高中化学必修222化学能与电能人教版

第二章第二节化学能与电能

【学习目标】

1.掌握原电池的工作原理、能写出电极反应和电池反应方程式。

2.了解常见化学电源的种类及工作原理。

【学习重点】原电池的工作原理。

【学习难点】原电池的工作原理。

【预备知识】

1.在化学反应中，物质中化学能的变化通常表现为的变化，即转化为。

2.金属活动性顺序表________________________________________________

3.在氧化还原反应中：氧化剂电子，发生______反应，还原剂电子，发生________反应，

氧化还原反应本质。

【自主学习】

1.直接从自然界取得的能源称为,如、、、、、等。

经过加工、转换得到的能源称为如、等。

2.化学能与电能的相互转化

⑴间接转化

我国发电总量构成上，火力发电居首位。燃煤发电过程中的能量转化过程为化学能斗________能与

能发电机4能。

⑵直接转化——原麻口

原电池是将能转化为能的装置。在原电池中氧化反应和还原反应分别在两个不同的区

域进行，使其间电子发生转移，在闭合回路下形成电流，可见原电池反应的本质是氧化还原反应。

一、原电池及其工作原理［Cu-Zn原电池实验探究］实验2—4

现象

铜片插入稀硫酸铜片表面__________

锌片插入稀硫酸锌片表面__________

铜片和锌片连接在一起插入稀硫酸铜片表面__________锌片表面__________

铜片和锌片之间连一电流表铜片表面_____锌片表面_____电流表指针______

以Cu-Zn原电池为例，分析原电池的工作原理:

电极电极材料电极反应电极现象反应类型电子流向电流方向离子移动

负极

正极

1.原电池是把转变为的装置。

2.组成原电池的条件：

［思考］⑴以下装置不能形成原电池的是

⑵在铜、锌和稀硫酸构成的原电池中，溶液的PH值如何变化？硫酸根离子的浓度呢？

3.原电池的电极判断

⑴负极总是电子，化合价,发生_____反应；

正极总是电子，化合价,发生_____反应。

⑵电子流出的一极是，电子流入的一极是;

⑶一般活泼的金属为，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为。

4.化学电池的反应本质：___________________________________________________________

［课堂练习］

1.分别指出Mg-AI-NaOH溶液、Fe-Cu-浓硫酸组成的原电池中的正负极。

2.写出FeCb溶液腐蚀电路板的离子方程式，若将该离子方程式用于设计成原电池，请画出原电池的装置图,

标出正负极，并写出电极反应式。

【概括・整合】

一电子，沿导线传递，有产生,

.反应

【基础达标】

1.对于原电池的电极名称叙述有错误的是（）

A.发生氧化反应的为负极B.正极为电子流入的一极

C.比较不活泼的金属为负极D.电流的方向由正极到负极

2.下面是四个化学反应，你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是（）

A.Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgB.Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O

C.Zn+CuSO4==Cu+ZnSO4D.C+CO2==2C0

3.茫茫黑夜中，航标灯为航海员指明了方向。航标灯的电源必须长效、稳定。我国科技工作者研制

出以铝合金、PtFe合金网为电极材料的海水电池。在这种电池中（）

①铝合金是正极②铝合金是负极③海水是电解液④铝合金电极发生还原反应

A.②③B.②④C.①②D.①④

4.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（）

5.如图所示，两电极一为碳棒，一为铁片，若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则

以下叙述正确的是（）

arCHh

A.a为负极，是铁片,烧杯中的溶液为硫酸

B.b为负极，是铁片,烧杯中的溶液为硫酸铜溶液

C.a为正极，是碳棒,烧杯中的溶液为硫酸

D.b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液

【练方法技巧1--原电池正、负极及电极反应的判断

6.锲镉（NiCd）可充电电池在现代生活中有广泛应用，它的充放电反应按下式进行:

Cd(OH)+2Ni(OH)^^由此可知，该电池放电时的负极材料是（

22Cd+2NiO(OH)+2H2O)

放电

A.Cd(OH)2B.Ni(OH)2C.CdD.NiO(OH)

7.据报道，美国正在研究用锌电池取代目前广泛使用的铅蓄电池，锌电池具有容量大、污染少等优

点，其电池反应为2Zn+O2==2ZnO,其原料为锌粉、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B.负极反应为Zn—2e==ZM+

C.正极发生氧化反应D.电解液是酸溶液

【拓展提升】

8.有甲、乙两位学生均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均使用镁片与铝片作电极，

里甲同学将电极放入6mol-L-H2sO4溶液中，一乙同学将电极放入6mol•的NaOH溶液中，如下图所

Zj\o

⑴写出甲池中正极的电极反应式：正极：O

(2)写出乙池中负极的电极反应式和总反应的离子方程式：

负极：。

总反应的离子方程式：o

(3)如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，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，可得到如下哪些正确结论？()

A.利用原电池反应判断金属活动顺序时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、反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析

(5)上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动顺序表判断原电池中的正负极”这种做法(可

靠或不可靠)。如不可靠，请你提出另一个判断原电池正负极的可行实验方案

_____________________________________________________________(如可靠，此空可不填)。

第二章第二节化学能与电能(2)

【学习目标】

1.了解生活中常用的化学电源和新型化学电池；

2.引导学生从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质以及这种转化的综合利用价值

3.感悟研制新型电池的重要性以及化学电源可能会引起的环境问题，初步形成较为客观.正确的能源观。

【学习重点】通过对常用化学电源和新型化学电池原理的了解，进一步巩固原电池原理。

【学习难点】通过对常用化学电源和新型化学电池原理的了解，进一步巩固原电池原理。

【自主学习】

1.锌锦干电池(一次性电池)

⑴普通锌铳电池

负极材料是：___________正极材料是：电解质是

正极反应：_______________________________________

负极反应：_______________________________________

总反应：_______________________________________

(2)碱性锌铳干电池

负极材料是：正极材料是：电解质是

正极反应：_______________________________________

负极反应：_______________________________________

总反应：_______________________________________

2.充电电池(二次性电池)

⑴铅蓄电池

负极材料是：________正极材料是：电解质是

正极反应：_______________________________________

负极反应:____________________________________________

总反应：____________________________________________

充电时：

阳极反应：____________________________________________

阴极反应：____________________________________________

总反应：____________________________________________

（2）镉银电池

负极材料是：正极材料是：电解质是

优点:缺点：

（3）锂电池

锂亚硫酰氯电池（Li-SOCk）：8Li+3soel2=6LiCI+U2so3+2S

负极：；正极：。

3.氢-氧燃料电池

①燃料电池：是将燃料和氧化剂反应所放出的化学能直接转化为电能的装置。

②燃料电池是一种高效、友好的发电装置。

③燃料电池的电极本身不参加氧化还原反应，起着反应器的作用。

负极通入正极通入

正极反应：________________________________________________________________________________________

负极反应：________________________________________________________________________________________

总反应：________________________________________________________________________________________

甲烷燃料电池：

正极反应：________________________________________________________________________________________

负极反应：________________________________________________________________________________________

总反应：________________________________________________________________________________________

甲醇燃料电池：

正极反应：________________________________________________________________________________________

负极反应：________________________________________________________________________________________

总反应：________________________________________________________________________________________

【基础达标】

1.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.锌铺干电池中，锌电极是负极

2.日常所用干电池的电极分别为石墨棒（上面有铜帽）和锌皮，以糊状NH4cl和ZnCb作电解质（其中加入

MnC>2吸收出），电极反应式可简化为：Zn-2e-Zn2',2NH；+2屋=21\1&t+H2t（NH3与ZM+能生成一种

稳定的物质）。根据上述判断，下列结论正确的是（）

①锌为正极，石墨为负极②锌为负极，石墨为正极

③工作时，电子由石墨极经过外电路流向锌极

④长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器

A.①③B.②③C.③④D.②④

3.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+4OK—4/=2七0

C.总反应方程式为2H2+。2=2或。

D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源

KOH溶液

4.铅蓄电池的两极分别为Pb、PbO2,电解质溶液为硫酸，工作时反应为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4

+2出0下列结论正确的是（）

A.Pb为正极被氧化B.SO1只向PbCh极移动

C.电解质溶液密度不断减小D.溶液的pH值不断减小

5.根据反应：2Ag++Cu=Cu2++2Ag,设计如右图所示原电池，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-=Ag

6.下图是一种航天器能量储存系统原理示意图。下列说法正确的是（）

A.该系统中只存在3种形式的能量转化

B.装置Y中负极的电极反应式为O2+2H2O+4e==4OH

C.装置X能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生

D.装置X、Y形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化

【练方法技巧1--化学电源中的计算技巧

7.以锌片和铜片为两极、稀硫酸为电解液组成原电池,当导线中通过2mol电子时，下列说法正确的是（）

A.锌片溶解了1mol,铜片上析出1mol氢气B.两极上溶解和析出的物质的质量相等

C.锌片溶解了1g,铜片上析出1g氢气D.电解质溶液pH不变

8.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。锌锦碱性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=Mn（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0.2mol电子，锌的质量理论上减少6.5g

【拓展提升】

9.利用生活中或实验中常见的物品，根据氧化还原反应知识和电化学知识，自己动手设计一个原电池。

请填写下列空白：

+2+

⑴实验原理：Fe+2H=Fe+H2t（＞

⑵实验原理：电极（_____、_______卜________、________、稀硫酸、耳机（或者电流计）。/

（请在空格中填写所缺的实验用品）r~i0三

⑶实验装置（如右图）。LUJLJJi

⑷原电池设计及注意的问题：二二：二

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，可些型稀硫酸

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

，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计，则铁钉应该接电流计的极，电极反应是,

发生了反应。

10.人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学技术发展中，电池

发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、空间电视转播站、飞机、轮船、电脑、收音机、照

相机、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污

染。请根据题中提供的信息，回答下列问题：

⑴电子表和电子计算器中所用的是纽扣式微型银锌电池“其电极分别为Ag2O和Zn,电解质为KOH溶液，

工作时电池总反应为Ag20+Zn+H20H2Ag+Zn（OH）2。

①工作时电流从极流向极（填“Ag2。”或“Zn”）。

②电极反应式：正极,

负极：«

③工作时电池正极区的pH（填“增大”、“减小”或“不变”）。

⑵・氢银电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉银电池。氢银电池的总反应式

放申、

1---------

是］H2+NiO(OH)充电Ni(OH)2o电池放电时，负极是，负极的电极反应式为，正

极的电极反应式为，正极附近溶液的pH如何变化？。

【参考答案】

1.C［原电池中相对活泼的金属为负极，不活泼的为正极，C项错误；负极发生氧化反应，正极发生

还原反应，A项正确；原电池工作时，外电路中电子由负极流出，由正极流入，电流方向与电子流动方向

相反，B、D项正确。］

2.D［D是吸热的氧化还原反应，反应过程中吸收能量，不能设计为原电池。］

3.A［分析航标灯的电源结构，活泼金属铝合金作负极，相对不活泼金属PtFe合金作正极，电解液

是海水；铝合金作负极发生的是氧化反应，故①④.错误，②③正确。］

4.A［由题给装置图知，A、B、C形成原电池，由于金属活动顺序表中Cu、Ag排在H的后面，而Zn

排。在H的前面，故A中有气体产生。］

5.C［Fe、C形咸的原电池中，负极铁失去电子，变成+2价的亚铁离子，由于a极上有大量气泡生

成，所以正极(C)电极反应：2H"+2e=H2t,a为正极，是碳棒：b为负极，是铁片；电解质溶液为硫酸。］

6.C［根据银镉可充-电电池放电的反应原理Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2，Cd被氧化

生成Cd(0H)2,NiO(OH)被还原生成Ni(0H)2，即Cd发生氧化反应，是失去电子的物质，NiO(OH)发生还原反

应，是得到电子的物质，所以，Cd为负极“NiO(OH)为正极，即电池的负极材料是Cd,C项正确。］

7.B［根据电池反应2Zn+5=2ZnO判断，锌为负极，负极反应为Zn—2丁==ZM+,所以A不正确，

B正确；正极发生还原反应，所以C不正确；电解液若为强酸，将与锌发生化学反应，而不是5与锌反应,

所以D不正确。］

8.(lr)2H*+2e=H2t

(2)2AI+8OH~—6e==2AIOr+4H2O

2AI+2OH/+2H2O=2AIO2+3H2t

(3)MgAl(4)AD

(5)不可靠将两种金属作电极连上电流计后插入电解质溶液，构成原电池。利用电流计测定电流的方

向，从而判断电子流动方向，再确定原电池正负极

解析甲同学依据的化学反应原理是乂8+力5。4=1\^5。4+出卜乙同学依据的化学反应原理是2Al

+2NaOH+2H2O=2NaAIO2+3H2to但是由于Al与碱的反应是一特例，不可作为判断金属性强弱的依据。

所以判断一个原电池的正负极应依据实验事实。

【参考答案】

1.B［锂离子电池可以充电再次使用，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中铜为.正极，故电流由铜流

向锌，而电子是由锌流向铜，B项错；电池的实质即化学能转化成电能，C项正确；Zn失去电子生成ZM+,

故作为负极，D项正确。］

2.D［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的形成条件，相对活泼(指金

属性)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出①错②对。在外电路，电子从负极流向正极，故③

不正确。长时间连续使用该电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnCh不断吸收d而产生出。，糊状物也

越来越稀，故其