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专题6
第三单元　化学能与电能的转化
课时2　化学电源　燃料电池
化学反应与能量变化
1．能利用原电池原理分析常见的化学电源、新型化学电池。
2．能根据原电池、电解池的构成条件识别原电池、电解池。
3．体会研制新型电池的重要性，了解人类电池的基本原理。
活动一：设计简易电池
根据原电池的构成要素，动手制作简易水果电池。
利用铜片、锌片(可从废旧干电池中拆取)或铝片、纯碱溶液、白醋(或橙子、芦柑)等日常生活中的材料即可制作简易电池。如右图所示。利用橙子、金属片以及导线制作的简易电池能使检流计指针偏转。
写出用锌、铜、白醋设计的原电池的正、负极，以及在正、负极上发生的电极反应式。
【答案】 锌为负极，电极反应式：Zn－2e－===Zn2+
铜为正极，电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑
活动二：了解常见的化学电源
1．阅读教材，了解化学电源与简易电池或原电池相比有什么优点？
【答案】 简易电池无法长久稳定地使用，于是人们发明并制造了多种多样的能够较长时间稳定持续供电的化学电源。化学电源的能量转化率比燃料燃烧高得多。
2．电池的种类很多，常见有以下两类。请你列举出生活中的常见电池，并将其填入下表。
种类 特点 实例
一次电池 放完电以后不能再使用
二次电池 充电、放电可循环进行
干电池、纽扣电池等
铅蓄电池、锂电池等
3．阅读下表，了解常见化学电源的组成与反应原理。
4．根据下列化学电源的反应原理，判断化学电源作为电源时参加电极反应的物质(未得失电子的物质不填)。
活动三：了解燃料电池
燃料电池是一种将燃料(如H2、CH4、乙醇等)和氧化剂(如O2)的化学能直接转化为电能的装置。
燃料电池中，燃料(还原性物质等)作负极反应物，发生氧化反应，氧化剂(通常为O2)为正极反应物，发生还原反应，燃料电池在使用过程中，并没有发生燃料与氧化剂之间的直接燃烧，而是在两极之间发生放电反应，将化学能转化为电能。
观察右图的燃料电池。
1．分析该电池和普通的化学电源有什么不同？
【答案】 该电池中的反应物从电池的外部提供，并且需持续通入。而普通的化学电源的反应物均密封在电池内部。
2．H2、O2分别在电极上发生什么反应？写出相应的电极反应式。
【答案】 H2发生氧化反应，O2发生还原反应。
负极：H2－2e－＋2OH－═══2H2O，
正极：O2＋4e－＋2H2O═══4OH－。
3．若将电解质溶液换成稀硫酸，写出相应的电极反应式。
【答案】 负极：H2－2e－═══2H＋，正极：O2＋4H＋＋4e－═══ 2H2O。
4．燃料电池与常见一次电池和二次电池的不同点是什么？
【答案】 燃料电池反应的氧化剂和还原剂是从外界通入的，常见一次电池和二次电池的反应物均密封在电池内部。
【归纳总结】 电极反应式的书写思路
如CH3OCH3(二甲醚)酸性燃料电池中：总反应式为CH3OCH3＋3O2 ═══2CO2＋3H2O
正极：O2＋4H＋＋4e－═══2H2O
负极：CH3OCH3＋3H2O－12e－═══2CO2↑＋12H＋
活动四：了解电解池
1．什么是电解池(电解池能量如何转化)
【答案】 电解池是将电能转化为化学能的装置。
2．电解在物质制备中有哪些应用？
【答案】 电解饱和食盐水制备烧碱、氯气和氢气。电解熔融氯化镁、氧化铝可制得金属镁、金属铝。
1．(2025盐城东台一中月考)下列反应不可用于设计原电池的是 (　　)
A．NaOH＋HCl═══NaCl＋H2O
B．2CH3OH＋3O2═══2CO2＋4H2O
C．Zn＋2HCl═══ZnCl2＋H2↑
D．4Al＋3O2＋6H2O═══4Al(OH)3
1
A
【解析】 一般，自发的氧化还原反应可以设计成原电池，NaOH＋HCl═══NaCl＋H2O是非氧化还原反应，不能设计成原电池。故选A。
2．下列电池工作时，O2在正极得电子的是 (　　)
A．锌锰电池 B．铅蓄电池
C．氢氧燃料电池 D．镍镉电池
2
C
【解析】 氢氧燃料电池的总反应是2H2＋O2═══2H2O，因而正极上是O2得电子发生还原反应。
3．(教材习题)下列说法正确的是 (　　)
A．图1所示装置能将化学能转化为电能
B．图2所示反应为吸热反应
3
C．锌锰干电池中，锌筒作正极
D．铅蓄电池充电时也发生了氧化还原反应
D
图1
图2
【解析】 图1装置没有构成闭合回路，不能构成原电池，故不能将化学能转化为电能，A错误；图2所示反应为放热反应，B错误；锌锰干电池中，锌是活泼金属，故锌筒作负极，C错误；铅蓄电池充电时，涉及电子的得失，发生了氧化还原反应，D正确。
3
4．氢氧燃料电池被誉为氢能源汽车的“心脏”，某种氢氧燃料电池的内部结构如图。
4
下列说法正确的是 (　　)
A．左侧为电池正极
B．右侧的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－═══2H2O
C．a处通入的气体为H2，若每消耗5.6 L H2，外电路转移电子数为0.5 mol
D．电池工作一段时间后，电解质溶液的浓度增大
4
B
【解析】 左侧电极失去电子，为电极负极，右侧电极为电池正极。气体a为H2，气体b为O2，A错误；酸性条件下，正极上O2发生得电子的反应：O2＋4H＋＋4e－═══2H2O，B正确；气体所处的状态未知，不能依据22.4 L/mol计算5.6 L H2的物质的量，C错误；电池总反应中有水生成，电解质溶液的浓度减小，D错误。
4
5．(2025宿迁沭阳高中月考)某锌－空气电池反应为2Zn＋O2═══ 2ZnO，电解质溶液为NaOH溶液。下列说法正确的是 (　　)
A．锌片作电池的正极
B．电池工作时，电解质溶液中OH－向负极移动
C．O2在正极发生氧化反应
D．理论上每转移1 mol电子消耗标准状况下的O2体积为11.2 L
5
B
【解析】 由Zn→ZnO知，Zn失去电子，故锌片作电池的负极，A错误；电池工作时，阴离子移向负极，故电解质溶液中OH－向负极移动，B正确；正极是电子流入的一极，O2在正极发生得电子的还原反应，C错误；由2Zn＋O2═══2ZnO知，每反应消耗1 mol O2转移4 mol 电子，故理论上每转移1 mol 电子消耗0.25 mol O2，在标准状况下O2的体积为5.6 L，D错误。
5
6
B
6
7. (2025南京二十九中阶段考)锌银纽扣电池是生活中常见的一次电池，其构造示意图如图。下列说法不正确的是(　　)
A. Zn作电池的负极
B. 电池工作时，OH－向正极移动
7
B
C. 正极的电极反应：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
D. 金属外壳需具有良好的导电性和耐腐蚀性
7
8．化学电源是人类生产生活的重要能量来源之一。
(1) 下列反应可通过原电池装置实现化学能直接转化为电能的是______(填字母，下同)。
a．铁与稀硫酸反应
b．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应
c．甲烷与氧气反应
8
ac
(2) 某研究小组利用氢氧燃料电池做动力驱动小车，图1为简易实验装置示意图。从构成原电池的基本要素来看，氢气的作用是______(填字母，下同)，石墨电极b的作用是_________，导线的作用是_____，稀硫酸的作用是_____。
a．负极反应物
b．正极反应物
c．负极材料
d．正极材料
e．离子导体
f．电子导体
a
8
图1
d(或f)
f
e
图2
(3) 图2为另一种简易原电池装置。
①证实化学能转化为电能的实验现象：
电流表指针偏转、____________________。
②锌片上发生_______(填“氧化”或“还原”)反应。
③正极反应式是______________________。
④下列说法不正确的是______(填字母)。
a．将铜片换为石墨，仍可产生电流
b．将稀硫酸换为CuSO4溶液，两极电极反应不变
c．将稀硫酸换为稀盐酸，两极电极反应不变
d．电子经导线从锌片流向铜片后，再经溶液从铜片流回锌片
8
铜电极上产生气泡
氧化
2H＋＋2e－═══H2↑
bd
(4) 利用反应Fe＋2Fe3+═══3Fe2+设计一个简易原电池，请在图3上标明试剂。
8
图3
【答案】
(答案合理即可)
9．可燃冰(mCH4·nH2O)、氢气既是高效洁净的能源，又是重要的化工原料。
(1) 已知25 ℃、101 kPa时，1 g甲烷完全燃烧生成液态水放出55.64 kJ热量，则该条件下CH4完全燃烧的热化学方程式为________________ ___________________________________________。
(2) 甲烷高温分解生成氢气和碳。在密闭容器中进行此反应时要通入适量空气使部分甲烷燃烧，其目的是____________________________ _____。
9
CH4(g)＋2O2(g) ═══CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.24 kJ/mol
为甲烷分解提供高温(能量)条件
(3) 某种氢燃料电池使用固体金属氧化物陶瓷作电解质，两极上发生的电极反应如下：
A极：H2＋O2－－2e－═══H2O；B极：O2＋4e－═══2O2－。
该燃料电池工作时能量转化关系为____________________，A极是电池的______极。
9
化学能转化为电能
负
减小

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