第2章 第2节 第2课时 化学反应能量转化的重要应用——化学电池-【优化探究】2025-2026学年新教材高中化学必修第二册同步导学案配套PPT课件（鲁科版）单选

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 优化探究 第2章　化学键　化学反应规律 [学习目标]　1.以原电池为例认识化学能可以转化为电能。2.从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。3.体会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。 任务一　原电池的构造及原理 任务二　原电池的设计及分类 课时作业　巩固提升 任务一　原电池的构造及原理 1.原电池原理 (1)原电池:一种利用　　　　　反应将　　　　　直接转化成　　　的装置。  (2)原电池原理 ①氢氧燃料电池 氧化还原 化学能 电能 ②原电池原理(以氢氧燃料电池为例) 实验 装置   原电 池原 理 还原剂和氧化剂分别在两个不同的区域发生　　　反应和　　　反应,并通过能导电的物质形成　　　　　产生　　　  氧化 还原 闭合回路 电流 两极 反应 负极 氢气　　　　,发生　　　反应  正极 氧气　　　　,发生　　　反应  电子 转移 电子由　　极通过导线流向　　极,形成电流  失电子 氧化 得电子 还原 负 正 2.原电池的构造 导电的固体 电解质 导线 1.原电池是电能转化为化学能的装置。 (　　) 2.原电池工作时,电子通过电解质溶液流向正极。 (　　) 3.原电池工作时,负极发生氧化反应。 (　　) × × √ 1.原电池原理中的“闭合回路”,其含义是什么? 提示:原电池在工作时,带电粒子是按照一定的规律,沿一定方向运动的,应当从两方面掌握:一是溶液中的阴离子向负极方向移动,而阳离子向正极方向移动;二是导线上电子从负极流向正极(电流从正极流向负极)。整个回路上带同种电荷的粒子沿一个方向不停地运动。 2.如图装置中只有③⑤可以形成原电池,请分析构成原电池的条件是什么? 提示:原电池的构成条件:①活泼性不同的两极。②电解质溶液作为离子导体。③形成闭合回路。 归纳总结 1.原理(以铜锌原电池为例) 2.原电池正、负极的“四种”判断方法 1.下列说法中正确的是(　　) A.原电池是把电能转化为化学能的装置 B.原电池中电子流出的一极是正极,发生氧化反应 C.原电池中电流从负极流出,从正极流入 D.原电池中的阳离子向正极移动 D 解析:原电池是把化学能转化为电能的装置,A错误;原电池中电子流出的一极是负极,发生氧化反应,B错误;原电池中电流从正极流出,从负极流入,C错误;原电池中的阳离子向正极移动,发生还原反应,D正确。 2.如图所示是Zn和Cu形成的原电池,某实验兴趣小组做完实验后,在读书卡上的记录如下,则卡片上的描述合理的是(　　) 实验后的记录: ①Cu为负极,Zn为正极 ②Cu极上有气泡产生,发生还原反应 ③S向Cu极移动 ④若有0.5 mol电子流经导线,则可产生0.25 mol气体 ⑤电子的流向:Cu→Zn ⑥正极反应:Cu-2e-===Cu2+,发生氧化反应 A.①②③　　　　　　　　 B.②④ C.②③④ D.③④⑤ B 解析:铜锌形成原电池的时候,锌为负极,铜为正极,①错误;由于锌失去电子变成锌离子进入溶液中,电子通过外电路流向正极,溶液中的氢离子在正极上得到电子,变成氢气,发生还原反应,②正确;阳离子向正极移动,阴离子(硫酸根离子)向负极移动,③错误;若有0.5 mol电子流经导线,由于正极的电极反应式为2H++2e-===H2↑,所以会产生0.25 mol的氢气,④正确;电子的流向是由负极流向正极,所以应该是由Zn→Cu,⑤错误;正极反应式是2H++2e-===H2↑,发生还原反应,⑥错误。 3.锂海水电池常用在海上浮标等助航设备中,其示意图如图所示。电池反应为2Li+2H2O===2LiOH+H2↑。电池工作时,下列说法错误的是(　　) A.金属锂作负极 B.电子从锂电极经导线流向镍电极 C.可将电能转化为化学能 D.海水作为电解质溶液 C 解析:原电池中较活泼的金属是负极,失去电子,发生氧化反应。电子经导线传递到正极,所以溶液中的阳离子向正极移动,在正极得到电子,发生还原反应,据此判断。A.锂是活泼的金属,因此金属锂作负极,A正确;B.锂是负极,失去电子,电子从锂电极经导线流向镍电极,B正确;C.该装置是原电池,可将化学能转化为电能,C错误;D.海水中含有氯化钠等电解质,因此海水作为电解质溶液,D正确。 任务二　原电池的设计及分类 1.基本思路 2.具体流程 3.实例 (1)原电池设计 依据 Zn+2H+===Zn2++H2↑ 实验现象 确定 负极 选择负极反应物:　　　　  锌片　　　　　;  正极材料______ 　　 　  选择负极材料:　　　　  确定 正极 选择正极反应物:　　　　  选择正极材料:　　　　  构成闭 合回路 选择离子导体:　　　　　　　　　　  选择电子导体:　　　　  锌片 锌片 氢离子 石墨或铜片 稀硫酸或盐酸 导线 逐渐溶解 气泡生成 表面有 (2)装置 ①装置 ②电极反应 负极反应:　　　　　　　　　　,　　　反应;  正极反应:2H++2e-===H2↑,还原反应。 Zn-2e- === Zn2+ 氧化 4.原电池的分类 1.任何化学反应都能设计成原电池。 (　　) 2.蓄电池是常见的一次电池。 (　　) 3.原电池中,一定是还原剂做负极材料。 (　　) 4.燃料电池的能量转换效率高,在电池工作中,只有化学能→电能的转化。(　　) 5.锌与稀硫酸反应时,若滴入几滴硫酸铜溶液,化学反应会加快。 (　　) × × × × √ 1.电池的负极只能是金属材料吗? 提示:不是。燃料电池的负极就不是金属材料,如氢氧燃料电池的负极材料为石墨。 2.将2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+设计成原电池,画出装置图。 提示: 3.为什么粗锌与稀硫酸的反应速率大于纯锌与稀硫酸? 提示:粗锌中一般含有铜,二者与稀硫酸组成原电池,加快了反应速率。 归纳总结 1.设计原电池的基本思路 步骤一:确定一个自发的氧化还原反应的还原剂和氧化剂,还原剂做负极反应物,氧化剂做正极反应物,把氧化还原反应分为两个半反应。 步骤二:选择两极材料,正极材料最好选择不与正极反应物和离子导体发生反应且导电的固体,如金属铜、石墨等。 步骤三:选择离子导体(电解质溶液)和电子导体(导线),并形成闭合回路。 如图: 2.原电池原理的相关应用 (1)加快氧化还原反应的速率 例如:实验室用Zn和稀硫酸(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、稀硫酸(或稀盐酸)形成原电池,使产生H2的速率加快。 (2)比较金属的活动性强弱 例如:有两种金属A和B,用导线连接后插入稀硫酸中,观察到A溶解,B上有气泡产生,据此判断出A是负极,B是正极;由原电池原理可知,金属活动性:A>B,即原电池中,活动性强的金属为负极,活动性弱的金属为正极。 (3)根据氧化还原反应设计原电池 ①依据:已知一个氧化还原反应,首先分析找出氧化剂、还原剂,一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化),氧化剂(即电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。 ②选择合适的材料 a.电极材料:电极材料必须导电。负极材料一般选择较活泼的金属材料,或者在该氧化还原反应中,本身失去电子的材料。 b.电解质溶液:电解质溶液一般能与负极反应。 1.(2024·宁夏银川高一检测)化学电池的研究对于推动新能源产业的发展、减少环境污染等方面具有重要意义。某学生用多孔木炭等材料在家自制了铝-空气电池装置(如图所示)。该电池放电时,下列说法正确的是(　　) A.电能转化为化学能 B.铝箔被还原 C.木炭作电源的正极 D.Cl-由外向内移动 C 解析:铝-空气电池中,铝比木炭活泼,则铝作负极,负极上电极反应式为Al-3e-===Al3+,木炭作正极,正极上通入空气,氧气发生得电子的还原反应生成OH-,正极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,原电池工作时,电解质溶液中的阴离子移向负极,阳离子移向正极,据此分析解答。该装置属于原电池,将化学能转化为电能,故A错误;该原电池中铝作负极、被氧化,故B错误;该原电池中木炭作正极,氧气在正极上发生得电子的还原反应,故C正确;原电池工作时,阴离子移向负极,铝作负极,则Cl-移向铝箔电极即向外移动,故D错误。 2.①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时,外电路电流从②流向①;①③相连时,③为正极;②④相连时,②上有气泡逸出;③④相连时,③的质量减少。据此判断这四种金属活泼性由大到小的顺序是(　　) A.①③②④　　　　　　　　 B.①③④② C.③④②① D.③①②④ B 解析:由题意知:①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池。①②相连时,外电路电流从②流向①,则金属活泼性①大于②;①③相连时,③为正极,则金属活泼性①大于③;②④相连时,②上有气泡逸出,则金属活泼性④大于②;③④相连时,③的质量减少,则金属活泼性③大于④,故这四种金属活泼性由大到小的顺序为①③④②。 3.氢氧燃料电池已用于航天电机,其工作原理如图所示。关于该燃料电池的说法不正确的是(　　) A.H2在负极发生氧化反应 B.电子从a电极经外电路流向b电极 C.供电时的总反应为2H2+O2===2H2O D.燃料电池的能量转化率可达100% D 解析:氢氧燃料电池中,通入氢气的电极是负极,氢气在负极失电子发生氧化反应,A正确;原电池工作时,电子从负极经导线流向正极,即由a电极通过导线流向b电极,B正确;燃料电池的总反应是燃料燃烧的反应,则供电时的总反应为2H2+O2===2H2O,C正确;燃料电池是将化学能转化为电能的装置,还会伴有热能等能量的释放,能量转化率不可能达到100%,D错误。 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 [基础对点练] 题组一　原电池的构造及原理 1.下列事实与电化学无关的是(　　) A.暖宝宝(含铁粉、碳、氯化钠等)发热 B.海沙比河沙混凝土更易使钢筋生锈 C.家用铁锅生锈 D.铁罐运输浓硫酸 9 10 11 D 12 解析:A项,暖宝宝中铁粉、碳在氯化钠溶液中构成原电池,铁发生腐蚀放出热量,与电化学有关,不符合题意;B项,海沙中电解质的量大于河沙,钢筋在海沙中构成原电池时,由于电解质溶液浓度大,腐蚀速率快,则海沙比河沙混凝土更易使钢筋生锈,与电化学有关,不符合题意;C项,家用铁锅生锈是因为铁锅与锅中残留溶液构成原电池,发生腐蚀,则家用铁锅生锈与电化学有关,不符合题意;D项,铁在冷的浓硫酸中发生钝化,则铁罐运输浓硫酸与铁的钝化有关,与电化学无关,符合题意。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 12 2.如图所示的装置能够组成原电池产生电流的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 B 12 3.“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极,向极板上滴加食盐水后电池便可工作,电池反应为2Mg+O2+2H2O===2Mg(OH)2。下列关于该电池的说法错误的是(　　)   A.镁片作为正极 B.食盐水作为电解质溶液 C.电池工作时镁片逐渐被消耗 D.电池工作时实现了化学能向电能的转化 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 A 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:A.从电池反应看,Mg由0价升高到+2价,则镁片失电子,作为负极,A错误;B.食盐水中含有Na+和Cl-,具有导电性,可作为电解质溶液,B正确;C.电池工作时,镁片不断失电子生成Mg2+进入溶液,所以镁片逐渐被消耗,C正确;D.电池工作时,通过发生化学反应产生电流,从而实现化学能向电能的转化,D正确。 11 12 4.(2024·江苏无锡高一检测)某铜锌原电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　) A.Zn发生还原反应 B.铜片上有气泡产生 C.该装置可以实现化学能向电能的转化 D.总反应离子方程式为Zn+2H+===Zn2++H2↑ 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 A 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:由题干原电池装置图可知,Zn比Cu活泼,故Zn作负极,失去电子,发生氧化反应,电极反应为Zn-2e-===Zn2+,Cu作正极,发生还原反应,电极反应为2H++2e-===H2↑,总反应为Zn+2H+===Zn2++H2↑,据此分析解题。由分析可知,Zn作负极,失去电子,发生氧化反应,电极反应为Zn-2e-===Zn2+,A错误;由分析可知,Cu作正极,发生还原反应,电极反应为2H++2e-===H2↑,则铜片上有气泡产生,B正确;由分析可知,该装置为原电池装置,可以实现化学能向电能的转化,C正确;由分析可知,总反应离子方程式为Zn+2H+===Zn2++H2↑,D正确。 11 12 题组二　原电池的设计及分类 5.(2024·贵州贵阳高一检测)原电池原理在生活中的应用非常广泛,下列有关电池的说法正确的是(　　) A.硅太阳能电池与燃料电池一样,都是将化学能转化为电能 B.理论上说,任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池 C.原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成 D.将镁和铝用导线连接放入氢氧化钠溶液中组成原电池,镁电极作为负极 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 B 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:硅太阳能电池是将太阳能转化为电能,A项错误;氧化还原反应中存在电子的转移,任何自发进行的氧化还原反应都可以设计成原电池,B项正确;原电池的两极可以是两种活泼性不同的金属,也可以是金属和非金属,如铁和石墨在稀硫酸中也能构成原电池,还可以都是金属铂或石墨,如氢氧燃料电池,C项错误;NaOH溶液与镁不反应,NaOH溶液与铝反应生成Na[Al(OH)4]和H2,铝电极作为负极,镁电极作为正极,D项错误。 11 12 6.某原电池的电池反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+,与此电池反应不符的原电池是(　　) A.铜片、铁片、FeCl3溶液构成的原电池 B.石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液构成的原电池 C.铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液构成的原电池 D.铜片、铁片、Fe(NO3)3溶液构成的原电池 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 C 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:由总反应可知,负极应为铁,被氧化,电解质溶液应为含有Fe3+的溶液,题中A、B、D铁都为负极,但C中铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池中锌片为负极,铁片为正极,原电池反应为Zn+2Fe3+===2Fe2++Zn2+,故选C。 11 12 7.(2024·福建泉州高一检测)燃料电池是一种常见化学电源,如图是最常见的可以实现“零污染”的氢-氧燃料电池的简易工作示意图。下列说法正确的是(　　) A.总反应是2H2+O22H2O B.通H2的一极是负极,得到电子 C.b电极上发生还原反应,电极反应式为 O2+4e-+2H2O===4OH- D.该装置可以实现化学能转化为电能 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 D 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:氢氧燃料电池通入燃料氢气的电极为负极,发生失电子的氧化反应,通入氧化剂氧气的电极为正极,发生得电子的还原反应,据此分析。根据分析,总反应为氢气和氧气反应生成水,但不需要点燃,A错误;根据分析,通入燃料氢气的电极为负极,发生失电子的氧化反应,B错误;根据分析,b电极为正极,发生得电子的还原反应,电极反应式:O2+4e-+4H+===2H2O,C错误;该装置为原电池,可以实现化学能转化为电能,D正确。 11 12 8.原电池是化学对人类的一项重大贡献。某兴趣小 组为研究原电池原理,设计了如图所示装置。 (1)a和b不连接时,烧杯中的现象是    　。  (2)a和b用导线连接,Cu极为原电池　　　　(填“正”或“负”)极,电极反应为　  　; 溶液中H+移向　　(填“Cu”或“Zn”)极。电池总反应为　  　。  (3)若电解质溶液改为AgNO3溶液,当转移0.2 mol电子时,则理论上Cu片质量变化为　　　 　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 锌片逐渐溶解,锌片上有气泡冒出 正 2H++2e-===H2↑ Cu Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑ 增加21.6 g 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:(1)a和b不连接时,该装置不构成原电池,锌和氢离子发生置换反应,离子方程式为Zn+2H+===Zn2++H2↑,因此实验现象为锌片逐渐溶解,锌片上有气泡冒出。 (2)a和b用导线连接,该装置构成原电池,铜作正极,正极上氢离子得电子发生还原反应,电极反应为2H++2e-===H2↑;电解质溶液中氢离子向正极(铜电极)移动。电池总反应为Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑。 (3)将电解质溶液改为AgNO3溶液,银离子在正极得电子:Ag++e-===Ag,Cu片上增加的质量为析出的Ag的质量,m(Ag)=0.2 mol×108 g/mol=21.6 g。 11 12 [综合强化练] 9.一种镁盐水电池的结构如图所示。下列说法正确的是(　　) A.钢丝绒为负极 B.镁极上产生大量H2 C.电子由镁极沿导线流向钢丝绒极 D.反应片刻后溶液中产生大量红褐 色沉淀Fe(OH)3 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 C 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:A.镁比铁活泼,所以该原电池的总反应为Mg+H2O2===Mg(OH)2,则Mg为负极,钢丝绒为正极,A错误;B.镁发生氧化反应,生成镁离子,而不产生氢气,B错误;C.镁为负极,钢丝绒为正极,原电池中电子由负极沿导线流向正极,C正确;D.该电池总反应为Mg+H2O2===Mg(OH)2,不生成Fe(OH)3,D错误。 11 12 10.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　　　　　　 B.Z>X>Y>W C.Z>Y>W>X D.Y>Z>X>W 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 A 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11.过氧化氢浓度差电池是一种新型原电池,其工作原理如图所示,其中电极材料均为石墨,阴离子交换膜只允许通过,工作时两极室均无气体生成。下列说法错误的是 (　　)   A.电极a为负极 B.工作时乙室溶液pH减小 C.过氧化氢浓度:乙室>甲室 D.每转移1 mol e-时甲室质量增加48 g 11 B 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:阴离子向负极移动,电极a为负极,A正确;工作时乙室:H2O2+2H++2e-===2H2O,消耗氢离子,溶液pH增大,B错误;a极:2OH--2e-===H2O2,甲室H2O2浓度增大,b极:H2O2+2H++2e-===2H2O,乙室H2O2浓度减小,当H2O2浓度:乙室=甲室,原电池反应停止,C正确;每转移1 mol e-时,有0.5 mol S通过阴离子交换膜进入甲室,甲室质量增加48 g,D正确。 11 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 12.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、盐酸。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。请说明原因:　 。  (2)从上述实验用品中选取合适材料构建一个原电池,并在下面方框内绘出原电池装置图。 11 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10   (3)若电极材料选铜和铁,电解质溶液选Fe2(SO4)3溶液,外加导线,能否构成原电池?　　　　(填“能”或“否”)。  11 12 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 答案:(1)在潮湿空气中易在接口处形成原电池,加快铝导线腐蚀 (2) (答案不唯一,其他合理答案也可) (3)能 11 12 $$