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§2.2.2化学反应与能量转化
原电池与化学电源
化学电池已经成为人类生产和生活的重要能量来源之一，各式各样的化学电池的发明也是化学科学对人类的一个重大贡献。
生活中人们使用的电能来自于哪里
太阳能发电
风力发电
核能
地热能发电
水力发电
生物质能
潮汐能发电
火力发电
我国目前电能主要来自火力发电，其次是水力发电。
火力发电
化学能
燃料燃烧
热能
蒸汽轮机
机械能
发电机
电能
直接？
1.火力发电：化学能经过一系列能量转化过程，间接转化为电能。
煤炭
燃烧
蒸汽
发电机
90%
90%
90%
72.9%
火力发电的弊端： 1.煤炭是不可再生资源，会造成能源危机。
2.煤炭燃烧会产生污染性气体。
3.转换环节多，能量损耗大，能量的利用率低。
2.实验探究： 认识原电池
内容内容内容
实验装置 实验现象 实验结论
锌片：逐渐溶解，
表面有气泡产生
铜片：没有变化
锌与稀硫酸反应生成氢气，铜与稀硫酸不反应。
锌片：逐渐溶解
铜片：表面有气泡产生
电流表：指针发生偏转
Zn
稀H2SO4
Cu
A
Zn
稀H2SO4
Cu
锌与稀硫酸发生反应，
但铜片上有氢气生成，
发生反应的同时产生电流。
将 能直接转化为 能的装置。
3.原电池
化学
电
（1）概念：
（3）电极
（2）本质：氧化反应和还原反应分别在两个不同的区域进行。
正极：
负极：
电子流入的电极
电子流出的电极
通常是不活泼金属或石墨电极
通常是活泼金属
得电子，化合价降低，发生还原反应
失电子，化合价升高，发生氧化反应
+
-
Cu
Zn
-
-
-
Zn2+
H+
H+
Zn－2e－===Zn2+
2H++2e－===H2↑
氧化反应
还原反应
负极
正极
阳离子
阴离子
发生溶解
产生气泡
原电池总反应：
Zn+2H+===Zn2++H2↑
电子流向：负极 沿导线 正极
电流方向：正极 沿导线 负极
外电路
内电路
阴离子 负极
阳离子 正极
外电路
内电路
e－
I
“电子不下水，离子不上岸”
4.原电池的形成条件
稀硫酸
Zn Zn
①电极材料（负极也属于电极反应物）：
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离子导体（电极反应物）：具有电解质溶液或熔融电解质
一般来讲负极要与电解质溶液发生氧化还原反应
稀硫酸
Zn Cu
酒精
Zn Cu
自发进行氧化还原反应
如： Al / NaOH / Mg 原电池 ： 是Al作负极
Cu / HNO3 （浓） / Fe 原电池 ： 是Cu作负极
③电极间形成闭合回路
稀硫酸
Zn Cu
Zn Cu
稀硫酸
稀硫酸
Zn Cu
用导线（电子导体）连接两极与电解质溶液共同形成闭合回路
也可以让两个电极直接接触
下列设备工作时，将化学能转化为电能的是（ ）
A B C D

锂离子电池 太阳能集热器 燃气灶 硅太阳能电池
A
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
一个电池反应的离子方程式是 Zn+Cu2+=Zn2+ +Cu， 该反应的的原电池正确组合是（ ）
C
A B C D
正极 Zn Cu Cu Fe
负极 Cu Zn Zn Zn
电解质溶液 CuCl2 H2SO4 CuSO4 HCl
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，其中正确的是(　　)
①Zn为正极，Cu为负极　
②H＋向负极移动　
③电子是由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，则产生的H2为0.5 mol　⑥正极的电极反应式为Zn－2e－=Zn2＋
A．①②③　　　B．③④⑤　　　C．④⑤⑥ D．②③④
B
5.如何正确书写电极反应式呢？
找还原剂
写出稳定的电极产物
找正负
使守恒
看环境
相加减
②电荷守恒
③原子守恒
①电子守恒
正极+负极=总反应式
找氧化剂
酸性补H＋
碱性补OH－
给什么补什么
铜
铝
稀盐酸
Al - 3e- = Al3+
2H+ + 2e- = H2↑
负极:
正极:
总反应式:
2Al + 6H+= 2Al3+ + 3H2↑
铜
铁
浓HNO3
Cu - 2e- = Cu2+
2NO3- + 2e- + 4H+ = 2NO2↑ + 2H2O
负极:
正极:
总反应式:
Cu + 2NO3- + 4H+ = Cu2+ + 2NO2↑ + 2H2O
6. 原电池正负极的判断
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
7.化学电池
银锌电池
干电池
铅酸电池
镍氢电池
燃料电池
锂离子电池
化学电源
①一次电池又称不可充电电池——如：干电池
不可重复使用。
如普通干电池、碱性锌锰电池、锌银纽扣电池等。
②二次电池又称充电电池——蓄电池
放电后可以再充电重新使用。
如铅蓄电池、锌银蓄电池、镉镍电池、锂离子电池等。
③燃料电池
将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂(如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。
如氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、甲醇燃料电池等。
④其他电池：
如海水电池、心脏起搏电池等。（特殊用途，现代科技）
一次电池（干电池）
普通锌锰干电池的构造如图所示
（1）锌筒为 。
（2）石墨棒为 ，最终被还原的物质是 。
（3）NH4Cl糊的作用是 。
负极
正极
MnO2
作电解质溶液
总反应：
Zn+2MnO2+2NH4+=Zn2++ 2MnO(OH）+2NH3+H2O
负极： Zn - 2e- = Zn2+
正极：2MnO2+2NH4++2e- =2MnO(OH）+ 2NH3
二次电池
铅酸蓄电池
PbO2
（4）放电时电极反应式：
Pb
H2SO4溶液
Pb－2e-＋SO42-＝PbSO4
PbO2＋2e-＋4H＋＋SO42－＝PbSO4＋2H2O
（1）负极材料是： ___________
（2）正极材料是： _________________
（3）电解质是 _________________
正 极
负 极
总反应
tips：放电时，电解质溶液中硫酸的浓度_____(填“增大”“减小”或“不变”)。
减小
负极每个铅原子失去2e-，就生成一个PbSO4 ,负极增加一个。
当铅酸蓄电池向外电路提供2 mol电子时，理论上负极板的质量增加____ g。
96
总反应： Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O
放电
充电
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＋SO42-－2e－=PbSO4
D.电池放电时，溶液的酸性增强
C
燃料电池
将燃料（如氢气、甲烷、乙醇）和氧化剂(如氧气）的化学能直接转化为电能的电化学反应装置.
具有清洁、安全、高效等特点。
燃料电池的能量转化率可以达到80%以上。
原理
优点
与其他电池的区别
反应物不储存在电池内部，由外设设备提供燃料和氧化剂。
惰性电极
活性电极
(C、Pt、Au等)
(除Pt、Au外的其余金属)
A
Pt
(-)
Pt
(+)
正极室
负极室
隔膜
电解质溶液
H2
O2
1、氢氧燃料电池——酸性
2H2－4e－= 4H＋
2H2－4e－＋4OH－= 4H2O
O2＋4H＋＋4e－= 2H2O
O2＋2H2O＋4e－= 4OH－
2H2－4e－＋2O2－= 2H2O
O2＋4e－= 2O2－
使用燃料电池的汽车
1.正误判断
(1)燃料电池是利用燃料的燃烧发电(　　)
(2)燃料电池中，燃料在正极上发生氧化反应(　　)
(3)氢氧燃料电池将热能直接转变为电能(　　)
(4)原电池中正极材料一定发生还原反应(　　)
(5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子(　　)
×
×
×
×
×
2.国家电投氢能公司全自主研发的“氢腾”燃料电池系统广泛应用于氢能大巴。某种氢燃料电池的内部结构如图，下列说法正确的是
A.电池工作时，电解质溶液中的H＋向b极
移动
B.a极发生的电极反应为
H2＋2e－＋2OH－===2H2O
C.b极为正极，发生氧化反应
D.当外电路有1 mol电子转移时，b极消耗5.6 L O2
A
8. 原电池原理的应用
①比较金属活泼性
④保护金属材料
③设计电池
②加快反应速率
一般情况下，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：______。
A＞B
实验室制H2时，由于锌太纯，反应较慢，可加入少量CuSO4以加快反应速率。
船体镶锌块
有A、B、C、D四种金属。将A与B用导线连结起来，浸入电解质溶液中，B不易腐蚀。将A、D分别投入等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈。将铜浸入B的盐溶液里，无明显变化。如果把铜浸入C的盐溶液里，有金属C析出。据此判断它们活动性由强到弱的须序是：
A. D>C>A>B B. D>A>B>C C. D>B>A>C D. B>A>D>C
B
设计原电池
原电池的设计方法：
①找—找一个能够自发进行的氧化还原反应，只有自发进行的氧化还原反应才能被设计成原电池；
②拆—将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应，还原剂－ne－===氧化产物(负极电极反应)，氧化剂＋ne－===还原产物(正极电极反应)；
③定—根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极活泼性差的金属或能导电的非金属。
④画—连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。
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
请回答下列问题:
(1)电极X的材料是　 　;Y是　 ;
(2)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。
依据氧化还原反应:2Ag++Cu = Cu2++2Ag,设计的原电池如下图所示。
Cu　
AgNO3溶液
正
Ag++e- = Ag
Cu-2e- = Cu2+
Ag
Cu

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