到b(2)2H2+4oH——4e

—===4H2o或H2+2oH——2e—===2H2o(3)增大电极单位

面积吸附H2、。2的分子数，加快电极反应速率

(4)①LiH2o②1/1148或义10—4③32

解析(1)电池是把化学能转变为电能的装置；在电池中，

电子从负极经导线流向正极，而氢氧燃料电池中通入H2的

一极是负极，故电子由a流动到b。

(2)H2在负极失电子，因为电解质溶液是koH溶液，故负极

反应式为2H2+4oH——4e—===4H2o。

(3)电极表面镀伯粉可以增大电极单位面积吸附H2、o2的分

子数，从而增大反应速率。

(4)LiH中Li为+1价，H为一1价，故反应I中还原剂是

Li,反应H中氧化剂是H2oo由反应I可知吸收标准状况下

224LH2时生成160gLiH,则生成的LiH的体积是•cm

-3,则生成的LiH的体积与被吸收的H2的体积之比为

X224X103=11148o由②生成的20molLiH与H2o反应，由

反应II可知生成20molH2,H2〜2e一,能量转化率为80%,

则通过的电子的物质的量为20molX2X80%=321noi。

11.由于Fe(oH)2极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐溶

液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(oH)2沉淀，应用右图电解

实验可以制得白色的纯净的Fe(oH)2沉淀，两电极材料分别

为石墨和铁。

(Da电极材料应为，电极反应式为。

(2)电解液d可以是(填编号)。

A.纯水溶液溶液

(3)c为苯，其作用是，在加入苯之前对d应作何简单处理。

(4)为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是(填

编号)。

A.改用稀硫酸作电解液B.适当增大电源电压

c.适当减小两电极间的距离D.适当降低电解液的温度

(5)若d中用Na2s。4溶液,当电解一段时间看到白色Fe(oH)2

沉淀后，再反接电源电

解，除了电极上看到气泡外，混合物中另一明显现象为。

答案(1)铁Fe-2e-==Fe2+(2)Be

(3)液封,防止Fe(oH)2被氧化加热煮沸

(4)Be

(5)白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色

解析(1)a极应该用铁，电极反应：Fe-2e-二二二Fe2+;在

反应中提供Fe2+O

(2)要生成Fe(oH)2,必须使溶液显碱性，可以通过电解使

溶液显碱性，所以可以选用Nacl溶液，也可直接选用NaoH

作电解液。

(3)在液体表面加一层苯的目的是起液封的作用，防止生

成的Fe(oH)2被氧化；而在加入苯之前，应该对溶液d进行

加热煮沸，赶出其中溶解的空气。

(4)为了加快反应速率，可以增大电源电压和适当减小两

极间的距离，即B、c项措施。

(5)若用Na2s。4溶液，则会产生氧气，将生成的Fe(oH)2

氧化，会看到白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。

第3课时电解池的工作原理

［目标要求］1.理解电解原理，初步掌握一般电解反应

产物的判断方法。2.掌握电解电极反应方程式的书写。3.了

解电解反应的一般规律。

一、电解

1.概念

使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的

过程。

2.特点

(1)电解是最强有力的氧化还原手段，是不可逆(填“可逆”

或“不可逆”)的。

(2)电解质溶液的导电过程，就是电解质溶液的电解过程。

二、电解池

1.定义

把电能转化成化学能的装置。

2.形成条件

(1)直流电源；

(2)两个电极：与电源正极相连的一极是阳极；与电源负极

相连的一极是阴极；

(3)电解质溶液或熔融电解质；

(4)形成闭合回路。

3.装置及电极反应

以电解cucl2溶液为例

(1)装置

(2)电极反应

阴极cu2++2e—二二二cu发生还原反应

阳极2cl---2e-=~cl2发生氧化反应

总反应cue12二二二二二电解cu+cl2f

4.电子流向和离子流向

(1)电子流向

电源负极-->电解池阴极

电解池阳极一->电源正极

(2)离子流向

阳离子一->电解池阴极

阴离子一->电解池阳极

5.电解熔融Nacl时的电极反应式为

阳极：2d2e—==cl2t（氧化反应）;

阴极：2Na++2e—==2Na（还原反应）。

知识点一电解池

1.下列有关电解池的说法正确的是（）

A.在电解池中与外接电源负极相连的电极是阳极

B.无论电解何种物质，阳极上失电子数都与阴极上得电子

数相等

c.电解氯化铜溶液时，在阴极上有气体生成

D.电解Nacl、cucl2两种溶液，参加反应的物质是相同的

答案B

解析与负极相连的是阴极。电解氯化铜时，阳极上有氯气

生成，阴极上有铜析出；电解Nacl溶液时，水参加了反应,

而电解cue12溶液时，水没有参加反应。

2.学生欲完成反应cu+H2so4二二二cuSo4+H2t而设计了下

列四个实验，你认为可行的是（）

答案c

知识点二电解原理

3.

上图是电解cucl2溶液的装置，两个电极是石墨电极，则下

列有关判断正确的是（）

A.a为负极、b为正极B.a为阳极、b为阴极

c.电解过程中，cl-浓度不变D.电解过程中，d电极质量

增加

答案D

解析电流的方向是从正极到负极，根据图中电流方向，可

知a为电源的正极，b为电源的负极，所以A项错误；在电

解池中c、d才称为阳、阴极，所以B项错误；在电解过程

中，阳极：2cl--2e—===cl2t,阴极：cu2++2e—=—cu,

所以溶液中的cl—浓度减小，c项错误；c与电源正极相接

是阳极，d与电源的负极相接是阴极，所以c电极上析出氯

气，d电极上析出金属铜，质量增加，所以D项正确。

是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取cu2o的

电解池示意图如图所示，电解总反应为2cu+H2ocu2o+

H2t。下列说法正确的是（）

A.石墨电极上产生氢气

B.铜电极发生还原反应

c.铜电极接直流电源的负极

D.当有电子转移时，有生成

答案A

解析由电解总反应可知，CU参加了反应，所以CU作电解

池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，阴极

上是溶液中的H+放电，电极反应为2H++2e—===H2t,A

选项正确；阴极与电源的正极相连，c选项错误；阳极反应

为2cu+20H——2e-===cu2o+H2o,当有电子转移时，有生

成，D选项错误。

5.如图为直流电源电解稀Na2so4水溶液的装置。通电后在

石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象

中正确的是()

A.逸出气体的体积，a电极的小于b电极的

B.一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体

c.a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色

D.a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色

答案D

解析Na2so4二二=2Na++So2—4,H2oH++oH-,So2

-4和oH一移向b电极，Na+和H+移向a电极，在b电极

上：4oH--4e—=~2H2o+o2f,在a电极上：2H++2e—

二二二H2f,所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两

种气体均为无色无味的气体；由于a电极上H+放电，所以

a电极附近的c(oH—)>c(H+),滴加石蕊溶液，a电极附

近呈蓝色，同理b电极附近呈红色。

知识点三电解规律应用

6.用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某

种纯净物（方括号内的物质），能使溶液恢复到原来的成分和

浓度的是（）

A.AgNo3[AgNo3]B.NaoH[H2o]

c.kcl[kcl]D.cuSo4[cu（oH）2]

答案B

解析A项：4AgNo3+2H2o===电解4Ag+o2f+4HNo3

脱离反应体系的物质是4Ag+o2,相当于2Ag2o,所以应当

加入适量Ag2o才能复原。（加入AgNo3,会使No—3的量增

加）；B项：2H2o===电解2H2f+o2f脱离反应体系的

是2H2+o2,相当于2H2o,加入适量水可以复原。c项：2kcl

+2H2o===电解2koH+H2t+cl2f脱离反应体系的是

H2+cl2,相当于2HcL应通入适量Hcl气体才能复原。（加

入盐酸时，同时也增加了水）D项：2cuSo4+2H2o===电

解2H2So4+2cu+o2f脱离反应体系的是2cu+o2,相当

于2cuo,加入适量cuo可以复原。

7.用铝作电极电解某种溶液，通电一段时间后，溶液的pH

变小，并且在阳极得到气体，阴极得到气体（两种气体均在

相同条件下测定）。由此可知溶液可能是（）

A.稀盐酸B.kNo3溶液c.cuSo4溶液D.稀硫酸

答案D

解析阳极与阴极产生的气体体积比为=12,相当于电解

水，pH变小说明电解了含氧酸。

练基础落实

1.如图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现，a极

板质量增加，b极板处有无色无味气体放出，符合这一情况

的是（）

a极板b极板x电极z溶液

A锌石墨负极cuSo4

B石墨石墨负极NaoH

c银铁正极AgNo3

D铜石墨负极cucl2

答案A

2.在水中加等物质的量的Ag+、Pb2+、Na+、So2-4、

No—3、cl-,该溶液放在用惰性电极作电极的电解槽中，

通电片刻，则氧化产物与还原产物质量比为（）

A.:108B.16：207c.8：ID.108：

答案c

解析溶液中的六种离子，有四种发生反应生成沉淀，Ag

++cl-=AgclI、Pb2++So2—4==PbSo4I，最后溶液

就成了NaNo3溶液；而电解NaNo3溶液，实质上就是电解水,

电解方程式为2H2o=====电解2H2f+o2fo氧化产物和还

原产物的质量之比为m(o2)：m(H2)=

(lmolX32g•mol-l):(2molX2g•mol-1)=

8*1,即c项正确。

3.在100mLH2So4和cuSo4的混合液中，用石墨作电极电解,

两极上均收集到气体(标准状况下)，则原混合液中，cu2+

的物质的量浓度为()

A.lmol•L-lB.2mol•L-lc.3mol•L

-ID.4mol•L-l

答案A

解析两极均收集到气体时，阴极是cu2+放电后，H+又

放电生成氢气；阳极是oH一放电生成氧气。n(H2)=n(o2)

=/•mol—1=,由电子守恒得n(cu2+)X2+

n(H2)X2=n(o2)X4,即:c(cu2+)XX2+X2=X4,解

得：c(cu2+)=lmol•L-l,本题考查在阳离子阴极

的放电顺序，cu2+>H+o

4.用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间

后，向所得的溶液中加入(oH)2后恰好恢复到电解前的浓度

和pH。则电解过程中转移的电子的物质的量为()

A....

答案D

解析由电解cuSo4溶液的反应的化学方程式2cuSo4+

2H2o=====电解2cu+o2f+2H2So4知，电解过程中只析出

cu和放出。2,故电解后加入cuo就可以复原。但本题提示

加入(oH)2可以复原，说明电解过程中不仅有cuSo4被电解,

还有H2o被电解。(oH)2相当于和，由电子守恒〜〜一，~〜

一,共计一。

练方法技巧

5.在25c时，将铜电极插入一定量的饱和硫酸钠溶液中进

行电解，通电一段时间后，阴极逸出amol气体，同时有

bgNa2so4•10H2o晶体析出。若温度不变，剩余溶液中

溶质的质量分数是()

+18aX100%+36aX100%

b+36aX100%b+

18aX100%

答案c

解析用铜作电极时，阳极上铜失去电子被氧化，电极反应

为cu—2e—二二二cu2+；阴极上生成H2,电极反应为2H++

2e一二二二H2f,阴极区产生的oH—与阳极区产生的cu2+结

合生成cu(oH)2沉淀。总反应为cu+2H2o===通电cu(oH)2

+H2f,即阴极每生成amolH2,就有2amol水被电解，发生

电解的水与析出的Na2So4•10H2o晶体可以组成该温

度下的饱和溶液。该饱和溶液的质量为bg+

2amolX18g•mol-1=(b+36a)g,溶质的质量为

142322Xbgo故w(Na2So4)=142b322b+36aX100%=

71bl61b+36aX100%o

6.铅蓄