第二章 第2节 第2课时 化学反应能量转化的重要应用——化学电池-【创新教程】2025-2026学年高中化学必修第二册五维课堂教师用书word（鲁科版）

本讲义聚焦化学电池核心知识点，系统梳理原电池原理（氧化还原反应转化化学能为电能）、构成（两极、电解质、闭合回路）、设计（依据反应选择电极与电解质）及分类，构建从原理到应用的完整学习支架。 资料以实验探究为特色，通过锌铜原电池实验设计、正负极判断易错提醒（如镁铝氢氧化钠溶液中原电池）培养科学思维与探究能力，结合燃料电池案例强化科学态度与社会责任，课中辅助教师演示教学，课后练习题助力学生查漏补缺。

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 核心素养 1.知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化 2．以原电池为例认识化学能可以转化为电能 3．从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理 4．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 ①变化观念与 平衡思想 能认识原电池反应中伴随着能量变化 ②科学探究与 创新意识 能对实验中的“异常”现象和已有结论进行反思、提出质疑和新的实验设想，并进一步付诸实施 ③科学态度与 社会责任 尊重科学原理道德，能依据“绿色化学”思想和科学原理对原电池的化学过程进行分析，权衡利弊，作出合理的决策 [知识梳理] 一、原电池的构造及原理 1．原电池原理 (1)原电池：一种利用　氧化还原反应　将　化学能直接转化成电能　的装置。 (2)原电池原理 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　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　 两极反应 负极 氢气　失电子　，发生　氧化　反应 正极 氧气　得电子　，发生　还原　反应 电子转移 电子由　负　极通过导线流向　正　极，形成电流 2.原电池的构成 二、原电池的设计 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　 锌片 　逐渐溶解　； 正极材料 　表面有气　 　泡生成　。 选择负极材料：　锌片　 确定 正极 选择正极反应物：　氢离子　 选择正极材料：　石墨或铜片　 构成闭 合回路 选择离子导体：　稀硫酸或稀盐酸　 选择电子导体：　导线　 (2)装置及电极反应 ①装置 ②电极反应 负极反应：　Zn－2e－===Zn2＋　，　氧化　反应； 正极反应：2H＋＋2e－===H2↑，还原反应。 三、原电池的分类 原电池的原理及电极判断 1．原理(以铜锌原电池为例) 2．正负极的判断 [易错提醒]　判断正负极时应注意的几个问题 (1)活泼性强的不一定是负极，如镁和铝放入氢氧化钠溶液中形成原电池，铝是负极；铜和铝放入浓硝酸中形成原电池，由于铝的钝化，铜是负极。 (2)燃料电池中电极不参与反应，通入燃料的一极为负极，通入助燃剂(一般为氧气)的一极为正极。 (3)如果给了电池反应，正、负极还可以根据化合价的改变来判断，化合价升高的物质失电子，为负极；化合价降低的物质得电子，为正极。 [典例示范] [典例1] 如图所示，电流计指针发生偏转，同时A极质量减少，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：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，根据构成情况可判断A、B、C可能分别为Zn、Cu、稀盐酸，A、B两项正确；离子移动方向：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。] [规律总结]　对于原电池工作原理常考查的几个方面可用顺口溜帮助掌握。原电池分两极；负极氧化正还原；电子由负流向正；离子阳向正阴向负。 [学以致用] 1．关于原电池的叙述中正确的是(　　) A．构成原电池的两个电极必须是两种不同的金属 B．原电池是将化学能转变为电能的装置 C．原电池工作时总是负极溶解，正极上有物质生成 D．原电池的正极是还原剂发生反应，总是溶液中的阳离子在此被还原 解析：B　[构成原电池电极的也可以是非金属导体，A项错；燃料电池中负极不溶解，C项错；D选项应是氧化剂在原电池的正极上发生还原反应。] 原电池原理的应用 [典例示范] [典例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：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，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三和四均形成原电池，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，选C。] [学以致用] 2．100 mL 2 mol·L－1的盐酸与过量的锌反应，为加快速率，又不影响产生氢气的总量，可采用的方法是(　　) A．加入适量的6 mol·L－1的盐酸 B．加入数滴氯化铜溶液 C．加入适量的蒸馏水 D．加入适量的氯化钠溶液 解析：B　[A项能加快反应速率，但增加了氢气的总量；C、D两项不影响H2的量，但稀释了盐酸，降低了反应速率；B项发生反应Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu，形成Cu—Zn原电池，加快了反应速率。] 1．制造地球卫星用到一种高能电池—银锌电池，其电池的电极反应式为：2Zn＋2OH－－2e－===2ZnO＋H2↑，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。据此判断氧化银(　　) A．负极，并被氧化　　　　 B．正极，并被还原 C．负极，并被还原 D．正极，并被氧化 解析：B　[根据化合价可知，电极反应中银的化合价降低，被还原；原电池中较活泼的金属作负极，另一电极作正极，发生还原反应，所以氧化银为正极，得电子被还原，故答案为B。] 2．某课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光，装置如图。下列说法错误的是(　　) A．铜片表面有气泡生成 B．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换 C．如果将铝片换成银片，电路中的电流方向相反 D．如果将硫酸换成NaOH溶液，LED灯也会发光 解析：C　[A.Cu作正极，电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑，故铜片表面有气泡生成，A正确；B.原电池将化学能转换为电能，产生的电能使LED灯亮起来，说明电能转换为光能，即装置中存在“化学能→电能→光能”的转换，B正确；C.如果将铝片换成银片，不能形成原电池，C错误；D.如果将硫酸换成NaOH溶液，仍然构成原电池装置，仍然产生电流，LED灯仍然会发光，D正确。答案选C。] 3．下列关于如图所示装置的叙述不正确的是(　　) A．锌片减少6.5 g时，铜片表面生成2.24 L H2(标况下) B．电流由锌片指向铜片 C．锌片做负极 D．正极的电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑ 解析：B　[A.负极电极反应式为：Zn－2e－===Zn2＋，当锌片减少6.5 g时，转移电子为0.2 mol，正极生成0.1 mol H2，在标准状况下为2.24 L，A正确；电子由锌片流向铜片，电流则相反，由铜片流向锌片，B错误；锌失电子做负极，C正确；正极H＋得到电子被还原，D正确。答案选B。] 4．下列图各个装置中能组成原电池的是(　　) 解析：B　[根据原电池的构成条件判断；原电池的构成条件是：①有两个活泼性不同的电极，②将电极插入电解质溶液中，③两电极间构成闭合回路，④能自发的进行氧化还原反应。 A．两电极的活泼性相同，A项错误；B.符合原电池的构成条件，B项正确；C.酒精溶液为非电解质，C项错误；D.该装置为断路状态，不能形成闭合回路，D项错误；答案选B。] 5．以Zn、Cu为两电极，稀硫酸为电解质溶液的原电池。 (1)原电池：化学能能转化为　________　能的装置。 (2)正负电极的判断：负极　________　电子，发生　________　反应，一般为活泼　________　； (3)正极　________　电子，发生　________　反应，一般为不活泼　____　或非金属单质； (4)电子流向　________　，电流流向　________　。 (5)电极反应式及总反应式的书写：负极　________　；正极　________　。 解析：(1)原电池是将化学能能转化为电能的装置；(2)负极失去电子，发生氧化反应，一般为活泼金属；(3)正极得到电子，发生还原反应，一般为不活泼金属或非金属单质；(4)电子负极流向正极，电流由正极流向负极；(5)该原电池负极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；正极的电极反应式为2H＋＋2e－ ===H2↑。 答案：(1)电　(2)失去　氧化　金属 (3)得到　还原　金属 (4)由负极流向正极　由正极流向负极 (5)Zn－2e－===Zn2＋　2H＋＋2e－===H2↑ 1．图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示(　　) A．铜棒的质量　　　　 B．c(Zn2＋) C．c(H＋) D．c(SO) 解析：C　[铜锌原电池中，Zn是负极，失去电子发生氧化反应，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Cu是正极，氢离子得电子发生还原反应，电极反应为 2H＋＋2e－===H2↑。则A.Cu是正极，氢离子得电子发生还原反应，Cu棒的质量不变，故A错误；B.由于Zn是负极，不断发生反应Zn－2e－===Zn2＋，所以溶液中c(Zn2＋)增大，故B错误；C.由于反应不断消耗H＋，所以溶液的c(H＋)逐渐降低，故C正确；D.SO不参加反应，其浓度不变，故D错误；故选C。] 2．有a、b、c、d四种金属，将a与b用导线连接起来浸入电解质溶液中，b不易腐蚀。将a、d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应剧烈。将Cu浸入b的盐溶液里，无明显变化。如果把Cu浸入c的盐溶液里，有c的单质析出。据此判断它们的活动性由强到弱的顺序是(　　) A．d、c、a、b B．d、b、a、c C．d、a、b、c D．b、a、d、c 解析：C　[将a与b用导线连结起来浸入电解质溶液中，b不易腐蚀，则b为正极，a为负极，所以金属活动性：a>b；将a、d分别投入等浓度的盐酸中，d比a反应剧烈，则金属活动性：d>a；将Cu浸入b的盐溶液里，无明显变化，说明金属活动性：b>Cu；如果把Cu浸入c的盐溶液里，有c的单质析出，说明金属活动性：Cu>c；因此金属活动性：b>Cu>c；综上所述可知金属活动性：d>a>b>Cu>c，故合理选项是C。] 3．将等质量的两份锌粒a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加少许胆矾晶体，下列各图表示产生氢气的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是(　　) 解析：A　[将等质量的两份锌粒a、b分别加入过量的稀硫酸中，同时向a中加少许胆矾晶体，那么在a中锌粒会先与硫酸铜发生置换反应生成铜，锌、铜与稀硫酸会形成原电池，反应速率会加快，所以a中生成氢气的速率比b中的快，但a中已经有一部分锌与铜反应，所以产生的氢气会比b中的少。综上所述，表示产生氢气的体积V(L)与时间t(min)的关系正确的是A。答案为A。] 4．有M、N、P、E、F五种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接并放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接并放入E的硫酸盐溶液中，其中一极的电极反应式为E2＋＋2e－===E；④P、F组成原电池时，F发生氧化反应。则这五种金属的还原性顺序是(　　) A．F>P>M>N>E B．E>N>M>P>F C．P>F>N>M>E D．E>P>F>M>N 解析：A　[根据反应①可知M比N活泼；根据②可知M做正极，P做负极，P比M活泼；根据③可知N比E活泼；根据④可知，F为负极，P为正极，F比P活泼。综上所述，五种金属的还原性顺序为F>P>M>N>E。答案选A。] 5．某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Zn，其他电极均为Cu，则下列说法正确的是(　　) A．电子移动：电极Ⅰ→电极Ⅳ→电极Ⅲ→电极Ⅱ B．电极Ⅰ发生还原反应 C．电极Ⅳ逐渐溶解 D．电极Ⅲ的电极反应：Cu－2e－===Cu2＋ 解析：D　[A.电子方向从负极流向正极，即电极Ⅰ→电极Ⅳ，电极Ⅲ→电极Ⅱ，电子不能通过溶液，A错误；B.电极Ⅰ上电极上为Zn失电子，发生氧化反应，B错误；C.电极Ⅳ是阴极，该电极上发生反应为Cu2＋＋2e－===Cu，所以电极质量逐渐增大，C错误；D.电极Ⅲ为阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，D正确。] 6．如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验中，不考虑两球的浮力变化)(　　) A．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高 B．杠杆为导体A端高B端低；杠杆为绝缘体时，AB保持水平 C．当杠杆为导体时，A端低B端高；杠杆为绝缘体时，A端高B端低 D．当杠杆为导体时，A端高B端低；杠杆为绝缘体时，A端低B端高 解析：C　[若杠杆是导体，空心铜球、空心铁球和硫酸铜溶液构成了原电池，活泼金属铁作负极，铜作正极，负极上铁失电子发生氧化反应，铁变成亚铁离子进入溶液，铁球上质量减小，正极上铜离子得电子发生还原反应析出金属铜，铜球上质量增加，则杠杆A端低B端高；若杠杆是绝缘体，铁与铜离子发生置换反应，导致铁球变重，铜不反应，铜球质量不变，则杠杆A端高B端低；答案选C。] 7．将纯铁片和纯铜片按下图所示插入同浓度的稀硫酸中一段时间，下列叙述正确的是(　　) A．甲装置中电能转化为化学能 B．两个装置中铜片表面均有气泡产生 C．甲装置中H＋移向铜片发生还原反应 D．甲中负极上发生的电极反应为Fe－3e－===Fe3＋ 解析：C　[A.甲中形成铜铁原电池，将化学能转化为电能，A错误；B.甲中形成铜铁原电池，铁作负极，失电子，铜作正极，H＋在铜极上得电子，生成H2，所以甲中铜片表面有气泡产生，乙中不构成原电池，铁片与稀硫酸发生了置换反应：Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，铁片上有气泡，B错误；C.甲中形成铜铁原电池，铁作负极，失电子，铜作正极，H＋移向铜片发生还原反应，C正确；D.甲能形成原电池，铁作负极，失电子，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，D错误；答案选C。] 8．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是(　　) A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极 B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ 解析：B　[A.Mg比Al活泼，与稀硫酸形成的原电池中，①中Mg作负极，②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子作负极，故A错误；B.②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋6H2O===[Al(OH)4]＋3H2↑，失电子的是铝，为负极，镁作正极，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，故B正确；C.③中Fe在浓HNO3中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，则Fe作正极，故C错误；D.④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故D错误；答案选B。] 9．下列有关电化学知识的描述正确的是(　　) A．从理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应均能设计成原电池 B．某电池反应Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，正极为Cu，发生氧化反应 C．铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，铁为负极，铜为正极 D．反应CaO＋H2O===Ca(OH)2可放出大量的热，故可把该反应设计为原电池，使其中的化学能转化为电能 解析：A　[A项，原电池利用的是自发进行的氧化还原反应；B项，铜为负极，发生氧化反应：Cu－2e－===Cu2＋，银为正极，发生还原反应：Ag＋＋e－===Ag；C项，Fe、Cu与浓硝酸组成原电池，由于铁遇浓硝酸钝化，则Cu为负极，Fe为正极；D项， CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应，不能设计成原电池。] 10．锂电池是一代新型高能电池，它以质量轻、能量高而受到普遍重视，目前已研制成功多种锂电池。某种锂电池的总反应式为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．电池反应时，锂是正极，二氧化锰是负极 D．电池反应时，混合物由黑色变为紫色 解析：B　[根据总反应式判断Li被氧化，为负极材料，其失去电子成为Li＋，正极放电的为MnO2。反应过程中没有MnO产生，混合物不会变为紫色。] 11．根据题意解答 (1)为了验证Fe3＋与Cu2＋氧化性强弱，下列装置能达到实验目的是　________　(填序号)。 (2)将H2设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图2所示(a、b为多孔碳棒)，负极通入　_______　，其电极反应式为　________________　，电池总反应为　______________　。 (3)如图3是某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置。 ①若两个电极分别是锌、铜，电解质溶液是稀硫酸，正极的电极反应式　__________　； ②当电极a为Al、电极b为Mg、电解质溶液为氢氧化钠时，该原电池的负极为　_______　；该原电池的电池总反应为　_____________________________　。 ③若电池的总反应是2FeCl3＋Fe===3FeCl2，则可以作正极材料的是　________　，正极反应式是　__________　若该电池反应消耗了0.1 mol FeCl3，则转移电子的数目为　________　。 解析：(1)为了验证Fe3＋与Cu2＋氧化性强弱，可通过氧化还原反应Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋来验证，将该反应设计成原电池，铜作负极，比铜不活泼的金属或石墨作正极，选择含Fe3＋的电解质溶液，若电流计指针偏转说明反应能发生，证明Fe3＋氧化性强于Cu2＋，则装置②符合要求。 (3)氢氧燃料电池中氢气在负极发生反应，电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O。 (4)①若两个电极分别是锌、铜，电解质溶液是稀硫酸，则锌作负极，铜作正极，正极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑； ②当电极a为Al、电极b为Mg、电解质溶液为氢氧化钠溶液时，Al能与氢氧化钠发生氧化还原反应，则Al作原电池的负极；该原电池的电池总反应为2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑。 ③根据电池的总反应2FeCl3＋Fe===3FeCl2可知，铁作负极，则正极材料应为比铁不活泼的金属或石墨，Fe3＋在正极得电子发生还原反应，电极反应式是Fe3＋＋e－===Fe2＋；根据电极反应式可知，若该电池反应消耗了0.1 mol FeCl3，则转移电子的数目为0.1NA。 答案： (1)②　 (2)H2　H2－2e－＋2OH－===2H2O　2H2＋O2===2H2O　(3)① 2H＋＋2e－===H2↑　②Al　2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑　③比铁不活泼的金属或石墨　Fe3＋＋e－===Fe2＋　0.1NA 12．为节省药品和时间，甲、乙、丙三位同学用铜片、锌片、稀硫酸、CuSO4溶液、直流电源、石墨电极、导线、烧杯、试管等中学化学常见的药品和仪器(用品)，通过巧妙的构思，设计了比较铜、锌金属活动性相对强弱的系列实验。试填写下列空白： (1)甲同学分别将一小片铜片、锌片置于烧杯底部(铜与锌不接触)，向烧杯中小心加入稀硫酸，观察到的现象是_______________________________________________________。 甲同学的设计思路是__________________________________________________。 (2)乙同学接着甲的实验，向烧杯中滴加　________　溶液，进而观察到的现象是________________________________________________________________________。 乙同学作出锌、铜金属活动性相对强弱的结论所依据的原理是 ________________________________________________________________________。 (3)请你再单独设计一个简单的实验(试剂、仪器自选)，探究和证实锌、铜金属活动性的相对强弱(简要说明操作和现象)____ __________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)锌片上有气泡产生，铜片上无气泡　锌能置换出酸中的氢，而铜不能 (2)CuSO4　锌片上有红色的铜析出，锌片上产生气泡的速率明显加快　活泼金属可以把不活泼金属从其盐溶液中置换出来(或Zn、Cu、稀硫酸组成原电池，Zn为负极) (3)分别取一小片铜片与锌片置于两支试管中，向试管中加入少量浅绿色的FeCl2溶液，片刻后，加锌片的试管中溶液的颜色褪去，溶液近乎无色(其他合理答案也可) 13．给你提供纯锌、纯铜片和500 mL 0.2 mol·L－1的H2SO4溶液、导线、1 000 mL量筒。试用如图装置来测定锌和稀硫酸反应时在某段时间内通过导线的电子的物质的量。 (1)如图所示，装置气密性良好，且1 000 mL量筒中已充满了水，则开始实验时，首先要　________　。 (2)a电极的反应式为________________________________________________________， b电极的反应式为________________________________________________________。 (3)如果将a、b两电极的电极材料对调，U形管中将出现的现象是 ________________________________________________________________________。 (4)当量筒中收集到672 mL气体时(标准状况下)，通过导线的电子的物质的量是　________　。 解析：(1)要形成原电池，需要闭合线路，故首先要用导线把a、b两电极连接起来。 (2)正极上有气体生成，即b是正极，a为负极，锌比铜活泼，锌是负极、铜是正极，故a电极的反应式为Zn－2e－===Zn2＋；b电极的反应式为2H＋＋2e－===H2↑。(3)如果将a、b两电极的电极材料对调，则a极产生气体，故U形管中将出现的现象是U形管左端液面下降，右端液面上升。(4)672 mL气体为H2，其物质的量为n(H2)＝＝0.03 mol，根据2H＋＋2e－===H2↑可知，n(e－)＝2n(H2)＝2×0.03 mol＝0.06 mol。 答案：(1)用导线把a、b两电极连接起来 (2)Zn－2e－===Zn2＋　2H＋＋2e－===H2↑ (3)U形管左端液面下降，右端液面上升 (4)0.06 mol 学科网（北京）股份有限公司 $