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专题1
第二单元　化学能与电能的转化
课时1　原电池的工作原理
化学反应与能量变化
1．认识化学能可以与电能相互转化。
2．以铜锌原电池为例，了解原电池的工作原理。
3．学会判断原电池的正、负极，能写出电极反应式和电池总反应。
4．能根据反应设计简单的原电池，掌握盐桥的作用及工作原理。
活动一：回顾原电池概念与原理
1．原电池中的能量转化方式是什么？
【答案】 化学能转化为电能。
2．构成原电池需要哪些条件？
【答案】 ①两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)。②电解质溶液。③形成闭合回路(或两极直接接触)。④能自发发生的氧化还原反应。
活动二：探究锌与硫酸铜溶液反应中的能量转化
【实验1】 向一只烧杯中加入1.0 mol/L CuSO4溶液30 mL，再加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度，观察温度的变化。
【实验2】 如图，向两只烧杯中分别加入30 mL 1.0 mol/L CuSO4溶液和30 mL 1.0 mol/L ZnSO4溶液，将用导线与电流计相连接的锌片和铜片分别插入ZnSO4和CuSO4溶液中，将盐桥(注：盐桥中通常是装有含KCl饱和溶液的琼脂，离子在盐桥中能移动)两端分别插入两只烧杯内的电解质溶液中，观察实验现象。取出盐桥，再观察实验现象。
讨论下列问题。
1．实验1中观察到哪些现象？通过容器中温度变化可得出什么结论？
【答案】 锌表面析出红色物质，溶液温度升高，说明锌置换出铜的反应是放热反应，反应中化学能转化为热能。
2．实验2中，盐桥插入两只烧杯内看到溶液中有什么现象？电流计指针发生什么变化？说明了什么？取出盐桥后看到什么现象？讨论为什么会产生这种现象。
【答案】 可以看到锌片逐渐溶解，铜片上有红色的物质沉积。电流计指针发生偏转，说明反应中有电流生成，化学能转化为电能。取出盐桥后电流计指针不发生偏转，说明此时不能产生电流。因为取出盐桥后不能形成闭合电路，不能形成原电池，所以电流计指针不再发生偏转。
3．实验2中能量转化形式是什么？
【答案】 化学能转化为电能。
活动三：阅读教材，理解铜锌原电池中的原理
从活动二的实验可以看出，原电池由两个半电池组成。半电池包括电极材料和电解质溶液，两个隔离的半电池通过盐桥连接起来。
1．填写下列表格。
电极 锌电极 铜电极
电极名称
得失电子
电子流向
电极反应类型
电极反应式
电池总反应
负极
正极
失电子
得电子
流出
流入
氧化反应
还原反应
Zn－2e－═══Zn2+
Cu2+＋2e－═══Cu
Zn＋Cu2+═══Zn2+＋Cu
2．盐桥中含有KCl饱和溶液，在反应中，其中的离子分别怎么移动？盐桥的作用是什么？
【答案】 Cl－移向ZnSO4 溶液，K＋移向CuSO4溶液。使两电解质溶液均保持电中性，氧化还原反应得以继续进行。
3．相对于单池原电池，双液原电池的优点有哪些？
【答案】 避免电极与电解质直接接触反应导致的自耗，提高电池效率；电子迁移更有序，供电稳定。
活动四：设计原电池
理论上能自发进行的氧化还原反应均能设计成原电池。设计时应注意以下几方面：
外电路：还原性较强的物质在负极失去电子，电子经导线流向正极。
内电路：将两极浸入电解质溶液中，使阴、阳离子作定向运动，可通过盐桥形成闭合电路。
负极
正极
根据离子反应Fe＋Cu2+═══Fe2+＋Cu设计一个原电池。
1．将氧化还原反应拆成氧化反应和还原反应两个半反应。
负极：_____________________；正极：____________________。
2．确定电极材料：如发生氧化反应的物质为金属单质，可直接用该金属作负极；如为气体(如H2)或溶液中的还原性离子，可用惰性电极作负极。所以该电池设计可用______作负极，用______作正极，通过导线连接构成闭合回路。
Fe－2e－═══Fe2+
Cu2+＋2e－═══Cu
铁
铜
3．选择电解质溶液。
使用盐桥时，负极区用________溶液作电解液，正极区用________溶液作电解液。不使用没有盐桥时，可用_________________________溶液作电解液。
FeCl2
CuCl2
CuCl2(答案合理即可)
4．画出装置图。
【答案】
(答案合理即可)
1．[2025南通如皋中学月考]下列所示能量转化中，存在化学能变化的是 (　　)
A．燃煤供暖　 B．电灯照明
C．水力发电　 D．弹簧压缩
1
【解析】 燃煤供暖涉及煤的燃烧(化学反应)，化学能转化为热能和光能，存在化学能变化，A正确。
A
2．锌铜原电池装置如图所示，下列说法
正确的是 (　　)
A．铜片作负极
B．电流方向：锌片→铜片
C．盐桥的作用是传递电子
D．锌电极上的反应为Zn－2e－═══Zn2+
2
【解析】 Zn失电子，发生氧化反应，作负极，Cu作正极，A错误；Cu作正极，Zn作负极，则电流由铜片流向锌片，B错误；电子不能通过电解质溶液，盐桥不能传递电子，C错误。
D
3．根据反应：2Ag＋＋Cu═══Cu2+＋2Ag，设计如图所示原电池，下列说法错误的是 (　　)
A．X可以是银或石墨
B．Y是硫酸铜溶液
C．电子从铜电极经外电路流向X电极
D．X极反应式为Ag＋＋e－═══Ag
3
【解析】 由Cu→Cu2+知，铜作负极，则X作正极，X材料为活动性比铜弱的金属或非金属导体，A正确；电解质溶液中应含有Ag＋，B错误；在原电池中，电子从负极经外电路流向正极，C正确；Ag＋在正极X上得到电子，电极反应式为Ag＋＋e－═══Ag，D正确。
B
4．[人教版教材习题]碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O ═══2MnO(OH)＋Zn(OH)2。下列关于该电池的说法正确的是 (　　)
A．Zn为负极，MnO2为正极
B．电池工作时，KOH没有发挥作用
C．电池工作时，电子由MnO2经外电路流向Zn
D．Zn发生还原反应，MnO2发生氧化反应
4
【解析】 由Zn→Zn(OH)2知，Zn作负极，发生氧化反应，MnO2作正极，发生还原反应，A正确，D错误；负极反应式为Zn－2e－＋2OH－═══Zn(OH)2，故电池工作时，KOH参与反应，B错误；电池工作时，电子由负极(Zn)经外电路流向正极(MnO2)，C错误。
A
5．如图所示装置，电流表A发生偏转，同时M极逐渐变粗、N极逐渐变细，Y为电解质溶液，则M、N、Y应是下列各组中的 (　　)
A．M是Zn，N是Cu，Y为稀硫酸
B．M是Cu，N是Zn，Y为稀硫酸
C．M是Fe，N是Ag，Y为AgNO3溶液
D．M是Ag，N是Fe，Y为AgNO3溶液
5
【解析】 根据题意可知，在该原电池中，M极逐渐变粗，N极逐渐变细，所以N作负极，M作正极，N的活动性强于M，A、C错误；M极逐渐变粗，说明有金属析出，B项中正极H＋放电析出氢气，B错误；D项中正极析出金属Ag，D正确。
D
6．实验探究是提高学习效果的有力手段。某同学用如图所示装置研究原电池原理，下列说法错误的是 (　　)
A．若将图1装置的Zn、Cu下端接触，Zn片逐渐溶解，Cu片上能看到气泡产生
6
B．图2中H＋向Cu片移动
C．若将图2中的Zn片改为Mg片，Cu片上产生气泡的速率加快
D．图2与图3中，Zn片减轻的质量相等时，正极产物的质量比为32∶1
图1　　 　　图2
图3
6
【解析】 Zn、Cu直接接触就能构成闭合回路而形成原电池，稀硫酸作电解质溶液，故Cu片上可看到有气体产生，A正确；H＋带正电荷，向正极移动，即向Cu片移动，B正确；由于Mg失电子能力强于Zn，故将Zn片改为Mg片时，电子转移速率加快，生成H2的速率也加快，C正确；若两装置负极消耗Zn的质量均为65 g，图2正极析出2 g H2，图3正极上析出64 g Cu，正极产物的质量比为 1∶32，D错误。
【答案】D
7．能源是现代社会发展的三大支柱之一，化学在提高能源的利用率和开发新能源中起到了重要的作用。电能是现代社会中应用最广泛的二次能源。
(1) 下列装置中能够实现化学能转化为电能的是______(填字母)。
7
C
A　　　　　　B　　　　　 C　　　　　　　　D
(2) 写出该装置正极反应式：______________________。
(3) 该装置中溶液里的阴离子移向________(填化学式)极。
(4) 若装置中转移了0.2 mol电子，则理论上溶液增加的质量是________。
7
2H＋＋2e－═══H2↑
Zn
6.3 g
【解析】 装置中转移了0.2 mol 电子，根据总反应：2H＋＋Zn═══ Zn2+＋H2↑，则理论上溶液增加的质量＝0.1×65 g－0.1×2 g＝6.3 g。

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