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化学第一节 化学反应与能量变化精品课件ppt
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这是一份化学第一节 化学反应与能量变化精品课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了原电池原理，化学电源，微判断，尝试解答，微训练等内容，欢迎下载使用。
第一节 化学反应与能量变化
第2课时 化学反应与电能
1．了解化学能与电能的转化关系。2．初步了解原电池的工作原理及应用。3．了解研制新型电池的重要性。4．会书写简单的电极反应式。
1．通过对原电池的学习培养学生证据推理和模型认知的能力。2．通过对常见化学电源的学习培养学生证据推理与模型认知的能力。3．通过认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性，培养学生科学态度与社会责任。
课前篇 · 自主学习固基础
1．燃煤发电的能量转化
(1) 过程：化学能――――→________能――――→________能―――→电能(2)________(氧化还原反应)是使化学能间接转化为电能的关键。
逐渐溶解，有气泡产生
(2) 原电池概念：将________能转化为________能的装置。(3) 铜锌原电池工作原理：
电池总反应：______________________________________。
Zn－2e－===Zn2＋
2H＋＋2e－===H2↑
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(4)反应本质：原电池反应的本质是________________。(5)构成原电池的条件理论上，自发的________________均可设计成原电池。①两个___________________(或一个为金属，一个为能_________的非金属)电极。②具有________溶液。③形成____________。
1．锌锰干电池(一次电池)
(1)结构：锌锰干电池是以锌筒为________极，石墨棒为________极，在石墨棒周围填充的NH4Cl糊作________________。(2)原理：锌锰电池是________电池，放电之后________充电，内部的氧化还原反应________________。
2．充电电池(二次电池)
(1)充电电池又称________电池。充电电池在放电时所进行的____________反应，在充电时可以________进行。使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电(________转化为________)与充电(________转化为________)的循环。
(2) 功能充电电池可实现化学能与电能的相互转化，可表示如下：
(3)铅酸蓄电池①构成该电池以________和________分别作负、正极材料，________作电解质溶液。②电极反应式负极：_____________________________________正极：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－===PbSO4＋2H2O总的电池反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
Pb＋SO－2e－===PbSO4
③ 工作原理放电时二氧化铅电极上发生还原反应，铅电极上发生氧化反应。充电时二氧化铅电极上发生氧化反应，铅电极上发生还原反应。(4) 锂离子电池负极材料是________，锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。
(1) 燃料电池是通过________与________在两个电极上发生氧化还原反应，将________能直接转化为________能的装置。(2) 燃料电池与火力发电相比，能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物________________________，而是由外设装备提供。
(1) 火力发电是化学能间接转化为电能的过程( )(2) HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池( )(3) 将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转( )
(4)在铜锌稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌( )(5)原电池中阳离子向正极移动( )(6)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子( )(7)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细( )
(8) 氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能( )(9) 氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化( )(10) 太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅( )
CuZnH2SO4溶液形成的原电池工作时，电子、离子及电流分别怎样移动？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
提示：电子由锌片经导线流向铜片；电流方向与电子流动方向刚好相反，由铜片经过导线流向锌片；溶液中的阳离子Zn2＋、H＋移向铜极(正极)，阴离子SO42－、OH－移向锌极(负极)。
1．下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是( ) A．碱性锌锰电池 B．手机用锂电池 C．汽车用铅酸蓄电池 D．玩具用镍氢电池
2．下列有关电池的说法不正确的是( )A．手机上用的锂离子电池属于二次电池B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌锰干电池中，锌电极是负极
3．下列装置中能够组成原电池的是_______________。
解析：构成原电池的条件缺一不可：①②缺少一个电极；③中电极相同；⑤中酒精为非电解质；⑧中不能形成闭合回路。
课堂篇 · 重点难点要突破
研习1 原电池的工作原理
2．原电池的工作原理 (1) 工作原理
(2)原电池中的三个方向 ① 电流方向：正极→负极； ② 电子流动方向(导线中)：负极→正极； ③ 电解质溶液中阴阳离子移动方向 阳离子：负极→正极； 阴离子：正极→负极。
3．原电池正、负极的判断(1) 依据电极材料——一般情况下，活泼的易失电子的为负极，不活泼的为正极。(2) 依据电子的流向——电子流出的为负极，电子流入的为正极。(3) 依据化学反应——失电子发生氧化反应的为负极，得电子发生还原反应的为正极。(4) 依据电极现象——溶解的为负极，产生气体或有固体析出的为正极。
(5) 依据阴阳离子的定向移动——阳离子移向正极，阴离子移向负极。以上方法之间的联系如图。
1．如图所示，两电极分别为碳棒和铁片，若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则下列叙述正确的是( ) A．a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为稀硫酸B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为稀硫酸D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
解析：原电池中，一般是负极的较活泼金属失去电子，发生氧化反应，逐渐溶解，质量减小，故A极为负极，B极为正极，A错误，D正确；A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C错误。
3．下列装置中，能构成原电池的是________，其他不能构成原电池的原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
装置A不能构成原电池，原因是酒精为非电解质；装置B不能构成原电池，原因是没有形成闭合回路；装置C不能构成原电池，原因是两个电极的金属活泼性相同。
判断原电池正负极的注意事项
一般是较活泼金属作负极，较不活泼金属作正极，但也要注意电解质溶液的性质。(1)镁铝用导线连接插入稀硫酸中，镁作负极，铝作正极；若电解质是氢氧化钠，则镁作正极，铝作负极。(2)铜铝用导线连接插入稀硫酸中，铝作负极，铜作正极；若插入浓硝酸中，铝作正极，铜作负极。
研习2 原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应的速率
(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中的粒子运动时相互间的干扰减小，使反应速率增大。(2)应用：实验室用Zn和稀H2SO4(或稀盐酸)反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4(或稀盐酸)形成原电池，加快了锌的反应，使产生H2的速率加快。
2．比较金属活动性的强弱
(1) 原理：在原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。(2) 应用：有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性A>B。
(3) 金属性判断易错①利用原电池原理比较金属性强弱时，A、B两金属用导线相连一般浸入非氧化性酸中，例如盐酸或稀硫酸。②在判断原电池正负极时，既要考虑金属活动性的强弱，也要考虑电解质溶液的性质。例如Mg－Al－HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg－Al－NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。故原电池中负极金属活动性不一定强于正极。
3．设计原电池(1) 设计原电池的步骤
(2) 实例 以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑为例
1．某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是 ( )
解析：根据原电池的总反应以及原电池工作原理分析，Cu的化合价升高，Cu作负极，电解质溶液中应含有Fe3＋，另一个电极应为比Cu不活泼的导电物质。A项，符合题述要求；B项，电解质溶液中不含Fe3＋，不符合题述要求；C项，Zn比Cu活泼，Zn作负极，不符合题述要求；D项，发生的电池总反应是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，不符合题述要求。
2．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ) A．a>b>c>d B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c
解析：装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属失电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼；装置三形成原电池，易知d比c活泼；装置四中，电流从a极流向d极，则电子是从d极流向a极，知d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。
3．已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、稀硫酸。按要求回答下列问题：(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。原因是________________________________________________________________________________________________________。(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选Fe2(SO4)3溶液，外加导线，________(填“能”或“不能”)构成原电池。若能，写出电极反应，负极：________________，正极__________________。
二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中构成原电池而加快铝导线的腐蚀，在接头处易断开
Cu－2e－===Cu2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3) 设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。
解析：(2)因为Fe2(SO4)3能与Cu发生氧化还原反应：Fe2(SO4)3＋Cu===2FeSO4 ＋CuSO4，因此根据给出的条件可以设计成原电池，其负极为Cu，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋；正极为石墨，电极反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。(3)因为电池总反应为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，所以负极为Fe，正极可为Cu、Ag或石墨，电解质溶液为稀硫酸，即可画出装置图。
研习3 电极反应式的书写
1．书写电极反应式时要遵循的原则
原电池的电极反应均是氧化还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，两电极反应式相加得电池总反应。
(1) 负极反应式的书写若负极材料本身被氧化，要考虑金属原子失去电子生成的阳离子是否与电解质溶液发生反应。①金属电极失去电子生成的金属阳离子不与电解质溶液反应：M－ne－===Mn＋。
②金属电极失去电子生成的金属阳离子与电解质溶液反应：将金属失电子的反应、金属阳离子与电解质溶液的反应叠加在一起。如铅酸蓄电池的负极反应为Pb－2e－＋SO42－===PbSO4。若负极材料本身不参与反应，如燃料电池，在书写电极反应式时，要将燃料失电子的反应及其产物与电解质溶液的反应叠加在一起写。如氢氧燃料电池(KOH溶液为电解质溶液)的负极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。
(2) 正极反应式的书写首先要判断在正极发生还原反应的物质。①若负极金属与电解质溶液能发生反应，则在正极上电解质溶液中氧化性强的离子被还原。如锌、铜、稀硫酸组成的原电池，锌能与稀硫酸反应，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。若电解质溶液为CuSO4溶液，则正极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
②若负极金属与电解质溶液不发生反应，则在正极上被还原的物质是溶解在电解质溶液中的O2。例如，铁、铜、氢氧化钠溶液组成的原电池，Fe与NaOH溶液不反应，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
3．书写电极反应式的基本类型
(1) 题目给定原电池的装置图，未给总反应式。①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。③写出电极反应式，将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得总反应式。
(2) 题目中给出原电池的总反应式。①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。
③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。
4．氢氧燃料电池中电极反应式氢氧燃料电池在不同的介质中的总反应式相同，均为2H2＋O2===2H2O。但正、负极反应式与电解质溶液有关，正、负极反应式归纳如下：
5．甲烷燃料电池中电极反应式甲烷燃料电池在不同的介质中的总反应式不相同，在酸性条件下，电池总反应式为CH4＋2O2===CO2＋2H2O；在碱性条件下为CH4＋2O2＋2OH－===CO32－＋3H2O。在不同电解质中正、负极反应式归纳如表：
1780年意大利著名动物学家伽伐尼做了如下实验：用一根铜钩插入死青蛙的脊髓中，再挂在铁栏杆上，当青蛙腿碰到铁栏杆时，就发生颤抖。善于质疑的意大利物理学家伏打，提出了疑问：为什么只有青蛙腿与铜器和铁器接触时才发生抽搐？伏打用实验证明，两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿才会抽搐，其原因是构成了原电池，有电流产生。这就是举世闻名的伏打电池的来源。
如图为银锌纽扣电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应为Ag2O＋Zn===ZnO＋2Ag，其中一个电极反应为Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
1．该纽扣电池的正、负极材料分别是什么？判断的理由是什么？
提示：正极材料为Ag2O，负极材料为Zn；根据电池总反应可知，Zn失去电子被氧化，发生氧化反应的是负极材料；Ag2O得电子被还原，发生还原反应的是正极材料。
2．电极反应Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－是正极反应还是负极反应？写出另一极的电极反应并判断反应类型。
提示：该电极反应是得电子的还原反应，故为正极反应式。用总反应减去正极反应，可得纽扣电池的负极反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，发生的是氧化反应。
3．该电池在使用过程中，电解质溶液中KOH的物质的量怎样变化？
提示：不变；电池中KOH只起到增强导电的作用，不参与总反应，故电池使用过程中KOH的物质的量不变。
4．当该电池工作时通过电路对外提供了1 ml电子时，计算消耗负极材料的质量。
提示：电池工作时的负极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，当线路中通过1 ml电子时，负极消耗Zn的物质的量为0.5 ml，其质量为32.5 g。
1．下列电极反应正确的是 ( )A．以惰性材料为电极，以KOH溶液为电解质溶液构成的氢氧燃料电池，负极反应为H2－2e－===2H＋B．铜、锌在稀硫酸溶液中构成原电池，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑C．以铜为电极，将2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计成原电池，正极反应为Cu－2e－===Cu2＋D．以铝、铁为电极，在氢氧化钠溶液中构成原电池，负极反应为Al－3e－===Al3＋
解析：A错误，在KOH溶液中H＋不能大量存在，负极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O；B正确，铜、锌在稀硫酸溶液中构成原电池，铜为正极，H＋在铜极上发生还原反应；C错误，正极发生还原反应2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负极发生氧化反应Cu－2e－===Cu2＋；D错误，在氢氧化钠溶液中Al3＋不能大量存在，负极反应为Al－3e－＋4OH－===AlO2－ ＋2H2O。
2．(双选)锂离子电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高等优点而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂离子电池。某种锂离子电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是( )A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋C．MnO2是正极，电极反应为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋
解析：由总反应Li＋MnO2===LiMnO2可知，Li元素在反应前后化合价升高(0→＋1)，Mn元素在反应前后化合价降低(＋4→＋3)。Li被氧化，在电池中作负极，电极反应为Li－e－===Li＋，MnO2在正极上发生还原反应，电极反应为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。
3．LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应式可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_____________，发生的电极反应为______________________________________________________；(2)电池正极发生的电极反应为_________________________________________；
Li－e－===Li＋
2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是_____________________________________________________，反应的化学方程式为__________________________________________________；(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_____________________________________________________。
出现白雾，有刺激性气味的气体生成
SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑
Li能和氧气、水反应，且SOCl2也能与水反应
解析：分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂，SOCl2为氧化剂。(1)负极材料为Li(还原剂)，发生反应：Li－e－===Li＋。(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。(3)题中给出有碱液吸收时的产物，则没有碱液而用水吸收时的产物应为SO2和HCl，所以实验现象应该为出现白雾和有刺激性气味的气体生成。(4)Li能和氧气、水反应，且SOCl2也能与水反应。
演习篇 · 学业测试速达标
1．下列装置中，电解质溶液均为稀硫酸，其中不能构成原电池的是( )
解析：由构成原电池的条件可知，D项不能形成闭合回路，所以不能构成原电池。
2．如图是生活中常用的锌锰干电池的示意图，下列有关说法中，不正确的是( ) A．电池内部含有电解质B．锌是负极，石墨棒是正极C．电池用完后可埋入土壤D．锌锰干电池是一次电池
解析：锌锰干电池是一次电池，负极材料是Zn，正极材料是石墨棒，电解质溶液是NH4Cl糊。因为废电池中含有多种重金属、酸、碱等物质，随意丢弃对生态环境和人体健康危害很大，故应对废电池进行集中处理，不能埋入土壤。
3．芬兰某公司制造出一种纸质电池，其电池总反应式为Zn＋2MnO2＋H2O===2MnO(OH)＋ZnO。下列说法正确的是( )A．该电池的正极为锌B．该电池反应中二氧化锰起催化作用C．当0.1 ml Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数为1.204×1023D．电池正极发生还原反应
解析：A项，根据电池总反应式可知，Zn失去电子，为电池的负极；B项，MnO2得到电子，为电池的正极；C项，电子只能经外电路流动，而不能在电解液中流动，电解液内的电流是阴、阳离子定向移动形成的；D项，电池正极得电子，发生还原反应。
4．(双选)汽车的启动电源常用铅酸蓄电池。其结构如图所示，放电时的电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断下列叙述正确的是( ) A．PbO2是电池的负极B．放电时，溶液中的H＋向正极区移动C．放电时，电子由Pb电极通过导线流向PbO2D．正极的电极反应式为Pb－2e－＋SO42－===PbSO4
解析：由PbO2 → PbSO4发生的是还原反应，PbO2应是电池的正极，A错误；放电时，溶液中的H＋向正极区移动，B正确；放电时电子由负极(Pb)通过导线流向正极(PbO2)，C正确；电池中正极得电子发生还原反应，D错误。
5．将纯锌片和纯铜片按如图所示方式插入等浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( ) A．两个装置都构成了原电池B．甲装置构成了原电池，乙装置没有构成原电池C．两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生D．产生气泡的速率甲比乙慢
解析：甲装置构成了铜锌原电池，锌作负极，失电子，在反应中逐渐溶解；铜作正极，H＋在铜极上得电子，生成H2；总反应式为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑；乙装置没有构成原电池，因为没有形成闭合回路；构成原电池后生成H2的速率加快。
6．理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”设计一个化学电池(正极材料用石墨棒)，据此回答下列问题：(1)该电池的负极材料是________，发生________反应(填“氧化”或“还原”)，电解质溶液是_______________。(2)正极上出现的现象是_______________________________________________。
石墨棒上析出银白色物质
(3) 若导线上转移电子1 ml，则生成正极产物的质量为______ g。
解析：在Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋中，Cu作还原剂，作原电池的负极，失去电子，发生氧化反应；Ag＋作氧化剂，在原电池的正极得电子，故石墨棒上有银白色物质析出，且每转移1 ml电子，生成银108 g；电解质是含Ag＋的可溶性盐，通常是AgNO3溶液。
课时作业(九) 化学反应与电能
1．下列说法不正确的是( )A．根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源B．电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源C．原电池是将化学能转化为电能的一种装置D．水力发电是将化学能转化为电能的过程
解析：氢气不能从自然界中直接获得，是二次能源，电能也是二次能源，且使用方便，污染最小，A、B都正确。原电池是将化学能转化为电能的装置，C正确。水力发电是把势能转化为电能，不是化学能转化为电能，D错误。
2．如图所示，把锌片和铜片用导线相连后插入稀硫酸溶液构成原电池。下列叙述正确的是( ) A．Zn是负极，发生还原反应B．电流从锌片流向铜片C．一段时间后，铜片质量减轻D．该装置将化学能转变为电能
解析：A中Zn发生氧化反应，B中电流的方向从正极(铜片)→负极(锌片)，C中一段时间后，锌片质量减轻，故只有D正确。
3．下列关于化学电源的说法正确的是( )A．干电池放电之后还能再充电B．充电电池在放电和充电时都将化学能转化为电能C．充电电池可以无限制地反复放电、充电D．氢氧燃料电池是一种环境友好电池
解析：A项，干电池是一次电池，放电之后不能再充电，A错误；B项，充电电池在放电时化学能转化为电能，充电时将电能转化为化学能，B错误；C项，充电电池不能无限制地反复放电、充电，C错误；D项，氢氧燃料电池的生成物是水，是一种环境友好电池，D正确。
4．将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( ) A．两个装置都构成了原电池B．甲装置构成了原电池，乙装置没有构成原电池C．两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生D．产生气泡的速率甲比乙慢
解析：甲中构成了铜锌原电池，锌作负极，失电子；铜作正极，氢离子在铜极上得电子，生成氢气；总反应式为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。乙装置没有构成原电池，因为没有形成闭合回路。构成原电池后生成氢气的速率加快。
5．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是( )
解析：Zn较Cu活泼，作负极，Zn失电子变为Zn2＋，电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2＋和H＋迁移至铜电极、H＋得电子变为H2，因而c(H＋)减小，A错误；Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag，结合KOH作电解液，故电极反应为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，B正确；
Zn为较活泼电极，作负极，发生氧化反应，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，锌溶解，因而锌筒会变薄，C正确；铅酸蓄电池总反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O，可知放电时H2SO4不断被消耗，一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D正确。
6．X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为( )A．X>Y>Z B．X>Z>YC．Y>X>Z D．Y>Z>X
解析：根据原电池原理，负极的金属比正极活泼，可知Y>X，根据金属活动性顺序和置换反应原理，可知X>Z，故有Y>X>Z。
7．燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2OC．随着放电的进行，溶液中氢氧根浓度不变D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
解析：O2＋2H2O＋4e－===4OH－应为正极反应式。燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根，所以负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O。由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液中c(OH－)将减小。
8．一个原电池的总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池的合理组成是( )
解析：由总反应式知，Zn被氧化作原电池的负极，符合条件的有B、C两项，正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，B选项中是2H＋＋2e－===H2↑，C正确。
9．有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6 ml·L－1的H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6 ml·L－1的NaOH溶液中，如图所示。
(1)写出甲中正极的电极反应式：_________________________________________________。
2H＋＋2e－===H2↑
(2)乙中负极为________，总反应的离子方程式：_____________________________________________________。
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
(3)如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则负极材料的金属应比正极材料的金属活泼”，则甲会判断出________金属活动性更强，而乙会判断出________金属活动性更强。(填写元素符号)。
(4)由此实验得出的下列结论中，正确的有________。A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质B．镁的金属性不一定比铝的金属性强C．该实验说明金属活动性顺序表已过时，没有实用价值了D．该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析
解析：甲同学依据的化学反应原理是Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑，乙同学依据的化学反应原理是2Al＋2NaOH＋2H2O ===2NaAlO2＋3H2↑。但是由于Al与碱的反应是一特例，不可作为判断金属性强弱的依据，所以判断一个原电池的正、负极应具体问题具体分析。
10．[实验目的]利用所学知识，设计原电池装置。[实验用品]① 电极：镁条、铜片、铁片等。 ② 电解质：果汁(橙汁、苹果汁、柠檬汁等)。 ③ 其他：导线、金属夹、发光二极管、500 mL烧杯。[实验方案] ① CuMg原电池，电解质溶液为橙汁； ② CuFe原电池，电解质溶液为苹果汁； ③ FeMg原电池，电解质溶液为柠檬汁。
[实验操作]用导线分别将三种方案中的金属片连接到金属夹上，分别将金属片两两插入到盛有果汁的三个500 mL的烧杯中，将发光二极管两端分别接在三种方案中金属活动性不同的金属夹上。观察现象，连接方式如图所示。
[实验现象]三种方案中发光二极管均发光。[实验结论]原电池把化学能转变为电能。回答问题：(1)连接装置时活泼金属接二极管的________极上，较不活泼金属接二极管的________极上。(2)在方案①②中铜作电极情况：________________________。
(3) 在方案①③中镁作电极情况：_________________________。(4) 在方案②③中铁作电极情况：_______________________________________________________。(5) 在方案③中负极反应为____________________，正极反应为______________________，总电池反应离子方程式为___________________________________________。
方案②中铁作负极，方案③中铁作正极
Mg－2e－=== Mg2＋
Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
解析：在原电池中较活泼金属作负极(连接二极管的负极)，较不活泼金属作正极(连接二极管的正极)。因金属活动性：Mg>Fe>Cu，故方案①②中Cu均作正极，①③中Mg均作负极，方案②中铁作负极，方案③中铁作正极。在方案③中负极反应为Mg－2e－===Mg2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，总电池反应离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑。
11．(1)现有如下两个反应：(A)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O(B)Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋①根据两反应本质，判断能否设计成原电池：________________________________。②如果不能，说明其原因：____________________________________________。
(A)不能，(B)可以
(A)不是氧化还原反应，没有电子转移
③如果可以，则写出正、负极材料，电极反应式及反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)：负极：________，_______________________，___________。正极：________________________________，_______________________，___________。
碳棒、Ag、铂、金(任选一种)
2Ag＋＋2e－===2Ag
(2)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池：①负极材料是________(写名称)，电极反应为_______________________________。②正极电极反应式为___________________________________________________。③溶液中SO向________极移动。
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
解析：(1)①只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池，(B)是氧化还原反应且能自发进行。③根据电池反应式Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋可知，Cu失电子作负极，负极材料是Cu，正极材料应是比铜不活泼的金属或能导电的非金属。(2)该氧化还原反应中还原剂为Cu，故负极是铜，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，氧化剂是O2，故正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，溶液中阴离子SO42－向负极移动。
12．(双选)将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸中，经过一段时间后，下列叙述正确的是 ( )A．负极有Cl2逸出，正极有H2逸出B．负极附近Cl－的浓度逐渐增大C．正极附近Cl－的浓度逐渐增大D．溶液中Cl－的浓度基本不变
解析：铁片、银片用导线连接起来插入稀盐酸中形成原电池，其中铁片作负极，银片作正极，溶液中的H＋在正极(Ag片)上得到铁提供的电子生成H2，而铁片上的铁失电子生成Fe2＋，此时，Cl－移向负极。因此负极附近Cl－浓度增大，正极附近Cl－浓度减小，而溶液中Cl－的浓度基本不变。
13．图甲是铜锌原电池示意图。图乙中x轴表示原电池工作时流入正极的电子的物质的量，则y轴可以表示( ) ①c(Zn2＋) ②c(H＋) ③c(SO42－) ④锌棒的质量 ⑤铜棒的质量 ⑥溶液的质量A．①⑥ B．②④ C．③⑤ D．⑥
解析：由题图可知，y轴表示的物理量随流入正极的电子的物质的量增加而增大，根据铜锌原电池工作原理，锌失电子作负极，所以锌棒的质量减小；溶液中开始没有Zn2＋，随着反应进行，溶液中c(Zn2＋)从0开始逐渐增大，溶液的质量增加；H＋得电子生成氢气，所以c(H＋)减小，c(SO42－)不变；铜棒作正极材料，铜棒的质量不变，故D正确。
14．(双选)Mg－H2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如图。下列说法不正确的是( )A．石墨电极是该电池的正极B．石墨电极上发生氧化反应C．Mg电极的电极反应：Mg－2e－===Mg2＋D．电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再从石墨电极经电解质溶液流向Mg电极
解析：在Mg－H2O2电池中，Mg为负极，石墨为正极。电池工作过程中，镁电极失去电子，所产生的电子经导线流向石墨电极，H2O2在石墨电极表面得到电子，转变成OH－，负极生成的Mg2＋移向正极，溶液中的阴离子移向负极，在电解质溶液中不存在电子的流动。综上分析，B、D两项错误。
15．某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，在常温下，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如表。
试根据上表中的实验现象回答下列问题：(1)实验1、2中Al所作的电极(正极或负极)是否相同_______(填“是”或“否”)。(2)由实验3完成下列填空：①铝为________极，电极反应式：________________________；②石墨为________极，电极反应式：______________________；③电池总反应式：______________________________________。
2Al－6e－===2Al3＋
6H＋＋6e－===3H2↑
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
(3)实验4中铝作负极还是正极？________，理由是___________________________________________________。写出铝电极的电极反应式：______________________________。(4)解释实验5中电流表指针偏向铝的原因：_________________________________________________________________________。(5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素：________________________________________________________。
Al能与NaOH发生反应被氧化而Mg不能
Al－3e－＋4OH－===AlO2－＋2H2O
Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中发生反应，被氧化，Al是原电池的正极
另一个电极材料的活动性；电解质溶液
解析：由实验1和2可知，原电池中电流表指针是偏向正极。在实验3中电流表指针偏向石墨，由上述规律可知，Al是负极，石墨是正极，化学反应是Al失去电子被氧化为Al3＋，盐酸中的H＋得到电子被还原为H2。在NaOH溶液中Al能与其发生反应被氧化，则Al是负极，Mg是正极。Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中被氧化，Zn是负极，Al是正极，所以在实验5中电流表指针偏向铝。
第一节 化学反应与能量变化
第2课时 化学反应与电能
1．了解化学能与电能的转化关系。2．初步了解原电池的工作原理及应用。3．了解研制新型电池的重要性。4．会书写简单的电极反应式。
1．通过对原电池的学习培养学生证据推理和模型认知的能力。2．通过对常见化学电源的学习培养学生证据推理与模型认知的能力。3．通过认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型电池的重要性，培养学生科学态度与社会责任。
课前篇 · 自主学习固基础
1．燃煤发电的能量转化
(1) 过程：化学能――――→________能――――→________能―――→电能(2)________(氧化还原反应)是使化学能间接转化为电能的关键。
逐渐溶解，有气泡产生
(2) 原电池概念：将________能转化为________能的装置。(3) 铜锌原电池工作原理：
电池总反应：______________________________________。
Zn－2e－===Zn2＋
2H＋＋2e－===H2↑
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
(4)反应本质：原电池反应的本质是________________。(5)构成原电池的条件理论上，自发的________________均可设计成原电池。①两个___________________(或一个为金属，一个为能_________的非金属)电极。②具有________溶液。③形成____________。
1．锌锰干电池(一次电池)
(1)结构：锌锰干电池是以锌筒为________极，石墨棒为________极，在石墨棒周围填充的NH4Cl糊作________________。(2)原理：锌锰电池是________电池，放电之后________充电，内部的氧化还原反应________________。
2．充电电池(二次电池)
(1)充电电池又称________电池。充电电池在放电时所进行的____________反应，在充电时可以________进行。使电池恢复到放电前的状态，从而实现放电(________转化为________)与充电(________转化为________)的循环。
(2) 功能充电电池可实现化学能与电能的相互转化，可表示如下：
(3)铅酸蓄电池①构成该电池以________和________分别作负、正极材料，________作电解质溶液。②电极反应式负极：_____________________________________正极：PbO2＋4H＋＋SO42－＋2e－===PbSO4＋2H2O总的电池反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
Pb＋SO－2e－===PbSO4
③ 工作原理放电时二氧化铅电极上发生还原反应，铅电极上发生氧化反应。充电时二氧化铅电极上发生氧化反应，铅电极上发生还原反应。(4) 锂离子电池负极材料是________，锂离子电池是新一代可充电的绿色电池。
(1) 燃料电池是通过________与________在两个电极上发生氧化还原反应，将________能直接转化为________能的装置。(2) 燃料电池与火力发电相比，能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物________________________，而是由外设装备提供。
(1) 火力发电是化学能间接转化为电能的过程( )(2) HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池( )(3) 将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转( )
(4)在铜锌稀硫酸原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌( )(5)原电池中阳离子向正极移动( )(6)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子( )(7)锌锰干电池工作一段时间后碳棒变细( )
(8) 氢氧燃料电池是将热能直接转变为电能( )(9) 氢氧燃料电池工作时氢气在负极上被氧化( )(10) 太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅( )
CuZnH2SO4溶液形成的原电池工作时，电子、离子及电流分别怎样移动？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
提示：电子由锌片经导线流向铜片；电流方向与电子流动方向刚好相反，由铜片经过导线流向锌片；溶液中的阳离子Zn2＋、H＋移向铜极(正极)，阴离子SO42－、OH－移向锌极(负极)。
1．下列几种化学电池中，不属于可充电电池的是( ) A．碱性锌锰电池 B．手机用锂电池 C．汽车用铅酸蓄电池 D．玩具用镍氢电池
2．下列有关电池的说法不正确的是( )A．手机上用的锂离子电池属于二次电池B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能D．锌锰干电池中，锌电极是负极
3．下列装置中能够组成原电池的是_______________。
解析：构成原电池的条件缺一不可：①②缺少一个电极；③中电极相同；⑤中酒精为非电解质；⑧中不能形成闭合回路。
课堂篇 · 重点难点要突破
研习1 原电池的工作原理
2．原电池的工作原理 (1) 工作原理
(2)原电池中的三个方向 ① 电流方向：正极→负极； ② 电子流动方向(导线中)：负极→正极； ③ 电解质溶液中阴阳离子移动方向 阳离子：负极→正极； 阴离子：正极→负极。
3．原电池正、负极的判断(1) 依据电极材料——一般情况下，活泼的易失电子的为负极，不活泼的为正极。(2) 依据电子的流向——电子流出的为负极，电子流入的为正极。(3) 依据化学反应——失电子发生氧化反应的为负极，得电子发生还原反应的为正极。(4) 依据电极现象——溶解的为负极，产生气体或有固体析出的为正极。
(5) 依据阴阳离子的定向移动——阳离子移向正极，阴离子移向负极。以上方法之间的联系如图。
1．如图所示，两电极分别为碳棒和铁片，若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则下列叙述正确的是( ) A．a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为稀硫酸B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为稀硫酸D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
解析：原电池中，一般是负极的较活泼金属失去电子，发生氧化反应，逐渐溶解，质量减小，故A极为负极，B极为正极，A错误，D正确；A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C错误。
3．下列装置中，能构成原电池的是________，其他不能构成原电池的原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
装置A不能构成原电池，原因是酒精为非电解质；装置B不能构成原电池，原因是没有形成闭合回路；装置C不能构成原电池，原因是两个电极的金属活泼性相同。
判断原电池正负极的注意事项
一般是较活泼金属作负极，较不活泼金属作正极，但也要注意电解质溶液的性质。(1)镁铝用导线连接插入稀硫酸中，镁作负极，铝作正极；若电解质是氢氧化钠，则镁作正极，铝作负极。(2)铜铝用导线连接插入稀硫酸中，铝作负极，铜作正极；若插入浓硝酸中，铝作正极，铜作负极。
研习2 原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应的速率
(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中的粒子运动时相互间的干扰减小，使反应速率增大。(2)应用：实验室用Zn和稀H2SO4(或稀盐酸)反应制H2，常用粗锌，它产生H2的速率快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀H2SO4(或稀盐酸)形成原电池，加快了锌的反应，使产生H2的速率加快。
2．比较金属活动性的强弱
(1) 原理：在原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性弱的金属为正极。(2) 应用：有两种金属A和B，用导线连接后插入到稀硫酸中，观察到A极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性A>B。
(3) 金属性判断易错①利用原电池原理比较金属性强弱时，A、B两金属用导线相连一般浸入非氧化性酸中，例如盐酸或稀硫酸。②在判断原电池正负极时，既要考虑金属活动性的强弱，也要考虑电解质溶液的性质。例如Mg－Al－HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg－Al－NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。故原电池中负极金属活动性不一定强于正极。
3．设计原电池(1) 设计原电池的步骤
(2) 实例 以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑为例
1．某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是 ( )
解析：根据原电池的总反应以及原电池工作原理分析，Cu的化合价升高，Cu作负极，电解质溶液中应含有Fe3＋，另一个电极应为比Cu不活泼的导电物质。A项，符合题述要求；B项，电解质溶液中不含Fe3＋，不符合题述要求；C项，Zn比Cu活泼，Zn作负极，不符合题述要求；D项，发生的电池总反应是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，不符合题述要求。
2．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ) A．a>b>c>d B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c
解析：装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属失电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，可知b比c活泼；装置三形成原电池，易知d比c活泼；装置四中，电流从a极流向d极，则电子是从d极流向a极，知d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。
3．已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、稀硫酸。按要求回答下列问题：(1)电工操作上规定：不能把铜导线和铝导线连接在一起使用。原因是________________________________________________________________________________________________________。(2)若电极材料选铜和石墨，电解质溶液选Fe2(SO4)3溶液，外加导线，________(填“能”或“不能”)构成原电池。若能，写出电极反应，负极：________________，正极__________________。
二者连接在一起时，接头处在潮湿的空气中构成原电池而加快铝导线的腐蚀，在接头处易断开
Cu－2e－===Cu2＋
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3) 设计一种以铁和稀硫酸反应为原理的原电池，要求画出装置图(需标明电极材料及电池的正、负极)。
解析：(2)因为Fe2(SO4)3能与Cu发生氧化还原反应：Fe2(SO4)3＋Cu===2FeSO4 ＋CuSO4，因此根据给出的条件可以设计成原电池，其负极为Cu，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋；正极为石墨，电极反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。(3)因为电池总反应为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，所以负极为Fe，正极可为Cu、Ag或石墨，电解质溶液为稀硫酸，即可画出装置图。
研习3 电极反应式的书写
1．书写电极反应式时要遵循的原则
原电池的电极反应均是氧化还原反应，因此电极反应式的书写要遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，两电极反应式相加得电池总反应。
(1) 负极反应式的书写若负极材料本身被氧化，要考虑金属原子失去电子生成的阳离子是否与电解质溶液发生反应。①金属电极失去电子生成的金属阳离子不与电解质溶液反应：M－ne－===Mn＋。
②金属电极失去电子生成的金属阳离子与电解质溶液反应：将金属失电子的反应、金属阳离子与电解质溶液的反应叠加在一起。如铅酸蓄电池的负极反应为Pb－2e－＋SO42－===PbSO4。若负极材料本身不参与反应，如燃料电池，在书写电极反应式时，要将燃料失电子的反应及其产物与电解质溶液的反应叠加在一起写。如氢氧燃料电池(KOH溶液为电解质溶液)的负极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。
(2) 正极反应式的书写首先要判断在正极发生还原反应的物质。①若负极金属与电解质溶液能发生反应，则在正极上电解质溶液中氧化性强的离子被还原。如锌、铜、稀硫酸组成的原电池，锌能与稀硫酸反应，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。若电解质溶液为CuSO4溶液，则正极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
②若负极金属与电解质溶液不发生反应，则在正极上被还原的物质是溶解在电解质溶液中的O2。例如，铁、铜、氢氧化钠溶液组成的原电池，Fe与NaOH溶液不反应，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
3．书写电极反应式的基本类型
(1) 题目给定原电池的装置图，未给总反应式。①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。③写出电极反应式，将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得总反应式。
(2) 题目中给出原电池的总反应式。①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。
③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。
4．氢氧燃料电池中电极反应式氢氧燃料电池在不同的介质中的总反应式相同，均为2H2＋O2===2H2O。但正、负极反应式与电解质溶液有关，正、负极反应式归纳如下：
5．甲烷燃料电池中电极反应式甲烷燃料电池在不同的介质中的总反应式不相同，在酸性条件下，电池总反应式为CH4＋2O2===CO2＋2H2O；在碱性条件下为CH4＋2O2＋2OH－===CO32－＋3H2O。在不同电解质中正、负极反应式归纳如表：
1780年意大利著名动物学家伽伐尼做了如下实验：用一根铜钩插入死青蛙的脊髓中，再挂在铁栏杆上，当青蛙腿碰到铁栏杆时，就发生颤抖。善于质疑的意大利物理学家伏打，提出了疑问：为什么只有青蛙腿与铜器和铁器接触时才发生抽搐？伏打用实验证明，两种活泼性不同的金属同时接触蛙腿，蛙腿才会抽搐，其原因是构成了原电池，有电流产生。这就是举世闻名的伏打电池的来源。
如图为银锌纽扣电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应为Ag2O＋Zn===ZnO＋2Ag，其中一个电极反应为Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
1．该纽扣电池的正、负极材料分别是什么？判断的理由是什么？
提示：正极材料为Ag2O，负极材料为Zn；根据电池总反应可知，Zn失去电子被氧化，发生氧化反应的是负极材料；Ag2O得电子被还原，发生还原反应的是正极材料。
2．电极反应Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－是正极反应还是负极反应？写出另一极的电极反应并判断反应类型。
提示：该电极反应是得电子的还原反应，故为正极反应式。用总反应减去正极反应，可得纽扣电池的负极反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，发生的是氧化反应。
3．该电池在使用过程中，电解质溶液中KOH的物质的量怎样变化？
提示：不变；电池中KOH只起到增强导电的作用，不参与总反应，故电池使用过程中KOH的物质的量不变。
4．当该电池工作时通过电路对外提供了1 ml电子时，计算消耗负极材料的质量。
提示：电池工作时的负极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，当线路中通过1 ml电子时，负极消耗Zn的物质的量为0.5 ml，其质量为32.5 g。
1．下列电极反应正确的是 ( )A．以惰性材料为电极，以KOH溶液为电解质溶液构成的氢氧燃料电池，负极反应为H2－2e－===2H＋B．铜、锌在稀硫酸溶液中构成原电池，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑C．以铜为电极，将2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋设计成原电池，正极反应为Cu－2e－===Cu2＋D．以铝、铁为电极，在氢氧化钠溶液中构成原电池，负极反应为Al－3e－===Al3＋
解析：A错误，在KOH溶液中H＋不能大量存在，负极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O；B正确，铜、锌在稀硫酸溶液中构成原电池，铜为正极，H＋在铜极上发生还原反应；C错误，正极发生还原反应2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负极发生氧化反应Cu－2e－===Cu2＋；D错误，在氢氧化钠溶液中Al3＋不能大量存在，负极反应为Al－3e－＋4OH－===AlO2－ ＋2H2O。
2．(双选)锂离子电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高等优点而受到了普遍重视，目前已研制成功多种锂离子电池。某种锂离子电池的总反应式为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是( )A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋C．MnO2是正极，电极反应为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋
解析：由总反应Li＋MnO2===LiMnO2可知，Li元素在反应前后化合价升高(0→＋1)，Mn元素在反应前后化合价降低(＋4→＋3)。Li被氧化，在电池中作负极，电极反应为Li－e－===Li＋，MnO2在正极上发生还原反应，电极反应为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2。
3．LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4SOCl2。电池的总反应式可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。请回答下列问题：(1)电池的负极材料为_____________，发生的电极反应为______________________________________________________；(2)电池正极发生的电极反应为_________________________________________；
Li－e－===Li＋
2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
(3)SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是_____________________________________________________，反应的化学方程式为__________________________________________________；(4)组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_____________________________________________________。
出现白雾，有刺激性气味的气体生成
SOCl2＋H2O===SO2↑＋2HCl↑
Li能和氧气、水反应，且SOCl2也能与水反应
解析：分析反应的化合价变化，可得Li为还原剂，SOCl2为氧化剂。(1)负极材料为Li(还原剂)，发生反应：Li－e－===Li＋。(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。(3)题中给出有碱液吸收时的产物，则没有碱液而用水吸收时的产物应为SO2和HCl，所以实验现象应该为出现白雾和有刺激性气味的气体生成。(4)Li能和氧气、水反应，且SOCl2也能与水反应。
演习篇 · 学业测试速达标
1．下列装置中，电解质溶液均为稀硫酸，其中不能构成原电池的是( )
解析：由构成原电池的条件可知，D项不能形成闭合回路，所以不能构成原电池。
2．如图是生活中常用的锌锰干电池的示意图，下列有关说法中，不正确的是( ) A．电池内部含有电解质B．锌是负极，石墨棒是正极C．电池用完后可埋入土壤D．锌锰干电池是一次电池
解析：锌锰干电池是一次电池，负极材料是Zn，正极材料是石墨棒，电解质溶液是NH4Cl糊。因为废电池中含有多种重金属、酸、碱等物质，随意丢弃对生态环境和人体健康危害很大，故应对废电池进行集中处理，不能埋入土壤。
3．芬兰某公司制造出一种纸质电池，其电池总反应式为Zn＋2MnO2＋H2O===2MnO(OH)＋ZnO。下列说法正确的是( )A．该电池的正极为锌B．该电池反应中二氧化锰起催化作用C．当0.1 ml Zn完全溶解时，流经电解液的电子个数为1.204×1023D．电池正极发生还原反应
解析：A项，根据电池总反应式可知，Zn失去电子，为电池的负极；B项，MnO2得到电子，为电池的正极；C项，电子只能经外电路流动，而不能在电解液中流动，电解液内的电流是阴、阳离子定向移动形成的；D项，电池正极得电子，发生还原反应。
4．(双选)汽车的启动电源常用铅酸蓄电池。其结构如图所示，放电时的电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断下列叙述正确的是( ) A．PbO2是电池的负极B．放电时，溶液中的H＋向正极区移动C．放电时，电子由Pb电极通过导线流向PbO2D．正极的电极反应式为Pb－2e－＋SO42－===PbSO4
解析：由PbO2 → PbSO4发生的是还原反应，PbO2应是电池的正极，A错误；放电时，溶液中的H＋向正极区移动，B正确；放电时电子由负极(Pb)通过导线流向正极(PbO2)，C正确；电池中正极得电子发生还原反应，D错误。
5．将纯锌片和纯铜片按如图所示方式插入等浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( ) A．两个装置都构成了原电池B．甲装置构成了原电池，乙装置没有构成原电池C．两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生D．产生气泡的速率甲比乙慢
解析：甲装置构成了铜锌原电池，锌作负极，失电子，在反应中逐渐溶解；铜作正极，H＋在铜极上得电子，生成H2；总反应式为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑；乙装置没有构成原电池，因为没有形成闭合回路；构成原电池后生成H2的速率加快。
6．理论上讲，任何自发的氧化还原反应都可以设计成原电池。请利用反应“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”设计一个化学电池(正极材料用石墨棒)，据此回答下列问题：(1)该电池的负极材料是________，发生________反应(填“氧化”或“还原”)，电解质溶液是_______________。(2)正极上出现的现象是_______________________________________________。
石墨棒上析出银白色物质
(3) 若导线上转移电子1 ml，则生成正极产物的质量为______ g。
解析：在Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋中，Cu作还原剂，作原电池的负极，失去电子，发生氧化反应；Ag＋作氧化剂，在原电池的正极得电子，故石墨棒上有银白色物质析出，且每转移1 ml电子，生成银108 g；电解质是含Ag＋的可溶性盐，通常是AgNO3溶液。
课时作业(九) 化学反应与电能
1．下列说法不正确的是( )A．根据一次能源和二次能源的划分，氢气为二次能源B．电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源C．原电池是将化学能转化为电能的一种装置D．水力发电是将化学能转化为电能的过程
解析：氢气不能从自然界中直接获得，是二次能源，电能也是二次能源，且使用方便，污染最小，A、B都正确。原电池是将化学能转化为电能的装置，C正确。水力发电是把势能转化为电能，不是化学能转化为电能，D错误。
2．如图所示，把锌片和铜片用导线相连后插入稀硫酸溶液构成原电池。下列叙述正确的是( ) A．Zn是负极，发生还原反应B．电流从锌片流向铜片C．一段时间后，铜片质量减轻D．该装置将化学能转变为电能
解析：A中Zn发生氧化反应，B中电流的方向从正极(铜片)→负极(锌片)，C中一段时间后，锌片质量减轻，故只有D正确。
3．下列关于化学电源的说法正确的是( )A．干电池放电之后还能再充电B．充电电池在放电和充电时都将化学能转化为电能C．充电电池可以无限制地反复放电、充电D．氢氧燃料电池是一种环境友好电池
解析：A项，干电池是一次电池，放电之后不能再充电，A错误；B项，充电电池在放电时化学能转化为电能，充电时将电能转化为化学能，B错误；C项，充电电池不能无限制地反复放电、充电，C错误；D项，氢氧燃料电池的生成物是水，是一种环境友好电池，D正确。
4．将纯锌片和纯铜片按下图所示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( ) A．两个装置都构成了原电池B．甲装置构成了原电池，乙装置没有构成原电池C．两烧杯中的锌片上都有大量气泡产生D．产生气泡的速率甲比乙慢
解析：甲中构成了铜锌原电池，锌作负极，失电子；铜作正极，氢离子在铜极上得电子，生成氢气；总反应式为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑。乙装置没有构成原电池，因为没有形成闭合回路。构成原电池后生成氢气的速率加快。
5．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是( )
解析：Zn较Cu活泼，作负极，Zn失电子变为Zn2＋，电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2＋和H＋迁移至铜电极、H＋得电子变为H2，因而c(H＋)减小，A错误；Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag，结合KOH作电解液，故电极反应为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，B正确；
Zn为较活泼电极，作负极，发生氧化反应，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，锌溶解，因而锌筒会变薄，C正确；铅酸蓄电池总反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O，可知放电时H2SO4不断被消耗，一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D正确。
6．X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X和Y组成原电池时，Y为电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为( )A．X>Y>Z B．X>Z>YC．Y>X>Z D．Y>Z>X
解析：根据原电池原理，负极的金属比正极活泼，可知Y>X，根据金属活动性顺序和置换反应原理，可知X>Z，故有Y>X>Z。
7．燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2OC．随着放电的进行，溶液中氢氧根浓度不变D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
解析：O2＋2H2O＋4e－===4OH－应为正极反应式。燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根，所以负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO32－＋7H2O。由于部分碱液和二氧化碳反应，所以溶液中c(OH－)将减小。
8．一个原电池的总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该原电池的合理组成是( )
解析：由总反应式知，Zn被氧化作原电池的负极，符合条件的有B、C两项，正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，B选项中是2H＋＋2e－===H2↑，C正确。
9．有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6 ml·L－1的H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6 ml·L－1的NaOH溶液中，如图所示。
(1)写出甲中正极的电极反应式：_________________________________________________。
2H＋＋2e－===H2↑
(2)乙中负极为________，总反应的离子方程式：_____________________________________________________。
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
(3)如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则负极材料的金属应比正极材料的金属活泼”，则甲会判断出________金属活动性更强，而乙会判断出________金属活动性更强。(填写元素符号)。
(4)由此实验得出的下列结论中，正确的有________。A．利用原电池反应判断金属活动性顺序时应注意选择合适的介质B．镁的金属性不一定比铝的金属性强C．该实验说明金属活动性顺序表已过时，没有实用价值了D．该实验说明化学研究对象复杂、反应受条件影响较大，因此应具体问题具体分析
解析：甲同学依据的化学反应原理是Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑，乙同学依据的化学反应原理是2Al＋2NaOH＋2H2O ===2NaAlO2＋3H2↑。但是由于Al与碱的反应是一特例，不可作为判断金属性强弱的依据，所以判断一个原电池的正、负极应具体问题具体分析。
10．[实验目的]利用所学知识，设计原电池装置。[实验用品]① 电极：镁条、铜片、铁片等。 ② 电解质：果汁(橙汁、苹果汁、柠檬汁等)。 ③ 其他：导线、金属夹、发光二极管、500 mL烧杯。[实验方案] ① CuMg原电池，电解质溶液为橙汁； ② CuFe原电池，电解质溶液为苹果汁； ③ FeMg原电池，电解质溶液为柠檬汁。
[实验操作]用导线分别将三种方案中的金属片连接到金属夹上，分别将金属片两两插入到盛有果汁的三个500 mL的烧杯中，将发光二极管两端分别接在三种方案中金属活动性不同的金属夹上。观察现象，连接方式如图所示。
[实验现象]三种方案中发光二极管均发光。[实验结论]原电池把化学能转变为电能。回答问题：(1)连接装置时活泼金属接二极管的________极上，较不活泼金属接二极管的________极上。(2)在方案①②中铜作电极情况：________________________。
(3) 在方案①③中镁作电极情况：_________________________。(4) 在方案②③中铁作电极情况：_______________________________________________________。(5) 在方案③中负极反应为____________________，正极反应为______________________，总电池反应离子方程式为___________________________________________。
方案②中铁作负极，方案③中铁作正极
Mg－2e－=== Mg2＋
Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
解析：在原电池中较活泼金属作负极(连接二极管的负极)，较不活泼金属作正极(连接二极管的正极)。因金属活动性：Mg>Fe>Cu，故方案①②中Cu均作正极，①③中Mg均作负极，方案②中铁作负极，方案③中铁作正极。在方案③中负极反应为Mg－2e－===Mg2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，总电池反应离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑。
11．(1)现有如下两个反应：(A)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O(B)Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋①根据两反应本质，判断能否设计成原电池：________________________________。②如果不能，说明其原因：____________________________________________。
(A)不能，(B)可以
(A)不是氧化还原反应，没有电子转移
③如果可以，则写出正、负极材料，电极反应式及反应类型(“氧化反应”或“还原反应”)：负极：________，_______________________，___________。正极：________________________________，_______________________，___________。
碳棒、Ag、铂、金(任选一种)
2Ag＋＋2e－===2Ag
(2)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池：①负极材料是________(写名称)，电极反应为_______________________________。②正极电极反应式为___________________________________________________。③溶液中SO向________极移动。
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
解析：(1)①只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池，(B)是氧化还原反应且能自发进行。③根据电池反应式Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋可知，Cu失电子作负极，负极材料是Cu，正极材料应是比铜不活泼的金属或能导电的非金属。(2)该氧化还原反应中还原剂为Cu，故负极是铜，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，氧化剂是O2，故正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，溶液中阴离子SO42－向负极移动。
12．(双选)将铁片和银片用导线连接置于同一稀盐酸中，经过一段时间后，下列叙述正确的是 ( )A．负极有Cl2逸出，正极有H2逸出B．负极附近Cl－的浓度逐渐增大C．正极附近Cl－的浓度逐渐增大D．溶液中Cl－的浓度基本不变
解析：铁片、银片用导线连接起来插入稀盐酸中形成原电池，其中铁片作负极，银片作正极，溶液中的H＋在正极(Ag片)上得到铁提供的电子生成H2，而铁片上的铁失电子生成Fe2＋，此时，Cl－移向负极。因此负极附近Cl－浓度增大，正极附近Cl－浓度减小，而溶液中Cl－的浓度基本不变。
13．图甲是铜锌原电池示意图。图乙中x轴表示原电池工作时流入正极的电子的物质的量，则y轴可以表示( ) ①c(Zn2＋) ②c(H＋) ③c(SO42－) ④锌棒的质量 ⑤铜棒的质量 ⑥溶液的质量A．①⑥ B．②④ C．③⑤ D．⑥
解析：由题图可知，y轴表示的物理量随流入正极的电子的物质的量增加而增大，根据铜锌原电池工作原理，锌失电子作负极，所以锌棒的质量减小；溶液中开始没有Zn2＋，随着反应进行，溶液中c(Zn2＋)从0开始逐渐增大，溶液的质量增加；H＋得电子生成氢气，所以c(H＋)减小，c(SO42－)不变；铜棒作正极材料，铜棒的质量不变，故D正确。
14．(双选)Mg－H2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如图。下列说法不正确的是( )A．石墨电极是该电池的正极B．石墨电极上发生氧化反应C．Mg电极的电极反应：Mg－2e－===Mg2＋D．电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再从石墨电极经电解质溶液流向Mg电极
解析：在Mg－H2O2电池中，Mg为负极，石墨为正极。电池工作过程中，镁电极失去电子，所产生的电子经导线流向石墨电极，H2O2在石墨电极表面得到电子，转变成OH－，负极生成的Mg2＋移向正极，溶液中的阴离子移向负极，在电解质溶液中不存在电子的流动。综上分析，B、D两项错误。
15．某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，在常温下，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如表。
试根据上表中的实验现象回答下列问题：(1)实验1、2中Al所作的电极(正极或负极)是否相同_______(填“是”或“否”)。(2)由实验3完成下列填空：①铝为________极，电极反应式：________________________；②石墨为________极，电极反应式：______________________；③电池总反应式：______________________________________。
2Al－6e－===2Al3＋
6H＋＋6e－===3H2↑
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑
(3)实验4中铝作负极还是正极？________，理由是___________________________________________________。写出铝电极的电极反应式：______________________________。(4)解释实验5中电流表指针偏向铝的原因：_________________________________________________________________________。(5)根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素：________________________________________________________。
Al能与NaOH发生反应被氧化而Mg不能
Al－3e－＋4OH－===AlO2－＋2H2O
Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中发生反应，被氧化，Al是原电池的正极
另一个电极材料的活动性；电解质溶液
解析：由实验1和2可知，原电池中电流表指针是偏向正极。在实验3中电流表指针偏向石墨，由上述规律可知，Al是负极，石墨是正极，化学反应是Al失去电子被氧化为Al3＋，盐酸中的H＋得到电子被还原为H2。在NaOH溶液中Al能与其发生反应被氧化，则Al是负极，Mg是正极。Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中被氧化，Zn是负极，Al是正极，所以在实验5中电流表指针偏向铝。
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