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(学用Word)-【优学精讲】2025-2026学年高中化学必修第二册（鲁科版）

本讲义聚焦“化学反应能量转化的重要应用——化学电池”核心知识点，从氢氧燃料电池引入，系统梳理原电池工作原理、构成条件、正负极判断方法，延伸至原电池设计、分类及电极反应式书写，构建“原理理解-装置分析-应用设计”的完整学习支架。 资料通过探究活动（如比较不同装置能量转化）、例题解析（如原电池装置判断）及规律总结（电极反应式书写原则），培养科学探究与实践能力和科学思维。课中助力教师引导学生通过实验分析建构原电池模型，课后学生可借助迁移应用与能力题巩固知识，弥补理解盲点。

第2课时　化学反应能量转化的重要应用——化学电池 1.知道化学反应可以实现化学能与其他形式的能量转化。 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。 知识点一　原电池的工作原理 1.初识氢氧燃料电池 （1）氢氧燃料电池两电极的反应类型 氢气是　　　　反应物，氢气分子中的氢原子在负极上失电子，氢气发生　　　　反应；氧气是　　　　反应物，氧气分子中的氧原子在正极上得电子，氧气发生　　　　反应。 （2）氢氧燃料电池原理 燃料电池产生电流的原因是在两个石墨电极上有　　　　　能力不同的物质——氢气和氧气，当形成　　　　　时，便会产生电流。 2.原电池的构成条件 （1）能自发发生的氧化还原反应。 （2）电极：两个导体作电极。一般为两种活泼性不同的金属，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。或者是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。 3.原电池的工作原理（以铜锌原电池为例） 4.原电池正、负极的判断 【探究活动】 1.在下列两装置中： （1）能量转化方式：甲为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，乙为　　　　　　　　　　。 （2）甲、乙中的反应实质是否相同？ 2.请讨论作原电池两极的材料有什么样的要求？ 1.某小组为研究电化学原理，设计如图装置，下列叙述不正确的是（　　） A.a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B.a和b用导线连接时，a所连的电极上发生的反应为Cu2＋＋2e－Cu C.不论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色 D.a和b用导线连接时，铁片作正极 2.如图为铜锌原电池装置示意图，下列说法不正确的是（　　） A.该原电池中，铜为正极并且有气泡产生 B.该原电池中，电子由铜片经过导线流入锌片 C.该原电池工作一段时间后，溶液的c（H＋）减小 D.该原电池工作一段时间后，锌片质量减小 3.（2025·新疆喀什期中）把化学能转化为电能的装置叫做原电池。 （1）装置①、②、③、④中能组成原电池的装置为　　　　（填序号）。 （2）装置④中，正极材料是　　　　；负极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　； 电池工作时，总反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　； 烧杯中N向　　　　电极移动（填“Cu”或“Ag”）；导线中电子的流动方向为　　　　（填“Cu到Ag”或“Ag到Cu”）。 知识点二　原电池的设计和化学电池分类 1.设计一个简单的原电池 设计思路及依据 实验装置 实验现象 氧化还原反应：Zn＋2H＋Zn2＋＋H2↑ 有大量的无色气泡在铜片上产生并逸出，锌片不断溶解，电流表指针偏转 确定负极 选择负极反应物 选择负极材料 确定正极 选择正极反应物 选择正极材料 形成闭合 回路 选择离子导体 选择电子导体 2.原电池原理的其他应用 3.化学电池的分类 【探究活动】 1.所有的氧化还原反应都能设计成原电池吗？ 2.在锌与稀硫酸反应时，若滴加几滴硫酸铜溶液，反应速率会加快，试分析其原因。 3.原电池中活泼性强的一定是负极吗？ 1.把A、B、C、D四块金属片浸入稀硫酸中，分别用导线两两相连可以组成原电池。A、B相连时A为负极；C、D相连时，电流由D→C；A、C相连时，C极上产生大量气泡；B、D相连时，D极发生氧化反应。这四种金属的活动性顺序是（　　） A.A＞B＞C＞D B.A＞C＞D＞B C.C＞A＞B＞D D.B＞D＞C＞A 2.某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是（　　） A B C D 电极材料 Cu、Zn Cu、Ag Cu、C Fe、Zn 电解质 FeCl3 Fe2（SO4）3 Fe（NO3）2 CuSO4 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（　　） 能力培养　电池电极反应式的书写（归纳与论证） 如图所示，是原电池的装置图。请回答： （1）若溶液C为稀硫酸，电流表指针发生偏转，B电极材料为Fe且做负极，则A电极上发生的电极反应式为　　　　　　　　；反应进行一段时间后溶液C的pH将　　　　（填“升高”“降低”或“基本不变”）。 （2）若需将反应Cu＋2Fe3＋Cu2＋＋2Fe2＋设计成如图所示的原电池装置，则A极（负极）材料为　　　　　，B极（正极）材料为　　　　，溶液C为　　　　。 （3）若C为CuCl2溶液，Zn是　　　　　　极，Cu极发生　　　　反应，电极反应式为　　　　　　　　　　　。反应过程溶液中c（Cu2＋）　　　（填“变大”“变小”或“不变”）。 【规律方法】 1.书写电极反应式遵循的原则 （1）遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒。弱电解质、气体和难溶物不能拆开，其余的以离子形式表示。 （2）正极反应产物、负极反应产物根据题意或化学方程式确定，也要注意电解质溶液的成分对电极反应产物的影响。 2.负极反应式的书写 （1）活泼金属做负极时，电极本身被氧化 ①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＋。 ②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Mg-Al（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－＋SPbSO4。 （2）负极本身不反应时，要确定被氧化的物质 如氢氧（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。 3.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－。 【迁移应用】 1.科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化为氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池中发电，电池负极反应式为（　　） A.H2＋2OH－－2e－2H2O B.O2＋4H＋＋4e－2H2O C.H2－2e－2H＋ D.O2＋2H2O＋4e－4OH－ 2.碱性锌锰干电池是一种使用广泛的便携式电源。电池总反应为Zn＋2MnO2＋2H2OZn（OH）2＋2MnOOH，下列说法错误的是（　　） A.MnOOH中Mn的化合价为＋3价 B.MnO2在正极上反应 C.负极的电极反应为Zn－2e－Zn2＋ D.电池工作时，电子由负极通过外电路流向正极 3.（2025·云南大理期末）利用电化学原理去除天然气中的H2S，装置如图所示，总反应为2Fe＋2H2S＋O22FeS＋2H2O。下列说法错误的是（　　） A.O2在碳电极上发生还原反应 B.负极区发生的反应为Fe－2e－＋H2SFeS＋2H＋ C.可将NaCl溶液换为NaOH溶液 D.工作一段时间后，H2S的去除效率会降低 1.关于如图所示装置的叙述中正确的是（　　） A.铜是正极 B.溶液中的Fe3＋向铜棒移动 C.电子从铜片经导线流向碳棒 D.碳棒上有红色铜生成 2.如图是锌、铜和稀硫酸形成的原电池，某实验兴趣小组同学做完实验后，在读书卡片上记录如下： 卡片：No.28 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ZnCu ④Cu极有H2产生 ⑤若有1 mol电子流过导线，则产生的H2为0.5 mol ⑥正极反应式为Zn－2e－Zn2＋ 卡片上的描述合理的是（　　） A.①②③ B.③④⑤ C.①⑤⑥ D.②③④ 3.关于如图所示的原电池装置，下列叙述错误的是（　　） A.a为原电池的正极 B.电子由b极流出，经导线流向a极 C.溶液中阳离子向a极移动 D.b极发生还原反应 4.某化学兴趣小组为研究原电池原理，设计如图装置。下列叙述正确的是（　　） A.若X为Fe，Y为Cu，则铁为正极 B.若X为Fe，Y为Cu，则电子由铜片流向铁片 C.若X为Fe，Y为C，则碳棒上有红色固体析出 D.若X为Cu，Y为Zn，则铜离子在锌片上发生还原反应 5.原电池是将化学能转化为电能的装置。 Ⅰ. a为铜片，b为铁片，烧杯中是稀硫酸。 （1）当开关K断开时产生的现象为　　　　（填字母，下同）；当开关K闭合时，产生的现象为　　 　。 A.a不断溶解 B.b不断溶解 C.a上产生气泡 D.b上产生气泡 E.溶液逐渐变蓝 （2）闭合开关K，反应一段时间后断开开关K，经过一段时间后，下列叙述不正确的是　　　（填字母）。 A.溶液中H＋浓度减小 B.正极附近S浓度逐渐增大 C.溶液中含有FeSO4 D.溶液中S浓度基本不变 Ⅱ.FeCl3溶液常用于腐蚀印刷电路铜板，反应过程的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，若将此反应设计成原电池，请写出该原电池负极的电极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　， 正极的电极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 提示：完成课后作业　第2章　第2节　第2课时 阶段重点练（三） 7 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2课时　化学反应能量转化的 重要应用——化学电池 知识点一 1.（1）负极　氧化　正极　还原　（2）得失电子　闭合回路 探究活动 1.（1）提示：化学能转化为热能；化学能转化为电能。 （2）提示：相同，都是Zn＋Cu2＋Zn2＋＋Cu。 2.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。 对点训练 1.D　a和b不连接时，铁置换铜，A正确；a和b用导线连接时，构成原电池，a作正极，发生还原反应：Cu2＋＋2e－Cu，B正确；不论a和b是否连接均发生反应Fe＋Cu2＋Fe2＋＋Cu，铁片溶解，溶液由蓝色变为浅绿色，C正确；a和b用导线连接时，构成原电池，金属活动性：Fe＞Cu，铁片作负极，D错误。 2.B　锌的金属性强于铜，则该原电池中，铜为正极，电极反应式为2H＋＋2e－H2↑，故铜极上有气泡产生，随反应进行，溶液中c（H＋）减小；锌为负极，电极反应式为Zn－2e－Zn2＋，该原电池工作一段时间后，锌片质量减小；该原电池中，电子由负极锌片经过导线流入正极铜片。 3.（1）②④　（2）Ag　Cu－2e－Cu2＋　Cu＋2Ag＋Cu2＋＋2Ag　Cu　Cu到Ag 解析：（1）装置①中，酒精是非电解质，不能构成原电池，③中是断路，不能形成闭合回路，不能组成原电池，能组成原电池的是装置②④。（2）装置④中，金属铜是负极，电极反应式为Cu－2e－Cu2＋，正极是金属银，电极反应为Ag＋＋e－Ag，总反应的离子方程式为Cu＋2Ag＋2Ag＋Cu2＋，烧杯中N移向负极，即向着Cu电极移动，电子从负极流向正极，即Cu到Ag。 知识点二 探究活动 1.提示：不是所有的氧化还原反应都能设计成原电池。只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池。 2.提示：滴加硫酸铜溶液后，会有少量锌与硫酸铜反应置换出铜，然后铜、锌分别作为原电池的两个电极而形成原电池，从而加快锌与稀硫酸的反应。 3.提示：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，由于铝发生钝化，铜是负极。 对点训练 1.B　A、B相连时，A为负极，则活动性顺序：A＞B；C、D相连时，电流由D→C，说明C为负极，则活动性顺序：C＞D；A、C相连时，C极上产生大量气泡，则C为原电池的正极，活动性顺序：A＞C；B、D相连时，D极发生氧化反应，D应为原电池的负极，活动性顺序：D＞B；则有活动性顺序：A＞C＞D＞B。 2.B　金属锌比金属铜活泼，锌做负极，发生的反应为Zn＋2Fe3＋Zn2＋＋2Fe2＋，A错误；铜比银活泼，金属铜做原电池的负极，电池反应为Cu＋2Fe3＋Cu2＋＋2Fe2＋，B正确；碳为非金属，所以金属铜做原电池的负极，但电解质溶液中不含有Fe3＋，C错误；锌比Fe活泼，锌做负极，电池反应为Zn＋Cu2＋Zn2＋＋Cu，D错误。 3.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，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硫酸铜反应，所以产生的氢气会比b中的少。 能力培养 （1）提示：铁做负极，则该原电池是铁与稀硫酸反应置换出氢气的反应，所以正极上氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－H2↑；溶液中氢离子放电，导致溶液中氢离子浓度减小，pH升高。 （2）提示：Cu＋2Fe3＋Cu2＋＋2Fe2＋设计成如题图所示的原电池装置，根据方程式中物质发生反应的类型判断，Cu发生氧化反应，做原电池的负极，所以A极（负极）材料是Cu，B极（正极）材料是不如Cu活泼的导电物质如石墨、Ag等；溶液C中含有Fe3＋，如FeCl3溶液。 （3）提示：Zn比较活泼，在原电池中做负极，Cu做正极，正极发生还原反应，Cu2＋在正极得到电子变成Cu，电极反应式为Cu2＋＋2e－Cu，Cu2＋发生了反应，则c（Cu2＋）变小。 迁移应用 1.C　通入H2的一极为负极，负极上H2发生氧化反应，在磷酸的酸性环境中，H2的氧化产物为H＋，电极反应式为H2－2e－2H＋。 2.C　MnOOH中Mn元素的化合价为＋3价，A正确；由电池总反应知，Zn元素化合价升高被氧化，做负极，MnO2中Mn元素化合价降低被还原，做正极，B正确；负极的电极反应为Zn－2e－＋2OH－Zn（OH）2，C错误；电子由负极通过外电路流向正极，D正确。 3.C　O2在正极碳电极上得到电子发生还原反应，A正确；负极的铁失去电子，发生氧化反应和硫化氢生成硫化亚铁和氢离子，发生的反应为Fe－2e－＋H2SFeS＋2H＋，B正确；NaCl溶液换为NaOH溶液，不能将铁转化为硫化亚铁，C错误；根据总反应可知，生成的FeS附着在铁碳填料的表面，负极的表面积减少，化学反应速率减慢，导致H2S的去除效率会降低，D正确。 【随堂演练】 1.C　电池中发生反应的化学方程式即电池总反应式：2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋，在此反应中铜失电子，做原电池负极，电子从铜片经导线流向碳棒，在碳棒上电子与溶液中的Fe3＋结合生成Fe2＋，所以碳棒做正极，溶液中的阳离子向正极移动，即溶液中的Fe3＋向正极碳棒移动。 2.B　①锌比铜活泼，锌做负极，铜做正极，错误；②阳离子向正极移动，即H＋向铜电极移动，错误；③电子从负极锌经金属导线流向正极铜，正确；④正极即Cu极上发生反应：2H＋＋2e－H2↑，正确；⑤根据④的分析，若电路中通过1 mol电子，则产生 0.5 mol 氢气，正确；⑥锌做负极，电极反应式为Zn－2e－Zn2＋，错误。 3.D　根据图中电流方向可知，a是正极，b是负极，A正确；b是负极，电子由负极流出，经导线流向a极，B正确；a是正极，溶液中阳离子移向正极，C正确；b是负极，负极发生氧化反应，D错误。 4.C　当Fe与Cu（或碳）构成原电池时，铁为负极，失电子发生氧化反应，电子由铁电极流向铜电极（或碳电极），Cu2＋在铜（或碳棒）上析出，A、B项错误，C项正确；Cu、Zn构成原电池时，正极是铜棒，Cu2＋在铜棒发生还原反应而析出，D项错误。 5.Ⅰ.（1）BD　BC　（2）B Ⅱ.2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋　Cu－2e－Cu2＋　2Fe3＋＋2e－2Fe2＋ 解析：Ⅰ.（1）当开关K断开时，铁片直接与稀硫酸反应，所以可以看到b不断溶解，并且b上产生气泡，所以选B、D；当开关K闭合时，形成原电池，铁片做负极被氧化成亚铁离子，铜片为正极，氢离子在铜片上被还原成氢气，所以可以看到b不断溶解，a上产生气泡，所以选B、C。（2）当开关K闭合时，形成原电池，铁片做负极：Fe－2e－Fe2＋，铜片为正极：2H＋＋2e－H2↑；则反应过程中溶液中氢离子浓度减小，A正确；原电池中阴离子向负极移动，所以负极附近硫酸根离子浓度增大，B错误；电池的总反应为Fe＋H2SO4FeSO4＋H2↑，所以溶液中含有FeSO4，C正确；根据总反应可知反应过程中不产生也不消耗S，所以S浓度基本不变，D正确。Ⅱ.铁离子与铜单质反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu2Fe2＋＋Cu2＋；根据总反应可知铜为负极，电极反应式为Cu－2e－Cu2＋；Fe3＋在正极发生还原反应，正极的电极反应式为2Fe3＋＋2e－2Fe2＋。 7 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $