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02
化学反应与电能
电能是怎么来的？
酸雨的破坏
风
力
发
电
火
力
发
电
水
力
发
电
核能
发
电
能转化为电能
二、化学反应与电能
1.火力发电（燃煤发电）——化学能间接转化为电能
化学能（燃料）
燃烧
热能
蒸汽
轮机
机械能
发电机
电能
(2)关键——燃烧(氧化还原反应)。
(1)
①使用的化石燃料属于不可再生资源;
②化石燃料的燃烧会产生大量的有害气体(如SO2、CO等)及粉尘,污染环境;
③能量经过多次转化，能量利用率低。
思考：火力发电有什么缺点？
[实验6-3]:原电池实验
【1】将锌片和铜片插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。
Cu
Zn
稀H2SO4
锌片溶解，表面有气泡，铜片表面没有气泡
Zn+H2SO4=ZnSO4+H2
铜与稀硫酸不反应
结论：
2、原电池——化学能直接转化为电能
（1）定义：能把化学能转变为电能的装置
【2】用导线连接锌片和铜片，观察、比较导线连接前后的现象。
Cu
Zn
稀H2SO4
锌片溶解，铜片表面出现气泡。
结论：
产生H2(还原反应)的位置发生了改变
【3】如图6-6所示，用导线在锌片和铜片之间串联一个电流表，观察电流表的指针是否偏转。
Cu
Zn
稀H2SO4
锌片溶解，铜片表面出现气泡。电流计指针偏转
结论：
有电流产生，装置中化学能转变为电能。
指针偏转，电路中有电流通过，说明发生了电子定向移动。
Zn片失去的电子变成Zn2+进入溶液（ Zn－2e- = Zn2+）
电子经导线流向Cu片，
溶液中的H＋由于电场作用下移向Cu片得电子被还原成H2（2H+＋2e- = H2 ↑）
2、原电池——化学能直接转化为电能
（1）定义：能把化学能转变为电能的装置
Zn
Cu
原电池示意图
理解：
①外形－－无外加电源
②自发的氧化还原反应才可能被设计成原电池
电子流入（或电流流出）的一极，如铜片，H+在正极被还原，发生还原反应。
电子流出（或电流流入）的一极，如锌片，被氧化，发生氧化反应。
负极：
正极：
内容内容内容
负极
正极
电极名称：
电极反应：
Zn－2e-=Zn2+
2H++2e-=H2↑
电极反应类型：
氧化反应
还原反应
原电池总反应式： ；
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
（2）电极反应(以铜-锌-稀硫酸原电池为例)
2、原电池——化学能直接转化为电能
内容内容内容
外电路：
内电路：
阳离子 → 正极
阴离子 → 负极
负极 → 正极
正极→ 负极
电子e-：
电流I：
负极
正极
“电子不下水，离子不上岸”
（3）粒子移动方向
2、原电池——化学能直接转化为电能
这样整个电路构成了闭合回路，带电粒子的定向移动产生电流
（4）原电池形成条件---- ①自发的氧化还原反应
实验装置
能否构成原电池
结论 能
不能
1、自发进行的氧化还原反应
2、反应实质：原电池的负极和电解质溶液发生氧化还原反应
（4）原电池形成条件---- ②电极材料
实验装置
能否构成原电池
结论 能
能
不能
1、有两种活泼性不同的金属电极（或一种是非金属导体，如石墨）
2、较活泼的金属作负极；较不活泼的金属、石墨等作正极
（5）原电池形成条件---- ③电解质溶液或熔融电解质
实验装置
能否构成原电池
结论 能
能
不能
1、电极材料均浸入的是电解质溶液或熔融电解质
（4）原电池形成条件---- ④闭合回路
实验装置
能否构成原电池
结论 能
不能
整个装置应构成闭合电路
小结：原电池形成条件
① 两种活泼性不同的金属作电极（或其中一种为能导电的非金属，如“碳棒”）其中较活泼金属为负极，较不活泼金属（或非金属）为正极（正极一般不参与电极反应，只起导电作用）；
② 电解质溶液
酒精、蔗糖、四氯化碳不是电解质
③ 形成闭合回路
④ 能自发地发生氧化还原反应
如： Al / NaOH / Mg 原电池 ： 是Al作负极
Cu / HNO3 （浓） / Fe 原电池 ： 是Cu作负极
两极一液一连线
Zn
A
Zn
SO42－
H+
H+
A
Zn
SO42－
H+
H+
C
A
Zn
Cu
煤油
SO42－
H+
H+
SO42—
Zn
H+
H+
Cu
A
(x)
(x)
(√)
(x)
A
Zn
SO42－
H+
H+
木条
(x)
练习1：
【归纳小结】原电池正负极的判断方法
判断依据 负极 正极
电极材料
电子流向
电流流向
电极反应
电极现象
溶液中离子流向
活泼的金属
活泼性较弱的金属或
能导电的非金属
电子流入
电子流出
氧化反应
还原反应
质量减小或溶解
有气泡产生或质量增加
阴离子流向负极
阳离子流向正极
电流流入
电流流出
【补充】电极反应的书写方法：
负极：还原剂 － ｎｅ－ ＝ 氧化产物
正极：氧化剂 ＋ ｎｅ－ ＝ 还原产物
正极材料一般不参与反应，起传导电子的作用
CuSO4 (aq)
Zn
Cu
负极( ): .
正极( ): .
总反应式: .
Zn
Cu
Zn－2e - = Zn2+
Cu2+ +2e - = Cu
Zn+Cu2+ = Zn2 ++ Cu
1.负氧、正还
2.注意溶液酸碱性
3.活泼金属不一定为负极
[例题1] Al和Cu作电极所构成的原电池电解质溶液为稀硫酸
①Al作____极, ②Cu作____极
电极反应式是：负极 ___________________
正极 ___________________
总反应式_____________________
负
正
2Al-6e-=2Al3+
6H++6e-=3H2↑
2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2 ↑
(2Al+6H+=2Al3++3H2 ↑)
[例题2] 请写出右边原电池的电极反应式。
Mg Al
NaOH溶液
A
先写出总反应：即 负极与电解质溶液反应
2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑
2Al + 2H2O + 2 OH－ = 2AlO2－ + 3H2↑
拆成离子方程式：
根据化合价升降判断正负极
负极：Al，失e- 。
2Al - 6e－ ＝ 2Al3+
2Al3+ + 8OH- =2AlO2- + 4H2O
负极总反应： 2Al +8OH- －6e－ ＝2AlO2- + 4H2O
正极：总反应－负极反应：
6H2O ＋6e- ＝6OH- ＋ 3H2↑
-6e-
+6e-
课堂练习、 、写出下列原电池中的电极反应和总反应
①Cu︱FeCl3溶液︱Pt
②Zn︱AgNO3溶液︱Cu
负极：Cu —2e -=Cu2+ 正极： Fe3++e-=Fe2+
负极：Zn —2e -=Zn2+ 正极： Ag++e-=Ag
③Al︱NaOH溶液︱Mg
负极：Al —3e -+4OH-=AlO2-+2H2O 正极： 2e-+2H2O= H2↑+ 2OH―
总反应： 2Al+2OH―+2H2O=2AlO2-+3H2↑
总反应： Cu +2Fe3+=Cu2+ +2Fe2+
总反应： Zn +2Ag+= Zn2++2Ag
(1)火力发电过程中，机械能转化为电能是整个能量转化的关键( )
(2)原电池的电极材料必须是金属( )
(3)原电池工作时，正极与负极转移电子数相同( )
(4)在锌铜原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌( )
(5)原电池中阳离子向正极移动( )
×
正误判断
√
×
×
√
应用体验
1.下列装置中能够组成原电池的是________(填序号)，其他不能构成原电池的试分别说明理由：________________________________________
_____________________________________________________________________________。
③⑤
①中只有一个电极，②中两个电极的活泼性相同，④中酒精为非电解质溶液，不能导电，⑥中电解质溶液(内电路)未形成闭合回路
原电池工作原理的应用
二
1.加快氧化还原反应的进行
在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中粒子运动相互间的干扰减小，使反应加快。
例如：实验室用Zn和稀H2SO4反应制取H2，常用粗锌。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4形成________，加快了锌的溶解，使产生H2的速率加快。
2.比较金属的活动性
一般，若两种金属A、B与电解质溶液构成原电池，若金属A作负极，则金属活动性：______。
原电池
A＞B
3.设计原电池
(1)设计思路
①找：一般给定氧化还原反应的还原剂作负极，氧化剂作电解质溶液，比负极活泼性弱的金属或石墨等能导电的非金属作正极。
②画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图，在图上标注电极材料，电解质溶液。
(2)实例
以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例
材料选择 装置 电极反应式
负极：Fe 正极：Cu或C等(活泼性比Fe差的金属或导电的石墨棒均可) 电解质溶液：CuSO4溶液 负极：
_______________
正极：
_________________
Fe－2e－===Fe2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
4.用于金属防护
(1)原理——作原电池正极的金属材料不参与反应
使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。
例如：要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与锌块相连，使锌作为原电池的负极。
(1)原电池中，负极材料的活泼性一定强于正极材料的活泼性( )
(2)只要是自发的放热的化学反应就可以设计为原电池( )
(3)原电池的负极上一定发生氧化反应，故负极本身质量一定减轻( )
(4)向Zn和稀H2SO4反应的溶液中，滴加几滴CuSO4溶液，产生气泡速率加快，是因为构成了原电池( )
(5)原电池中正极材料必须与电解质溶液的某种离子反应( )
×
正误判断
√
×
×
×

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