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化学反应与能量转化的重要应用
化学电池
【知识回顾】
1.锌与硫酸反应的离子方程式为Zn+2H+ === Zn2++H2↑,反应中锌失电子,发生 反应,H+做氧化剂,发生 反应。
2.H2的燃烧反应中,H2做 ,O2做 ,反应中一部分化学能转化为 和 。
氧化
还原
还原剂
氧化剂
热能
光能
初识氢氧燃料电池
如图是一个简易的氢氧燃料电池的装置示意图，请用a装置电解获得氢气和氧气，再按图b所示连接装置进行实验。
实验过程中，电流表指针发生明显偏转，燃料电池中发生了反应：
化学能→电能
e-
+
-
负极反应物
失电子
发生氧化反应
正极反应物
得电子
发生还原反应
传导电子
电解质溶液
传导电荷
简易氢氧燃料电池是如何将化学能转化成电能的？
原电池的基本工作原理
氧化还原
化学
电
氧化
还原
闭合回路
电流
还原
失去
氧化
氧化
得到
还原
原电池的构造
导电的固体
电解质
导线
氧化还原
【例1】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(　　)
A 　 B　 C 　　　　 D
A
【素养提升6】下列装置能形成原电池的是
①②③⑦
设计一个简单的原电池
实验设计
设计思路及依据 实验装置 实验现象
Zn+2H+====Zn2++H2↑
确定 负极 选择负极反应物:_ ___
选择负极材料:___ _
确定 正极 选择正极反应物:____ ___
选择正极材料:___________
构成闭 合回路 选择离子导体:____________
选择电子导体:___ _
锌片逐渐溶解；正极材料表面有气泡生成,电流表指针偏转
锌片
锌片
稀盐酸、稀硫酸
铜片/石墨
稀盐酸、稀硫酸
导线
实验用品：锌片、铜片、石墨棒、稀硫酸、稀盐酸；
烧杯、导线、电流表、开关
尝试分析如图所示的原电池的工作原理。
Cu
Zn
稀硫酸
-
-
-
H+
H+
Zn2+
SO42-
负极
正极
Cu
Zn
稀硫酸
-
-
-
H+
H+
Zn2+
SO42-
负极
正极
外电路电子从负极流向正极，电流由正极流向负极
内电路阳离子向正极移动，阴离子向负极移动
尝试分析如图所示的原电池的工作原理。
2H＋＋2e－===H2↑
Zn－2e－===Zn2＋
Zn2+
pH
原电池正负极材料和离子导体的选择
负极材料选择
正极材料选择
离子导体选择
不与正极反应物和离子导体发生反应且能导电的固体
金属（活动性比负极弱）或石墨
一般是能电离出正极反应物离子的电解质溶液
负极反应物为金属时，用负极反应物做负极材料（活动性比正极强）
负极反应物不导电时，负极材料用惰性导电材料（如石墨、Pt）
Fe-2e-=Fe2+
Cu2++e-=Cu
负极反应：
正极反应：
1.设计原电池
找：确定原电池的负极、正极材料和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。
画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。
原电池的应用
Fe
【例2】根据原电池原理和设计思路，将反应Fe+CuSO4=FeSO4+Cu设计成原电池，画出装置图，并写出正负极反应式。
15.（4）利用反应Zn＋2FeCl3=ZnCl2＋2FeCl2，设计一个原电池，画出实验装置图
2.加快氧化还原反应的速率
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，使反应速率增大。
【例】实验室用Zn和稀H2SO4反应制取H2，常用粗锌（含有杂质Cu），它产生H2的速率快----原因？
粗锌中的杂质(Cu)和锌、稀H2SO4形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。
Cu
Zn
稀H2SO4
13.已知金属锈蚀的原理是在潮湿空气中金属表面形成水膜，金属与杂质和水膜中溶解的电解质组成原电池，从而使金属锈蚀加快，下列制品的镀层损坏后，金属腐蚀速率最快的是(　　)A.镀铝塑扣 B.食品罐头盒(镀锡铁盒) C.白铁水桶(镀锌)
D.镀银铜质奖章
3.金属腐蚀的防护
在轮船外壳上镶嵌锌块,在海水中形成原电池,锌做负极失去电子,铁受到保护而不被腐蚀。
B
4.比较金属的活动性强弱
原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。
12.X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为(　　) A.X>Y>Z B.X>Z>Y C.Y>X>Z D.Y>Z>X
C
(1)看电极材料(2)看电流方向或电子流动方向(3)看电解质溶液内离子的定向移动
(4)看原电池两极发生的反应(5)看现象
一般溶解的一极为 极，增重或有气泡生成的一极为 极。
原电池正负极的判断方法：
16.（1）当电极a为Al，电极b为Cu，电解质溶液为稀硫酸时，正极的电极反应式为_____________________。（2）当电极a为Al，电极b为Mg，电解质溶液为氢氧化钠溶液时，该电池的正极为___________________。 当反应中收集到标准状况下224ml气体时，消耗的电极质量为________g。（3）燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂（如O2）反应所产生的化学能直接转化为电能。现设计一燃料电池，以电极a为正极，电极b为负极，甲烷为燃料，采用氢氧化钠溶液为电解液，则甲烷应通入________极（填“a”或“b”），下同，电子从________极流出，电解质溶液中OH-向________极移动。下列说法正确的是 （ ）
A.b,b,b B.b,a,a, C.a,b,b D.a,a,a
化学电池的分类
干电池
（一次电池）
充电电池
（二次电池）
燃料电池
总结归纳
总反应：Zn+2NH4+ +2MnO2= Zn2++2NH3+ Mn2O3+H2O
负极反应式：
正极反应式：
Zn-2e-=Zn2+
2MnO2+2NH4++2e-=Mn2O3+2NH3+H2O
a：一次性电池，不可逆
b：NH4Cl显酸性，会腐蚀锌筒，用KOH代替NH4Cl能提高性能，延长寿命
酸性锌锰干电池
【素养提升9】

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