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原电池与化学电源
第二节 化学反应与能量转化
1.通过实验探究认识化学能可以转化为电能，基于证据推理加深对氧化还原反应本质的理解
2.通过电极反应、电子移动方向、电极现象、溶液中离子的移动方向等问题的分析总结，理解原电池的工作原理
3.通过设计原电池的装置图，加深对原电池工作原理的应用
生活中人们使用的电能来自于哪里
亚历山德罗·伏特
伏打电堆
“伏打电堆”的发明
伏特在多次重复了伽伐尼的实验后，认为青蛙的肌肉和神经中并不存在电流，电
流可能来自于两种不同的金属棒与媒介的相互接触。并用另外一种方式代替原实验的
青蛙腿也检测到了电流——用一块锌板和一块铜板，把它们分开浸泡在盐水中。这一
装置，后来被命名为——“伏打电堆”。
步骤 讨论与交流
1.将Zn片插入稀H2SO4 Zn片上有何现象？
2.将Cu片插入稀H2SO4 Cu片上有何现象
3.Zn片和Cu片用导线连接(中间接电流表)插入稀H2SO4 电流表指针有何变化
说明了什么
探究把化学能直接转变为电能的装置，Zn与稀H2SO4的反应。
装置 现象 解释或结论
实验 2 ①锌片：不断溶解，且锌片上有_________ ②铜片：___________
实验 3 ①锌片：不断溶解 ②铜片：_______，但铜片上产生大量气泡 ③电流计：指针发生______ 有______产生，装置中_____能转化为_____能
锌是活泼金属能与稀硫酸反应产生氢气；铜不能与稀硫酸反应
气泡产生
无明显现象
不溶解
偏转
电流
化学
电
一、原电池
将 能直接转化为 能的装置。
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+
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”
Zn－2e－===Zn2+
4.原电池的形成条件
Zn
稀硫酸
Cu
A
Zn
酒精
Cu
A
导体
电解质溶液
电子导体
离子导体
熔融盐
固体电解质
构成条件之一：电解质溶液（或熔融盐或固体电解质）
Zn
稀硫酸
C
A
Zn
稀硫酸
Zn
A
Zn
稀硫酸
玻璃
A
构成条件之二：电极材料
构成条件之三：形成闭合回路
稀硫酸
Zn Cu
Zn Cu
稀硫酸
稀硫酸
Zn Cu
构成条件之四：必须存在自发的氧化还原反应
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
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
负极
正极
e-
金属活泼性：
得或失电子：
发生什么反应：
电极现象：
阴离子或阳离子移向：
金属活泼性：
得或失电子：
发生什么反应：
电极现象：
阴离子或阳离子移向：
较活泼金属
较不活泼金属
失去电子
得到电子
氧化反应
还原反应
金属溶解
有气体产生或有固体析出
阴离子移向
阳离子移向
导线
6. 原电池正负极的判断
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）
①一次电池又称不可充电电池——如：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
②二次电池又称充电电池——蓄电池
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
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
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.
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。
1.原理
2.优点
3.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
氢氧燃料电池
2H2－4e－= 4H＋
2H2－4e－＋4OH－= 4H2O
O2＋4H＋＋4e－= 2H2O
O2＋2H2O＋4e－= 4OH－
2H2－4e－＋2O2－= 2H2O
O2＋4e－= 2O2－
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
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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