高中化學(xué)必修222化學(xué)能與電能人教版

第二章第二節(jié)化學(xué)能與電能

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1.掌握原電池的工作原理、能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。

2.了解常見化學(xué)電源的種類及工作原理。

【學(xué)習(xí)重點】原電池的工作原理。

【學(xué)習(xí)難點】原電池的工作原理。

【預(yù)備知識】

1.在化學(xué)反應(yīng)中，物質(zhì)中化學(xué)能的變化通常表現(xiàn)為的變化，即轉(zhuǎn)化為。

2.金屬活動性順序表________________________________________________

3.在氧化還原反應(yīng)中：氧化劑電子，發(fā)生______反應(yīng)，還原劑電子，發(fā)生________反應(yīng)，

氧化還原反應(yīng)本質(zhì)。

【自主學(xué)習(xí)】

1.直接從自然界取得的能源稱為,如、、、、、等。

經(jīng)過加工、轉(zhuǎn)換得到的能源稱為如、等。

2.化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化

⑴間接轉(zhuǎn)化

我國發(fā)電總量構(gòu)成上，火力發(fā)電居首位。燃煤發(fā)電過程中的能量轉(zhuǎn)化過程為化學(xué)能斗________能與

能發(fā)電機4能。

⑵直接轉(zhuǎn)化——原麻口

原電池是將能轉(zhuǎn)化為能的裝置。在原電池中氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在兩個不同的區(qū)

域進行，使其間電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，在閉合回路下形成電流，可見原電池反應(yīng)的本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。

一、原電池及其工作原理［Cu-Zn原電池實驗探究］實驗2—4

現(xiàn)象

銅片插入稀硫酸銅片表面__________

鋅片插入稀硫酸鋅片表面__________

銅片和鋅片連接在一起插入稀硫酸銅片表面__________鋅片表面__________

銅片和鋅片之間連一電流表銅片表面_____鋅片表面_____電流表指針______

以Cu-Zn原電池為例，分析原電池的工作原理:

電極電極材料電極反應(yīng)電極現(xiàn)象反應(yīng)類型電子流向電流方向離子移動

負(fù)極

正極

1.原電池是把轉(zhuǎn)變?yōu)榈难b置。

2.組成原電池的條件：

［思考］⑴以下裝置不能形成原電池的是

⑵在銅、鋅和稀硫酸構(gòu)成的原電池中，溶液的PH值如何變化？硫酸根離子的濃度呢？

3.原電池的電極判斷

⑴負(fù)極總是電子，化合價,發(fā)生_____反應(yīng)；

正極總是電子，化合價,發(fā)生_____反應(yīng)。

⑵電子流出的一極是，電子流入的一極是;

⑶一般活潑的金屬為，活潑性較弱的金屬或能導(dǎo)電的非金屬為。

4.化學(xué)電池的反應(yīng)本質(zhì)：___________________________________________________________

［課堂練習(xí)］

1.分別指出Mg-AI-NaOH溶液、Fe-Cu-濃硫酸組成的原電池中的正負(fù)極。

2.寫出FeCb溶液腐蝕電路板的離子方程式，若將該離子方程式用于設(shè)計成原電池，請畫出原電池的裝置圖,

標(biāo)出正負(fù)極，并寫出電極反應(yīng)式。

【概括?整合】

一電子，沿導(dǎo)線傳遞，有產(chǎn)生,

.反應(yīng)

【基礎(chǔ)達標(biāo)】

1.對于原電池的電極名稱敘述有錯誤的是（）

A.發(fā)生氧化反應(yīng)的為負(fù)極B.正極為電子流入的一極

C.比較不活潑的金屬為負(fù)極D.電流的方向由正極到負(fù)極

2.下面是四個化學(xué)反應(yīng)，你認(rèn)為理論上不可用于設(shè)計原電池的化學(xué)反應(yīng)是（）

A.Zn+Ag2O+H2O=Zn(OH)2+2AgB.Pb+PbO2+2H2SO4==2PbSO4+2H2O

C.Zn+CuSO4==Cu+ZnSO4D.C+CO2==2C0

3.茫茫黑夜中，航標(biāo)燈為航海員指明了方向。航標(biāo)燈的電源必須長效、穩(wěn)定。我國科技工作者研制

出以鋁合金、PtFe合金網(wǎng)為電極材料的海水電池。在這種電池中（）

①鋁合金是正極②鋁合金是負(fù)極③海水是電解液④鋁合金電極發(fā)生還原反應(yīng)

A.②③B.②④C.①②D.①④

4.下列燒杯中盛放的都是稀硫酸，在銅電極上能產(chǎn)生氣泡的是（）

5.如圖所示，兩電極一為碳棒，一為鐵片，若電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，且a極上有大量氣泡生成，則

以下敘述正確的是（）

arCHh

A.a為負(fù)極，是鐵片,燒杯中的溶液為硫酸

B.b為負(fù)極，是鐵片,燒杯中的溶液為硫酸銅溶液

C.a為正極，是碳棒,燒杯中的溶液為硫酸

D.b為正極，是碳棒，燒杯中的溶液為硫酸銅溶液

【練方法技巧1--原電池正、負(fù)極及電極反應(yīng)的判斷

6.鍥鎘（NiCd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用，它的充放電反應(yīng)按下式進行:

Cd(OH)+2Ni(OH)^^由此可知，該電池放電時的負(fù)極材料是（

22Cd+2NiO(OH)+2H2O)

放電

A.Cd(OH)2B.Ni(OH)2C.CdD.NiO(OH)

7.據(jù)報道，美國正在研究用鋅電池取代目前廣泛使用的鉛蓄電池，鋅電池具有容量大、污染少等優(yōu)

點，其電池反應(yīng)為2Zn+O2==2ZnO,其原料為鋅粉、電解液和空氣。則下列敘述正確的是()

A,鋅為正極，空氣進入負(fù)極B.負(fù)極反應(yīng)為Zn—2e==ZM+

C.正極發(fā)生氧化反應(yīng)D.電解液是酸溶液

【拓展提升】

8.有甲、乙兩位學(xué)生均想利用原電池反應(yīng)檢測金屬的活動性順序，兩人均使用鎂片與鋁片作電極，

里甲同學(xué)將電極放入6mol-L-H2sO4溶液中，一乙同學(xué)將電極放入6mol?的NaOH溶液中，如下圖所

Zj\o

⑴寫出甲池中正極的電極反應(yīng)式：正極：O

(2)寫出乙池中負(fù)極的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)的離子方程式：

負(fù)極：。

總反應(yīng)的離子方程式：o

(3)如果甲與乙同學(xué)均認(rèn)為“構(gòu)成原電池的電極材料如果都是金屬，則構(gòu)成負(fù)極材料的金屬應(yīng)比構(gòu)成正

極材料的金屬活潑”，則甲會判斷出活動性更強，而乙會判斷出活動性更強(填寫元素符

號)。

(4)由此實驗，可得到如下哪些正確結(jié)論？()

A.利用原電池反應(yīng)判斷金屬活動順序時應(yīng)注意選擇合適的介質(zhì)。

B.鎂的金屬性不一定比鋁的金屬性強

C.該實驗說明金屬活動順序表已過時，已沒有實用價值

D.該實驗說明化學(xué)研究對象復(fù)雜、反應(yīng)受條件影響較大，因此應(yīng)具體問題具體分析

(5)上述實驗也反過來證明了“直接利用金屬活動順序表判斷原電池中的正負(fù)極”這種做法(可

靠或不可靠)。如不可靠，請你提出另一個判斷原電池正負(fù)極的可行實驗方案

_____________________________________________________________(如可靠，此空可不填)。

第二章第二節(jié)化學(xué)能與電能(2)

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1.了解生活中常用的化學(xué)電源和新型化學(xué)電池；

2.引導(dǎo)學(xué)生從電子轉(zhuǎn)移角度理解化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)化的本質(zhì)以及這種轉(zhuǎn)化的綜合利用價值

3.感悟研制新型電池的重要性以及化學(xué)電源可能會引起的環(huán)境問題，初步形成較為客觀.正確的能源觀。

【學(xué)習(xí)重點】通過對常用化學(xué)電源和新型化學(xué)電池原理的了解，進一步鞏固原電池原理。

【學(xué)習(xí)難點】通過對常用化學(xué)電源和新型化學(xué)電池原理的了解，進一步鞏固原電池原理。

【自主學(xué)習(xí)】

1.鋅錦干電池(一次性電池)

⑴普通鋅銃電池

負(fù)極材料是：___________正極材料是：電解質(zhì)是

正極反應(yīng)：_______________________________________

負(fù)極反應(yīng)：_______________________________________

總反應(yīng)：_______________________________________

(2)堿性鋅銃干電池

負(fù)極材料是：正極材料是：電解質(zhì)是

正極反應(yīng)：_______________________________________

負(fù)極反應(yīng)：_______________________________________

總反應(yīng)：_______________________________________

2.充電電池(二次性電池)

⑴鉛蓄電池

負(fù)極材料是：________正極材料是：電解質(zhì)是

正極反應(yīng)：_______________________________________

負(fù)極反應(yīng):____________________________________________

總反應(yīng)：____________________________________________

充電時：

陽極反應(yīng)：____________________________________________

陰極反應(yīng)：____________________________________________

總反應(yīng)：____________________________________________

（2）鎘銀電池

負(fù)極材料是：正極材料是：電解質(zhì)是

優(yōu)點:缺點：

（3）鋰電池

鋰亞硫酰氯電池（Li-SOCk）：8Li+3soel2=6LiCI+U2so3+2S

負(fù)極：；正極：。

3.氫-氧燃料電池

①燃料電池：是將燃料和氧化劑反應(yīng)所放出的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。

②燃料電池是一種高效、友好的發(fā)電裝置。

③燃料電池的電極本身不參加氧化還原反應(yīng)，起著反應(yīng)器的作用。

負(fù)極通入正極通入

正極反應(yīng)：________________________________________________________________________________________

負(fù)極反應(yīng)：________________________________________________________________________________________

總反應(yīng)：________________________________________________________________________________________

甲烷燃料電池：

正極反應(yīng)：________________________________________________________________________________________

負(fù)極反應(yīng)：________________________________________________________________________________________

總反應(yīng)：________________________________________________________________________________________

甲醇燃料電池：

正極反應(yīng)：________________________________________________________________________________________

負(fù)極反應(yīng)：________________________________________________________________________________________

總反應(yīng)：________________________________________________________________________________________

【基礎(chǔ)達標(biāo)】

1.下列有關(guān)電池的說法不正確的是（）

A.手機上用的鋰離子電池屬于二次電池

B.銅鋅原電池工作時，電子沿外電路從銅電極流向鋅電極

C.甲醇燃料電池可把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

D.鋅鋪干電池中，鋅電極是負(fù)極

2.日常所用干電池的電極分別為石墨棒（上面有銅帽）和鋅皮，以糊狀NH4cl和ZnCb作電解質(zhì)（其中加入

MnC>2吸收出），電極反應(yīng)式可簡化為：Zn-2e-Zn2',2NH；+2屋=21\1&t+H2t（NH3與ZM+能生成一種

穩(wěn)定的物質(zhì)）。根據(jù)上述判斷，下列結(jié)論正確的是（）

①鋅為正極，石墨為負(fù)極②鋅為負(fù)極，石墨為正極

③工作時，電子由石墨極經(jīng)過外電路流向鋅極

④長時間連續(xù)使用時，內(nèi)裝糊狀物可能流出腐蝕用電器

A.①③B.②③C.③④D.②④

3.燃料電池是目前電池研究的熱點之一?，F(xiàn)有某課外小組自制的氫氧燃料電池，如圖所示，a、b均為惰

性電極。下列敘述不正確的是（）

A.a極是負(fù)極，該電極上發(fā)生氧化反應(yīng)

B.b極反應(yīng)是O2+4OK—4/=2七0

C.總反應(yīng)方程式為2H2+。2=2或。

D.氫氧燃料電池是一種具有應(yīng)用前景的綠色電源

KOH溶液

4.鉛蓄電池的兩極分別為Pb、PbO2,電解質(zhì)溶液為硫酸，工作時反應(yīng)為：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4

+2出0下列結(jié)論正確的是（）

A.Pb為正極被氧化B.SO1只向PbCh極移動

C.電解質(zhì)溶液密度不斷減小D.溶液的pH值不斷減小

5.根據(jù)反應(yīng)：2Ag++Cu=Cu2++2Ag,設(shè)計如右圖所示原電池，下列說法錯誤的是（

A.X可以是銀或石墨

B.Y是硫酸銅溶液

C.電子從銅電極經(jīng)外電路流向X電極

D.X極上的電極反應(yīng)式為Ag「+e-=Ag

6.下圖是一種航天器能量儲存系統(tǒng)原理示意圖。下列說法正確的是（）

A.該系統(tǒng)中只存在3種形式的能量轉(zhuǎn)化

B.裝置Y中負(fù)極的電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e==4OH

C.裝置X能實現(xiàn)燃料電池的燃料和氧化劑再生

D.裝置X、Y形成的子系統(tǒng)能實現(xiàn)物質(zhì)的零排放，并能實現(xiàn)化學(xué)能與電能間的完全轉(zhuǎn)化

【練方法技巧1--化學(xué)電源中的計算技巧

7.以鋅片和銅片為兩極、稀硫酸為電解液組成原電池,當(dāng)導(dǎo)線中通過2mol電子時，下列說法正確的是（）

A.鋅片溶解了1mol,銅片上析出1mol氫氣B.兩極上溶解和析出的物質(zhì)的質(zhì)量相等

C.鋅片溶解了1g,銅片上析出1g氫氣D.電解質(zhì)溶液pH不變

8.堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅錦堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解

液，電池總反應(yīng)式為Zn+MnO2+H2O==ZnO+Mn（OH）2下列說法中，錯誤的是（）

A,電池工作時，鋅失去電子

-

B.電池正極的電極反應(yīng)式為MnO2+2H2O+2e=Mn（OH）2+2OH

C.電池工作時，電子由正極通過外電路流向負(fù)極

D.外電路中每通過0.2mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減少6.5g

【拓展提升】

9.利用生活中或?qū)嶒炛谐Ｒ姷奈锲?，根?jù)氧化還原反應(yīng)知識和電化學(xué)知識，自己動手設(shè)計一個原電池。

請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?/p>

+2+

⑴實驗原理：Fe+2H=Fe+H2t（＞

⑵實驗原理：電極（_____、_______卜________、________、稀硫酸、耳機（或者電流計）。/

（請在空格中填寫所缺的實驗用品）r~i0三

⑶實驗裝置（如右圖）。LUJLJJi

⑷原電池設(shè)計及注意的問題：二二：二

①按如圖所示連接好實驗儀器，注意觀察（耳朵聽）耳機是.否有聲音發(fā)出，如果沒有，可些型稀硫酸

將原電池的兩個電極中的一極接觸耳機插頭上的一極（注意：接觸的同時耳機的另一極是連接在原電池的另

一個電極上的），這時可以聽見耳機發(fā)出“嚓嚓嚓……”的聲音。其原因是：在原電池中，由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為

，在耳機中又由轉(zhuǎn)化為聲音這種能量。

②如果將裝置中的耳機改為電流計，則鐵釘應(yīng)該接電流計的極，電極反應(yīng)是,

發(fā)生了反應(yīng)。

10.人們應(yīng)用原電池原理制作了多種電池以滿足不同的需要。在現(xiàn)代生活、生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展中，電池

發(fā)揮著越來越重要的作用，如在宇宙飛船、人造衛(wèi)星、空間電視轉(zhuǎn)播站、飛機、輪船、電腦、收音機、照

相機、電子手表、心臟起搏器等，都離不開各式各樣的電池，同時廢棄的電池隨便丟棄也會對環(huán)境造成污

染。請根據(jù)題中提供的信息，回答下列問題：

⑴電子表和電子計算器中所用的是紐扣式微型銀鋅電池“其電極分別為Ag2O和Zn,電解質(zhì)為KOH溶液，

工作時電池總反應(yīng)為Ag20+Zn+H20H2Ag+Zn（OH）2。

①工作時電流從極流向極（填“Ag2?！被颉癦n”）。

②電極反應(yīng)式：正極,

負(fù)極：?

③工作時電池正極區(qū)的pH（填“增大”、“減小”或“不變”）。

⑵?氫銀電池是近年來開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生鎘污染的鎘銀電池。氫銀電池的總反應(yīng)式

放申、

1---------

是］H2+NiO(OH)充電Ni(OH)2o電池放電時，負(fù)極是，負(fù)極的電極反應(yīng)式為，正

極的電極反應(yīng)式為，正極附近溶液的pH如何變化？。

【參考答案】

1.C［原電池中相對活潑的金屬為負(fù)極，不活潑的為正極，C項錯誤；負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生

還原反應(yīng)，A項正確；原電池工作時，外電路中電子由負(fù)極流出，由正極流入，電流方向與電子流動方向

相反，B、D項正確。］

2.D［D是吸熱的氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)過程中吸收能量，不能設(shè)計為原電池。］

3.A［分析航標(biāo)燈的電源結(jié)構(gòu)，活潑金屬鋁合金作負(fù)極，相對不活潑金屬PtFe合金作正極，電解液

是海水；鋁合金作負(fù)極發(fā)生的是氧化反應(yīng)，故①④.錯誤，②③正確。］

4.A［由題給裝置圖知，A、B、C形成原電池，由于金屬活動順序表中Cu、Ag排在H的后面，而Zn

排。在H的前面，故A中有氣體產(chǎn)生。］

5.C［Fe、C形咸的原電池中，負(fù)極鐵失去電子，變成+2價的亞鐵離子，由于a極上有大量氣泡生

成，所以正極(C)電極反應(yīng)：2H"+2e=H2t,a為正極，是碳棒：b為負(fù)極，是鐵片；電解質(zhì)溶液為硫酸。］

6.C［根據(jù)銀鎘可充-電電池放電的反應(yīng)原理Cd+2NiO(OH)+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2，Cd被氧化

生成Cd(0H)2,NiO(OH)被還原生成Ni(0H)2，即Cd發(fā)生氧化反應(yīng)，是失去電子的物質(zhì)，NiO(OH)發(fā)生還原反

應(yīng)，是得到電子的物質(zhì)，所以，Cd為負(fù)極“NiO(OH)為正極，即電池的負(fù)極材料是Cd,C項正確。］

7.B［根據(jù)電池反應(yīng)2Zn+5=2ZnO判斷，鋅為負(fù)極，負(fù)極反應(yīng)為Zn—2丁==ZM+,所以A不正確，

B正確；正極發(fā)生還原反應(yīng)，所以C不正確；電解液若為強酸，將與鋅發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而不是5與鋅反應(yīng),

所以D不正確。］

8.(lr)2H*+2e=H2t

(2)2AI+8OH~—6e==2AIOr+4H2O

2AI+2OH/+2H2O=2AIO2+3H2t

(3)MgAl(4)AD

(5)不可靠將兩種金屬作電極連上電流計后插入電解質(zhì)溶液，構(gòu)成原電池。利用電流計測定電流的方

向，從而判斷電子流動方向，再確定原電池正負(fù)極

解析甲同學(xué)依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)原理是乂8+力5。4=1\^5。4+出卜乙同學(xué)依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)原理是2Al

+2NaOH+2H2O=2NaAIO2+3H2to但是由于Al與堿的反應(yīng)是一特例，不可作為判斷金屬性強弱的依據(jù)。

所以判斷一個原電池的正負(fù)極應(yīng)依據(jù)實驗事實。

【參考答案】

1.B［鋰離子電池可以充電再次使用，屬于二次電池，A項正確；銅鋅原電池中銅為.正極，故電流由銅流

向鋅，而電子是由鋅流向銅，B項錯；電池的實質(zhì)即化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，C項正確；Zn失去電子生成ZM+,

故作為負(fù)極，D項正確。］

2.D［由負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)或根據(jù)原電池的形成條件，相對活潑(指金

屬性)的一極為負(fù)極，相對不活潑的一極為正極可判斷出①錯②對。在外電路，電子從負(fù)極流向正極，故③

不正確。長時間連續(xù)使用該電池，由于鋅皮慢慢溶解而破損，且MnCh不斷吸收d而產(chǎn)生出。，糊狀物也

越來越稀，故其