第6章 第1节 第2课时 化学反应与电能（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高一化学必修第二册同步学案（人教版）

本讲义聚焦“化学反应与电能”核心知识点，系统梳理化学能转化为电能的两种方式，从火力发电的间接转化到原电池的直接转化，通过实验探究原电池的构成、工作原理及正负极判断，延伸至电极反应式书写与化学电源应用，构建完整知识支架。 该资料以实验探究为特色，通过锌铜原电池、水果电池等实验，引导学生从宏观现象（如铜片气泡、电流表偏转）探析微观实质（电子转移、离子移动），培养宏观辨识与微观探析素养。结合锌锰干电池、海洋灯塔电池等生活实例，渗透科学态度与责任。课中助力教师突破重难点，课后通过例题习题助学生巩固提升，查漏补缺。

第2课时　化学反应与电能 课标要求 素养目标 1.掌握原电池的概念及构成，能分析简单原电池的工作原理。 2.会判断原电池的正、负极，能正确书写电极反应式。 3.了解常见的化学电源，能举例说明化学电源对提高生活质量的主要意义。 1.通过观察锌铜原电池实验中的宏观现象，探究这些宏观现象背后的微观实质变化，从而理解原电池的工作原理，揭示原电池装置的本质。（宏观辨识与微观探析） 2.通过分析原电池反应中电子的转移，认识到化学变化中会发生物质的变化及电子的转移，但电子的得失是守恒的。整个原电池反应中原子和能量也是守恒的。（变化观念与平衡思想） 一、化学能转化为电能 将一个铜片和一个铝片按下图用导线与苹果和一个去掉电池的电子表连接，发现电子表重新显示数字，其原理是什么呢？ 1．间接转化——火力发电（如下图） 2．直接转化——原电池 (1)概念：将化学能转变为电能的装置。 (2)工作原理（以锌铜稀硫酸原电池为例，如下表）。 电极材料 锌 铜 电极名称 负极 正极 电极材料 锌 铜 电子转移 失去电子 得到电子 电极反应式 Zn－2e－===Zn2+ 2H＋＋2e－=== H2↑ 反应类型 氧化反应 还原反应 续表 反应本质 氧化还原反应 电池总反应 Zn＋2H＋===Zn2+＋H2↑ 【想想】 如果将上述原电池中的锌换为铁，能否形成原电池，如能，写出负极的电极反应式。 提示：能形成原电池。负极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2+。 二、化学电池 日常生活中常用的锌锰干电池的结构如下图，你能判断出它的正、负极并指出其工作时电子的流向吗？ 1．干电池 最早使用的化学电池是锌锰电池，它是一种一次性电池，放完电后不能再使用。 锌锰电池 2．充电电池 充电电池又称二次电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。 常见的充电电池主要有：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池。 3．发展中的燃料电池（如下图） 【思考】 7月1日是中国共产党的生日，从2019年起，每年的7月1日还多了一重含义：国际航标协会第13届全会确定，今后将每年的7月1日设立为“世界航标日”，让更多人了解航标在保障船舶安全航行中起到的重要作用。 今年的主题是海上航标——成功的航行，可持续发展的地球。青岛庆祝首个“世界航标日”首次面向全国启动灯塔开放季。我国首创的海洋电池以铝板、铂网为电极，海水为电解质溶液，电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。可用作灯塔所需的电池。 (1)铝板在该电池中作什么极？发生什么变化？ 提示：负极，逐渐被消耗。根据电池反应可知，铝被氧化，发生氧化反应，是负极，电池工作时铝板逐渐被消耗，转化成氢氧化铝。 (2)铂电极作什么极，在该电极上发生反应的物质是什么？ 提示：正极，氧气。根据电池反应可知，铂电极作正极，本身不参与反应，正极发生还原反应的物质是氧气。 (3)在灯塔的使用过程中存在什么能量的转化？ 提示：化学能转化为电能，电能转化为光能。 　原电池的工作原理 图甲是某实验小组设计的水果电池，生活中还有多种常见的电池，如干电池、铅酸蓄电池、锂离子电池等。你知道原电池是如何工作的吗？请按如图乙装置进行如下表探究吧！ 图甲 图乙 装置 实验现象 实验结论 ① 铜片上　　　　 铜与稀硫酸　　　　 ② 锌片上　　　　 锌与稀硫酸　　　　 ③ 铜片上　　　　，锌片　　　　，电流表指针　　　　 该装置将　　　　转化为　　　　 (1)②③装置中，哪个反应发生的更快？ (2)③中SO移向什么极？正极反应式如何书写？ 【答案】　①无明显现象　不反应　②有气泡产生　反应　③有气泡产生　溶解　偏转　化学能　电能 (1)提示：③反应更快。 (2)提示：SO移向负极，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。 1．原电池的构成条件——“两极、一液、一连环、一反应” 2．原电池的工作原理 3．原电池正、负极判断的五个依据 　如图 是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下。在卡片上描述合理的是(　　) 实验后的记录： ①Zn为正极，Cu为负极　②H＋向负极移动 ③电子流动方向为由Zn经外电路流向Cu　④Cu极上有H2产生　⑤若有1 mol电子流过导线，则产生H2的物质的量为0.5 mol ⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2+ A．①②③　　　　　　　B．③④⑤ C．④⑤⑥ D．②③④ 【解析】　选B。在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn作负极，Cu作正极，电子由Zn流出经导线流向Cu，负极反应为Zn－2e－===Zn2+，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故每转移1 mol电子时，产生H2 0.5 mol，在溶液中H＋向正极移动，SO向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确。 【练1】　如图所示，电流计指针发生偏转，同时A极质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是(　　) A．B极为原电池的正极 B．A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸 C．C中阳离子向A极移动 D．A极发生氧化反应 【解析】　选C。原电池中，负极金属失去电子，溶解，质量减小，故A极是负极，B极是正极，根据构成情况判断A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸，A、B两项正确；原电池中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，D项正确。 　原电池原理的应用 锌与稀硫酸反应所用原电池装置如图所示，试根据该装置讨论如下问题： (1)根据该装置可得Zn和Cu的活动性谁强？ 提示：Zn强。 (2)仿照上面的装置设计装置实现反应Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu。 提示： 1．加快氧化还原反应速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池可以加快反应速率。 2．比较金属活动性强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活动性强。 3．用于金属保护 将被保护的金属与比其活泼的金属连接，形成原电池。 4．设计原电池 (1)依据。 已知一个氧化还原反应，首先通过分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料（或在负极上被氧化），氧化剂（一般为电解质溶液中的阳离子）在正极上被还原。 (2)实例。 以Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑为例： 　某原电池总反应离子方程式为2Fe3+＋Fe===3Fe2+，不能实现该反应的原电池是(　　) A．正极为Cu，负极为Fe，电解质溶液为FeCl3溶液 B．正极为C，负极为Fe，电解质溶液为Fe(NO3)3溶液 C．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为Fe2(SO4)3溶液 D．正极为Ag，负极为Fe，电解质溶液为CuSO4溶液 【解析】　选D。由2Fe3+＋Fe===3Fe2+得出负极反应式为Fe－2e－===Fe2+，正极反应式为2Fe3+＋2e－===2Fe2+，可知负极材料为铁，正极材料为比铁不活泼的导体，电解质溶液中必须有Fe3+。 【练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： 实验 装置 部分实 验现象 a极质量减小，b极质量增大 b极有气体产生，c极无变化 d极溶解，c极有气体产生 电流从a极流向d极 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】　选C。装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属易失去电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，由现象可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序中氢的后面；装置三和四均形成原电池，由现象易知d比c活泼，d比a活泼。因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。 　原电池电极反应式的书写方法 1．根据铅酸蓄电池的正、负极材料和电解质，写出各电极反应式。 提示：负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4；正极：PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O。 2．写出氢氧燃料电池在碱性介质中的电极反应式。 提示：负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O； 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 3．如何根据原电池的总反应判断原电池的正、负极？正极反应式、负极反应式和总反应式之间有什么关系？ 提示：发生氧化反应的一极是原电池的负极，发生还原反应的一极是原电池的正极。在得失电子一致的情况下，总反应式＝负极反应式＋正极反应式。 1．电极反应式的书写 (1)原电池负极反应式的书写。 ①较活泼金属作负极时，电极本身被氧化。 若生成的阳离子不与电解质溶液反应，其产物可直接写为金属阳离子，如Zn－2e－===Zn2+，Cu－2e－===Cu2+。 若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应为两反应合并后的反应。如铅酸蓄电池负极反应为Pb＋SO－2e－===PbSO4。 ②负极材料本身不反应。 氢氧（酸性）燃料电池，负极反应为H2－2e－===2H＋；氢氧（碱性）燃料电池，负极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O。 (2)原电池正极反应式的书写。 书写时总的原则是，首先，根据元素化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒；其次，确定该微粒得电子后生成什么物质。 如氢氧（酸性）燃料电池，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O 氢氧（碱性）燃料电池，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 (3)书写复杂电极反应式的方法——加减法。 ①写出总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。 ②写出其中较为简单的一个半反应（正极或负极），如Li－e－===Li＋（负极）。 ③利用总反应与上述一极的反应相减，即得另一电极的反应式，如LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2MnO4（正极）。 2．一般电极反应式的书写思路 — 　 — 　 — 　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＋6H2O C．随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变 D．放电时，溶液中的阴离子向负极移动 【解析】　选D。O2＋2H2O＋4e－===4OH－应为正极反应式。CH4失电子生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中选出，它将进一步反应转化成碳酸根，所以负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。由于部分强碱和二氧化碳反应，所以溶液的c(OH－)将减小。 【练3】　锂电池是一代新型高能电池，它以能量密度大而受到普遍重视，目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应为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是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnO D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2+ 【解析】　选B。根据原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再结合总反应可知，Li失去电子生成Li＋被氧化，为负极；MnO2得到电子被还原，为正极。 1．利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，则： (1)负极材料是　　　　　（写名称），电极反应式为　　　　　。 (2)正极电极反应式为________________________________________________________________________。 (3)溶液中SO向　　　　极移动。 【解析】　该氧化还原反应中还原剂为Cu，故负极是铜，电极反应式为Cu－2e－===Cu2+，氧化剂是O2，故正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，溶液中阴离子SO向负极移动。 【答案】　(1)铜　Cu－2e－===Cu2+ (2)O2＋4H＋＋4e－===2H2O　(3)负 2．LED产品的使用为城市增添色彩。下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的一种装置示意图。下列有关叙述正确的是(　　) A．a处通入氧气，b处通入氢气 B．通入H2的电极发生反应：H2－2e－===2H＋ C．通入O2的电极为电池的正极 D．该装置将化学能最终转化为电能 【解析】　选C。由电子流向可知a为负极，b为正极，负极上发生氧化反应，通入的是氢气，正极上发生还原反应，通入的是氧气，故A错误；a为负极，通入氢气，电解质溶液为碱性，因此发生的电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O，故B错误；氧气得电子，因此通入氧气的电极为电池的正极，故C正确；该装置的能量转换是化学能―→电能―→光能，故D错误。 3．如图，“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．镁片作为负极 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．电池工作时实现了电能向化学能的转化 【解析】　选D。根据原电池反应式知，镁元素化合价由0变为＋2，所以Mg失电子作负极，故A正确；该原电池中，电解质溶液是食盐水，故B正确；负极反应式为Mg－2e－＋2OH－===Mg(OH)2，所以电池工作时镁片逐渐被消耗，故C正确；电池工作时是将化学能转化为电能，故D错误。 4．（双选）根据Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu的反应原理设计一个原电池，当Zn为负极时，正极可以选用的材料是(　　) A．镁　　　　　　　　B．石墨 C．铝 D．铅 【解析】　选BD。根据Zn＋Cu2+===Zn2+＋Cu的反应，组成原电池时，Zn为负极，发生氧化反应，正极应该是活泼性弱于金属锌的金属，或能导电的非金属，且该极上发生还原反应，石墨和铅符合要求。故选B、D。 5．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：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)如果可以，则写出正、负极材料，其电极反应式，反应类型（“氧化反应”或“还原反应”）： 负极：　　　　，　　　　　　，　　　　。 正极：　　　　，　　　　　　，　　　　。 【解析】　(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；Ag＋得电子，所以此电解质溶液只能为AgNO3溶液。 【答案】　(1)(A)不能，(B)可以　(2)(A)不是氧化还原反应，没有电子转移　(3)Cu　Cu－2e－===Cu2+　氧化反应　碳棒、Ag、铂、金（任选一，其他答案合理即可）　2Ag＋＋2e－===2Ag　还原反应 学科网（北京）股份有限公司 $