2 化学能与电能（1）
1．熟悉能源的分类和化学能与电能的转化关系。
2．知道原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，通过实验会说明原电池的原理，以及判断原电池的正、负极。
3．会正确书写电极反应式，熟知原电池的应用。
1．在氧化还原反应中氧化剂_____电子，发生____反应，
还原剂_____电子，发生_____ 反应，氧化还原反应的本

质是________，同时伴随_____的变化。
能量
得到
还原
失去
氧化
电子转移
2、常见的电解质包括______________，非电解质包括

___ __ 。
酸、碱、盐
大多数有机物（如蔗糖、酒精等）
3、初中物理学过，电子的流向与电流的流向___（填

“相同”、“相反”），电子从___极流到___极，

电流从___极流到___极。
负
负
正
正
相反
一次能源：直接从自然界取得的能源。
二次能源：一次能源经过加工、转换得到的能源。
电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源，又称为电力。
科学视野：能源的分类
2001年我国发电总量构成图
火电站的工作原理如何?
估计在2050年火电仍居首位
火力发电的原理分析。
一、化学能与电能的相互转化
一、化学能转化为电能
化学能
（燃料）
热能
机械能
电能
燃烧
蒸汽
发电机
（蒸汽轮机）
（3）存在的问题：经多次转换，能量损耗大，燃料的利用率低；环境污染严重。
（1）能量转换：
1.火力发电
（2）关键：燃烧是使化学能转变成电能的关键。燃烧的本质是氧化还原反应，而氧化还原反应的本质是电子转移。
化学能
电能
如何将化学能直接转化为电能，进而提高资源的利用率呢？
1、当氧化剂和还原剂直接接触进行反应时，化学能要经过一系列能量转换才能转换为电能。
2、把氧化剂和还原剂分开，使氧化反应和还原反应在两个不同区域进行。
3、需要在氧化剂和还原剂之间架设桥梁使电子从氧化剂区域流向还原剂区域。
4、考虑氧化反应和还原反应发生的条件和环境，化学物质的选择。
5、从电学角度考虑仪器选择和组装问题。
[视频实验] 原电池原理探究
实验步骤及现象
无现象
产生无色气泡
逐渐溶解
偏转
气泡
问题探究
1.铜片上产生什么气体?
有人说H2是由铜和稀硫酸在这种特定的条件下反应产生出来的。这种想法正确吗？
2.铜片上的电子从何来?
Cu
Zn
稀硫酸
Zn2+
H+
H+
电流计
Zn－2e－ = Zn2+
2H+ + 2e－=H2↑
3.如何检验电子的流动?
问题探究
结果：
Zn片质量减小，Cu片质量不变，H+浓度降低，产生电流。
一、原电池
(1)概念：是 ；
本质：是 反应。
(2)构成条件
①原电池反应必须是 的氧化还原反应。
②具有活泼性不同的 。
(金属与金属或金属与能导电的非金属)。
③
④用导线相连或直接接触（ ）
将化学能转化为电能的装置
氧化还原
自发
两个电极
电解质溶液
闭合回路
试归纳构成原电池需要哪些条件条件?
Zn
Zn
Cu
A
B
C
D
E
F
√
[练习1] 下列哪些装置能构成原电池？
√
G
√
H
学与问：
根据所了解的电学知识，你知道电子是怎样流动的吗？如何判定装置的正负极？
（3）电极名称及电极反应
失e-
负极：
正极：
（一般：较不活泼金属
或非金属导电材料）
电极反应：
Zn — 2e— = Zn 2+
2H+ + 2e— = H2 ↑
电池总反应：Zn + 2 H+ = Zn2+ + H2 ↑
一般：较活泼金属
得e-
原电池的反应实质：
氧化还原反应
电子流向：
电流方向
Cu
Zn
Zn2+
H+
H+
Zn－2e－=Zn2+
2H++2e－=H2↑
氧化反应
还原反应
负极
正极
电子沿导线传递，产生电流
阳离子
(电极材料）失去电子
(溶液中阳离子)得到电子
阴离子
正极
负极
SO42-
原电池工作原理小结
较活泼金属
不活泼金属或石墨
较活泼的金属发生氧化反应,电子从较活泼的金属(负极)通过外电路流向较不活泼的金属(正极),溶液中的阳离子在此得到电子发生还原反应。
+
+
+
+
+
－
－
－
－
－
负极: 较活泼的金属
正极: 较不活泼的金属或非金属导体
[交流与思考]请根据下列原电池正负构造特点，总结出如何判断原电池的正负极.
稀硫酸
[练习2]请判断下列原电池的正负极情况和电流方向,写出电极反应方程式和总反应方程式.
+ -
[ A ] 负极(Zn): Zn – 2e- = Zn2+
正极(Fe): Cu2+ + 2e- = Cu
总反应: Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
[ B ] 负极(Zn): Zn – 2e- = Zn2+
正极(C): 2Ag+ + 2e- = 2Ag
总反应: Zn + 2Ag+ = Zn2+ + 2Ag
[ C ] 负极(Fe): Fe – 2e- = Fe2+
正极(C): 2Fe3+ + 2e- = 2Fe2+
总反应: Fe + 2Fe3+ = 3Fe2+
二、原电池原理的应用：
从理论上讲，能自发进行的氧化还原反应都可设计为原电池。
哪些反应能设计成原电池?
(1) 设计原电池
[动脑动手] 有下列材料：Zn片（2片）、Cu片（2片）、导线、水果 （西红柿、橙子等）、电流计，请设计一个装置使电流计指针发生偏转，并画出设计草图。
实践活动：
水果电池
[例1] X、Y、Z都是金属，把X浸入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X与Y组成原电池时，Y是电池的负极。X、Y、Z三种金属的活动性顺序为( )
Ａ．Ｘ＞Ｙ＞Ｚ　Ｂ．Ｘ＞Ｚ＞Ｙ　　　
Ｃ．Ｙ＞Ｘ＞Ｚ　Ｄ．Ｙ＞Ｚ＞Ｘ
C
因为X置换出Z,所以金属性Ｘ＞Ｚ
负极的金属较活泼,所以Ｙ＞Ｘ
(2)判断金属活动性的强弱
一般说来: 活泼金属作负极,较不活泼的金属作正极
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小结
间接：
直接：
装置
原电池
概
念
构成条件
工作原理
化学能与电能
一、化学能转化为电能
氧化反应
Zn-2e-=Zn2+
铜锌原电池
电解质溶液
失e,沿导线传递，有电流产生
还原反应
2H++2e-= H2↑
阴离子
阳离子
总反应：
负极
正极
Zn+2H+=Zn2++H2↑
小结：
原电池原理的应用:
(1)设计原电池
(2)判断金属活动性的强弱
④有电解质溶液
1、如右图,Zn和Cu之间设有隔膜，隔膜有微孔，离子可自由通过。
该装置属于原电池吗?
Zn
氧化
Cu
Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu
负
正
正
负
正
Cu2+
课堂练习:
2、如图所示，在铁圈和银圈的焊接处，用一根棉线将其悬在盛水的烧杯中，使之平衡；小心的向烧杯中央滴入CuSO4溶液，片刻后可观察到的现象是
( D )
A. 铁圈和银圈左右摇摆不定；
B. 保持平衡状态；
C. 铁圈向下倾斜；
D. 银圈向下倾斜；
3、某金属能和盐酸反应生成氢气，该金属与锌组成原电池时，锌为负极，该金属可能为（ ）
A、铝 B、铜 C、锡 D、硅
C
C
4、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必须是两种活泼的金属B、原电池中做正极的金属也可失电子C、原电池中电子流出的一极是负极，该极被氧化D、原电池放电时，电流的方向是从负极到正极
5、把a、b、c、d四块金属片浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极上产生大量气泡，b、d相连时，b上有大量气泡产生，则四种金属的活动性顺序由强到弱的为 ( )
A．a > b > c > d B．a > c > d > b

C．c > a > b .> d D．b > d > c > a
B
6、关于下图 所示装置的叙述，正确的是( ）
A．铜是阳极，铜片上有气泡产生

B．铜片质量逐渐减少

C．电流从锌片经导线流向铜片
D．氢离子在铜片表面被还原
D

要点一　原电池的工作原理
7、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
C
归纳：判断原电池正、负极的方法
1、根据两极材料的活泼性判断：
负极：较活泼的金属
正极：活泼性较弱的金属或非金属
2、根据电子流向或电流方向判断：
电子：由负极流向正极，
电流：由正极流向负极。
4、根据两极发生的变化来判断：
负极:(失电子)发生氧化反应，
正极:(得电子)发生还原反应。
3、根据离子定向移动的方向判断：
阳离子：向正极移动；
阴离子：向阴极移动。
5、根据两极产生的现象来判断：
负极:金属溶解
正极:增重或有气泡。
?
病 例 分 析
病 例 分 析
病 例 分 析
你能为她开一个药方吗？
【探究】： Zn与CuSO4反应设计成原电池？
简单原电池的设计
（1）将反应:2FeCl3+Fe=3FeCl2设计成原电池。
（2）判断正负极并写出电极反应。
石墨
Fe
FeCl3溶液
负极（铁）：Fe－2e－=Fe2+
正极（石墨）：2Fe3+ + 2e－=3Fe2+
总反应：2Fe3+ + Fe = 3Fe2+
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化学电池
一次性电池：如干电池
二次电池（可充电电池）：铅蓄电池等
燃料电池：氢氧燃料电池
二. 发展中的化学电源
干电池
碱性电池
（1）干电池结构及电极反应原理
（1）干电池结构及电极反应原理
阅读课本p42，填空：
①最早使用的化学电池是 ；
②该电池的正、负极分别是 ；
③电流的方向是 ；
④此类电池的基本电极反应：
正极：2NH4+ + 2e- =2NH3 + H2
负极： ；
由此知，总反应是： 。
锌锰电池
石墨棒、Zn
石墨棒 → Zn
Zn – 2e- = Zn2+
2NH4+ + Zn = 2NH3 + H2 + Zn2+
（2）充电电池结构及电极反应原理
阅读课本p43，填空：
①充电电池又称 ，最早使用的充电电池是 ，放电时，化学能转变为电能；在充电时，能量的转化关系是

②该电池在放电的电极反应：
总反应：PbO2+Pb+4H+ +2SO42-⇌2PbSO4+2H2O
正极材料： ；
负极材料： 。
放电

充电
二次电池
铅蓄电池
电能 → 化学能
Pb → PbO2
PbO2
Pb
③电子的流向是 ；
（3）其他充电电池概述
阅读课本p43，填空：
①镍镉电池以 为正极， 为负极，
以 作为填充电解质。

②锂离子电池是新一代的可充电绿色电池，它的优点有： 。
高能电池，电压高，质量轻，贮存时间长等。
Cd
NiO(OH)
KOH
用途：
电脑、手表、心脏起搏器等
（4）高考的宠儿——新型燃料电池
反应原理
⑴ 氢氧燃料电池
负极：2H2 – 4e- = 4H+
正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
——燃料燃烧
工作原理
电极: Pt制作的惰性电极
电解质溶液: KOH溶液
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燃料电池不是把还原剂、氧化剂物质全部贮藏在电池内，而是在工作时，不断从外界输入，同时将电极反应产物不断排出电池
二、发展中的化学电源
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二、发展中的化学电源
小结:
①燃料电池的能量转化率很高，氢氧燃料电池 除能量转化率
高外还可持续使用，不污染环境。
②一般的可燃物均可与O2组成燃料电池，如H2、CO、CH4、乙醇等。
③燃料电池一般以碱性介质作电解液，也可用酸性介质作电
解液，二者电极上应式是有区别的。如甲烷-氧燃料电池在酸性介质中的电极反应为：
负极：CH4 + 2H2O - 8e- ＝CO2 + 8H+
正极：2O2 + 8H+ + 8e- ＝ 4H2O
总反应式为：CH4 + 2O2 ＝ CO2+2H2O
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其他电池
空气电池
二、发展中的化学电源
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废电池对环境的危害
电池中含有汞、镉、铅等有毒金属。随意丢弃废电池会对环境造成严重的污染。
上世纪50年代，震惊世界的日本“水俣病”就是因汞中毒引起的。
二、发展中的化学电源
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减 少 污 染 节 约 资 源
二、发展中的化学电源
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1、随着人们生活质量的不断提高，废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是（ ）
A．利用电池外壳的金属材料
B．防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C．不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D．回收其中石墨电极
B
练习
二、发展中的化学电源
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2、某原电池总反应的离子方程式为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Fe 、负极为Zn，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
CD
二、发展中的化学电源
3、将纯锌片和纯铜片按下图所示插入相同浓度的稀硫酸中一段时间，
下列叙述正确的是（ ）
A、两烧杯中铜片表面
均无气泡产生
B、甲中铜片是正极，
乙中铜片是负极
C、两烧杯中溶液的酸
性均会减弱
D、产生气泡的速度甲
比乙慢
C
课后参考资料
Ⅰ.干电池(一次电池)
电极: Zn为负极,碳棒为正极
电解液：NH4Cl、ZnCl2和淀粉糊
另有黑色的MnO2粉末，吸收正极
产生的H2，防止产生极化现象。
负极(Zn):Zn-2e-＝Zn2+
正极(C):2NH4+ + 2e-＝2NH3+H2
H2 + 2MnO2 ＝ Mn2O3+H2O 去氢
4NH3 + Zn2+ ＝ [Zn(NH3)4]2+ 去氨
电极方程式：
二、发展中的化学电源
锌－锰干电池
电极：Pb为负极；PbO2为正极.
电解液:30%的H2SO4溶液
电极反应式:
负极(Pb)： Pb + SO42 -2e-＝PbSO4
正极(PbO2)：PbO2 + 4H+ SO42- + 2e ＝PbSO4 +2H2O
总电池反应:PbO2 + Pb +2H2SO4＝2PbSO4↓+ 2H2O
Ⅱ.铅蓄电池(二次电池)
(1.25～1.28g/cm-3)
课堂练习:
1.铅蓄电池(原电池)的电极分别是PbO2和Pb,电解质溶液为稀硫酸溶液,工作时原电池的总反应是: PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O. 根据上述反应,判断:
1)原电池的负极是(填电极材料)_______
2)工作时蓄电池负极反应式为___________
3)工作时蓄电池里电解质溶液的PH变化:______
电极: Zn为负极，Ag2O为正极
电解液: KOH溶液
电极反应式:
负极: Zn + 2OH- -2e- ＝ ZnO+H2O
正极: Ag2O + H2O + 2e- ＝2Ag + 2OH-
总反应式: Zn + Ag2O ＝ 2Ag + ZnO
拓展创新
银锌电池
Ⅲ.高能电池(银锌电池、锂电池)
电极: Pt制作的惰性电极
电解质溶液: KOH溶液
负极: 2H2 - 4e- + 4OH- ＝4H2O
正极: O2 + 2H2O + 4e- ＝4OH-
总反应：2H2+ O2＝2H2O
拓展创新
氢氧燃料电池
若为酸性介质，试写出电极反应式？
思考:
负极：2H2 - 4e- ＝ 4H+
正极: O2+ 4H+ + 4e- ＝ 2H2O
Ⅳ.新型燃料电池(氢氧燃料电池/甲烷电池/
煤气电池/海水-空气电池)
甲烷-氧燃料电池
该电池用金属铂片插入KOH溶液中作电极，又在两极
上分别通甲烷和氧气:
负极：CH4 + 10OH- - 8e- ＝ CO32- + 7H2O
正极：2O2 + 4H2O + 8e- ＝ 8OH-
电池总反应式为：CH4+2O2+2KOH ＝K2CO3+3H2O
Ⅳ.新型燃料电池(氢氧燃料电池/甲烷电池/
煤气电池/海水-空气电池)
铝-空气-海水电池
Ⅳ.新型燃料电池(氢氧燃料电池/甲烷电池/ 煤气电池/铝-海水-空气电池)
1991年，我国首创，用作海上标志灯。以海水为电解液，靠空气中的氧使铝不断氧化而产电流。
负极：4A1-12e- ＝ 4A13+
正极：3O2+6H2O+12e- ＝12OH-
电池总反应式为：4A1+3O2+6H2O＝4A1(OH)3
这种海水电池比“干电池”的能量高20～50倍。