2.2.2 化学反应能量转化的重要应用——化学电池 导学案 2025-2026学年高一下学期化学鲁科版必修第二册

第2课时　化学反应能量转化的重要应用——化学电池 学习目标 1.了解原电池的构成和工作原理。 2.知道构成原电池的条件。 3.了解化学能与电能的相互转化以及化学反应的其他应用。 4.了解常见的化学电池。 自主学习 一、氢氧燃料电池 化学电池是根据 制成的。原电池是一种利用 将 直接转化成 的装置。 在氢氧燃料电池中，氧化反应与还原反应分别在 进行。其中氢气分子中的氢原子在左侧石墨电极上 电子，氢气作为电池的 ；氧气分子中氧原子在右侧石墨电极上 电子，氧气作为电池的 。稀硫酸中存在 起到 的作用，导线起到 的作用。 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 。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 的物质——氢气和氧气；当形成闭合回路时便会产生 。 二、原电池的基本工作原理 和 分别在不同的区域发生 和 ，并通过能导电的物质形成 产生 。其中，还原剂在 上 电子，是负极反应物；氧化剂在 上 电子，是正极反应物；电极材料通常是能够 的固体。此外，还要有能够 作为离子导体；而导线则作为 导体，起到传导电子形成闭合回路的作用。 三、设计原电池的基本思路 四、常见电池 1．干电池(属于 )：如 电池。 2．充电电池(又称 )：如 、 (手机用)。 3．燃料电池：如 ，其 ，对环境 。 课堂探究 一、原电池的工作原理 交流讨论： 请讨论作原电池两极的材料有什么样的要求？ 提升归纳： 1．原电池的构成条件 (1)能自发发生的氧化还原反应。 (2)电极：两个导体做电极。一般为两种活动性不同的金属，其中较活泼的金属做负极，发生氧化反应；较不活泼的金属做正极，发生还原反应。或金属与能导电的非金属(如石墨)做电极，其中金属做负极，非金属(如石墨)做正极。 (3)具有电解质溶液且构成闭合电路：两电极用导线相连放入电解质溶液中形成闭合电路。 2．原电池的工作原理 知识拓展： 电极反应式的书写 (1)负极反应式的书写 ①活泼金属做负极时，电极本身被氧化： a．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＋。 b．若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应式为两反应合并后的反应式。如Mg­Al(KOH)原电池，负极反应式为Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－；铅蓄电池负极反应式：Pb－2e－＋SO===PbSO4。 ②负极本身不反应时，常见书写方法为： 氢氧(酸性)燃料电池，负极反应式为H2－2e－===2H＋。 氢氧(碱性)燃料电池，负极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。 (2)正极反应式的书写 ①首先根据化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒； ②其次确定该微粒得电子后变成哪种形式。 如氢氧(酸性)燃料电池，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 氢氧(碱性)燃料电池，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 对点练习： 1．下列各装置能构成原电池的是(　　) 2．如图所示装置中，观察到电流表指针偏转(指针顺着电流方向偏转)，M变粗，N变细，由此判断下表中所列M、N、P三种物质，其中可以成立的是(　　) M N P A 锌 铜 稀硫酸 B 铜 铁 稀盐酸 C 银 锌 硝酸银溶液 D 锌 铁 硝酸铁溶液 规律方法： 原电池的判定 (1)先分析有无外接电源，无外接电源的可能为原电池。 (2)根据原电池的形成条件——四看 看电极——两极为导体，且存在活动性差异； 看溶液——两极插入电解质溶液中； 看回路——形成闭合回路； 看本质——有自发的氧化还原反应发生。 二、原电池的应用 交流讨论： 1．所有氧化还原反应都能设计成原电池吗？ 2．原电池工作时，负极失去的电子总数与正极得到的电子总数有何关系？为什么？ 提升归纳： 原电池的应用 (1)加快氧化还原反应速率 如实验室用Zn和稀硫酸(或稀盐酸)反应制备H2，常用粗锌。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸形成原电池，加快了锌的腐蚀，使产生H2的速率加快。 (2)比较金属的活动性强弱 原电池中，一般活动性强的金属做负极，活动性弱的金属做正极。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极溶解，B极上有气泡产生，由原电池原理可知，金属活动性：A>B。 (3)金属的防护 轮船外壳上镶嵌锌块，在海水中形成原电池，锌做负极失去电子，保护铁不被腐蚀。 (4)设计原电池 设计原电池要依据原电池的构成条件来进行。 ①一个自发的氧化还原反应。 ②两个导电的电极。 ③电解质溶液及导线构成闭合回路。 例如以Cu＋2FeCl3===2FeCl2＋CuCl2设计原电池 知识拓展： 纯锌在稀硫酸中反应，Zn表面既有Zn2＋进入溶液，又有H＋运动到Zn表面得到电子生成H2，而在Cu－Zn原电池中，Zn失去电子变成Zn2＋进入溶液，H＋在Cu上得到电子生成H2。比较两种形式的反应，就会发现前者Zn表面“拥挤不堪”，H＋对Zn2＋有排斥作用，而后者“畅通无阻”。因此粗锌与稀硫酸反应产生氢气的速率要明显大于纯锌与稀硫酸的。 对点练习： 3．下列四个化学反应中，理论上不可能设计为原电池的是(　　) A．2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ B．2H2＋O22H2O C．Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4 D．Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑ 4．如图所示的装置中，a的活动性比氢的强，b为碳棒，关于此装置的叙述不正确的是(　　) A．碳棒上有气体放出，溶液的pH增大 B．a是正极，b是负极 C．导线中有电子流动，电子从a极流到b极 D．a极上发生了氧化反应 误区警示： 误区一　误认为原电池的负极材料一定参加反应 有些原电池的负极材料不参加反应，如燃料电池。在燃料电池中，电极材料均不发生反应，故两极均可用惰性材料。 误区二　误认为在原电池中相对活泼的金属一定做负极，相对不活泼的金属一定做正极 在判断原电池正、负极时，既要考虑金属活动性的相对强弱，也要考虑电解质溶液的性质。如Mg－Al－HCl溶液构成的原电池中，Mg为负极；但Mg－Al－NaOH溶液构成的原电池中，Al为负极，Mg为正极；Cu－Al(Fe)－浓硝酸构成的原电池中，Cu为负极。 误区三　误认为电子由原电池负极流出，流到原电池正极，再通过电解质溶液到达原电池负极 电子不能通过电解质溶液，电解质溶液中靠阴、阳离子的定向移动形成闭合回路。 误区四　误认为氧化还原反应都可以设计成原电池 只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池，非自发的氧化还原反应不能设计成原电池。 误区五　原电池工作时，负极材料质量一定减轻 大多数原电池反应负极材料质量减轻，但也有可能质量不变或质量增加。 本课小结 原电池是把化学能转化为电能的装置。其工作原理是： 随堂练习 1．原电池产生电流的本质原因是(　　) A．原电池中溶液能电离出自由移动的离子 B．有两根导线将两个活泼性不同的电极连接 C．电极上进行的氧化还原反应的生成物为电子 D．电极上进行的氧化还原反应中会有电子的转移 2．下列关于原电池的叙述中错误的是(　　) A．电子流入的一极为正极 B．一般不活泼的一极为正极 C．电子流出的一极为负极 D．发生氧化反应的一极为正极 3．氢氧燃料电池可以用在航天飞机上，其反应原理示意图如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法不正确的是 (　　) A．该电池工作时化学能转化为电能 B．该电池中电极b是正极，发生还原反应 C．电流由电极a通过导线流向电极b D．该电池的总反应为2H2＋O2===2H2O 4．LED产品的使用为城市增添色彩。如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．电路中的电子从负极经外电路到正极，再经过KOH溶液回到负极，形成闭合回路 B．a处通入氢气，b处通入氧气，该装置将化学能最终转化为电能 C．电池放电后，OH－的物质的量浓度减小 D．通入O2的电极发生反应：O2＋4e－===2O2－ 5．某化学兴趣小组为了探究铬和铁的活动性，设计如图所示装置，下列推断合理的是(　　) A．若铬比铁活泼，则电子经导线由铁电极流向铬电极 B．若铬比铁活泼，则铁电极反应为2H＋＋2e－===H2↑ C．若铁比铬活泼，则溶液中H＋向铁电极移动 D．若铁电极附近溶液酸性减弱，则铁比铬活泼 6．请利用反应“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”设计一个化学电池，并回答下列问题： (1)该电池的负极材料是______，正极材料是______，电解质溶液是______。 (2)在外电路中，电流方向是从______极到______极。 (3)正极的产物为______，正极上出现的现象是__________；负极的产物为______，负极上出现的现象是_____________。 7．由A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验。 装置 现象 二价金属A不断溶解 C的质量增加 A上有气体产生 根据实验现象回答下列问题： (1)装置Ⅰ中负极的电极反应式是______________________________。 (2)装置Ⅱ中正极的电极反应式是______________________________。 (3)装置Ⅲ中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。 (4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是__________________________。 【参考答案】 自主学习 一、原电池原理 氧化还原反应 化学能 电能 两个不同的区域 失去 负极反应物 得到 正极反应物 自由移动的离子 传导电荷 传导电子 电势差 得失电子能力不同 电流 负极反应物 负极材料 电子导体 正极反应物 正极材料 二、还原剂 氧化剂 氧化反应 还原反应 闭合回路 电流 负极 失去 正极 得到 导电 传导电荷的电解质 电子 三、分开进行 闭合回路 离子 电子 四、1．一次电池 锌锰 2．二次电池 铅蓄电池 锂电池 3．氢氧燃料电池 能量转换效率高 无污染 课堂探究 一、原电池的工作原理 交流讨论：提示：首先必须能导电，如金属材料、石墨等；其次，若两极都是金属，则活泼性必须不同，且一般负极材料和电解质溶液能发生化学反应。 对点练习： 1．答案：C 解析：A项，只有一个电极，所以该装置不能构成原电池，错误；B项，该装置没有构成闭合回路，所以不能构成原电池，错误；C项，该装置符合原电池的构成条件，能构成原电池，正确；D项，酒精不是电解质溶液，所以不能构成原电池，错误。 2．答案：C 解析：该原电池中M变粗，N变细，说明发生原电池反应时N溶解，N做负极，溶液中有金属析出附着在M上，M做正极。A、B两项中，电解质溶液分别为稀硫酸和稀盐酸，原电池工作时，不会有金属析出，不符合题意；C项，正极反应为Ag＋＋e－===Ag，符合题意；而D项，锌比铁活泼，故M做负极，变细，不符合题意。 二、原电池的应用 交流讨论： 1．提示：不能。只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池。 2．提示：相等。原电池中，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应，根据氧化还原反应中得失电子守恒规律知，正极上得电子总数与负极上失电子总数相等。 对点练习： 3．答案：D 解析：只有氧化还原反应才可能设计成原电池，D项中的反应不是氧化还原反应，不能设计为原电池。 4．答案：B 解析：该原电池中，a的活动性比氢强，所以金属a做负极，碳棒b做正极，负极上金属失电子发生氧化反应，正极碳棒上氢离子得电子发生还原反应，所以溶液中氢离子浓度减小，溶液的pH增大，A、D正确，B错误；该装置能构成原电池，所以有电流产生，电子从负极a沿导线流向正极b，C正确。 随堂练习 1．答案：D　 解析：原电池产生电流的本质原因是在原电池的一极进行氧化反应，另一极进行还原反应，发生氧化反应的一极所失去的电子沿导线流向另一极从而形成电流。 2．答案：D　 解析：电子流入的一极为正极，A正确；一般不活泼的一极为正极，B正确；电子流出的一极为负极，C正确；发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极，D错误。 3．答案：C　 解析：氢氧燃料电池是原电池，工作时化学能转化为电能；该电池中电极b是正极，发生还原反应；电流由电极b通过导线流向电极a；电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，故选C。 4．答案：C　 解析：电路中的电子从负极经外电路到正极，但是电子不经过KOH溶液，A错误；由外电路中电子的运动方向可知，a是负极，b是正极，故a处通入氢气，b处通入氧气，该装置将化学能最终转化为光能，B错误；电池放电后，电池反应产物是水，故OH－的物质的量浓度减小，C正确；通入O2的电极发生反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。 5．答案：B　 解析：若铬比铁活泼，则铬为负极，铁为正极，电子由负极(铬)沿导线流向正极(铁)，则铁电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，A错误，B正确；若铁比铬活泼，则铁为负极，铬为正极，溶液中的H＋向正极(铬)移动，C错误；若铁电极附近酸性减弱，说明H＋在铁电极得电子生成H2，则铁为正极，铬为负极，D错误。 6．解析：反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋中Cu被氧化，Ag＋被还原，所以需用Cu棒作负极，正极材料可选用活泼性比Cu弱的金属，如Ag等，也可选用石墨电极；电解质溶液为AgNO3溶液。电流从正极流向负极，正极发生还原反应，产物为Ag，电极变粗；负极发生氧化反应，产物为Cu2＋，负极Cu棒溶解。 答案：(1)Cu　石墨(或Ag)　AgNO3溶液　(2)正　负　(3)Ag　电极变粗　Cu2＋　电极溶解 7．解析：据图Ⅰ知活泼性：A>B，A作负极，B作正极，A极反应：A－2e－===A2＋；据图Ⅱ知活泼性：B>C，正极反应：Cu2＋＋2e－===Cu；据图Ⅲ知活泼性：D>A，正极反应：2H＋＋2e－===H2↑，因此c(H＋)减小，pH变大。综合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ知活泼性：D>A>B>C。 答案：(1)A－2e－===A2＋　(2)Cu2＋＋2e－===Cu (3)变大　(4)D>A>B>C 1 学科网（北京）股份有限公司 $