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第六章
化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
第2课时 化学反应与电能
1.通过实验探究，认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电
池的工作原理。
2.通过对原电池的学习，体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电
池的重要性。
3.通过原电池的学习，能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要
素，并能分析简单原电池的工作原理。
一、化学能转化为电能
1.间接转化——火力发电
（1）火力发电原理：首先通过__________燃烧时发生的氧化还原反应，使________
转变为______，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，然后带动________发电。
（2）能量转换过程：化学能热能机械能 电能，其中能量
转换的关键环节是______（氧化还原反应）。
化石燃料
化学能
热能
发电机
燃烧
2.直接转化——原电池
（1）实验探究铜锌原电池原理
实验 操作 ________________________________ __________________________________
实验现象 铜片上：____________； 锌片上：______________________ 铜片上：____________；
锌片上：__________；
电流表：__________
实验 结论 _______________________________ _________________ _______________________________
___________
无气泡产生
逐渐溶解，有气泡产生
有气泡产生
逐渐溶解
指针偏转
锌与稀硫酸发生反应产生氢气，而铜与稀硫酸不反应
装置中发生反应产生氢气，导线中有电流通过
续表
（2）概念和反应本质
原电池是把________转化为______的装置，其反应的本质是__________反应。
（3）工作原理（以铜-稀硫酸-锌原电池为例）
化学能
电能
氧化还原
电极材料 锌 铜
电极名称 负极 正极
电极反应 _________________ __________________
反应类型 ______反应 ______反应
电子流向 电子从____极流出经外电路流入____极 离子移向 阳离子移向____极，阴离子移向____极
氧化
还原
负
正
正
负
二、常见的化学电源
1.一次电池——锌锰干电池
构造示意图 ______________________________________________
工作原理 负极 ______ 锌被氧化，逐渐消耗
电解质 氯化铵糊 正极 ________ __________被还原
特点 放电后______充电 便于携带，价格低 锌筒
石墨棒
二氧化锰
不能
续表
2.二次电池
3.发展中的燃料电池
1.判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1） 原电池是将化学能转化为电能的装置。( )
√
（2） 在原电池中，电子流出的一极是负极，发生氧化反应。( )
√
（3） 锌、铜、稀硫酸组成的原电池中，溶液中的、 均向正极移动。( )
√
（4） 构成原电池的两个电极必须是活动性不同的两种金属。( )
×
（5） 把铜片插入氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁。( )
×
（6） 把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出的速率增大。
( )
×
（7） 镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池。( )
×
（8） 燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池。( )
×
2.试分析火力发电有哪些优缺点？
[答案] 优点：廉价、方便、资源丰富。
缺点：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、 等）及粉尘，污染环境;③能量经过多次转化，能量利用率低。
3.未来氢燃料客车可能会被广泛应用。氢燃料电池工作时负极是什么物质？下列关于
氢燃料客车的说法中，哪些是正确的？
.氢燃料客车环保，助力实现“双碳”目标
.氢氧燃料电池工作时的总反应为
.氢燃料客车不能在极寒天气中使用
[答案] ；、 两项正确。
任务1 原电池的原理及形成条件
冰心的《小桔灯》里曾有一句话:“天黑了，路滑，
这盏小桔灯照你上山吧!”文章里的小桔灯（下图左）
是用蜡烛放在桔皮里做成的。你知道吗？利用化学
知识可以用桔子来制作真正的“小桔灯”（下图右）。
原理很简单，其制作步骤为把一个桔子的桔瓣并联，将镀锌铁钉、铜线插到桔瓣上，
并与放在中心的 灯珠相连接，就制成了一个真正的小桔灯。
1.“小桔灯”中，桔瓣里的桔子汁的作用是什么？
[答案] 桔子汁的作用是作电解质溶液。
2.镀锌铁钉、铜线在“小桔灯”工作中起到什么作用？
[答案] 镀锌铁钉作负极，铜线作正极。
3.请分析“小桔灯”中能量转化形式。
[答案] 化学能转化为电能。
4.如果将镀锌铁钉、铜线分开插入两瓣桔子中， 灯珠能否被点亮？为什么？
[答案] 不能被点亮，因为没有形成闭合回路。
5.若将问题4中两瓣桔子紧贴在一起， 灯珠能否被点亮？请归纳原电池的构成条件。
[答案] 能被点亮，因为两瓣桔子中间的膜能让离子通过，离子定向移动构成了闭合回
路。原电池构成的条件：①有活泼性不同的两个电极；②有电解质溶液；③形成闭合
回路；④能自发进行的氧化还原反应。
6.原电池的电极材料都必须是金属吗？
[答案] 原电池的电极材料可以是两种金属活动性不同的金属，也可以是一种金属与一
种可导电的惰性材料（如石墨）;在燃料电池中，电极本身均不发生反应，故两极均可
用惰性材料。
1.原电池工作原理图解
2.原电池正、负极的判断方法
例1 某课外活动小组设计的用化学电源使 灯发光的装置如图
所示。下列说法错误的是( ) 。
C
A.铜片表面有气泡生成
B.装置中存在“化学能 电能 光能”的转换
C.如果将稀硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动
D.如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变
[解析] 铜锌原电池中， 作正极，溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气，故铜片
上有气泡生成，A项正确；原电池中化学能转化为电能， 灯发光时，电能转化为
光能，B项正确；柠檬汁呈酸性，能作电解质溶液，将稀硫酸换成柠檬汁，仍然构成
原电池，导线中会有电子流动，C项错误；金属活动性比、弱， 作正极，电
路中的电流方向不变，仍然由 流向负极，D项正确。
例2 某同学按如图所示的装置做实验，并把实验情况记录于下面，其中叙
述合理的是( ) 。
C
①锌为正极，铜为负极 ②电解质溶液中 浓度不变 ③电流表的指针发生
偏转 ④铜极上有气泡产生 ⑤溶液逐渐变蓝 ⑥溶液中的阳离子向正极移动
A.①②③ B.③④⑤ C.③④⑥ D.②③④
[解析] 金属活动性较强的锌电极作负极，金属活动性较弱的铜电极作正极，①错误；
得电子生成氢气，所以电解质溶液中 浓度减小，②错误；原电池装置中有电流
产生，电流表指针发生偏转，③正确；铜电极上，氢离子得电子生成氢气，所以有气
泡生成，④正确；锌作负极，发生氧化反应生成硫酸锌，铜不反应，溶液不变蓝色，
⑤错误；原电池放电时，阳离子向正极移动，氢离子向铜片移动，⑥正确。
任务2 原电池原理的应用
活动1 有、、、 四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验装置 ______________ _______________ ____________ _____________
部分实验现 象 极质量减小， 极 质量增大 极有气泡产生， 极无明显变化 极有气泡产 生， 极溶解 电流从 极流向
极
由此判断这四种金属的活动性顺序。
[答案] 。
活动2 锌片与稀硫酸反应时，加入少量溶液能使产生 的速率加快，试分析其
原因。
[答案] 与反应生成的覆盖在锌片表面，、 、稀硫酸构成原电池，增
大反应速率。
活动3 将氧化还原反应 设计成原电池，画出原电池装置图，并
标出电极材料及电解质溶液。
[答案]
1.增大氧化还原反应的速率
（1）原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中的粒子运
动时相互间的干扰减小，反应速率增大。
（2）应用：实验室常用粗锌和稀硫酸（或稀盐酸）反应制取，产生的速率比纯
锌快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸（或稀盐酸）形成原电池，加快了锌的反应，
使产生的速率增大。
2.比较金属的活动性强弱
（1）原理：原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性较弱的金属为正极。
（2）应用：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上
有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性。
3.设计原电池的一般步骤
理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。
（1）拆反应
将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应，分别作原电池的负极和正极。
（2）确定电极材料
若发生氧化反应的物质为金属单质，则可用该金属直接作负极；若为气体（如）或
溶液中的还原性离子，则可用惰性电极（如、碳棒）作负极。一般情况下，发生还
原反应的电极材料的活泼性弱于负极材料。
（3）确定电解质溶液
一般选用反应物中的电解质溶液即可。
（4）构成闭合回路
例3 有甲、乙两个装置，下列说法错误的是( ) 。
B
A.甲、乙装置中， 的质量均减小
B.甲、乙装置中， 上均有气泡产生
C.化学反应速率:乙 甲
D.甲中移向，乙中移向
[解析] 甲、乙装置中锌都失电子生成锌离子进入溶液，所以锌的质量均减小，A项正
确;甲装置中，锌和氢离子发生置换反应生成氢气，所以锌棒上产生气泡，乙装置构成
原电池，氢离子在铜（正极）上得电子生成氢气，B项错误;甲不能构成原电池，乙能
构成原电池，作原电池负极的金属被腐蚀速率大于金属直接和电解质溶液反应的速率，
所以反应速率大小为乙 甲，C项正确;甲中氢离子在锌上得电子发生还原反应，乙中
氢离子在铜上得电子发生还原反应，所以甲中移向，乙中移向 ，D项正确。
例4 铁及铁的化合物应用广泛，如 可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止
血剂等。
（1） 写出 溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：__________________________。
（2） 若将（1）中的反应设计成原电池，请在
方框内画出原电池的装置图，标出正、负极，
并写出电极反应。
正极反应：__________________________________________；
负极反应：____________________________。
（或 ）
[解析] 依据反应： 。氧化反
应为，还原反应为 ，
则设计思路明确：
原电池组成为 是负极，正极材料选用比铜更不活泼的铂丝或导电的非金属如石墨棒，
电解质溶液可选用、 溶液。
任务3 化学电源
随着经济的发展、人民生活水平的提高以及科技的进步，电池已经深入我们工作、
学习和生活中的每一个角落。例如，手电筒上的干电池、手机上的锂电池、汽车上的
蓄电池，还有新型环保公交车上的燃料电池等。电池的种类繁多，你知道电池是怎样
分类的吗？各类电池的应用前景如何呢？
1.生活中电动车、手机的电池属于一次电池还是二次电池？可充电电池的反应是可逆
反应吗？
[答案] 电动车、手机的电池都可以反复充电使用，都属于二次电池；可充电电池有充
电和放电两个过程，但这两个过程是在不同条件下进行的，所以并不属于可逆反应。
2.充电电池在充电和放电时，能量是如何转化的？燃料电池中能量是如何转化的？
[答案] 充电电池放电时是化学能转化为电能，充电时是电能转化为化学能；燃料电池
中能量的转化是直接将化学能转化为电能。
3.氢燃料电池中是不是氢气直接燃烧？
[答案] 不是。
4.充电电池与一次电池在我们生活中都非常普遍，结合知识和生活实际，思考充电电
池与一次电池相比有何优点。如何科学合理地使用充电电池？
[答案] 充电电池比一次电池更持久耐用，更方便实惠，可以节约资源，减少废电池的
处理量等。使用充电电池时需注意要合理充电，不能过充，使用时不要亏电，不使用
时要从用电器中取出，密封贮存于干燥处等。
可充电电池电极与外接电源正负极的连接方式及发生的变化如下：
例5 银锌电池放电过程可表示为 ，此电池放电时，下列有关
说法正确的是( ) 。
D
A.电能转化为化学能 B.电解质溶液是稀硫酸
C.电子通过外电路从正极流向负极 D. 作负极被氧化
[解析] 原电池是将化学能转化为电能的装置，A项错误;从总反应的化学方程式可以看
出，电池放电后生成了， 在酸性溶液中不能存在，所以电解质溶液为碱性溶
液，B项错误;原电池中，电子从负极流向正极，C项错误; 作负极发生氧化反应，D
项正确。
例6 铅酸蓄电池中总反应的离子方程式为
。电池的简易装置如图所示，已知放电
时灵敏电流计指针向右偏转。下列说法错误的是( ) 。
C
A.电池中 电极为负极，发生氧化反应
B.放电时，溶液中的向 电极移动
C.放电时，电极的质量减小， 电极的质量增大
D.若将、电极材料分别替换为和 ，则灵敏电流计指针向左偏转
[解析] 根据铅酸蓄电池中总反应的离子方程式可知，电极为负极， 电极为正
极，故 电极为负极，发生氧化反应，A项正确；放电时，阳离子向正极移动，故溶液
中的向电极移动，B项正确；放电时，正、负极都会生成硫酸铅，所以、 电极
的质量均增大，C项错误；若将、电极材料分别替换为和，则电极为负极，
电极为正极，灵敏电流计指针向左偏转，D项正确。
1.下列各组材料中，不能组成原电池的是( ) 。
选项 A B C D
两极材料 片，石墨 片， 片 片， 片 片， 片
插入溶液 稀硫酸 溶液 蔗糖溶液 稀盐酸
C
[解析] 构成原电池要有四个基本条件:.电解质溶液; .两个电极，其中一个相对较活泼，
另一个相对较不活泼，两个电极直接或间接地连接在一起，并插入电解质溶液中; .能
自发进行氧化还原反应; .形成闭合电路。C项中蔗糖是非电解质，不能构成原电池。
2.某实验小组设计如图装置探究化学能与电能的转化关系，下列说法正确的是
( ) 。
B
A.只有装置Ⅰ中电流表指针发生偏转
B.只有装置Ⅱ中电流表指针发生偏转
C.两个装置中电流表指针都发生偏转
D.两个装置中电流表指针都不发生偏转
[解析] 装置Ⅰ没有形成闭合回路，不能形成原电池，电流表不发生偏转；装置Ⅱ形成了
原电池，有电流产生，电流表发生偏转，A、C、D三项均错误，B项正确。
3.有A、B、C、D四块金属，进行如下实验：
将A、B用导线相连，浸入稀硫酸中，A极为负极
、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，电流由 导线
、C相连金属后，同时浸入稀硫酸中，C极产生大量气泡
、D相连后，金属同时浸入稀硫酸中，D极发生氧化反应
据此判断它们的金属活动性由强到弱的顺序是( ) 。
B
A. B. C. D.
[解析] 、B用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，A极为负极，所以金属活动性
；②原电池中，电流从正极流向负极，C、D用导线相连后，同时浸入稀硫酸中，
电流由 导线，所以金属活动性； 、C相连后，同时浸入稀硫酸中，
C极产生大量气泡，说明C极是正极，所以金属活动性； 、D相连后，同时浸
入稀硫酸中，D极发生氧化反应，说明D极是负极，所以金属活动性 ；综上可知，
金属活动性顺序是 。
4.燃料电池是燃料（如、、 等）与氧气（或空气）反应将化学能转变为电能
的装置，电解质溶液是强碱溶液。下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( ) 。
D
A.负极反应：
B.负极反应：
C.随着放电的进行，溶液的 不变
D.放电时溶液中的阴离子向负极移动
[解析] 应为正极反应，A项错误；燃料氧化生成的二氧化
碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根离子，所以负极反应为
，B项错误；由于部分碱液和二氧化碳反应，因
此溶液的 将减小，C项错误。
5.根据原电池工作原理，结合装置图，按要求解答问题：
（1） 若为，为，为氢氧化钠溶液，则为______（填电极名称）， 电极可
能观察到的现象是__________________，电池总反应为__________________________
_________________。
正极
电极材料逐渐溶解
[解析] 溶液电池，虽然更活泼，但与溶液不反应，而 与
溶液反应 ，所以 作负极。
（2） 若为，为，为浓硝酸，则 为______（填电极名称），铜电极区域可
能观察到的现象是____________________________，电极反应为_________________。
负极
电极材料逐渐溶解，溶液变蓝
[解析] 浓硝酸电池，由于常温下遇浓硝酸发生钝化，故 作负极。6.1 课时2 化学反应与电能
【学习目标】 1.通过实验探究,认识化学能可以转化为电能,从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。 2.通过对原电池的学习,体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性。 3.通过原电池的学习,能举出化学能转化为电能的实例,能辨识简单原电池的构成要素,并能分析简单原电池的工作原理。
【自主预习】
一、化学能转化为电能
1.间接转化——火力发电
(1)火力发电原理:首先通过　　　　　　燃烧时发生的氧化还原反应,使　　　　　转变为　　　　,加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机,然后带动　　　　　发电。
(2)能量转换过程:化学能热能机械能电能,其中能量转换的关键环节是　　　　(氧化还原反应)。
2.直接转化——原电池
(1)实验探究铜锌原电池原理
实验 操作
实验 现象 铜片上:　　　　　　　; 锌片上:　　　　　　　　　　　　 铜片上:　　　　　　　; 锌片上:　　　　　　; 电流表:　　　　　　
实验 结论 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2)概念和反应本质
原电池是把　　　　　转化为　　　　的装置,其反应的本质是　　　　　　反应。
(3)工作原理(以铜-稀硫酸-锌原电池为例)
电极材料 锌 铜
电极名称 负极 正极
电极反应 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　
反应类型 　　　　反应 　　　　反应
电子流向 电子从　　　极流出经外电路流入　　　极
离子移向 阳离子移向　　　极,阴离子移向　　　极
二、常见的化学电源
1.一次电池——锌锰干电池
构造示意图
工作 原理 负极 　　　　 锌被氧化,逐渐消耗
电解质 氯化铵糊
正极 　　　　　 　　　　　　被还原
特点 放电后　　　　充电
便于携带,价格低
2.二次电池
3.发展中的燃料电池
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)原电池是将化学能转化为电能的装置。 (　　)
(2)在原电池中,电子流出的一极是负极,发生氧化反应。 (　　)
(3)锌、铜、稀硫酸组成的原电池中,溶液中的Zn2+、H+均向正极移动。 (　　)
(4)构成原电池的两个电极必须是活动性不同的两种金属。 (　　)
(5)把铜片插入氯化铁溶液中,在铜片表面出现一层铁。 (　　)
(6)把锌粒放入盛有盐酸的试管中,加入几滴氯化铜溶液,气泡放出的速率增大。 (　　)
(7)镍氢电池、锂电池和碱性锌锰干电池都是二次电池。 (　　)
(8)燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池。 (　　)
2.试分析火力发电有哪些优缺点
3.未来氢燃料客车可能会被广泛应用。氢燃料电池工作时负极是什么物质 下列关于氢燃料客车的说法中,哪些是正确的
a.氢燃料客车环保,助力实现“双碳”目标
b.氢氧燃料电池工作时的总反应为2H2+O22H2O
c.氢燃料客车不能在极寒天气中使用
【合作探究】
　原电池的原理及形成条件
　　冰心的《小桔灯》里曾有一句话:“天黑了,路滑,这盏小桔灯照你上山吧!”文章里的小桔灯(下图左)是用蜡烛放在桔皮里做成的。你知道吗 利用化学知识可以用桔子来制作真正的“小桔灯”(下图右)。原理很简单,其制作步骤为把一个桔子的桔瓣并联,将镀锌铁钉、铜线插到桔瓣上,并与放在中心的LED灯珠相连接,就制成了一个真正的小桔灯。
1.“小桔灯”中,桔瓣里的桔子汁的作用是什么
2.镀锌铁钉、铜线在“小桔灯”工作中起到什么作用
3.请分析“小桔灯”中能量转化形式。
4.如果将镀锌铁钉、铜线分开插入两瓣桔子中,LED灯珠能否被点亮 为什么
5.若将问题4中两瓣桔子紧贴在一起,LED灯珠能否被点亮 请归纳原电池的构成条件。
6.原电池的电极材料都必须是金属吗
1.原电池工作原理图解
2.原电池正、负极的判断方法
某课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置如图所示。下列说法错误的是(　　)。
A.铜片表面有气泡生成
B.装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
C.如果将稀硫酸换成柠檬汁,导线中不会有电子流动
D.如果将锌片换成铁片,电路中的电流方向不变
某同学按如图所示的装置做实验,并把实验情况记录于下面,其中叙述合理的是(　　)。
①锌为正极,铜为负极　②电解质溶液中H+浓度不变　③电流表的指针发生偏转　④铜极上有气泡产生　⑤溶液逐渐变蓝　⑥溶液中的阳离子向正极移动
A.①②③　　　　 B.③④⑤ C.③④⑥ D.②③④
　原电池原理的应用
活动1　有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下:
实验 装置
部分 实验现象 a极质量减小,b极质量增大 b极有气泡产生,c极无明显变化 c极有气泡产生,d极溶解 电流从a极流向d极
由此判断这四种金属的活动性顺序。
活动2　锌片与稀硫酸反应时,加入少量CuSO4溶液能使产生H2的速率加快,试分析其原因。
活动3　将氧化还原反应Fe+Cu2+Fe2++Cu设计成原电池,画出原电池装置图,并标出电极材料及电解质溶液。
1.增大氧化还原反应的速率
(1)原理:在原电池中,氧化反应和还原反应分别在两极进行,使溶液中的粒子运动时相互间的干扰减小,反应速率增大。
(2)应用:实验室常用粗锌和稀硫酸(或稀盐酸)反应制取H2,产生H2的速率比纯锌快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸(或稀盐酸)形成原电池,加快了锌的反应,使产生H2的速率增大。
2.比较金属的活动性强弱
(1)原理:原电池中,一般活动性强的金属为负极,活动性较弱的金属为正极。
(2)应用:有两种金属A和B,用导线连接后插入稀硫酸中,观察到A极溶解,B极上有气泡产生,由原电池原理可知,金属活动性A>B。
3.设计原电池的一般步骤
理论上能自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池。
(1)拆反应
将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应,分别作原电池的负极和正极。
(2)确定电极材料
若发生氧化反应的物质为金属单质,则可用该金属直接作负极;若为气体(如H2)或溶液中的还原性离子,则可用惰性电极(如Pt、碳棒)作负极。一般情况下,发生还原反应的电极材料的活泼性弱于负极材料。
(3)确定电解质溶液
一般选用反应物中的电解质溶液即可。
(4)构成闭合回路
有甲、乙两个装置,下列说法错误的是(　　)。
A.甲、乙装置中,Zn的质量均减小
B.甲、乙装置中,Cu上均有气泡产生
C.化学反应速率:乙>甲
D.甲中H+移向Zn,乙中H+移向Cu
铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式:　　　　　　　　　　　　。
(2)若将(1)中的反应设计成原电池,请在方框内画出原电池的装置图,标出正、负极,并写出电极反应。
　　　
正极反应:　　　　　　　　　　　　　;
负极反应:　　　　　　　　　　　　　。
　化学电源
　　随着经济的发展、人民生活水平的提高以及科技的进步,电池已经深入我们工作、学习和生活中的每一个角落。例如,手电筒上的干电池、手机上的锂电池、汽车上的蓄电池,还有新型环保公交车上的燃料电池等。电池的种类繁多,你知道电池是怎样分类的吗 各类电池的应用前景如何呢
1.生活中电动车、手机的电池属于一次电池还是二次电池 可充电电池的反应是可逆反应吗
2.充电电池在充电和放电时,能量是如何转化的 燃料电池中能量是如何转化的
3.氢燃料电池中是不是氢气直接燃烧
4.充电电池与一次电池在我们生活中都非常普遍,结合知识和生活实际,思考充电电池与一次电池相比有何优点。如何科学合理地使用充电电池
可充电电池电极与外接电源正负极的连接方式及发生的变化如下:
银锌电池放电过程可表示为Ag2O+ZnZnO+2Ag,此电池放电时,下列有关说法正确的是(　　)。
A.电能转化为化学能
B.电解质溶液是稀硫酸
C.电子通过外电路从正极流向负极
D.Zn作负极被氧化
铅酸蓄电池中总反应的离子方程式为PbO2+Pb+2S+4H+2PbSO4+2H2O。电池的简易装置如图所示,已知放电时灵敏电流计指针向右偏转。下列说法错误的是(　　)。
A.电池中a电极为负极,发生氧化反应
B.放电时,溶液中的H+向b电极移动
C.放电时,a电极的质量减小,b电极的质量增大
D.若将a、b电极材料分别替换为Ag和Fe,则灵敏电流计指针向左偏转
【随堂检测】
1.下列各组材料中,不能组成原电池的是(　　)。
选项 A B C D
两极材料 Zn片, 石墨 Cu片, Ag片 Zn片, Cu片 Fe片, Cu片
插入溶液 稀硫酸 AgNO3 溶液 蔗糖溶液 稀盐酸
2.某实验小组设计如图装置探究化学能与电能的转化关系,下列说法正确的是(　　)。
A.只有装置Ⅰ中电流表指针发生偏转
B.只有装置Ⅱ中电流表指针发生偏转
C.两个装置中电流表指针都发生偏转
D.两个装置中电流表指针都不发生偏转
3.有A、B、C、D四块金属,进行如下实验:
①将A、B用导线相连,浸入稀硫酸中,A极为负极
②C、D用导线相连后,同时浸入稀硫酸中,电流由D→导线→C
③A、C相连金属后,同时浸入稀硫酸中,C极产生大量气泡
④B、D相连后,金属同时浸入稀硫酸中,D极发生氧化反应
据此判断它们的金属活动性由强到弱的顺序是(　　)。
A.A>B>C>D　　　　　B.A>C>D>B
C.C>A>D>B D.B>D>C>A
4.燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)与氧气(或空气)反应将化学能转变为电能的装置,电解质溶液是强碱溶液。下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是(　　)。
A.负极反应:O2+2H2O+4e-4OH-
B.负极反应:CH4+8OH--8e-CO2+6H2O
C.随着放电的进行,溶液的c(OH-)不变
D.放电时溶液中的阴离子向负极移动
5.根据原电池工作原理,结合装置图,按要求解答问题:
(1)若X为Mg,Y为Al,Z为氢氧化钠溶液,则X为　　　　　　　(填电极名称),Y电极可能观察到的现象是　　　　　　　　,电池总反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(2)若X为Fe,Y为Cu,Z为浓硝酸,则Cu为　　　　　　　(填电极名称),铜电极区域可能观察到的现象是　　　　　　　　,电极反应为　　　　　　　　。
参考答案
自主预习·悟新知
一、1.(1)化石燃料　化学能　热能　发电机　(2)燃烧
2.(1)无气泡产生　逐渐溶解,有气泡产生　有气泡产生　逐渐溶解　指针偏转　锌与稀硫酸发生反应产生氢气,而铜与稀硫酸不反应　装置中发生反应产生氢气,导线中有电流通过
(2)化学能　电能　氧化还原　(3)Zn-2e-Zn2+　2H++2e-H2↑　氧化　还原　负　正　正　负
二、1.锌筒　石墨棒　二氧化锰　不能
2.化学能　电能　电能　化学能
效果检测
1.(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×
(7)×　(8)×
2.优点:廉价、方便、资源丰富。
缺点: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。
3.H2;a、b两项正确。
合作探究·提素养
任务1　原电池的原理及形成条件
问题生成
1.桔子汁的作用是作电解质溶液。
2.镀锌铁钉作负极,铜线作正极。
3.化学能转化为电能。
4.不能被点亮,因为没有形成闭合回路。
5.能被点亮,因为两瓣桔子中间的膜能让离子通过,离子定向移动构成了闭合回路。原电池构成的条件:①有活泼性不同的两个电极;②有电解质溶液;③形成闭合回路;④能自发进行的氧化还原反应。
6.原电池的电极材料可以是两种金属活动性不同的金属,也可以是一种金属与一种可导电的惰性材料(如石墨);在燃料电池中,电极本身均不发生反应,故两极均可用惰性材料。
典型例题
例1　C　
解析　铜锌原电池中,Cu作正极,溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气,故铜片上有气泡生成,A项正确;原电池中化学能转化为电能,LED灯发光时,电能转化为光能,B项正确;柠檬汁呈酸性,能作电解质溶液,将稀硫酸换成柠檬汁,仍然构成原电池,导线中会有电子流动,C项错误;金属活动性Cu比Zn、Fe弱,Cu作正极,电路中的电流方向不变,仍然由Cu流向负极,D项正确。
例2　C　
解析　金属活动性较强的锌电极作负极,金属活动性较弱的铜电极作正极,①错误;H+得电子生成氢气,所以电解质溶液中H+浓度减小,②错误;原电池装置中有电流产生,电流表指针发生偏转,③正确;铜电极上,氢离子得电子生成氢气,所以有气泡生成,④正确;锌作负极,发生氧化反应生成硫酸锌,铜不反应,溶液不变蓝色,⑤错误;原电池放电时,阳离子向正极移动,氢离子向铜片移动,⑥正确。
任务2　原电池原理的应用
活动探究
活动1　d>a>b>c。
活动2　Zn与CuSO4反应生成的Cu覆盖在锌片表面,Zn、Cu、稀硫酸构成原电池,增大反应速率。
活动3　
典型例题
例3　B　
解析　甲、乙装置中锌都失电子生成锌离子进入溶液,所以锌的质量均减小,A项正确;甲装置中,锌和氢离子发生置换反应生成氢气,所以锌棒上产生气泡,乙装置构成原电池,氢离子在铜(正极)上得电子生成氢气,B项错误;甲不能构成原电池,乙能构成原电池,作原电池负极的金属被腐蚀速率大于金属直接和电解质溶液反应的速率,所以反应速率大小为乙>甲,C项正确;甲中氢离子在锌上得电子发生还原反应,乙中氢离子在铜上得电子发生还原反应,所以甲中H+移向Zn,乙中H+移向Cu,D项正确。
例4　(1)2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
(2)
2Fe3++2e-2Fe2+(或Fe3++e-Fe2+)　Cu-2e-Cu2+
解析　依据反应:2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+。氧化反应为Cu-2e-Cu2+,还原反应为2Fe3++2e-2Fe2+,则设计思路明确:
原电池组成为Cu是负极,正极材料选用比铜更不活泼的铂丝或导电的非金属如石墨棒,电解质溶液可选用Fe2(SO4)3、FeCl3溶液。
任务3　化学电源
问题生成
1.电动车、手机的电池都可以反复充电使用,都属于二次电池;可充电电池有充电和放电两个过程,但这两个过程是在不同条件下进行的,所以并不属于可逆反应。
2.充电电池放电时是化学能转化为电能,充电时是电能转化为化学能;燃料电池中能量的转化是直接将化学能转化为电能。
3.不是。
4.充电电池比一次电池更持久耐用,更方便实惠,可以节约资源,减少废电池的处理量等。使用充电电池时需注意要合理充电,不能过充,使用时不要亏电,不使用时要从用电器中取出,密封贮存于干燥处等。
典型例题
例5　D　
解析　原电池是将化学能转化为电能的装置,A项错误;从总反应的化学方程式可以看出,电池放电后生成了ZnO,ZnO在酸性溶液中不能存在,所以电解质溶液为碱性溶液,B项错误;原电池中,电子从负极流向正极,C项错误;Zn作负极发生氧化反应,D项正确。
例6　C　
解析　根据铅酸蓄电池中总反应的离子方程式可知,Pb电极为负极,PbO2电极为正极,故a电极为负极,发生氧化反应,A项正确;放电时,阳离子向正极移动,故溶液中的H+向b电极移动,B项正确;放电时,正、负极都会生成硫酸铅,所以a、b电极的质量均增大,C项错误;若将a、b电极材料分别替换为Ag和Fe,则b电极为负极,a电极为正极,灵敏电流计指针向左偏转,D项正确。
随堂检测·精评价
1.C　解析　构成原电池要有四个基本条件:a.电解质溶液;b.两个电极,其中一个相对较活泼,另一个相对较不活泼,两个电极直接或间接地连接在一起,并插入电解质溶液中;c.能自发进行氧化还原反应;d.形成闭合电路。C项中蔗糖是非电解质,不能构成原电池。
2.B　解析　装置Ⅰ没有形成闭合回路,不能形成原电池,电流表不发生偏转;装置Ⅱ形成了原电池,有电流产生,电流表发生偏转,A、C、D三项均错误,B项正确。
3.B　解析　①A、B用导线相连后,同时浸入稀硫酸中,A极为负极,所以金属活动性A>B;②原电池中,电流从正极流向负极,C、D用导线相连后,同时浸入稀硫酸中,电流由D→导线→C,所以金属活动性C>D;③A、C相连后,同时浸入稀硫酸中,C极产生大量气泡,说明C极是正极,所以金属活动性A>C;④B、D相连后,同时浸入稀硫酸中,D极发生氧化反应,说明D极是负极,所以金属活动性D>B;综上可知,金属活动性顺序是A>C>D>B。
4.D　解析　O2+2H2O+4e-4OH-应为正极反应,A项错误;燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出,它将进一步反应转化成碳酸根离子,所以负极反应为CH4+10OH--8e-C+7H2O,B项错误;由于部分碱液和二氧化碳反应,因此溶液的c(OH-)将减小,C项错误。
5.(1)正极　电极材料逐渐溶解　2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑
(2)负极　电极材料逐渐溶解,溶液变蓝　Cu-2e-C
解析　(1)Mg-Al-NaOH溶液电池,虽然Mg更活泼,但Mg与NaOH溶液不反应,而Al与NaOH溶液反应2Al+2NaOH+6H2O2Na[Al(OH)4]+3H2↑,所以Al作负极。(2)Fe-Cu-浓硝酸电池,由于常温下Fe遇浓硝酸发生钝化,故Cu作负极。

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