化学能与电能
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知识点
1. 了解化学能与电能的转化关系及其应用
2. 理解原电池是利用氧化还原反应将化学能转化成电能的装置
3. 理解原电池原理和形成条件，能够书写简单的电极反应式
一、复习预习
1. 复习化学键与热能等内容。
2. 联系生活中常见的电池，探究本节课学习的化学能与电能的转换关系，构成原电池的条件和材料，以及电极反应原理。
二、知识讲解
本节内容主要探究化学能与电能的转换关系。在原电池反应中，化学能转化为电能是通过氧化还原反应实现的，原电池中的氧化还原反应的实质是负极失去的电子在外电路作定向移动，产生电流。
（一）原电池
1．原电池的反应原理：自发的、放热的氧化还原反应
原电池的电路工作原理：负极失去电子，电子经导线流向正极。(内电路)溶液中阴阳离子发生定向移
动，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。
2．原电池的电极和电极反应：
正极：得到电子，发生还原反应
负极：失去电子，发生氧化反应
3．原电池构成的条件：
(1)两极：活泼性不同的金属(或一种是金属，另一种是非金属导体)
(2)电解质溶液：电极必与电解质溶液接触
(3)形成闭合回路：电极相互接触或与导线连接
特别提醒：原电池形成还有一个隐含条件：能发生自发的氧化还原反应
（二）常用的化学电源和新型化学电源
①氢氧燃料电池
当用碱性电解质时，电极反应为：
负极：2H2+40H—－4e—＝4H20；
正极：02+2H20+4e—＝40H—
总反应：2H2+02＝2H2O
②锌-锰电池
两极材料是Zn、MnO2
电解质溶液是：碱性溶液
负极：Zn+2OH- -2e-=ZnO+H2O
正极：2MnO2+2H2O+2e-=2MnOOH+2OH-
总反应： Zn+2MnO2+H2O=zn（OH）2+Mn2O3
③甲烷燃料电池
该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，在两极上分别通甲烷和氧气；
负极：CH4+10OH- – 8e- == CO32- +7H2O
正极：2O2+8e-+4H2O === 8OH-
总反应方程式为：CH4+2O2+2KOH===K2CO3+3H2O
考点1 化学能与电能的转化关系
考点2 理解原电池原理和形成条件，能够书写简单的电极反应式
三、例题精析
【例1】日常所用干电池的电极分别为石墨棒(上面有铜帽)和锌皮，以糊状NH4Cl和ZnCl2作电解质(其中加入MnO2吸收H2)，电极反应式可简化为：Zn－2e－===Zn2＋，2NH＋2e－===2NH3↑＋H2↑(NH3与Zn2＋能生成一种稳定的物质)。根据上述判断，下列结论正确的是()
锌为正极，石墨为负极 ②锌为负极，石墨为正极
工作时，电子由石墨极经过外电路流向锌极
长时间连续使用时，内装糊状物可能流出腐蚀用电器
A．①③ B．②③ C．③④ D．②④
【答案】D
【解析】由负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应或根据原电池的形成条件，相对活泼(指金属性)的一极为负极，相对不活泼的一极为正极可判断出①错②对。在外电路，电子从负极流向正极，故③不正确。长时间连续使用该电池，由于锌皮慢慢溶解而破损，且MnO2不断吸收H2而产生H2O，糊状物也越来越稀，故其容易流出而腐蚀用电器。故选D
【例2】燃料电池是目前电池研究的热点之一。现有某课外小组自制的氢氧燃料电池，如图所示，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是()
A．a极是负极，该电极上发生氧化反应
B．b极反应是O2＋4OH－－4e－===2H2O
C．总反应方程式为2H2＋O2===2H2O
D．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
【答案】B
【解析】 A项，a极通H2为负极，电极反应应为2H2＋4OH－－4e－===4H2O，发生氧化反应；B项，b极通O2为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B项不正确；C项，正负极电极反应式相加得总反应为2H2＋O2===2H2O；D项，氢氧燃料电池的能量高，且产物为水，对环境无污染，故是具有应用前景的绿色电源。
四、课堂运用
【基础】
1.对于原电池的电池名称，叙述有错误的是（ ）
A、发生氧化反应的为负极 B、正极为电子流入的一极
C、比较不活泼的金属为负极 D、电流表偏向的为正极
2.下列各装置中，不能构成原电池的是（电解质都为稀硫酸）（ ）
3.下列各装置中，烧杯中盛有海水，能够形成原电池并且铁为正极的是（ ）
4.如图所示，两电极一为碳棒，一为铁片，若电流表的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是（ ）
A、a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸
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，烧杯中的溶液为硫酸
D、b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
5.把a、b、c、d 4块金属片浸泡在稀硫酸中，用导线两两相连可以组成各种原电池：若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为正极；b、d相连时，b为正极。则这4种金属的活动性顺序由大到小为（ ）
A、a > b> c> d B、a > c> d > b C、 c > a > b > d D、b > d > c> a
6.已知空气－锌电池的电极反应：
锌片：Zn－2OH－－2e－ ＝ ZnO ＋ H2O，石墨：1/2 O2＋H2O ＋2e－ ＝ 2OH－
据次推断锌片是（ ）
A、负极，被氧化 B、负极，被还原 C、正极，被氧化 D、正极，被还原
7.下列关于原电池的叙述中，正确的是（ ）
A、原电池能将化学能转变为电能 B、原电池的负极得电子，发生还原反应
C、原电池工作时，其正极不断产生电子并经外电路流向负极
D、原电池的电极一定要由两种不同的金属组成
【巩固】
1.等质量的两份锌粉a、b中分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，下列各图表示的是产生H2的体积V与时间t的关系，其中正确的是（ ）
2.下列化学电池不易造成环境污染的是（ ）
A、锂电池 B、锌锰电池 C、镍镉电池 D、氢氧燃料电池
3.用铁片与稀硫酸反应制取氢气时，下列措施不能使反应速率加快的是（ ）
A、加热 B、不用稀硫酸，改用98％浓硫酸
C、滴加少量CuSO4溶液 D、不用铁片，改用铁粉
4．我国首创的海洋电池以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。电池总反应为：4A1＋3O2＋6H2O＝4A1(OH)3，下列说法不正确的是（ ）
A．正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－
B．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
C．以网状的铂为正极，可增大与氧气的接触面积
D．该电池通常只需更换铝板就可继续使用
5. 如图所示，组成一个原电池．
(1)当电解质溶液为稀硫酸时：
①Fe电极是__________(填“正”或“负”)极，其电极反应为________________________，该反应是__________(填“氧化”或“还原”)反应；
②Cu电极是__________电极，其电极反应为______________________，该反应是__________反应．
(2)当电解质溶液为稀硝酸时：
①Fe电极是_____极，其电极反应为__________，该反应是_____反应．
②Cu电极是_____极，其电极反应为__________，该反应是_____反应．
【拔高】
1.一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丁烷气体；电解质是掺杂氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在熔融状态下能传导O2－。下列对该燃料电池说法不正确的是（ ）
A．在熔融电解质中，O2－由正极移向负极
B．电池的总反应是：2C4H10＋13O2 = 8CO2＋10H2O
C．通入空气的一极是正极，电极反应为：O2＋4e－＝2O2－
D．通入丁烷的一极是负极，电极反应为：C4H10 – 26e－＋26OH－＝4CO2＋18H2O
2．下图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是（ ）
A．a电极是负极
B．b电极的电极反应为：4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑
C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
3．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)＝Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)，下列说法错误的是（ ）
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为：2MnO2(s)+H2O(1)+2e—＝Mn2O3(s)+2OH－(aq)
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2mol电子，锌的质量理论上减小6.5g
4. 据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车已在北京奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液。下列有关该电池的叙述不正确的是
A．正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变
C．该燃料电池的总反应方程式为：2H2＋O2===2H2O
D．该电池工作时每消耗1 mol O2，有2 mol电子转移
5. 利用生活中或实验中常见的物品，根据氧化还原反应知识和电化学知识，自己动手设计一个原电池。请填写下列空白：
1)实验原理：Fe＋2H＋== Fe2＋＋H2↑。
(2)实验原理：电极(______、______)、________、________、稀硫酸、耳机(或者电流计)。
(请在空格中填写所缺的实验用品)
(3)实验装置(如图)。
(4)原电池设计及注意的问题：
①按如图所示连接好实验仪器，注意观察(耳朵听)耳机是否有声音发出，如果没有，可将原电池的两个电极中的一极接触耳机插头上的一极(注意：接触的同时耳机的另一极是连接在原电池的另一个电极上的)，这时可以听见耳机发出“嚓嚓嚓……”的声音。其原因是：在原电池中，由化学能转化为________，在耳机中又由________转化为声音这种能量。
②如果将装置中的耳机改为电流计，则铁钉应该接电流计的________极，电极反应是_____________________________，发生了________反应。
6. 人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要。在现代生活、生产和科学技术发展中，电池发挥着越来越重要的作用，如在宇宙飞船、人造卫星、空间电视转播站、飞机、轮船、电脑、收音机、照相机、电子手表、心脏起搏器等，都离不开各式各样的电池，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请根据题中提供的信息，回答下列问题：
2O和Zn，电解质为KOH溶液，工作时电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。
2O”或“Zn”)。
②电极反应式：正极_____________________________________，
负极：__________________________________。
③工作时电池正极区的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)氢镍电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是
电池放电时，负极是____________，负极的电极反应式为_________，正极的电极反应式为___________，正极附近溶液的pH如何变化？__________________________________________________________。
课程小结
本节内容主要初步掌握原电池反应原理，利用氧化还原反应中电子转移来认识化学能转化为电能的过程，原电池产生电流的原因是负极上还原剂失去的电子在外电路作定向移动从而产生电流。
课后作业
【参考答案】
【基础】
1.C 2.D 3.C 4.C 5.B 6.A 7.A
【巩固】
1.B 2.D 3.B 4.B
5.(1)①负Fe－2e－＝Fe2＋氧化
②正2H＋＋2e－＝H2↑还原
(2)①负Fe－3e－＝Fe3＋(或Fe－2e－＝Fe2＋)氧化
②正4H＋＋NO3－＋3e－＝NO↑＋2H2O还原
【拔高】
1.D 2.B 3.C 4.D
5. (2)铁钉或铁条 铜片(其他合理答案也可) 烧杯 导线
－===Fe2＋ 氧化
6. (1)①Ag2O Zn
②Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－ Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 ③增大
(2)H21/2H2－e－＋OH－===H2O NiO(OH)＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－ 增大
高中化学QQ群：201622168
