5.3 化学变化中的能量变化 第2课时（同步讲义）化学沪科版必修第二册

第五章 金属及其化合物 第三节 化学变化中的能量变化 第2课时 化学能与电能的转化 教学目标 1.知道化学能可以转化为电能。 2.认识原电池的组成和工作原理。 重点和难点 能从氧化还原反应的角度初步认识简单原电池的构成要素和工作原理。 ◆知识点一 原电池的工作原理 1.电池：把化学能转化为电能的装置，称为化学电源，习惯上叫做电池。电池大体上可分为原电池、蓄电池和燃料电池等。 2.实验探究：铜—锌原电池 实验装置 实验步骤 （1）把一块铜片和锌片并排插入盛有稀硫酸的容器里，观察实验现象。 （2）把铜片、锌片分别用导线连接，并接入灵敏电流计，观察和记录实验现象。 编号 现象记录 实验结论 （1） 当锌片与铜片插入稀硫酸时，锌片逐渐溶解，有气泡产生，铜片上无气泡产生 反应的离子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；Cu片表面无明显变化的原因：铜排在金属活动性顺序表氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气。 （2） 当用导线将锌片和铜片相连后，锌片逐渐溶解，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转。 锌—铜—稀硫酸构成了原电池装置，产生了电流，化学能转化为电能。 原理分析： （1）反应的离子方程式：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑；Cu片表面无明显变化的原因：铜排在金属活动性顺序表氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气。 （2）锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生。电流表指针偏转说明：导线中有电流；Cu片上有气泡说明：溶液中的氢离子在铜片表面获得电子发生还原反应产生氢气，从铜片上放出。 归纳总结：　　 电极材料 电极名称 电子转移 电极反应式 反应类型 锌 负极 电子流出 Zn－2e－===Zn2＋ 氧化反应 铜 正极 电子流入 2H＋＋2e－===H2↑ 还原反应 总离子反应式 Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ 3.原电池定义及本质 概念：原电池是把化学能转化为电能的装置， 反应本质：自发进行的氧化还原反应。 4.原电池模型 Zn—Cu电池 ①电子移动方向 锌失电子逐渐溶解变成Zn2＋进入溶液，电子从负极经导线流入正极 ②离子移动方向 阴离子向负极移动(如SO)，阳离子向正极移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。 ③电极反应式 负极(锌极)：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应)。 正极(铜极)：2H＋＋2e－===H2(还原反应)。 总反应：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑。 特别提醒 在判断电流方向时，要注意电源的内电路和外电路的电流方向的不同：在电源的外电路电流由正极流向负极，在电源的内电路电流由负极流向正极。 5.原电池的构成条件 一看反应 看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应) 二看两电极 一般是活泼性不同的两电极 三看是否形成闭合回路 形成闭合回路需三个条件（组成原电池至少的三个部分）： ①电解质溶液或熔融电解质；（电极） ②两电极直接或间接接触；（导线） ③两电极插入电解质溶液中。（电解质溶液） 特别提醒 原电池的正、负极的判断方法 ①根据电极材料：较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 ②根据电流方向或电子流动方向：电流是由正极流向负极的，电子是由负极流向正极的。 ③根据离子移动方向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。 ④根据电极反应类型：发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。 ⑤根据电极上反应现象：如电极粗细的变化、质量的变化、是否有气泡产生等。 即学即练 1．如下图，下列装置属于原电池的是 A．B．C． D． 【答案】B 【解析】A．A中电极材料均为铜，不能形成原电池，A错误； B．B中Cu为负极，Ag为正极，硝酸银溶液为电解质溶液，发生自发的氧化还原反应：，能形成原电池，B正确； C．C中酒精为非电解质，不能构成原电池，C错误； D．D中未形成闭合回路，不能构成原电池，D错误； 故选B。 2．对于原电池的电极名称，下列叙述有错误的是 A．发生氧化反应的为负极 B．正极为电子流入的一极 C．比较不活泼的金属为负极 D．正极为电解质溶液中阳离子移向的一极 【答案】C 【解析】A．失电子发生氧化反应的电极是负极，所以负极上发生氧化反应，故A正确；B．负极上失电子，正极上得电子，所以外电路中电子从负极沿导线流向正极，则正极为电子流入的一极，故B正确；C．原电池中两个电极为活泼性不同的金属时，较不活泼的金属作正极，故C错误；D．原电池中，正极为电解质溶液中阳离子移向的一极，故D正确；故选C。 3．根据反应“”设计的原电池如图所示，下列判断不正确的是 A．锌是负极，其质量逐步减小 B．铜电极上有气泡产生 C．电子从铜片经导线流向锌片 D．电流从铜片经导线流向锌片 【答案】C 【分析】该装置为原电池，活泼性强的金属锌作负极，电极反应式为；铜作正极，电极反应式为。 【解析】A．根据分析，锌是负极，电极反应式为，则其质量逐渐减小，A正确； B．铜作正极，电极反应式为，因此氢离子在铜表面被还原，产生气泡，B正确； C．金属锌作负极，因此电子从锌片经导线流向铜片，C错误； D．锌作负极、铜作正极，电流从铜片经导线流向锌片，D正确； 故选C。 ◆知识点二 化学电源 1.原电池又称一次电池，是指放电之后不可再充电的化学电池，如锌锰干电池、锌银纽扣电池等。 2.蓄电池又称二次电池，是指放电之后可再充电反复使用的化学电池，如铅酸蓄电池、锂离子电池等。 3.燃料电池是将氢气、甲醇等燃料的化学能直接转化成电能的化学电池，如氢燃料电池、甲醇燃料电池等。 4.原电池和电解池的区别 化学能电能 特别提醒 二次电池的充放电规律 即学即练 1．下列有关化学电源的说法中正确的是 A．化学电源只能将化学能转化为电能 B．燃料电池能将全部化学能转化为电能 C．二次电池又叫蓄电池，它放电后可再充电使活性物获得再生 D．一次电池包括干电池和蓄电池 【答案】C 【解析】A．化学电源在工作时也会有少量热量产生，所以化学能会有一部分转化为热能，一部分转化为电能，故A错误；B．燃料电池在工作时，化学能部分转化为电能，部分转化为热能，故B错误；C．二次电池又叫蓄电池，放电后可以再充电使活性物质获得再生，以达到重复使用的目的，故C正确；D．干电池是一次电池，蓄电池能连续放电、充电，属于二次电池，故D错误；答案选C。 考点一 原电池的组成和工作原理 【例1】同学们设计了如图所示装置探究化学反应与电能。下列说法正确的是 A．甲装置中Zn表面有气泡产生，乙装置中Cu表面有气泡产生 B．甲装置和乙装置中，Zn均作负极 C．乙装置中电子由Cu流出，经导线流向Zn D．若仅将乙装置中的稀硫酸换成溶液，电流表指针会发生偏转 【答案】A 【解析】A．甲装置中Zn与稀硫酸直接反应，Zn表面产生气泡；乙装置构成原电池，Zn为负极、Cu为正极，H⁺在Cu表面得电子生成H2，Cu表面产生气泡，A正确； B．甲装置中Zn与Cu未用导线连接，未形成原电池，不存在“负极”概念；乙装置中Zn为负极，B错误； C．乙装置中Zn为负极，电子由负极流出经导线流向正极(Cu)，C错误； D．乙装置换为ZnSO4溶液后，Zn、Cu与ZnSO4均不发生自发氧化还原反应，无法形成原电池，电流表指针不偏转，D错误； 答案选A。 【变式1-1】下列能形成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】B 【分析】原电池构成四要素：两个活动性不同的电极、电解质溶液、形成闭合回路、自发的氧化还原反应 【解析】A．蔗糖不是电解质，蔗糖溶液不是电解质溶液，不能形成原电池，A错误；B．铜和锌是活动性不同的导电金属，溶液是电解质溶液，有自发的氧化还原反应，铜和锌相连共同插入电解质溶液中形成闭合回路，故形成了原电池，B正确；C．两个电解均为石墨，活动性相同，不能构成原电池，C错误；D．两个金属没有连接，没有形成闭合回路，不能形成原电池，D错误；故选B。 【变式1-2】某铜锌原电池装置如图所示，下列有关说法正确的是 A．该原电池中Zn极发生还原反应 B．该原电池电流从Zn极流向Cu极 C．该原电池放电时，电解质溶液质量不断减小 D．该原电池能够将化学能转化为电能 【答案】D 【分析】该装置中，锌比铜更活泼，锌作负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为；铜作正极，得到电子，发生还原反应，电极反应式为，电子从负极沿导线流向正极，据此回答。 【解析】A．由分析知，Zn为负极，发生氧化反应， A错误； B．由分析知，Zn为负极，Cu为正极，电流由正极（Cu）流向负极(Zn)，B错误； C．由分析知，该电池总反应为，电解质溶液质量不断增大，C错误； D．该装置为原电池，原电池将化学能转化为电能，D正确； 故选D。 考点二 化学电池的认识 【例2】下图是某科研小组研制的电池的简单示意图。该电池工作原理可表示为。下列有关该电池说法正确的是 A．电极为正极 B．发生了氧化反应 C．实现了电能向化学能的转化 D．电子由电极经外电路流向电极 【答案】D 【分析】由方程式可知，Na被氧化，应为原电池的负极，FeCl2被还原生成Fe，应为原电池的正极反应，电子由负极经外电路流向正极，以此解答该题。 【解析】A．放电时，Na被氧化，应为原电池的负极，FeCl2被还原生成Fe，应为原电池的正极反应，则a为负极，b为正极，故A错误；B．FeCl2被还原生成Fe，发生还原反应，故B错误；C．该装置为原电池，实现了化学能向电能的转化，故C错误；D．电子由负极a电极经外电路流向正极b电极，故D正确；故选：D。 【变式2-1】锂－空气电池放电时反应为2Li+O2＝Li2O2，某锂－空气电池的构造原理图如图。下列说法正确的是 A．锂作为该电池的正极 B．电子从含催化剂的多孔电极流向锂 C．可选用稀硫酸作为电解液 D．多孔材料可增大催化剂和空气的接触面积 【答案】D 【分析】根据该空气电池放电时的化学方程式可知Li的化合价升高，O的化合价降低，根据原电池的工作原理可知锂为负极，含催化剂的多孔电极为正极。 【解析】A．由分析可知，锂是该电池的负极，A错误； B．根据原电池的电子流向可知，电子从负极流向正极，所以电子从锂流向含催化剂的多孔电极，B错误； C．稀硫酸会和Li、Li2O2反应，故不能使用稀硫酸，C错误； D．由于材料多孔，表面积增大，与空气接触的面积增大，D正确； 故选D。 【变式2-2】铅酸蓄电池是常见的可充电电池，其结构如图所示。充放电时的电池反应：。下列说法中不正确的是 A．放电时得电子，被氧化 B．负极的电极反应为： C．充电时电能转化为化学能 D．电池充电时，溶液酸性增强 【答案】A 【分析】根据铅蓄电池充放电时的电池反应可得放电时电极失电子作负极生成，电极得电子作正极生成；充电时电极为阴极；电极为阳极。 【解析】A．根据分析放电时得电子，被还原，A错误； B．难溶书写极反应式时不能拆，负极的电极反应为：，B正确； C．按照能量转化方式电解池是电能转化为化学能，C正确； D．电池充电时按照题干中方程式进行会生成硫酸，故酸性增强，D正确。 故选A。 基础达标 1．下列关于原电池的叙述正确的是 A．构成原电池的正极和负极的材料必须是两种不同的金属 B．原电池是将热能转化为电能的装置 C．在原电池中，电子流出的一极是负极 D．原电池工作时，正极发生氧化反应 【答案】C 【解析】A．原电池的两极可能是由导电的非金属材料组成，如氢氧燃料电池中用石墨做电极材料，或者一种金属和一种导电的非金属，A错误；B．原电池是向外提供电能的装置，是将化学能转变为电能的装置，B错误；C．原电池放电时，电子由负极流向正极，电子流出的一极是负极，C正确；D．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，D错误；故答案为：C。 2．下列装置能形成原电池的是 ①②③④⑤⑥⑦ A．①②③⑦ B．①②⑤⑥ C．①②③④ D．①②③⑥⑦ 【答案】A 【分析】原电池构成四要素：两个活动性不同的电极、电解质溶液、形成闭合回路、自发的氧化还原反应。 【解析】①．铜和锌是活动性不同的导电金属，稀硫酸是电解质溶液，锌和稀硫酸反应为自发的氧化还原反应，而且铜和锌相连共同插入电解质溶液中形成闭合回路，故形成了原电池，故选； ②．铜和锌是活动性不同的导电金属，硫酸铜溶液是电解质溶液，锌和硫酸铜反应为自发的氧化还原反应，而且铜和锌相连共同插入电解质溶液中形成闭合回路，故形成了原电池，故选； ③．铁和碳是活动性不同的导电物质，稀硫酸是电解质溶液，铁和稀硫酸反应为自发的氧化还原反应，而且铁和碳相连共同插入电解质溶液中形成闭合回路，故形成了原电池，故选； ④．两个金属没有连接在同一个电解质溶液中，没有形成闭合回路，不能形成原电池，故不选； ⑤．没有两个活泼性不同的电极，不能形成原电池，故不选； ⑥．酒精不是电解质，酒精溶液不是电解质溶液，不能形成原电池，故不选； ⑦．铜和锌是活动性不同的导电金属，稀盐酸是电解质溶液，锌和稀盐酸反应为自发的氧化还原反应，而且铜和锌相连共同插入电解质溶液中形成闭合回路，故形成了原电池，故选； 故选A。 3．理论上，下列反应不能设计成原电池的是 A． B． C． D． 【答案】C 【分析】原电池的构成条件为：1、活泼性不同的两个电极；2、电解质溶液；3、形成闭合回路；4、能自发进行氧化还原反应； 【解析】A、B、D反应方程式中都有化合价的变化，所以都是氧化还原反应；C的反应中没有化合价的变化，所以不是氧化还原反应，不能设计成原电池；故选C。 4．某实验小组设计如图装置探究化学能与电能的转化关系，下列说法正确的是 A．只有装置Ⅰ中电流表指针偏转 B．只有装置Ⅱ中电流表指针偏转 C．两个装置中电流表指针都发生偏转 D．两个装置中电流表指针都不发生偏转 【答案】B 【分析】装置I没有形成闭合回路，不能形成原电池，电流表不发生偏转；装置II形成了原电池，有电流产生，电流表发生偏转； 【解析】A．装置Ⅰ不能形成原电池，电流表指针不发生偏转，A错误；B．装置Ⅱ构成原电池，电流表指针偏转，B正确；C．装置I没有形成闭合回路，不能形成原电池，电流表不发生偏转；装置II形成了原电池，有电流产生，电流表发生偏转，C错误；D．装置I没有形成闭合回路，不能形成原电池，电流表不发生偏转；装置II形成了原电池，有电流产生，电流表发生偏转，D错误；答案选B。 5．如图是课外活动小组设计用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法正确的是 A．溶液变成蓝色 B．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向改变 C．如果将硫酸换成硫酸铜，导线中不会有电子流动 D．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换 【答案】D 【分析】该装置为锌铜原电池，锌作负极，铜作正极，据此分析； 【解析】A．该装置组成锌铜原电池，锌作负极失去电子变成锌离子，铜作正极，铜本身不参与反应，溶液不会变成蓝色，A错误；B．如果将锌片换成铁片，铁比铜活泼，铁仍旧作负极，电路中的电流方向不改变，B错误；C．如果将硫酸换成硫酸铜，仍能形成原电池，导线中会有电子流动，C错误；D．原电池是化学能转化为电能的装置，原电池产生的电能在电路中转化为LED灯的光能，所以装置中存在“化学能→电能→光能”的转换，D正确；故选D。 6．某铜锌原电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．溶液变成蓝色 B．Zn发生氧化反应 C．电子由Zn棒经电解质溶液流向Cu棒 D．每生成标准状况下22.4L ，转移1mol电子 【答案】B 【分析】铜锌原电池中，Zn为负极，失去电子，发生氧化反应，电极反应式为，Cu为正极，得到电子，发生还原反应，电极反应式为，据此回答。 【解析】A．Cu不参与反应，溶液中无生成，不会变蓝，A错误；B．Zn为负极，失去电子，发生氧化反应，B正确；C．电子由Zn棒经导线流向Cu棒，不进入溶液，C错误；D．由知，生成22.4L（标准状况 ）（1mol ），转移2mol电子，D错误；故选B。 7．用如图所示装置研究原电池的原理，下列说法不正确的是 A．装置(1)不是原电池 B．装置(2)中铜电极反应式为：2H＋＋2e－＝H2↑ C．装置(3)中正极质量会减少 D．装置(2)(3)中SO42－均向锌电极移动 【答案】C 【解析】A项，图中没有形成闭合电路，不能构成原电池，正确；B项，锌较铜活泼，Zn失去电子发生氧化反应为负极，正极铜上的电极反应为氢离子发生还原反应生成氢气：2H＋＋2e－＝H2↑，正确；C项，装置(3)中，正极铜上铜离子发生还原反应生成铜单质，质量增大，错误；D项，原电池中阴离子向负极移动，故装置(2)(3)中SO42－均向锌电极移动，正确。 综合应用 8．某科学探究小组为探究电化学原理，设计了如图所示的装置进行探究实验。下列对实验中观察到的现象或相关结论的叙述错误的是 A．a和b不连接时，铁片上有红色的铜析出，该装置不能形成原电池 B．a和b用导线连接时铜片为负极，发生的反应为：Cu2＋＋2e-=Cu C．无论a和b是否连接，反应的本质相同，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2＋生成 D．a和b用导线连接时，溶液中的Cu2＋应向铜电极移动且能更快地在铜电极上析出铜 【答案】B 【解析】A．a和b不连接时，没有形成闭合回路，没有构成原电池，铁直接把铜置换出来，A正确；B．导线连接后，构成原电池，铁比铜活泼，铁作负极，发生的反应为Fe－2e－=Fe2＋，B错误；C．无论a和b是否连接，反应的本质相同均为Fe+Cu2+=Fe2++Cu，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2＋生成，C正确；D．a和b用导线连接时，构成原电池，铜电极为正极，阳离子流向负极，且原电池可以加快反应速率，D正确；综上所述答案为B。 9．如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向。如图所示，关于该装置的下列说法中错误的是 A．外电路的电流方向为：Y→外电路→X B．溶液中的 H+向 X极移动，Y极上发生的是还原反应 C．若两电极分别为 Fe 和碳棒，则 X为 Fe，Y为碳棒 D．若两电极都是金属，则它们的金属活动性顺序为 X>Y 【答案】B 【分析】由图示知，电子由X极流出，经外电路流向Y极，故X极为负极，Y极为正极。 【解析】A．电流方向与电子方向相反，故电流由Y极流出，经外电路流入X极，A正确；B．根据原电池原理，阳离子H+移向正极，即向Y极移动，B错误；C．Fe与稀硫酸反应，失电子被氧化，故Fe作负极，即为X极，则Y极为碳棒，C正确；D．若两电极均为金属，根据图示知X极为负极，更容易失电子，即活泼性X＞Y，D正确；故答案选B。 10．某同学在化学课上受到启发，制作了如图的“柠檬电池”。下列说法正确的是 A．Cu为负极，Zn为正极 B．电子由锌片通过柠檬流向铜片 C．负极的电极反应式： D．将铜片换成锌片，LED灯也会发光 【答案】C 【分析】Zn比Cu活泼，Zn作负极，Cu作正极，果汁作电解质溶液，据此分析解答。 【解析】A．根据分析， Zn为负极，Cu为正极，A错误； B．电子不能进入溶液，电子从锌电极经导线流向铜电极，B错误； C．锌做负极，负极失去电子发生氧化反应，电极反应式：，C正确； D．将铜片换成锌片，两电极均为锌，活泼性相同，不能构成原电池，因此LED灯不会发光，D错误； 故选C。 11．有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下： 实验装置 部分实验现象 a极质量减小，b极质量增加 b极有气体产生，c极无变化 d极溶解，c极有气体产生 电流计指示在导线中电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是 A．d>a>c>b B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c 【答案】C 【解析】a极质量减小，b极质量增加，则表明a极金属失电子作负极，溶液中的Cu2+在b极得电子生成Cu附着在b极，金属活动性a＞b；b极有气体产生，c极无变化，则表明b极金属能与H+发生置换反应，而c极不能，金属活动性b＞c；d极溶解，c极有气体产生，则d极为负极，c极为正极，金属活动性d＞c；电流计指示，导线中电流从a极流向d极，则d极为负极，a极为正极，金属活动性d＞a；综合以上分析，金属活动性d＞a＞b＞c，C正确。 12．用下图装置探究原电池中的能量转化。图中注射器用来收集气体并读取气体体积，实验数据记录如下表： 时间/min 实验① 实验② 气体体积/mL 溶液温度/℃ 气体体积/mL 溶液温度/℃ 0 0 22.0 0 22.0 8.5 30 24.8 50 23.8 10.5 50 26.0 — —    下列说法正确的是 A．①②中的碳棒表面均有气泡产生 B．生成相同体积气体时，实验①所用时间较短 C．0~8.5min，实验②反应较快，是因为该实验装置构成了原电池 D．反应至8.5min，对比两实验溶液温度，说明反应释放的总能量：①>② 【答案】C 【分析】①没有闭合电路，不行形成原电池，锌和盐酸生成氢气，锌表面有气体生成；②形成原电池，锌失去电子为负极，氢离子在碳极得到电子生成氢气为正极； 【解析】A．由分析可知，①中锌表面生成气体，②中的碳棒表面有气泡产生，A错误；B．由表格数据可知，②反应速率更快，生成相同体积气体时，实验②所用时间较，B错误；C．0~8.5min，实验②反应较快，是因为该实验装置构成了原电池，原电池可以加速反应的进行，C正确；D．反应至8.5min，对比两实验溶液温度，说明反应①中转化为热能的能量较大，而不能水面释放的总能量①>②，D错误；故选C。 13．普通锌锰电池的构造示意图如下。电池放电时发生的主要反应为：。下列说法正确的是 A．石墨棒作负极 B．发生氧化反应 C．失电子生成 D．电池工作时，电子由石墨棒通过导线流向锌筒 【答案】B 【分析】普通锌锰电池放电时发生的主要反应为：，根据总反应可知，锌是活泼金属，失电子发生氧化反应，则锌作负极，在石墨上得电子发生还原反应，则石墨作正极。 【解析】A．根据分析，石墨棒作正极，A错误； B．失电子发生氧化反应，B正确； C．得电子发生还原反应生成，C错误； D．电池工作时，电子由负极通过导线流向正极，即由锌筒通过导线流向石墨棒，D错误； 答案选B。 拓展培优 14．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图。    下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是 A．该电池工作时电能转化为化学能 B．O2在b电极上发生还原反应 C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a D．氢氧燃料电池不属于绿色电源 【答案】B 【分析】氢氧酸性燃料电池是把化学能转变为电能的装置，通入氢气的a电极为电源的负极，发生氧化反应，电极反应式为H2-2e-=2H+，通入氧气的b电极为原电池的正极，电极反应式为O2+ 4H++ 4e-=2H2O， 工作时，电子由负极经外电路流向正极。 【解析】A．氢氧酸性燃料电池是把化学能转变为电能的装置，故A项错误； B．由上述分析可知，电极b为正极，O2在b电极上发生还原反应，故B项正确； C．原电池工作时，电子由负极经外电路流向正极，即电子由电极a通过导线流向电极b，故C项错误； D．氢氧燃料电池最终生成水，不污染环境，属于绿色电源，故D项错误； 故选B。 15．化学电池的研发与生产、生活和军事等领域的发展密切相关。目前研发成熟并广泛使用的二次电池镍镉(碱性)电池，该电池的总反应为：，以下说法正确的是 A．放电时负极反应为： B．放电时作正极 C．放电时发生氧化反应 D．充电时将化学能转化为电能 【答案】A 【解析】A．放电时Cd为负极失去电子，电极反应为：，故A正确； B．放电时Cd为负极失去电子，故B错误； C．放电时中Ni得到电子，发生还原反应，故C错误； D．充电时为电解池，将电能转化为化学能，故D错误； 故选：A。 16．化学反应与能量变化对人类生产、生活有重要的意义。回答下列问题： （1）用A、B、C、D四种金属按如表所示的装置进行实验。 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 ①装置甲中：负极为 (填“A”或“B”)，正极反应式为 。 ②装置丙中溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)。 ③四种金属的活动性由强到弱的顺序是 。 （2）若用图甲装置，依据反应设计原电池，则电极X应为 (填化学式)，电解质溶液可选 溶液(写出一种即可)。 （3）燃料电池必须从电池外部源源不断地向电池提供天然气、甲烷、煤气等含氢化合物作为燃料。基于甲烷空气燃料电池，其工作原理如图乙所示，a、b均为惰性电极。其中，a为 极(填“正”或“负”)，写出正极的电极反应式 。 【答案】（1）①A 2H+ + 2e- = H2↑ ②变大 ③D>A>B>C （2）Cu FeCl3溶液 （3）负 O2 + 2H2O +4e- = 4OH- 【解析】（1）①装置甲中二价金属A不断溶解，则A为负极；正极上，氢离子得到电子生成氢气，电极反应为：2H+ + 2e- = H2↑； ②丙装置中A上有气体产生，该气体应为氢气，A上的电极反应式为，消耗氢离子，溶液酸性减弱，溶液的pH变大； ③由实验现象可知，装置甲中，A为负极，B为正极，装置乙中，C为正极，B为负极，装置丙中，D为负极，A为正极，作原电池负极的金属活动性大于作正极金属，则四种金属的活动性由强到弱的顺序是D>A>B>C； （2）根据总反应可知，负极电极反应为，电极X为负极，X为Cu；电解质溶液应该选择含有三价铁可以溶于水的盐溶液，可以选择FeCl3溶液； （3）电子由a经外电路到b，电子由负极经外电路到正极，则a为负极；由题可知，该电池为甲烷 ()-空气燃料电池，电解质为KOH，则正极通入，正极反应式为O2 + 2H2O +4e- = 4OH-。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第五章 金属及其化合物 第三节 化学变化中的能量变化 第2课时 化学能与电能的转化 教学目标 1.知道化学能可以转化为电能。 2.认识原电池的组成和工作原理。 重点和难点 能从氧化还原反应的角度初步认识简单原电池的构成要素和工作原理。 ◆知识点一 原电池的工作原理 1.电池：把 能转化为 能的装置，称为化学电源，习惯上叫做电池。电池大体上可分为原电池、蓄电池和燃料电池等。 2.实验探究：铜—锌原电池 实验装置 实验步骤 （1）把一块铜片和锌片并排插入盛有稀硫酸的容器里，观察实验现象。 （2）把铜片、锌片分别用导线连接，并接入灵敏电流计，观察和记录实验现象。 编号 现象记录 实验结论 （1） 当锌片与铜片插入稀硫酸时，锌片 ，有 产生，铜片上 产生 反应的离子方程式： ；Cu片表面无明显变化的原因：铜排在金属活动性顺序表氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气。 （2） 当用导线将锌片和铜片相连后，锌片 ，铜片上有 产生，电流表指针发生 。 锌—铜—稀硫酸构成了原电池装置，产生了电流，化学能转化为电能。 原理分析： （1）反应的离子方程式： ；Cu片表面无明显变化的原因：铜排在金属活动性顺序表氢的后面，不能从酸溶液中置换出氢气。 （2）锌与稀硫酸反应，但氢气在铜片上产生。电流表指针偏转说明：导线中有 ；Cu片上有气泡说明：溶液中的 在铜片表面获得电子发生还原反应产生 ，从铜片上放出。 归纳总结：　　 电极材料 电极名称 电子转移 电极反应式 反应类型 锌 负极 电子流出 Zn－2e－===Zn2＋ 氧化反应 铜 正极 电子流入 2H＋＋2e－===H2↑ 还原反应 总离子反应式 Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ 3.原电池定义及本质 概念：原电池是把化学能转化为 的装置， 反应本质：自发进行的 。 4.原电池模型 Zn—Cu电池 ①电子移动方向 锌失电子逐渐溶解变成Zn2＋进入溶液， 从负极经导线流入正极 ②离子移动方向 阴离子向 移动(如SO)，阳离子向 移动(如Zn2＋和H＋，溶液中H＋在 上得电子形成氢气在铜片上冒出)。 ③电极反应式 负极(锌极)： (氧化反应)。 正极(铜极)： (还原反应)。 总反应： 。 特别提醒 在判断电流方向时，要注意电源的内电路和外电路的电流方向的不同：在电源的外电路电流由 极流向 极，在电源的内电路电流由 极流向 极。 5.原电池的构成条件 一看反应 看是否有能 进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应) 二看两电极 一般是 不同的两电极 三看是否形成闭合回路 形成闭合回路需三个条件（组成原电池至少的三个部分）： ①电解质溶液或 ；（电极） ②两电极直接或间接 ；（导线） ③两电极插入 中。（电解质溶液） 特别提醒 原电池的正、负极的判断方法 ①根据电极材料：较活泼的金属为 极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为 极。 ②根据电流方向或电子流动方向：电流是由 极流向 极的，电子是由 极流向 极的。 ③根据离子移动方向：阳离子移向 极，阴离子移向 极。 ④根据电极反应类型：发生氧化反应的为 极，发生还原反应的为 极。 ⑤根据电极上反应现象：如电极粗细的变化、质量的变化、是否有气泡产生等。 即学即练 1．如下图，下列装置属于原电池的是 A．B．C． D． 2．对于原电池的电极名称，下列叙述有错误的是 A．发生氧化反应的为负极 B．正极为电子流入的一极 C．比较不活泼的金属为负极 D．正极为电解质溶液中阳离子移向的一极 3．根据反应“”设计的原电池如图所示，下列判断不正确的是 A．锌是负极，其质量逐步减小 B．铜电极上有气泡产生 C．电子从铜片经导线流向锌片 D．电流从铜片经导线流向锌片 ◆知识点二 化学电源 1.原电池又称 电池，是指放电之后 的化学电池，如锌锰干电池、锌银纽扣电池等。 2.蓄电池又称 电池，是指放电之后 的化学电池，如铅酸蓄电池、锂离子电池等。 3.燃料电池是将氢气、甲醇等燃料的化学能直接转化成电能的化学电池，如氢燃料电池、甲醇燃料电池等。 4.原电池和电解池的区别 能 能 特别提醒 二次电池的充放电规律 即学即练 1．下列有关化学电源的说法中正确的是 A．化学电源只能将化学能转化为电能 B．燃料电池能将全部化学能转化为电能 C．二次电池又叫蓄电池，它放电后可再充电使活性物获得再生 D．一次电池包括干电池和蓄电池 考点一 原电池的组成和工作原理 【例1】同学们设计了如图所示装置探究化学反应与电能。下列说法正确的是 A．甲装置中Zn表面有气泡产生，乙装置中Cu表面有气泡产生 B．甲装置和乙装置中，Zn均作负极 C．乙装置中电子由Cu流出，经导线流向Zn D．若仅将乙装置中的稀硫酸换成溶液，电流表指针会发生偏转 【变式1-1】下列能形成原电池的是 A． B． C． D． 【变式1-2】某铜锌原电池装置如图所示，下列有关说法正确的是 A．该原电池中Zn极发生还原反应 B．该原电池电流从Zn极流向Cu极 C．该原电池放电时，电解质溶液质量不断减小 D．该原电池能够将化学能转化为电能 考点二 化学电池的认识 【例2】下图是某科研小组研制的电池的简单示意图。该电池工作原理可表示为。下列有关该电池说法正确的是 A．电极为正极 B．发生了氧化反应 C．实现了电能向化学能的转化 D．电子由电极经外电路流向电极 【变式2-1】锂－空气电池放电时反应为2Li+O2＝Li2O2，某锂－空气电池的构造原理图如图。下列说法正确的是 A．锂作为该电池的正极 B．电子从含催化剂的多孔电极流向锂 C．可选用稀硫酸作为电解液 D．多孔材料可增大催化剂和空气的接触面积 【变式2-2】铅酸蓄电池是常见的可充电电池，其结构如图所示。充放电时的电池反应：。下列说法中不正确的是 A．放电时得电子，被氧化 B．负极的电极反应为： C．充电时电能转化为化学能 D．电池充电时，溶液酸性增强 基础达标 1．下列关于原电池的叙述正确的是 A．构成原电池的正极和负极的材料必须是两种不同的金属 B．原电池是将热能转化为电能的装置 C．在原电池中，电子流出的一极是负极 D．原电池工作时，正极发生氧化反应 2．下列装置能形成原电池的是 ①②③④⑤⑥⑦ A．①②③⑦ B．①②⑤⑥ C．①②③④ D．①②③⑥⑦ 3．理论上，下列反应不能设计成原电池的是 A． B． C． D． 4．某实验小组设计如图装置探究化学能与电能的转化关系，下列说法正确的是 A．只有装置Ⅰ中电流表指针偏转 B．只有装置Ⅱ中电流表指针偏转 C．两个装置中电流表指针都发生偏转 D．两个装置中电流表指针都不发生偏转 5．如图是课外活动小组设计用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法正确的是 A．溶液变成蓝色 B．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向改变 C．如果将硫酸换成硫酸铜，导线中不会有电子流动 D．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换 6．某铜锌原电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．溶液变成蓝色 B．Zn发生氧化反应 C．电子由Zn棒经电解质溶液流向Cu棒 D．每生成标准状况下22.4L ，转移1mol电子 7．用如图所示装置研究原电池的原理，下列说法不正确的是 A．装置(1)不是原电池 B．装置(2)中铜电极反应式为：2H＋＋2e－＝H2↑ C．装置(3)中正极质量会减少 D．装置(2)(3)中SO42－均向锌电极移动 综合应用 8．某科学探究小组为探究电化学原理，设计了如图所示的装置进行探究实验。下列对实验中观察到的现象或相关结论的叙述错误的是 A．a和b不连接时，铁片上有红色的铜析出，该装置不能形成原电池 B．a和b用导线连接时铜片为负极，发生的反应为：Cu2＋＋2e-=Cu C．无论a和b是否连接，反应的本质相同，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2＋生成 D．a和b用导线连接时，溶液中的Cu2＋应向铜电极移动且能更快地在铜电极上析出铜 9．如图，在盛有稀硫酸的烧杯中放入用导线连接的电极X、Y，外电路中电子流向。如图所示，关于该装置的下列说法中错误的是 A．外电路的电流方向为：Y→外电路→X B．溶液中的 H+向 X极移动，Y极上发生的是还原反应 C．若两电极分别为 Fe 和碳棒，则 X为 Fe，Y为碳棒 D．若两电极都是金属，则它们的金属活动性顺序为 X>Y 10．某同学在化学课上受到启发，制作了如图的“柠檬电池”。下列说法正确的是 A．Cu为负极，Zn为正极 B．电子由锌片通过柠檬流向铜片 C．负极的电极反应式： D．将铜片换成锌片，LED灯也会发光 11．有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下： 实验装置 部分实验现象 a极质量减小，b极质量增加 b极有气体产生，c极无变化 d极溶解，c极有气体产生 电流计指示在导线中电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是 A．d>a>c>b B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c 12．用下图装置探究原电池中的能量转化。图中注射器用来收集气体并读取气体体积，实验数据记录如下表： 时间/min 实验① 实验② 气体体积/mL 溶液温度/℃ 气体体积/mL 溶液温度/℃ 0 0 22.0 0 22.0 8.5 30 24.8 50 23.8 10.5 50 26.0 — —    下列说法正确的是 A．①②中的碳棒表面均有气泡产生 B．生成相同体积气体时，实验①所用时间较短 C．0~8.5min，实验②反应较快，是因为该实验装置构成了原电池 D．反应至8.5min，对比两实验溶液温度，说明反应释放的总能量：①>② 13．普通锌锰电池的构造示意图如下。电池放电时发生的主要反应为：。下列说法正确的是 A．石墨棒作负极 B．发生氧化反应 C．失电子生成 D．电池工作时，电子由石墨棒通过导线流向锌筒 拓展培优 14．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图。    下列有关氢氧燃料电池的说法正确的是 A．该电池工作时电能转化为化学能 B．O2在b电极上发生还原反应 C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a D．氢氧燃料电池不属于绿色电源 15．化学电池的研发与生产、生活和军事等领域的发展密切相关。目前研发成熟并广泛使用的二次电池镍镉(碱性)电池，该电池的总反应为：，以下说法正确的是 A．放电时负极反应为： B．放电时作正极 C．放电时发生氧化反应 D．充电时将化学能转化为电能 16．化学反应与能量变化对人类生产、生活有重要的意义。回答下列问题： （1）用A、B、C、D四种金属按如表所示的装置进行实验。 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 ①装置甲中：负极为 (填“A”或“B”)，正极反应式为 。 ②装置丙中溶液的pH (填“变大”“变小”或“不变”)。 ③四种金属的活动性由强到弱的顺序是 。 （2）若用图甲装置，依据反应设计原电池，则电极X应为 (填化学式)，电解质溶液可选 溶液(写出一种即可)。 （3）燃料电池必须从电池外部源源不断地向电池提供天然气、甲烷、煤气等含氢化合物作为燃料。基于甲烷空气燃料电池，其工作原理如图乙所示，a、b均为惰性电极。其中，a为 极(填“正”或“负”)，写出正极的电极反应式 。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $