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第六章
第一节　化学反应与能量变化
化学反应与能量
课时9　化学反应与电能
学习目标 知识体系
1．通过实验探究认识化学能可以转化为电能 2．理解原电池的装置特点及原理 3．了解常见的原电池及燃料电池的特点
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 原电池是将电能转化为化学能的装置 (　　)
(2) 原电池中，活泼金属作正极，不活泼金属或非金属作负极 (　　)
(3) 原电池的外电路中，电子从负极经导线流向正极 (　　)
(4) 原电池中，正极发生氧化反应 (　　)
(5) 白炽灯工作时，电能可全部转化为光能 (　　)
×
×
√
×
×
(6) 普通干电池工作时将化学能转化为电能 (　　)
(7) 锌铜原电池的正极反应式为Zn－2e═══Zn2+ (　　)
(8) 铅蓄电池的负极反应式为Pb－2e═══Pb2+ (　　)
(9) 燃料电池的能量转换效率高，在电池工作中，只将化学能转化成电能 (　　)
(10) 所有的化学反应都可以设计成原电池 (　　)
√
×
×
×
×
纲要笔记
原电池的定义及工作原理(以锌铜原电池为例)
1
重难点
1
1．原电池定义：将________能转化为______能的装置。
2．锌铜原电池原理示意图：
化学
电
3．原电池电极反应式与总反应
负极(锌)：____________________；
正极(铜)：_____________________；
总反应：__________________________。
Zn－2e－═══Zn2+
2H＋＋2e－═══H2↑
Zn＋2H＋═══Zn2+＋H2↑
4．电子的移动方向
从______极流出，经________流向______极(电子不进入电解质溶液)。
5．离子的移动方向(正正负负)
阳离子向______极移动，阴离子向______极移动。
6．电流的移动方向
电流从正极出发，经导线到负极，再经溶液到正极，电流是个回路。
负
导线
正
正
负
7．原电池的构成条件及设计
(1) 原电池的构成条件
(2) 原电池的设计
①将氧化还原反应拆分成两个电极反应：
还原剂－ne－—→氧化产物；
氧化剂＋ne－—→还原产物。
②结合电极反应式找正、负极材料和合理的电解质溶液：还原剂为负极材料或在负极上反应的燃料(氢气或有机物等还原性物质)，正极材料一般为惰性金属(如Pt电极)或石墨电极等；氧化剂一般为电解质溶液中的阳离子或氧气。
③形成回流装置时可用盐桥。最后画出原电池装置图。
原电池正、负极的判断方法
1
重难点
2
氢氧燃料电池
1
重难点
3
氢氧燃料电池分为酸性电池和碱性电池，氢气在负极失电子，氧气在正极得电子。电池总反应为2H2＋O2═══2H2O。
1．酸性氢氧燃料电池(原理如图所示)，电极反应式由______
平衡电荷。
负极反应式：____________________；
正极反应式：__________________________。
2．碱性氢氧燃料电池，电极反应式由__________平衡电荷。
负极反应式：____________________________；
正极反应式：____________________________。
H＋
H2－2e－═══2H＋
O2＋4H＋＋4e－═══2H2O
OH－
H2＋2OH－－2e－═══2H2O
O2＋2H2O＋4e－═══4OH－
有机物燃料电池
1
重难点
4
1．要点归纳
(1) 燃料电池中有机物化合价的判断：有机物中H元素显＋1价，O元素显－2价，根据化合物中元素化合价代数和为0可计算C元素的平均价态。如CH3OH、CH3CH2OH中的C元素平均价态为－2价，C6H6中的C元素平均价态为－1价，HCOOH中的C元素平均价态为＋2价。
(2) 正、负极的判断：燃料电池中，通入燃料的一极为负极，失去电子，元素的化合价升高；通入O2的一极作正极，得到电子，元素的化合价降低。
(3) 产物的判断：有机物在酸性电池中的含碳产物为CO2，一个电极消耗H＋，另一个电极产生H＋；在碱性电池中的含碳产物为，一个电极消耗OH－，另一个电极产生OH－。
2．CH4燃料电池的电极反应式的书写
(1) 在酸性电池中(设电解液为H2SO4溶液)，电极反应式用H＋平衡电荷，不能出现OH－。负极生成H＋，正极消耗H＋。
负极反应式：__________________________________；
正极反应式：___________________________；
电池总反应：____________________________。
(2) 在碱性电池中(设电解液为KOH溶液)，电极反应式用OH－平衡电荷，不能出现H＋、CO2(应为)。负极消耗OH－，正极生成OH－。
负极反应式：____________________________________；
正极反应式：___________________________；
电池总反应：_____________________________________。
CH4＋2H2O－8e－═══CO2＋8H＋
O2＋4e－＋4H＋═══2H2O
CH4＋2O2═══CO2＋2H2O
CH4＋10OH－－8e－═══7H2O＋C
O2＋4e－＋2H2O═══4OH－
CH4＋2O2＋2KOH═══K2CO3＋3H2O
3．乙醇燃料电池电极反应式的书写
(1) 酸性介质(如H2SO4溶液)
负极反应式：__________________________________________；
正极反应式：____________________________；
总反应：________________________________。
(2) 碱性介质(如KOH溶液)
负极反应式：________________________________________；
正极反应式：___________________________；
总反应：___________________________________________。
C2H5OH－12e－＋3H2O═══2CO2↑＋12H＋
O2＋4e－＋4H＋═══2H2O
C2H5OH＋3O2═══2CO2＋3H2O
C2H5OH－12e－＋3H2O═══2CO2↑＋12H＋
O2＋4e－＋2H2O═══4OH－
C2H5OH＋3O2＋4KOH═══2K2CO3＋5H2O
常见的化学电源
1
重难点
5
1．一次电池——锌锰干电池(构造如图1所示)
正极反应式：
═══MnO(OH)＋NH3
负极反应式：
Zn＋2NH3－2e－═══[Zn(NH3)2]2+
电池总反应：Zn＋2MnO2＋2NH4Cl═══Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)
图1
2．二次电池(可充电电池)
电池放电后，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前状态，从而实现放电与充电的循环，这种能充电的电池为二次电池。如铅酸蓄电池，构造如图2所示。该电池工作原理图如下：
图2
电极反应式如下：
负极：___________________________(________反应)
正极：_________________________________________(________反应)
电池总反应：
Pb＋PbO2＋2H2SO4═══2PbSO4＋2H2O
═══PbSO4
氧化
PbO2＋2e－＋S＋4H＋═══PbSO4＋2H2O
还原
原电池的应用
1
重难点
6
1．比较金属活动性强弱
原电池的两极为两种金属时，一般作负极的金属比作正极的金属________。
2．加快化学反应速率
有原电池的化学反应比没有原电池的化学反应速率快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加几滴__________溶液，形成Zn Cu原电池，产生氢气的速率________(填“加快”或“减慢”)。
3．用于金属的防护
将需要保护的金属制品作原电池的________而受到保护。
活泼
CuSO4
加快
正极
分类悟法
　　　下列装置能构成原电池的是 (　　)
1
原电池的构成条件
1
类型
1
C
解析：该装置没有形成闭合回路，不能构成原电池，A不选；该装置中电极材料相同，所以不能构成原电池，B不选；该装置形成闭合回路，Cu、Zn为活动性不同的两个电极，和稀硫酸能构成原电池，铜作正极，锌作负极，C选；酒精为非电解质，该装置不能自发进行氧化还原反应，所以不能构成原电池，D不选。
　　　下列关于图示装置的叙述错误的是 (　　)
A．铜是正极，其质量不变
B．电子从锌极沿导线流向铜极
C．铜极上发生氧化反应
D．铜极的电极反应式为2H＋＋2e－═══H2↑
原电池工作原理
1
类型
2
2
C
解析：由于金属活动性：Zn＞Cu，所以Zn为负极，Cu为正极，在正极上H＋得到电子生成H2，发生还原反应，C错误。
　　　如图所示装置中，电流表A发生偏转，a极逐渐变粗，同时b极逐渐变细，c为电解质溶液，则a、b、c应是下列各组中的 (　　)
A．a是Zn、b是Cu、c为稀硫酸
B．a是Ag、b是Fe、c为AgNO3溶液
C．a是Fe、b是Ag、c为AgNO3溶液
D．a是Cu、b是Zn、c为稀硫酸
原电池正、负极的判断
1
类型
3
3
B
解析：Zn作负极，a极会逐渐变细，A错误；a极析出金属Ag，并且b极(Fe)变细，B正确；Fe作负极，a极会逐渐变细，C错误；a极析出氢气，电极不会变粗，D错误。
　　　氢氧燃料电池的反应原理如图所示。下列说法正
确的是 (　　)
A．电池工作时，电能转化为化学能
B．负极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－═══4OH－
C．电子由电极b通过导线流向电极a
D．2 mol氢气和1 mol氧气的总能量高于2 mol水的总能量
氢氧燃料电池
1
类型
4
4
D
解析：该装置为原电池，是化学能转化为电能，A错误；氢气失去电子，作负极，电极反应式为H2－2e－═══2H＋，B错误；电极a为负极，电极b为正极，电子由电极a通过导线流向电极b，C错误；氢气、氧气燃烧生成水的反应为放热反应，即2 mol 氢气和1 mol 氧气的总能量高于2 mol 水的总能量，D正确。
　　　右边关于四个常用电化学装置的叙述错误的是 (　　)
A．图Ⅰ所示水果电池中，电子从锌片流出
B．图Ⅱ所示干电池中石墨作正极
C．图Ⅲ的铅蓄电池为二次电池
D．图Ⅳ中氢氧燃料电池的负极反应式为O2＋4H＋＋4e－═══2H2O
5
原电池工作原理
1
类型
5
D
图Ⅰ
图Ⅱ
图Ⅲ
图Ⅳ
解析：图Ⅳ所示电池为氢氧燃料电池，氧气在正极得到电子发生还原反应，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－═══2H2O，D错误。
课堂评价
1．某同学设计的几种电池装置如图所示。其中能构成原电池的是 (　　)
A．③⑤⑦ B．③④⑤
C．④⑤⑦ D．②⑤⑥
A
解析：该装置不能形成闭合回路，①不能构成原电池；该装置中电极材料相同，②不能构成原电池；该装置形成闭合回路，且两极为不同金属，能自发发生氧化还原反应，总反应为Zn＋H2SO4═══ZnSO4＋H2↑，③能构成原电池；Cu和Ag的活动性都在H之后，为不活泼金属，不能发生自发的氧化还原反应，④不能构成原电池；该装置形成闭合回路，且两极为不同金属，能自发发生氧化还原反应，⑤能构成原电池；酒精不是电解质溶液，不能形成闭合回路，⑥不能构成原电池；该装置形成闭合回路，能自发发生氧化还原反应，总反应为2FeCl3＋Cu═══2FeCl2＋CuCl2，⑦能构成原电池；故选A。
2．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间。下列叙述正确的是 (　　)
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中c(H＋)均减小
D．产生气泡的速率甲比乙慢
C
解析：甲烧杯中，铜、锌用导线连接，构成原电池，铜是正极，铜片表面有氢气产生，A错误；乙中铜、锌没有连接，不构成原电池，B错误；两烧杯中均发生反应Zn＋2H＋═══Zn2+＋H2↑，溶液中的c(H＋)均减小，C正确；甲烧杯中构成原电池，产生气泡的速率甲比乙快，D错误。
3．甲醇(CH3OH)燃料电池的化学原理如图所示。下列判断不正确的是 (　　)
A．电极A为电池负极
B．电极B表面上发生还原反应
C．工作一段时间溶液中OH－浓度保持不变
D．燃料电池工作时不会出现火焰
C
解析：通入燃料的一极为负极，电极A为负极，A正确；电极B表面上氧气得电子发生还原反应，B正确；总反应为3O2＋2CH3OH＋4KOH═══2K2CO3＋6H2O，KOH参加反应且生成水，导致溶液中OH－浓度降低，C错误；燃料电池是将化学能转化为电能，不是燃料燃烧，所以没有火焰产生，D正确。
4．下列关于电化学装置的叙述正确的是 (　　)
A．图1所示干电池中，石墨电极发生氧化反应
B．图1所示干电池中，锌得到电子，作负极
图1
C．图2所示燃料电池中，其工作原理为燃烧氢气将化学能转化为电能
D．图2所示电池中正极发生的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－═══2H2O
图2
D
解析：图1为酸性锌锰干电池，锌为金属，锌作负极，石墨作正极，石墨电极发生还原反应，A错误；图1所示电池中，锌作负极，失去电子发生氧化反应，B错误；图2所示燃料电池中，可将化学能转化为电能，其工作原理为氢气作负极失电子，氧气作正极得电子，并不是氢气燃烧，C错误。课时9　化学反应与电能
1．写出下列要求的电极反应式。
(1) 酸性电解质(H2SO4)的氢氧燃料电池：
负极反应式：________________；
正极反应式：________________；
总反应：________________。
(2) 碱性电解质(KOH)的氢氧燃料电池：
负极反应式：________________；
正极反应式：________________；
总反应：________________。
2．已知铅蓄电池的放电时总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。完成下列填空。
(1) 放电时，负极是__________，正极是______________，电解质溶液是_____________。
负极反应式：________________；正极反应式：________________。
(3) 放电过程中，负极质量________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，H2SO4溶液的浓度________。
3．下列设备工作时，将化学能转化为电能的是(　　)
A．车用蓄电池放电 B．燃气灶
C．水力发电器 D．硅太阳能电池
4．下列装置能构成原电池的是(　　)
A B
C D
5．下列生活中的常见电池，属于一次电池的是(　　)
A．锌锰电池 B．镍镉电池
C．锂离子电池 D．铅蓄电池
6．铅酸蓄电池是一种典型的可充电电池，其放电时的电池总反应为Pb＋PbO2＋4H＋＋2S ===2PbSO4＋2H2O。下列说法不正确的是(　　)
A．电池工作时，负极反应式为
Pb－2e－ ===Pb2＋
B．铅酸蓄电池是二次电池，充电时电能转化为化学能
C．电池工作时，电子由Pb极通过导线流向PbO2极
D．电池工作时，溶液中H＋移向PbO2极
7．理论上，下列反应不能设计成原电池的是(　　)
A．4Al＋3O2===2Al2O3
B．NaOH＋HCl===NaCl＋H2O
C．4NH3＋5O2===4NO＋6H2O
D．Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4
8．如图所示的水果电池中，外电路上的电流从X电极流向Y电极。若X为铁，则Y可能是(　　)
A．镁 B．石墨
C．银 D．铜
9．Mg 空气电池装置如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A．该电池可将化学能转化为电能
B．电池工作时，空气在碳材料电极上发生氧化反应
C．外电路中电子流向：石墨电极→导线→镁电极
D．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
10．银锌电池是一种常见化学电源，其放电的反应原理为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋Ag。下列说法错误的是(　　)
A．Ag2O发生还原反应
B．溶液中OH－向负极移动
C．电子从Ag2O电极经外电路流向Zn电极
D．Zn发生的电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
11．“仙湖”实验室研发了一种应用前景广泛的“氮氧”燃料电池，工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．电极a为正极，发生还原反应
B．电极b的电极反应式为
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电极a与电极b应使用活动性不同的导电材料
D．电极a生成标准状况下11.2 L N2时，理论上会有3 mol e－通过导线
12．两种常见的电池装置如图所示。回答下列问题：
图1
图2
(1) 图1中电池属于 ________(填“一次”或“二次”)电池。
(2) 图2是铜锌原电池的实验装置图。
①该电池外电路中电流方向为________(填电极材料，下同)→__________，负极的电极反应式是__________________________，溶液中H＋向________(填“负”或“正”)极移动，烧杯中溶液的pH______(填“增大”“减小”或“不变”)。
②若有0.1 mol电子流过导线，理论上可得到的氢气体积为________L(标准状况下)。
③在实验中，某同学发现不仅在铜片上有气泡产生，在锌片上也产生了少量气体，分析其原因可能是________________。
13．潜艇中使用的液氨 液氧燃料电池工作原理如图所示：
(1) 电极a是________(填“正极”或“负极”)。
(2) 电解质溶液中OH－向________(填“电极a”或“电极b”)移动。
(3) 电极b的电极反应式为________________。
14．甲醇燃料电池可使甲醇作燃料时的能量转化更高效，某甲醇燃料电池的工作原理如图所示：
其电极反应式如下：
CH3OH＋H2O－e－H＋＋CO2(未配平)
O2＋H＋＋e－―→H2O(未配平)
(1) 电极B是________(填“正极”或“负极”)。
(2) 甲醇燃料电池供电时的总反应为_______________________________。
(3) 当该装置消耗48 g甲醇时，转移电子的物质的量为________mol；若这部分电子全部用于电解水，理论上可产生标准状况下氢气的体积为________L。
课时9　化学反应与电能
1．(1) H2－2e－===2H＋
O2＋4e－＋4H＋===2H2O　2H2＋O2===2H2O
(2) H2－2e－＋2OH－===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4O2H2＋O2===2H2O
2．(1) Pb　PbO2　H2SO4溶液
Pb＋S－2e－===PbSO4
PbO2＋4H＋＋S＋2e－===PbSO4＋2H2O
(2) 增大　减小
3．A　解析：车用蓄电池放电是将化学能转化为电能，A正确；燃气灶为化学能转化为热能的装置，B错误；水力发电器是水的机械能转化成电能，C错误；硅太阳能电池为太阳能转化为电能的装置，D错误。
4．C　解析：未形成闭合回路，不能形成原电池，A错误；两个电极活动性相同，不能产生电势差，不能形成原电池，B错误；Zn和Cu为活动性不同的电极，番茄汁有自由移动的氢离子，Zn与番茄汁能够发生自发的氧化还原反应，且能够形成闭合回路，可以形成原电池，C正确；酒精不是电解质溶液，不能导电，D错误。
5．A　解析：普通锌锰干电池为一次电池，不能充电重复使用，镍镉电池、锂离子电池、铅蓄电池均为可充电电池，为二次电池，A符合题意。
6．A　解析：放电时，Pb为电池负极，PbO2为电池正极，负极反应式为Pb－2e－＋S===PbSO4，A错误；电池工作时，电子由负极Pb通过导线流向正极PbO2，C正确；电池工作时，溶液中阳离子移向电池正极，则溶液中H＋移向正极PbO2，D正确。
7．B　解析：只有自发的氧化还原反应才可能设计成原电池，NaOH＋HCl===NaCl＋H2O为中和反应，非氧化还原反应，不能设计成原电池，B符合题意。
8．A　解析：外电路上的电流从X电极流向Y电极，则Y电极为原电池的负极，原电池中负极金属的活动性大于正极，故选A。
9．A　解析：该装置为原电池，将化学能转化为电能，A正确；碳材料电极为正极，空气在正极得到电子发生还原反应，B错误；原电池工作时，外电路电子由负极流向正极，则外电路电子由Mg电极经导线流向碳材料电极，C错误；电解质溶液是碱性的，所以负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，D错误。
10．C　解析：Ag2O电极是正极，得到电子发生还原反应生成银单质，A正确；原电池中阴离子向负极移动，故溶液中OH－向负极移动，B正确；电子由电池负极(Zn)流出，经过导线流入电池正极(Ag2O)，C错误；Zn为电池的负极，电极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，D正确。
11．D　解析：由NH3转化为N2，氮元素化合价升高，发生氧化反应，则电极a为负极，发生氧化反应，A错误；酸性条件下，正极氧气发生还原反应生成水，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，B错误；电极a与电极b可以均使用惰性电极，C错误；电极a的电极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋，生成标准状况下11.2 L N2(即0.5mol)，理论上会有3 mol e－通过导线，D正确。
12．(1) 二次　(2) ①Cu　Zn　Zn－2e－===Zn2＋　正　增大　②1.12　③锌片不纯，在锌片上形成原电池
解析：(2) ①Zn、Cu和稀硫酸构成原电池中，电池总反应为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，则锌为负极，铜为正极，负极上Zn失电子生成Zn2＋，负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，外电路中电流方向：Cu→Zn，溶液中阳离子移向正极，即溶液中H＋向正极移动，由于总反应消耗了H＋，所以溶液的pH增大。②正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，则n(H2)＝n(e－)＝0.05 mol，标准状况下V(H2)＝nVm＝0.05 mol×22.4 L/mol＝1.12 L。
13．(1) 负极　(2) 电极a
(3) O2＋4e－＋2H2O===4OH－
14．(1) 负极　(2) 2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O　(3) 9　100.8
解析：(1) 从图中可知，电子从电极B流向电极A，则电极B为负极。(2) 甲醇燃料电池供电时总反应为甲醇和氧气反应生成二氧化碳和水。(3) 该甲醇燃料电池为酸性电解质，则负极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋，当消耗48 g甲醇(即1.5 mol)，转移电子的物质的量为9 mol。电解水时阴极上生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，当转移9 mol电子时，生成4.5 mol氢气，标准状况下体积为100.8 L。课时9　化学反应与电能
目 标 导 航
学习目标 知识体系
1．通过实验探究认识化学能可以转化为电能 2．理解原电池的装置特点及原理 3．了解常见的原电池及燃料电池的特点
概 念 辨 析
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 原电池是将电能转化为化学能的装置(　　)
(2) 原电池中，活泼金属作正极，不活泼金属或非金属作负极(　　)
(3) 原电池的外电路中，电子从负极经导线流向正极(　　)
(4) 原电池中，正极发生氧化反应(　　)
(5) 白炽灯工作时，电能可全部转化为光能(　　)
(6) 普通干电池工作时将化学能转化为电能(　　)
(7) 锌铜原电池的正极反应式为Zn－2e═══Zn2+(　　)
(8) 铅蓄电池的负极反应式为Pb－2e═══Pb2+(　　)
(9) 燃料电池的能量转换效率高，在电池工作中，只将化学能转化成电能(　　)
(10) 所有的化学反应都可以设计成原电池(　　)
原电池的定义及工作原理(以锌铜原电池为例)
1．原电池定义：将__________能转化为_________能的装置。
2．锌铜原电池原理示意图：
3．原电池电极反应式与总反应
负极(锌)：__________；
正极(铜)：____________；
总反应：____________。
4．电子的移动方向
从________极流出，经________流向________极(电子不进入电解质溶液)。
5．离子的移动方向(正正负负)
阳离子向________极移动，阴离子向________极移动。
6．电流的移动方向
电流从正极出发，经导线到负极，再经溶液到正极，电流是个回路。
7．原电池的构成条件及设计
(1) 原电池的构成条件
(2) 原电池的设计
①将氧化还原反应拆分成两个电极反应：
还原剂－ne－—→氧化产物；
氧化剂＋ne－—→还原产物。
②结合电极反应式找正、负极材料和合理的电解质溶液：还原剂为负极材料或在负极上反应的燃料(氢气或有机物等还原性物质)，正极材料一般为惰性金属(如Pt电极)或石墨电极等；氧化剂一般为电解质溶液中的阳离子或氧气。
③形成回流装置时可用盐桥。最后画出原电池装置图。
原电池正、负极的判断方法
氢氧燃料电池
氢氧燃料电池分为酸性电池和碱性电池，氢气在负极失电子，氧气在正极得电子。电池总反应为2H2＋O2═══2H2O。
1．酸性氢氧燃料电池(原理如图所示)，电极反应式由________平衡电荷。
负极反应式：___________；
正极反应式：____________。
2．碱性氢氧燃料电池，电极反应式由___________平衡电荷。
负极反应式：____________；
正极反应式：____________。
有机物燃料电池
1．要点归纳
(1) 燃料电池中有机物化合价的判断：有机物中H元素显＋1价，O元素显－2价，根据化合物中元素化合价代数和为0可计算C元素的平均价态。如CH3OH、CH3CH2OH中的C元素平均价态为－2价，C6H6中的C元素平均价态为－1价，HCOOH中的C元素平均价态为＋2价。
(2) 正、负极的判断：燃料电池中，通入燃料的一极为负极，失去电子，元素的化合价升高；通入O2的一极作正极，得到电子，元素的化合价降低。
(3) 产物的判断：有机物在酸性电池中的含碳产物为CO2，一个电极消耗H＋，另一个电极产生H＋；在碱性电池中的含碳产物为，一个电极消耗OH－，另一个电极产生OH－。
2．CH4燃料电池的电极反应式的书写
(1) 在酸性电池中(设电解液为H2SO4溶液)，电极反应式用H＋平衡电荷，不能出现OH－。负极生成H＋，正极消耗H＋。
负极反应式：____________；
正极反应式：___________；
电池总反应：____________。
(2) 在碱性电池中(设电解液为KOH溶液)，电极反应式用OH－平衡电荷，不能出现H＋、CO2(应为)。负极消耗OH－，正极生成OH－。
负极反应式：____________；
正极反应式：____________；
电池总反应：____________。
3．乙醇燃料电池电极反应式的书写
(1) 酸性介质(如H2SO4溶液)
负极反应式：____________；
正极反应式：____________；
总反应：____________。
(2) 碱性介质(如KOH溶液)
负极反应式：___________________________；
正极反应式：____________；
总反应：___________________________。
常见的化学电源
1．一次电池——锌锰干电池(构造如图1所示)
正极反应式：
MnO2＋e－＋N═══MnO(OH)＋NH3
负极反应式：
Zn＋2NH3－2e－═══[Zn(NH3)2]2+
电池总反应：Zn＋2MnO2＋2NH4Cl═══Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)
图1
图2
2．二次电池(可充电电池)
电池放电后，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前状态，从而实现放电与充电的循环，这种能充电的电池为二次电池。如铅酸蓄电池，构造如图2所示。该电池工作原理图如下：
电极反应式如下：
负极：_________ ________ ________ (___________反应)
正极：_________________________ __(__________反应)
电池总反应：
Pb＋PbO2＋2H2SO4═══2PbSO4＋2H2O
原电池的应用
1．比较金属活动性强弱
原电池的两极为两种金属时，一般作负极的金属比作正极的金属__ __。
2．加快化学反应速率
有原电池的化学反应比没有原电池的化学反应速率快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加几滴__________溶液，形成Zn Cu原电池，产生氢气的速率_________ (填“加快”或“减慢”)。
3．用于金属的防护
将需要保护的金属制品作原电池的_________而受到保护。
类型1　原电池的构成条件
　下列装置能构成原电池的是(　　)
A． B．
C． D．
类型2　原电池工作原理
　下列关于图示装置的叙述错误的是(　　)
A．铜是正极，其质量不变
B．电子从锌极沿导线流向铜极
C．铜极上发生氧化反应
D．铜极的电极反应式为2H＋＋2e－═══H2↑
类型3　原电池正、负极的判断
　如图所示装置中，电流表A发生偏转，a极逐渐变粗，同时b极逐渐变细，c为电解质溶液，则a、b、c应是下列各组中的(　　)
A．a是Zn、b是Cu、c为稀硫酸
B．a是Ag、b是Fe、c为AgNO3溶液
C．a是Fe、b是Ag、c为AgNO3溶液
D．a是Cu、b是Zn、c为稀硫酸
类型4　氢氧燃料电池
　氢氧燃料电池的反应原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．电池工作时，电能转化为化学能
B．负极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－═══4OH－
C．电子由电极b通过导线流向电极a
D．2 mol氢气和1 mol氧气的总能量高于2 mol水的总能量
类型5　常见的化学电源
　下列关于四个常用电化学装置的叙述错误的是(　　)
图Ⅰ
图Ⅱ
图Ⅲ
图Ⅳ
A．图Ⅰ所示水果电池中，电子从锌片流出
B．图Ⅱ所示干电池中石墨作正极
C．图Ⅲ的铅蓄电池为二次电池
D．图Ⅳ中氢氧燃料电池的负极反应式为O2＋4H＋＋4e－═══2H2O
1．某同学设计的几种电池装置如图所示。其中能构成原电池的是(　　)
　　　　　　
①　　　　②　　　　③　　　　④　　　　⑤　　　　⑥　　　　⑦
A．③⑤⑦ B．③④⑤
C．④⑤⑦ D．②⑤⑥
2．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间。下列叙述正确的是(　　)
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中c(H＋)均减小
D．产生气泡的速率甲比乙慢
3．甲醇(CH3OH)燃料电池的化学原理如图所示。下列判断不正确的是(　　)
A．电极A为电池负极
B．电极B表面上发生还原反应
C．工作一段时间溶液中OH－浓度保持不变
D．燃料电池工作时不会出现火焰
4．下列关于电化学装置的叙述正确的是(　　)
图1
图2
A．图1所示干电池中，石墨电极发生氧化反应
B．图1所示干电池中，锌得到电子，作负极
C．图2所示燃料电池中，其工作原理为燃烧氢气将化学能转化为电能
D．图2所示电池中正极发生的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－═══2H2O
课时9　化学反应与电能
目 标 导 航
学习目标 知识体系
1．通过实验探究认识化学能可以转化为电能 2．理解原电池的装置特点及原理 3．了解常见的原电池及燃料电池的特点
概 念 辨 析
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。
(1) 原电池是将电能转化为化学能的装置(　×　)
(2) 原电池中，活泼金属作正极，不活泼金属或非金属作负极(　×　)
(3) 原电池的外电路中，电子从负极经导线流向正极(　√　)
(4) 原电池中，正极发生氧化反应(　×　)
(5) 白炽灯工作时，电能可全部转化为光能(　×　)
(6) 普通干电池工作时将化学能转化为电能(　√　)
(7) 锌铜原电池的正极反应式为Zn－2e═══Zn2+(　×　)
(8) 铅蓄电池的负极反应式为Pb－2e═══Pb2+(　×　)
(9) 燃料电池的能量转换效率高，在电池工作中，只将化学能转化成电能(　×　)
(10) 所有的化学反应都可以设计成原电池(　×　)
原电池的定义及工作原理(以锌铜原电池为例)
1．原电池定义：将__化学__能转化为__电__能的装置。
2．锌铜原电池原理示意图：
3．原电池电极反应式与总反应
负极(锌)：__Zn－2e－═══Zn2+__；
正极(铜)：__2H＋＋2e－═══H2↑__；
总反应：__Zn＋2H＋═══Zn2+＋H2↑__。
4．电子的移动方向
从__负__极流出，经__导线__流向__正__极(电子不进入电解质溶液)。
5．离子的移动方向(正正负负)
阳离子向__正__极移动，阴离子向__负__极移动。
6．电流的移动方向
电流从正极出发，经导线到负极，再经溶液到正极，电流是个回路。
7．原电池的构成条件及设计
(1) 原电池的构成条件
(2) 原电池的设计
①将氧化还原反应拆分成两个电极反应：
还原剂－ne－—→氧化产物；
氧化剂＋ne－—→还原产物。
②结合电极反应式找正、负极材料和合理的电解质溶液：还原剂为负极材料或在负极上反应的燃料(氢气或有机物等还原性物质)，正极材料一般为惰性金属(如Pt电极)或石墨电极等；氧化剂一般为电解质溶液中的阳离子或氧气。
③形成回流装置时可用盐桥。最后画出原电池装置图。
原电池正、负极的判断方法
氢氧燃料电池
氢氧燃料电池分为酸性电池和碱性电池，氢气在负极失电子，氧气在正极得电子。电池总反应为2H2＋O2═══2H2O。
1．酸性氢氧燃料电池(原理如图所示)，电极反应式由__H＋__平衡电荷。
负极反应式：__H2－2e－═══2H＋__；
正极反应式：__O2＋4H＋＋4e－═══2H2O__。
2．碱性氢氧燃料电池，电极反应式由__OH－__平衡电荷。
负极反应式：__H2＋2OH－－2e－═══2H2O__；
正极反应式：__O2＋2H2O＋4e－═══4OH－__。
有机物燃料电池
1．要点归纳
(1) 燃料电池中有机物化合价的判断：有机物中H元素显＋1价，O元素显－2价，根据化合物中元素化合价代数和为0可计算C元素的平均价态。如CH3OH、CH3CH2OH中的C元素平均价态为－2价，C6H6中的C元素平均价态为－1价，HCOOH中的C元素平均价态为＋2价。
(2) 正、负极的判断：燃料电池中，通入燃料的一极为负极，失去电子，元素的化合价升高；通入O2的一极作正极，得到电子，元素的化合价降低。
(3) 产物的判断：有机物在酸性电池中的含碳产物为CO2，一个电极消耗H＋，另一个电极产生H＋；在碱性电池中的含碳产物为，一个电极消耗OH－，另一个电极产生OH－。
2．CH4燃料电池的电极反应式的书写
(1) 在酸性电池中(设电解液为H2SO4溶液)，电极反应式用H＋平衡电荷，不能出现OH－。负极生成H＋，正极消耗H＋。
负极反应式：__CH4＋2H2O－8e－═══CO2＋8H＋__；
正极反应式：__O2＋4e－＋4H＋═══2H2O__；
电池总反应：__CH4＋2O2═══CO2＋2H2O__。
(2) 在碱性电池中(设电解液为KOH溶液)，电极反应式用OH－平衡电荷，不能出现H＋、CO2(应为)。负极消耗OH－，正极生成OH－。
负极反应式：__CH4＋10OH－－8e－═══7H2O＋C__；
正极反应式：__O2＋4e－＋2H2O═══4OH－__；
电池总反应：__CH4＋2O2＋2KOH═══K2CO3＋3H2O__。
3．乙醇燃料电池电极反应式的书写
(1) 酸性介质(如H2SO4溶液)
负极反应式：__C2H5OH－12e－＋3H2O═══2CO2↑＋12H＋__；
正极反应式：__O2＋4e－＋4H＋═══2H2O__；
总反应：__C2H5OH＋3O2═══2CO2＋3H2O__。
(2) 碱性介质(如KOH溶液)
负极反应式：__C2H5OH－12e－＋3H2O═══2CO2↑＋12H＋__；
正极反应式：__O2＋4e－＋2H2O═══4OH－__；
总反应：__C2H5OH＋3O2＋4KOH═══2K2CO3＋5H2O__。
常见的化学电源
1．一次电池——锌锰干电池(构造如图1所示)
正极反应式：
MnO2＋e－＋N═══MnO(OH)＋NH3
负极反应式：
Zn＋2NH3－2e－═══[Zn(NH3)2]2+
电池总反应：Zn＋2MnO2＋2NH4Cl═══Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH)
图1
图2
2．二次电池(可充电电池)
电池放电后，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前状态，从而实现放电与充电的循环，这种能充电的电池为二次电池。如铅酸蓄电池，构造如图2所示。该电池工作原理图如下：
电极反应式如下：
负极：__═══PbSO4__(__氧化__反应)
正极：__＋4H＋═══PbSO4＋2H2O__(__还原__反应)
电池总反应：
Pb＋PbO2＋2H2SO4═══2PbSO4＋2H2O
原电池的应用
1．比较金属活动性强弱
原电池的两极为两种金属时，一般作负极的金属比作正极的金属__活泼__。
2．加快化学反应速率
有原电池的化学反应比没有原电池的化学反应速率快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加几滴__CuSO4__溶液，形成Zn Cu原电池，产生氢气的速率__加快__(填“加快”或“减慢”)。
3．用于金属的防护
将需要保护的金属制品作原电池的__正极__而受到保护。
类型1　原电池的构成条件
　下列装置能构成原电池的是(　C　)
A． B．
C． D．
解析：该装置没有形成闭合回路，不能构成原电池，A不选；该装置中电极材料相同，所以不能构成原电池，B不选；该装置形成闭合回路，Cu、Zn为活动性不同的两个电极，和稀硫酸能构成原电池，铜作正极，锌作负极，C选；酒精为非电解质，该装置不能自发进行氧化还原反应，所以不能构成原电池，D不选。
类型2　原电池工作原理
　下列关于图示装置的叙述错误的是(　C　)
A．铜是正极，其质量不变
B．电子从锌极沿导线流向铜极
C．铜极上发生氧化反应
D．铜极的电极反应式为2H＋＋2e－═══H2↑
解析：由于金属活动性：Zn＞Cu，所以Zn为负极，Cu为正极，在正极上H＋得到电子生成H2，发生还原反应，C错误。
类型3　原电池正、负极的判断
　如图所示装置中，电流表A发生偏转，a极逐渐变粗，同时b极逐渐变细，c为电解质溶液，则a、b、c应是下列各组中的(　B　)
A．a是Zn、b是Cu、c为稀硫酸
B．a是Ag、b是Fe、c为AgNO3溶液
C．a是Fe、b是Ag、c为AgNO3溶液
D．a是Cu、b是Zn、c为稀硫酸
解析：Zn作负极，a极会逐渐变细，A错误；a极析出金属Ag，并且b极(Fe)变细，B正确；Fe作负极，a极会逐渐变细，C错误；a极析出氢气，电极不会变粗，D错误。
类型4　氢氧燃料电池
　氢氧燃料电池的反应原理如图所示。下列说法正确的是(　D　)
A．电池工作时，电能转化为化学能
B．负极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－═══4OH－
C．电子由电极b通过导线流向电极a
D．2 mol氢气和1 mol氧气的总能量高于2 mol水的总能量
解析：该装置为原电池，是化学能转化为电能，A错误；氢气失去电子，作负极，电极反应式为H2－2e－═══2H＋，B错误；电极a为负极，电极b为正极，电子由电极a通过导线流向电极b，C错误；氢气、氧气燃烧生成水的反应为放热反应，即2 mol 氢气和1 mol 氧气的总能量高于2 mol 水的总能量，D正确。
类型5　常见的化学电源
　下列关于四个常用电化学装置的叙述错误的是(　D　)
图Ⅰ
图Ⅱ
图Ⅲ
图Ⅳ
A．图Ⅰ所示水果电池中，电子从锌片流出
B．图Ⅱ所示干电池中石墨作正极
C．图Ⅲ的铅蓄电池为二次电池
D．图Ⅳ中氢氧燃料电池的负极反应式为O2＋4H＋＋4e－═══2H2O
解析：图Ⅳ所示电池为氢氧燃料电池，氧气在正极得到电子发生还原反应，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－═══2H2O，D错误。
1．某同学设计的几种电池装置如图所示。其中能构成原电池的是(　A　)
　　　　　　
①　　　　②　　　　③　　　　④　　　　⑤　　　　⑥　　　　⑦
A．③⑤⑦ B．③④⑤
C．④⑤⑦ D．②⑤⑥
解析：该装置不能形成闭合回路，①不能构成原电池；该装置中电极材料相同，②不能构成原电池；该装置形成闭合回路，且两极为不同金属，能自发发生氧化还原反应，总反应为Zn＋H2SO4═══ZnSO4＋H2↑，③能构成原电池；Cu和Ag的活动性都在H之后，为不活泼金属，不能发生自发的氧化还原反应，④不能构成原电池；该装置形成闭合回路，且两极为不同金属，能自发发生氧化还原反应，⑤能构成原电池；酒精不是电解质溶液，不能形成闭合回路，⑥不能构成原电池；该装置形成闭合回路，能自发发生氧化还原反应，总反应为2FeCl3＋Cu═══2FeCl2＋CuCl2，⑦能构成原电池；故选A。
2．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间。下列叙述正确的是(　C　)
A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中c(H＋)均减小
D．产生气泡的速率甲比乙慢
解析：甲烧杯中，铜、锌用导线连接，构成原电池，铜是正极，铜片表面有氢气产生，A错误；乙中铜、锌没有连接，不构成原电池，B错误；两烧杯中均发生反应Zn＋2H＋═══Zn2+＋H2↑，溶液中的c(H＋)均减小，C正确；甲烧杯中构成原电池，产生气泡的速率甲比乙快，D错误。
3．甲醇(CH3OH)燃料电池的化学原理如图所示。下列判断不正确的是(　C　)
A．电极A为电池负极
B．电极B表面上发生还原反应
C．工作一段时间溶液中OH－浓度保持不变
D．燃料电池工作时不会出现火焰
解析：通入燃料的一极为负极，电极A为负极，A正确；电极B表面上氧气得电子发生还原反应，B正确；总反应为3O2＋2CH3OH＋4KOH═══2K2CO3＋6H2O，KOH参加反应且生成水，导致溶液中OH－浓度降低，C错误；燃料电池是将化学能转化为电能，不是燃料燃烧，所以没有火焰产生，D正确。
4．下列关于电化学装置的叙述正确的是(　D　)
图1
图2
A．图1所示干电池中，石墨电极发生氧化反应
B．图1所示干电池中，锌得到电子，作负极
C．图2所示燃料电池中，其工作原理为燃烧氢气将化学能转化为电能
D．图2所示电池中正极发生的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－═══2H2O
解析：图1为酸性锌锰干电池，锌为金属，锌作负极，石墨作正极，石墨电极发生还原反应，A错误；图1所示电池中，锌作负极，失去电子发生氧化反应，B错误；图2所示燃料电池中，可将化学能转化为电能，其工作原理为氢气作负极失电子，氧气作正极得电子，并不是氢气燃烧，C错误。

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