第2节 化学反应与能量转化
第2课时 化学反应能量转化的重要应用——化学电池
课程标准 1.能分析原电池的工作原理，能书写简单的电极反应。 2.能辨识简单原电池的构成要素。 3.能举出化学能转化为电能的实例。 4.能举例说明化学电源对提高生活质量的重要意义。 核心素养 1.宏观辨识与微观探析 能从宏观(能量变化)和微观(电子转移)相结合的视角分析原电池的组成和工作原理。 2.科学探究与创新意识 提高实施实验的能力，发展创造性体验和想象创新能力。 原电池的工作原理
1．现在，化学电池已成为人类生产和生活的重要能量来源之一，各式各样的化学电池的发明也是化学科学对人类的一个重大贡献。化学电池是根据原电池原理制成的。
2．原电池——化学能转化为电能
原电池是一种利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。 3．初识氢氧燃料电池
如图是一个简易的氢氧燃料电池的实验装置示意图。用图a装置电解获得氢气和氧气，再按图b所示连接装置进行实验。
(1)在图b所示装置中，氧化反应与还原反应分别在两个不同的区域进行，其中氢气分子中的氢原子在左侧石墨电极上失去电子，氢气作为电池的负极反应物；氧气分子中的氧原子在右侧石墨电极上得到电子，氧气作为电池的正极反应物。稀硫酸中存在的自由移动的离子起到传导电荷的作用，导线起到传导电子的作用。
(2)物理学认为，在一个有电源的闭合回路中，产生电流的原因是电源给用电器提供了电势差。简易氢氧燃料电池能够给用电器提供电势差，是由于在两个石墨电极上有得失电子能力不同的物质——氢气和氧气；当形成闭合回路时，便会产生电流。
(3)工作原理
原电池的基本工作原理是，还原剂和氧化剂分别在两个不同的区域发生氧化反应和还原
反应，并通过能导电的物质形成闭合回路产生电流。其中，还原剂(如氢气)在负极上失去电子，是负极反应物；氧化剂(如氧气)在正极上得到电子，是正极反应物；电极材料(如石墨电极)通常是能够导电的固体。此外，还要有能传导电荷的电解质(如稀硫酸)作为离子导体；而导线则作为电子导体，起到传导电子形成闭合回路的作用。
4．简单原电池的构成要素 (1)一个反应：氧化还原反应；
(2)两个电极：相对活泼的金属做负极，相对不活泼的金属或能导电的非金属做正极； (3)两个导体：能提供自由移动的离子的电解质溶液作为离子导体；用电子导体(即导线)连接成闭合回路。
1．原电池的工作原理
工作过程中电解质溶液中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，与外电路构成闭合回路。
2．原电池正负极判断(从5个角度思考判断)
一般而言，原电池负极金属活泼性大于正极金属，但也有特例，如Mg
Al
NaOH(aq)原电池中，Mg做正极，Al做负极；Fe
Cu
浓HNO3原电池中，Fe做正极，
Cu做负极。
1．判断正误
(1)所有的化学反应均能设计成原电池。( ) (2)原电池的负极金属一定比正极金属活泼。( ) (3)原电池的负极一定发生氧化反应。( )
(4)原电池工作时，电子通过电解质溶液由正极移向负极。( ) (5)原电池工作时，正极一定产生气体。( ) (6)原电池中化学能全部转变为电能。( ) (7)原电池的两极只能用金属材料。( )
答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)×
2．下列装置能构成原电池的是(连接两个电极的均是金属导线)( )
解析：选D。A中两极金属活泼性相同；B中无电解质溶液；C中没构成闭合回路。 1－－
3．已知空气-锌电池的电极反应为锌片：Zn＋2OH－2e===ZnO＋H2O；碳棒：O2＋H2O
2＋2e===2OH，据此判断，锌片是( )
A．正极并被还原 C．负极并被还原
－
－
－
B．正极并被氧化 D．负极并被氧化
－
解析：选D。由电极反应式：Zn＋2OH－2e===ZnO＋H2O可知，Zn失电子被氧化，发生氧化反应，做负极。
设计原电池
1．设计原电池的基本思路
以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑为例说明。
(1)将氧化还原反应分成两部分，负极反应为氧化反应：还原剂－ne===氧化产物；正极反应为还原反应：氧化剂＋ne===还原产物。
实例：负极反应为Zn－2e===Zn2；正极反应为2H＋2e===H2↑。
(2)选择正负极材料和离子导体，以电极反应为依据，根据原电池的工作原理确定电极材料和离子导体。通常，还原剂为负极材料，氧化剂为离子导体中某种阳离子，正极材料比负极材料的活动性弱或使用石墨做电极。
①负极：Zn?
实例：电极材料?②正极：Cu或C（比Zn的活动性差的
?金属或导电的非金属）
及离子导体
??③离子导体：稀HSO
2
4
－
＋
＋
－
－
－
(3)画出原电池的装置简图。
2．锌铜原电池工作原理
实验装置 现象 结论 锌片不断溶解，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转 导线中有电流通过，化学能转化为电能 锌失电子发生氧化反应形成Zn2进入溶液：Zn－2e===Zn2(填电极反应解释 式)，锌片上的电子沿导线流向铜片 溶液中的H从铜片上得电子发生还原反应生成H2逸出：2H＋2e===H2↑(填电极反应式) 3.常见化学电池 (1)干电池：属于一次电池，如锌锰电池。
(2)充电电池：又称二次电池，如铅蓄电池、锂离子电池。 (3)燃料电池：能量转换效率高、能长时间提供电能。
原电池原理的其他应用
1．比较金属的活动性强弱
(1)原理：一般原电池中活动性较强的金属做负极，活动性较弱的金属做正极。
(2)应用：A、B两种金属用导线连接后插入稀H2SO4中，若A极溶解，B极上冒气泡，则活动性：A＞B。
2．加快化学反应
(1)原理：在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，溶液中的微粒运动时相互间的干扰小，使化学反应加快。
(2)应用：实验室中用Zn和稀H2SO4制取H2时，通常滴入几滴CuSO4溶液，原因是Zn与置换出的Cu构成原电池，加快了反应的进行。
1．X、Y、Z、W四种金属片在稀盐酸中，用导线连接，可以组成原电池，实验结果如图
＋＋－＋－＋所示：
则四种金属的活泼性由强到弱的顺序为( ) A．Z>Y>X>W C．Z>Y>W>X
B．Z>X>Y>W D．Y>Z>X>W
解析：选A。甲中Z为负极，活泼性：Z>Y；乙中X上有气泡生成，则X为正极，活泼性：Y>X；丙中根据电子的流向可知，Z为负极，活泼性：Z>W；丁中W上发生还原反应，则W为正极，活泼性：X>W；综上可知活泼性：Z＞Y＞X＞W。
2．下列叙述是某同学做完锌铜原电池的实验后得出的结论和认识，你认为正确的是( ) A．构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属 B．由铜、锌做电极与硫酸铜溶液构成的原电池中铜是负极 C．电子经外导线由锌流向铜，通过硫酸溶液被H得到而放出H2 D．锌铜原电池工作时，若13 g锌被溶解，电路中就有0.4 mol 电子通过
解析：选D。两种活动性不同的金属与电解质溶液能构成原电池，但不能因此说构成原电池电极的材料一定都是金属，如锌和石墨电极也能跟电解质溶液构成原电池；在原电池中，电子由较活泼金属移向较不活泼的金属，因此活泼金属是负极；电子不能通过电解质溶液，应该是H在铜极上得到由锌沿导线转移过来的电子；锌铜原电池工作时，负极锌失电子，电极反应为Zn－2e===Zn2，1 mol Zn失去2 mol电子，0.2 mol Zn(质量为13 g)被溶解，电路中有0.4 mol电子通过。
3．铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：
________________________________________________________________________。 (2)若将(1)中的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图，标出正、负极，并写出电极反应式。
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2019-2020学年新教材鲁科版必修第二册 第2章第2节 化学反应与能量转化（第2课时） 学案
