第2課時化學反應與電能

學習目標

1.理解原電池的概念及工作原理，能正確判斷原電池的正、負極。

2.會設計簡單的原電池。

3.知道干電池、充電電池、燃料電池等化學電源的特點。

知識梳理

一、原電池的工作原理

1.實驗探究

實驗裝置實驗現象實驗結論或解釋

qci1

鋅片：逐漸溶解，有氣泡產生鋅與稀硫酸反應生成氫氣，銅與稀

,一銅片：沒有變化硫酸不反應

稀硫酸

鋅失去電子，變為鋅離子，電子經

鋅片：逐漸溶解

5過導線流向銅片，產生電流，氫離

銅片：有氣泡產生

子在銅片上得到電子生成氫氣，反

電流表：指針發生偏轉

應過程中產生了電能

稀硫酸

2.原電池的概念

原電池是把化學能轉化為電能的裝置；原電池的反應一般是氧化還原反應。

3.原電池的工作原理

(1)分析下圖并填空

答案：負極氧化反應Zn2e=Zn2+正極還原反應2H++2e=H2f

+2+

原電池總反應式：Zn+2H=Zn+H2fo

(2)電子的移動方向：從負極流出，經導線流向正極。

(3)離子的移動方向：陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。

4.原電池的構成條件

(1)兩極為兩種活動性不同的金屬(或一種為能導電的非金屬)。

(2)電解質溶液。

(3)形成閉合回路。

(4)能自發進行的氧化還原反應。

5.原電池工作原理的簡單應用

(1)加快氧化還原反應的速率

在原電池中，氧化反應和還原反應分別在兩極進行，使溶液中粒子運動相互間的干擾減小，使反應速率

增大。

(2)比較金屬的活動性強弱

原電池中，一般活動性強的金屬為負極，活動性弱的金屬為正極。

二、化學電源

1.一次電池

(1)特點：電池放電后不能充電(內部的氧化還原反應無法逆向進行)，如鋅鎰干電池屬于一次電池。

⑵鋅銃干電池的構造如圖所示。

①鋅筒為負極,電極反應是Zn—2e^=Zn2+o

②石墨棒為正極，最終被還原的物質是二氧化鎰。

③NH4cl糊的作用是作電解質溶液。

2.二次電池(充電電池)

(1)特點：二次電池在放電時所進行的氧化還原反應，在充電時可以逆向進行，使電池恢復到放電前的

狀態。

(2)能量轉化：化學能奇電能

(3)常見的充電電池：鉛酸蓄電池、銀氫電池、鋰離子電池。

3.燃料電池

⑴特點：

①反應物儲存在電池外部;

②能量轉換效率高、清潔、安全；

③供電量易于調節。

⑵燃料電池常用的燃料有：氫氣、甲烷、乙醇等；常用氧化劑：氧氣。

問題探究

A問題一原電池的工作原理

【典例1】根據原電池原理，結合裝置圖，按要求解答問題:

電流表

Y-

⑴若X為Zn,Y為硫酸銅溶液，則X為（填電極名稱），判斷依據：;銅電極

的名稱是,溶液中的C/+移向（填“Cu”或"X”）電極。

（2）若X為銀，Y為硝酸銀溶液，則X為（填電極名稱），判斷依據：;銅電極的

名稱是，溶液中的Ag+移向（填“Cu”或"X”）電極。

答案：⑴負極鋅的活潑性比銅強（或Zn的還原性比Cu強）正極Cu

（2）正極銅的活潑性比銀強（或Cu的還原性比Ag強）負極X

【歸納小結】原電池的工作原理

（1）原電池構成條件

①反應：看是否有能自發進行的氧化還原反應發生（一般是活潑性強的金屬與電解質溶液的反應）。

②電極：一般是活潑性不同的兩電極。

③形成閉合回路，形成閉合回路需三個條件：電解質溶液；兩電極直接接觸或有導線連接；兩電極插入

電解質溶液中。

（2）工作原理

r~電~子沿導線流入?

（氧化反應）頃樹?正極i（還原反應）

陰離子?電解質?陽離子I

溶液

①反應類型：負極發生氧化反應，正極發生還原反應。

②電子的移動方向：從負極流出，經導線流向正極。

③離子的移動方向：陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。

④電流方向：正極—導線一負極

【變式練11］如圖所示電流表的指針發生偏轉，同時A極的質量減小，B極上有氣泡產生，C為電解質溶

液，下列說法錯誤的是()

A.B極為原電池的正極

B.A、B、C分別為Zn、Cu和稀鹽酸

C.C中陽離子向A極移動

D.A極發生氧化反應

答案：C

解析：原電池中，負極金屬失去電子，發生氧化反應，溶解，質量減小，故A極為負極，B極為正極，A、

D項正確；A、B、C分別為Zn、Cu和稀鹽酸時，可以構成原電池，且現象符合題意，B項正確；電解質溶

液中陽離子移向正極，C項錯誤。

【變式練121下列裝置中能夠組成原電池的是(填序號)，其他不能構成原電池的試分別說明理由:

=

=

=

=

H2SO,溶液CHQOOH溶液MS。,溶液HfO“溶液

①⑤⑥

答案：③⑤①中只有一個電極，②中兩個電極的活潑性相同，④中為非電解質溶液，不能導電，⑥中電解

質溶液(內電路)未形成閉合回路。

A問題二原電池原理的應用

【典例2】理論上講，任何自發的氧化還原反應都可以設計成原電池。請選擇適宜的材料和試劑，請利用反

應“Fe+2Fe3+=3Fe?+”設計一個原電池。

回答下列問題：

(1)選用為負極，選擇依據是o

(2)正極材料可選用,選擇依據是o

(3)溶液作電解質溶液。

(4)寫出電極反應式

正極：，負極：o

(5)該原電池中電子從極流出，電解質溶液中的陽離子(Fe3+)移向極。

答案：(1)鐵固體鐵單質能導電，可被電解質溶液中的Fe3+氧化為Fe2+

(2)銅(或石墨)銅(或石墨)的還原性比鐵弱，且為能導電的固體

(3)FeCb［或Fe2(SO4)3］

(4)2Fe3++2e-^=2Fe2TFe—2e==Fe2+

(5)鐵(或負)銅或石墨(或正)

【歸納小結】原電池的設計思路

(1)依據：已知一個氧化還原反應，首先分析找出氧化劑、還原劑，一般還原劑為負極材料(或在負極上

被氧化)，氧化劑(電解質溶液中的陽離子)在正極上被還原。

(2)設計思路：

①定：確定一個能夠自發進行的氧化還原反應。

②拆：將氧化還原反應拆分為氧化反應和還原反應兩個半反應，分別作為負極和正極的電極反應。

還原劑一，鼠^=氧化產物(負極電極反應)；

氧化劑^=還原產物(正極電極反應)。

③找：根據氧化還原反應中的還原劑和氧化劑確定原電池的負極和電解質溶液，正極一般選擇比負極穩

定的金屬或能導電的非金屬。

④畫：連接電路形成閉合回路，畫出原電池示意圖。

【變式練211下列各組材料中，不能組成原電池的是()

選項ABCD

兩極材料Zn片，石墨Cu片，Ag片Zn片，Cu片Fe片，Cu片

插入溶液稀硫酸AgNO3溶液蔗糖溶液稀鹽酸

答案：C

解析：構成原電池的條件是活潑性不同的金屬或金屬和能夠導電的非金屬，導線相連并插入電解質溶液中，

則A、B、D均可以構成原電池，C中蔗糖是非電解質，故C不能構成原電池。

【變式練22】利用原電池原理可比較金屬的活潑性，原電池中，作負極的金屬活動性一般比作正極的金屬

活動性強。結合相關知識解答下列問題。

A、B、C三種金屬片按表中裝置進行實驗：

甲乙

AI-1Bcl-1B

裝置

'!i"'I1"

二里莖

杼檬汁CuSO,溶液

現象A不斷溶解，B上產生氣泡C的質量增加，B的質量減輕

(1)在甲中，金屬片(填“A”或"B”)發生氧化反應。

(2)在乙中，金屬片(填“B”或"C”)作負極。

⑶如果把B、C用導線連接后同時浸入稀硫酸中，有一電極產生氣泡。則金屬片(填“B”或"C")上有

氣泡產生。

(4)上述三種金屬的活動性順序是0

答案：(1)A(2)B(3)C(4)A>B>C

A問題三化學電源

【典例3】同學們在“簡易電池的設計與制作”的實驗中，對影響自制電池效果的因素進行了實驗探究。

［提出問題］影響自制電池效果的因素有哪些？

［查閱資源］電極材料，電極間距，水果種類對自制水果電池的效果可能有影響。

［實驗探究］I.按如圖連接水果電池。

II.實驗記錄如下:

序號電極電極間距水果種類電流表示數(|1A)

①Cu—A12.0cm西紅柿78.5

②Cu-Fe2.0cm西紅柿70.3

③Al—Al2.0cm西紅柿0

?Cu—Al2.0cm檸檬45.7

⑤Cu—Al1.0cm檸檬98.4

⑥石墨棒一Al1.0cm4TW104.5

［解釋與結論］

(1)實驗①②③的目的是o對比實驗①②③得出的結論

是O

(2)欲得出“水果種類對電池效果有影響”的結論，需要對比實驗(填序號)。對比④⑤得出

的結論是。

［反思與探討］

(3)水果電池中，水果的作用是-

(4)對比實驗①②③可知構成水果電池的電極必須具備的條件為，構成水果電池

的其他要素還有、、o

答案：(1)探究電極材料對電池效果的影響在其他條件相同時，電極材料活潑性差別越大，電池效果越好

(2)①④在其他條件相同時，電極間距越小，電流越大，電池效果越好(3)作電解質溶液

(4)兩極金屬活動性不同能發生自發的氧化還原反應形成閉合回路有電解質溶液

【變式練31】鉛酸蓄電池常用作汽車電瓶，其構造如圖所示，工作時該電池總的方程式為：

Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

按要求回答下列問題：

(1)負極材料是，正極材料是，電解質溶液是

(2)工作時，電解質溶液中的H+移向極。

(3)工作時，電解質溶液中硫酸的濃度(填“增大”“減小”或“不變”)o

(4)當鉛酸蓄電池向外電路提供2mol院時，理論上負極板的質量增加go

答案：(l)PbPbO2H2sO4溶液(2)PbC)2電(或正)(3)減小(4)96

解析：負極每個鉛原子失去2屋，就生成一個PbSO4,負極增加一個SCT,故增加的質量為96g。

【變式練32】氯鋁電池是一種新型的燃料電池。電解質溶液是KOH溶液。試回答下列問題：

⑴通入Cb(g)的電極是(填“正”或"負”)極。

⑵投入Al(s)的電極是(填“正”或"負”)極。

⑶外電路電子從(填“A1”或“Cb")極流向(填“正”或"負”)極。

(4)每消耗8.1gAl(s),電路中通過的電子數目為NA(NA表示阿伏加德羅常數的值)。

答案：⑴正⑵負(3)A1正(4)0.9

解析：判斷原電池的正、負極，首先要分析題中所給信息，此題所給信息是具體反應物，根據具體反應物間

的化學反應式：2A1+3cl2=2AlCb，可知CL得電子在正極發生還原反應，A1失電子在負極發生氧化反應，

所以通入Cb(g)的電極是正極，投入Al(s)的電極是負極，電子由負極(A1)經外電路流向正極。8.1gAl(s)的物

81Q

質的量為07.「1=0.3mol,lmolAl反應轉移3mol電子，0.3molAl反應在電路中通過的電子數為

27g-mol

3NAX0.3=0.9NA。

強化訓練

【基礎強化】

1.電能是國民生產、生活中的重要能源，下圖是2015年我國電力生產量的構成圖。

火電74%

其他1%

風電3%

核電3%

下列有關火力發電的描述，正確的是()

A.火力發電的能量轉換形式為化學能直接轉化為電能

B.火力發電的主要燃料為煤，煤炭是可再生能源

C.火力發電不但排放出大量溫室氣體，還可能導致酸雨

D.火力發電過程中的能量轉化，熱能轉化為機械能是關鍵

答案：C

解析：火力發電過程是化學能-熱能-機械能-電能，是化學能間接轉化為電能，A錯誤；作火力發電燃料

的煤為不可再生能源，B錯誤；在燃煤過程中，會產生大量CO2和SO2,可導致溫室效應及酸雨，C正確;

火力發電過程中，燃燒是關鍵，D錯誤。

2.下面是四個化學反應，你認為理論上不可用于設計原電池的化學反應是()

A.Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2Ag

B.Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O

C.Zn+CuSO4=Cu+ZnSO4

D.C+CO2=^2CO

答案：D

解析：D是吸熱的氧化還原反應，反應過程中吸收能量，不能設計為原電池。

3.如圖所示，a的金屬活動性在氫之前，b為碳棒。下列關于該裝置的說法中，正確的是()

A.a極上發生還原反應，b極上發生氧化反應

B.碳棒上有氣體逸出，溶液中c(H+)增大

C.導線上有電流，電流方向a-b

D.反應后a極質量減小

答案：D

解析：金屬a可與稀硫酸反應，a為原電池的負極，a極失電子發生氧化反應，b為正極，發生還原反應，A

不正確，D正確；溶液中的H+在b極上得電子生成氫氣，c(H+)減小，B不正確；導線中電子流向為a-b,

電流方向為b—a,C不正確。

4.下列各裝置能在外電路獲得電流的是()

ZnrnZnZnr-i

Znr~yCuFe.ri.Fe

?：-二：1

--二■:L：.二_：-

--二：L二.二二-

—■Z._

稀硫酸硫酸銅溶液

酒精鹽酸

AB

cD

答案：B

解析：電極材料沒有活潑性差異，不能構成原電池,不能產生電流，A不選；金屬活潑性Zn大于Cu,Zn

和硫酸銅溶液反應生成硫酸鋅和銅，Zn作負極，Cu作正極，構成原電池，可在外電路獲得電流，B選；酒

精不是電解質溶液，不能導電，不能構成原電池，C不選；電極材料沒有活潑性差異，不能構成原電池，不

能產生電流，D不選。

5.下列關于如圖裝置說法正確的是()

A.碳棒是負極

B.該裝置能將電能轉化為化學能

C.電子由鐵片流出經過電流表流向碳棒

D.鐵片上發生的反應為Fe+21=Fe2+

答案：C

解析：由分析可知，碳棒是原電池的正極，A不正確；該裝置屬于原電池，能將化學能轉化為電能，B不正

確；在原電池中，電子從負極沿導線流入正極，所以該原電池中，電子由鐵片流出經過電流表流向碳棒，C

正確；鐵片為負極，發生的反應為Fe—25=Fe2+,D不正確。

6.如圖所示裝置中，觀察到電流表指針偏轉，M棒變粗，N棒變細，由此判斷下表中所列M、N、P物質,

其中可以成立的是（）

選項MNP

A鋅銅稀硫酸

B銅鐵稀鹽酸

C銀鋅硝酸銀溶液

D鋅鐵硝酸鐵溶液

答案：C

解析：本題通過電極變化來確定電極，N棒變細，即N極上發生氧化反應，N棒金屬較活潑，排除A、D,

由M棒變粗，可知B不正確。

7.如圖所示的原電池裝置，X、Y為兩電極，電解質溶液為稀硫酸，外電路中的電子流向如圖所示，對此裝

置的下列說法正確的是（）

A.外電路的電流方向：X—外電路—Y

B.若兩電極分別為Zn和石墨棒，則X為石墨棒，Y為Zn

C.SOT移向X電極，Y電極上有氫氣產生

D.X極上發生的是還原反應，Y極上發生的是氧化反應

答案：C

解析：由外電路中的電子流向可知，X為負極，Y為正極，由圖可知電子的流動方向是X一外電路一Y,則

電流的方向應該是Y-外電路-X,故A錯誤；X為原電池的負極，Y為正極，則X應為Zn,故B錯誤;

X為負極，Y電極上生成氫氣，SO/移向負極X電極，故C正確；X極上發生的是氧化反應，Y極上發生

的是還原反應，故D錯誤。

8.X、Y、Z、W四種金屬片浸在稀鹽酸中，用導線連接，可以組成原電池，實驗結果如圖所示：

則四種金屬的活動性由強到弱的順序為()

A.Z>Y>X>WB.Z>X>Y>W

C.Z>Y>W>XD.Y>Z>X>W

答案：A

解析：根據相對活潑的金屬作負極，確定原電池的負極就可以解決。甲中Z作負極，乙中Y作負極，丙中

Z作負極，丁中X作負極，故四種金屬的活動性的強弱順序為Z>Y>X>W。

9.A、B、C三個燒杯中分別盛有相同物質的量濃度的稀硫酸。

ABC

(1)A中反應的離子方程式為?

(2)B中錫極為極，電極反應式為,錫極附近溶液的酸性(填“增

強”“減弱”或“不變”)。B中Fe極為極，電極反應式為o

(3)C中被氧化的金屬是，總反應的化學方程式為0

(4)A、B、C中鐵被氧化由快到慢的順序是=

+2+

答案：(1)Fe+2H=Fe+H2T

(2)正2H++2e-=H2T減弱負Fe—2e~^=Fe2+

(3)ZnZn+H2SO4=ZnSO4+H2?

(4)B>A>C

解析：A中不能形成原電池，鐵與稀硫酸發生置換反應。B中能形成原電池，鐵比錫活潑，錫為正極，鐵為

負極，鐵被氧化的速率加快。C能形成原電池，鋅比鐵活潑，鋅為負極，不斷被氧化，鐵為正極，保持不變。

10.選擇適宜的材料和試劑，請利用反應“Cu+2Ag+=2Ag+Cu2+”設計一個化學電池。

回答下列問題:

（1）負極材料：;正極材料：;電解質溶液：。

（2）寫出電極反應式：

正極：;負極：?

（3）原電池中電子從（填“正”或“負"，下同）極流出，電解質溶液中陰離子流向極。

答案：（1）銅銀（或碳棒）AgNCh溶液

（2）2Ag++2e==2AgCu_2e^^=Cu2+

⑶負負

【能力提升】

1.以鋅片和銅片為兩極，以稀硫酸為電解質溶液組成原電池，當導線中通過2moi電子時，下列說法正確

的是（）

A.鋅片溶解了1mol,銅片上有1mol以生成

B.兩極上溶解和析出的物質的質量相等

C.鋅片溶解了31g,銅片上有lgH2生成

D.鋅片溶解了Imol,消耗了ImolH+

答案:A

解析：原電池兩極得、失電子數相等。負極Zn—2鼠=Zn2"；正極2H'+2屋=H2f。當溶解Imol鋅時失

去2moi電子，銅片上有1mol氫氣生成，得到2moi電子。

2.如圖所示，杠桿A、B兩端分別掛有體積相同、質量相同的空心銅球和空心鐵球，調節杠桿使其在水中

保持平衡，然后小心地向燒杯中央滴入CuSCU溶液，一段時間后，下列有關杠桿的偏向判斷正確的是

（實驗過程中不考慮鐵絲反應及兩邊浮力的變化）（）

杠桿為導體和絕緣體時，均為A端高B端低

杠桿為導體和絕緣體時，均為A端低B端高

當杠桿為絕緣體時，A端低B端高；當杠桿為導體時，A端高B端低

當杠桿為絕緣體時，A端高B端低；當杠桿為導體時，A端低B端高

答案：D

3.按圖1所示裝置進行實驗，若圖2中x軸表示流入正極的電子的物質的量，則y軸可以表示（）

Ox

圖2

①c(Ag+)②c(NO5)③a棒的質量④b棒的質量⑤溶液的質量

A.①③B.②④C.①③⑤D.②④⑤

答案：C

解析：NO,不參加反應，因此c(NO。不變，②不符合圖像變化；負極反應式為Fe—2e-===Fe?+,正極反應式為

Ag++e-=Ag,則a棒的質量逐漸減少，b棒的質量逐漸增加，c(Ag+)逐漸減小，①③符合圖像變化，④不

符合圖像變化；由電極反應式可知，每溶解56g鐵轉移2moi電子，有216g銀從溶液中析出，故隨著反應

的進行，溶液的質量減少，⑤符合圖像變化。

4.現有如下兩個反應：

A：H2SO4+2KOH=K2SO4+2H2O

B：Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2

(1)根據上述兩反應的本質,(填字母)反應能設計成原電池，其原因是

(2)將上述反應中能設計成原電池的反應設計成原電池。

①寫出電極反應式及反應類型：

負極：,;

正極：,o

②畫出裝置圖并標明電極材料與名稱、電解質溶液、電子流向。

③若導線上通過電子2mol,則負極質量減輕go

答案：(1)BA為非氧化還原反應，沒有電子轉移；B為氧化還原反應，有電子轉移

(2)①Cu—2e-=Cu2+氧化反應2Fe3++2e-=2Fe?+還原反應

B8口屋耳上基-FeCh溶液

②

③64

5.I.A、B、C、D四種金屬按下表中裝置圖進行實驗。