用——化学电池
发 展 目 标 1.能从宏观和微观相结合的角度认识化学电池的构成条件、原理、本质。 2.通过了解新型电池的用途，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，增强社会责任感。 一、原电池的构造 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．初识氢氧燃料电池 负极反应：2H2－4e－===4H＋。 正极反应：O2＋4e－＋4H＋===2H2O。 总反应方程式：2H2＋O2===2H2O。 此装置中的能量变化：化学能转化为电能。
稀硫酸的作用：传导电荷，导线的作用：传导电子。 3．原电池的构造
二、设计原电池(以Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑为例) 1．基本思路 2．实例 (1)原电池设计 依据 确定负极 确定正极 Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ 选择负极反应物：Zn 选择负极材料：Zn 选择正极反应物：H ＋体 系 构 建 实验现象 锌片逐渐溶解；正极材料表面有气泡产生。 选择正极材料：Cu 构成闭合回路 (2)装置 微点拨：正极材料最好选择不与正极反应物和离子导体发生反应且能导电的固体。
三、常见化学电池分类
微点拨：(1)原电池中电极不一定参加化学反应，如氢氧燃料电池中电极不参加反应。
(2)金属K、Na、Ca活泼性强，不作原电池电极。 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)原电池是电能转化为化学能的装置。 ( )
(2)将铜片和锌片用导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转。 ( ) (3)原电池中外电路中的电子的流向是由正极流向负极。 (4)原电池工作时，负极发生氧化反应。 ( ) (5)铅蓄电池是常见的一次电池。
( )
( )
选择离子导体：稀H2SO4 选择电子导体：导线 [答案] (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
2．如图为水果电池的示意图，下列说法正确的是( ) A．锌片作负极，质量逐渐减少 B．电子由铜片沿导线流向锌片 C．铜电极逐渐溶解
D．该装置能将电能转化为化学能
A [锌比铜活泼，所以Zn做负极，Zn失去电子发生氧化反应，Zn2＋进入溶液，所以锌片质量减少，A正确；Zn为负极，Cu为正极，所以电子从锌片沿导线流向铜片，B错误；铜电极发生还原反应，水果中的氢离子发生还原反应生成氢气，所以Cu不溶解，C错误；该装置是原电池，原电池把化学能转化为电能，
D错误。]
3．现有如下两个反应：
①KOH＋HNO3===KNO3＋H2O②H2SO4＋Zn===ZnSO4＋H2↑。 (1)根据两反应的本质判断能否设计成原电池： ①________，②________。
(2)如果不能，说明其原因：__________________________。
(3)如果可以，则写出作原电池的正极材料名称：______，电极反应式：负极________；正极________。
[解析] (1)①反应中各元素化合价不变，不属于氧化还原反应，属于复分解反应，所以不能设计成原电池；②反应中锌元素化合价由0价变为＋2价，氢元素化合价由＋1价变为0价，且该反应是放热反应，能自发进行，所以能设计成原电池。
(2)①反应是非氧化还原反应，没有电子转移，所以不能设计成原电池。 (3)由反应②可知，Zn做负极，不如锌活泼的金属或能导电的非金属做正极，如碳棒或铜片，负极上锌失电子发生氧化反应，正极上氢离子得电子发生还原反应，所以电极反应式分别为负极：Zn－2e－===Zn2＋，正极：2H＋＋2e－===H2↑。
[答案] (1)不能 能 (2)①反应是非氧化还原反应，没有电子转移 (3)石墨或铜片(合理即可) Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
原电池的工作原理及正、负极的判断下图是某同学设计的两个实验装置 (1)甲、乙两个装置是原电池吗？
提示：是，因为FeCl3与Fe、Cu均反应。 (2)若是原电池，指明正、负极。
提示：甲中铁片为负极，铜片为正极；乙中铜片为负极，石墨棒为正极。 1．原电池工作原理示意图(以铜锌原电池为例) 2．正负极的判断(大多数原电池)
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。
【例1】 如图所示是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡上的记录如下。
实验后的记录： ①Cu为负极，Zn为正极
②Cu极上有气泡产生，发生还原反应 ③SO24向Cu极移动
④若有0.5 mol电子流经导线，则可产生0.25 mol气体 ⑤电子的流向是Cu→Zn
⑥正极反应式：Cu－2e－===Cu2＋，发生氧化反应 则卡片上的描述合理的是( ) A．①②③ C．②③④
B．②④ D．③④⑤
－
B[铜、锌形成原电池，锌是负极，铜为正极；锌失去电子生成锌离子进入溶液中，电子通过外电路流向正极，溶液中的氢离子在正极上得到电子，生成氢气，发生还原反应；阳离子向正极移动，所以阴离子硫酸根离子向负极移动；若有0.5 mol电子流经导线，由于正极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，所以会产生0.25 mol氢气；电子的流向是由负极流向正极，所以应该是由Zn→Cu；正极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，发生还原反应。]
原电池的判断方法——“四看”
1．某原电池总反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，则该反应的原
电池组成正确的是( )
选项 正极 负极 A Zn Cu B Cu Zn C Ag Cu D Cu Fe 电解质溶液 CuCl2 CuSO4 H2SO4 ZnCl2 B [该原电池发生的反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，锌失电子发生氧化反应，所以做负极，铜离子得电子发生还原反应，所以应为正极上的反应，正极材料是活泼性比Zn弱的金属或导电的非金属，离子导体是含有发生还原反应离子的电解质溶液，即溶液中必定含有铜离子。]
2．干电池反应原理为Zn＋2NH4===Zn2＋＋2NH3↑＋H2↑，工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．碳棒为电池的负极 B．H2在Zn片上生成 C．电流由锌片流向碳棒 D．Zn片上发生氧化反应
D [放电时，锌元素化合价由0价变为＋2价，氢元素化合价由＋1价变为0价，所以Zn是负极，碳棒是正极，A项错误；锌片的电极反应式为Zn－2e－===Zn2
＋，H2在碳棒上生成，B
＋
项错误；电流由正极流向负极，应是由碳棒流向锌片，C
项错误；Zn电极上失电子发生氧化反应，D项正确。]
原电池原理的应用
(素养养成——证据推理与模型认知)
利用生活中常用物品，根据反应Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，自己动手设计一个原电池，并证明其产生了电流(物品已有，功能正常的耳机)。
(1)正、负极材料可选用什么物品？
提示：负极材料选用铁片，正极材料可选用废旧干电池的石墨棒(或铜片等，合理即可)。
(2)离子导体选用什么物质？ 提示：食醋等酸性物质。
(3)画出装置图，并指出证明有电流产生的现象。
提示：，耳机发出“嚓嚓嚓”的声音。
【例2】 根据下列事实： ①X＋Y2＋===X2＋＋Y；
②Z＋2H2O(冷)===Z(OH)2＋H2↑； ③Z2＋氧化性比X2＋弱；
④由Y、W电极组成的电池，电极反应为W2＋＋2e－===W、Y－2e－===Y2＋。 可知X、Y、Z、W的还原性由强到弱的顺序为( ) A．X>Z>Y>W C．Z>Y>X>W
B．Z>W>X>Y D．Z>X>Y>W
D[由①得还原性：X>Y；由②知单质Z能与冷水反应，Z为活泼的金属单质；由③得还原性：Z>X；由④得还原性：Y>W，则有还原性Z>X>Y>W。]
[借题发挥]
(1)上题中④原电池的总反应为_________________________________ ___________________________________________________________。 (2)上题中①中的反应若设计成原电池，则负极是________。 [答案] (1)W2＋＋Y===Y2＋＋W (2)X
1．为将反应2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是(铝条均已除去氧化膜)( )
A B C D
B [A项能构成原电池，铝作负极，但电池总反应为2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑，不符合题意；B项为原电池装置，铝的金属性强于铜，铝作负极，电池总反应为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，符合题意；C项为原
电池装置，但硝酸是氧化性酸，则电池总反应为Al＋4H＋＋NO3===Al3＋＋NO↑＋2H2O，不符合题意；D项为电能转化为化学能的装置，不符合题意。]
2．等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是( )
A B C D
D [由于a中Zn还与CuSO4发生置换反应生成Cu，所以最后生成H2的量小于b，但a中加入CuSO4能形成Zn-Cu原电池，可加快反应速率，D项正确。]
某科研小组设计上述装置探究原电池原理的应用。
(1)关闭K，将一定质量的锌片和铁片同时插入H2SO4中，有什么现象？ 提示：铁片上有气泡产生。
(2)一段时间(t1)后，取出铁片和锌片，洗净，干燥后称重，铁片和锌片有什么变化？
提示：铁片质量不变，锌片质量减小。
(3)断开K后，再将锌片和铁片同 时插入H2SO4中，有什么现象？再经过一段时间(t1)后，取出洗净、干燥后称重，会有什么发现？
提示：铁片、锌片上均产生气泡；取出后称重发现质量均减小，且锌片质量变化值比(2)中锌片质量变化值小。
(4)通过上述探究，在原电池原理应用上有什么启发？ 提示：①原电池的负极反应被加快。
②为了防止金属被腐蚀，可以将该金属作为原电池的正极从而得到保护。 通过本情境素材对原电池原理的探究，增强了发现问题、解决问题的能力，提升了“科学态度与社会责任”的学科素养。
1．在理论上不能用于设计原电池的化学反应是( ) A．HCl＋NaOH===NaCl＋H2O B．2CH3OH＋3O2―→2CO2＋4H2O C．4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
－
D．2H2＋O2===2H2O
A[原电池的化学反应原理是自发的氧化还原反应，有电子的转移，而A项中的反应是中和反应，没有电子的转移，故选A项。]
2．已知空气-锌电池的电极反应为锌电极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；1
石墨电极：O2＋H2O＋2e－===2OH－。可以判断石墨电极是( )
2
A．负极，发生还原反应 C．负极，发生氧化反应
B．正极，发生氧化反应 D．正极，发生还原反应
D[空气-锌电池中，失去电子的一极是负极，发生氧化反应，得到电子的一极是正极，发生还原反应。]
3．如图是某课外活动小组设计的用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法不正确的是 ( )
A．铜片表面有气泡生成，且溶液中SO24向该电极移动 B．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换 C．如果将硫酸换成柠檬汁，导线中仍有电子流动 D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变
A [铜锌原电池中，Cu作正极，溶液中的氢离子在正极上得电子生成氢气，所以铜片表面有气泡生成，但溶液中的阴离子向负极移动，故A错误；原电池中化学能转化为电能，LED灯发光时，电能转化为光能，故B正确；柠檬汁显酸性，也能作电解质溶液，所以将硫酸换成柠檬汁，仍然构成原电池，导线中仍有电子流动，故C正确；Cu金属性比Zn、Fe弱，形成原电池时Cu均作正极，所以将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变，电流仍然从Cu电极(正极)流出，故D正确。]
4．如图所示是一种氢能的制取、贮存及利用的示意图，图示中能量转化方式不涉及( )
A．电能→化学能
B．光能→化学能
－
C．化学能→电能 D．电能→机械能
A [光催化分解水时光能转化为化学能，H2被燃料电池车利用时，化学能转化为电能，汽车将电能转化为机械能运动。]
甲 乙
5．分别按图甲、乙所示装置进行实验，两个烧杯中的溶液为同浓度的稀硫酸，甲中A为电流表。请回答下列问题：
(1)下列叙述正确的是________。 A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生 B．甲中铜片作正极，乙中铜片作负极 C．两烧杯中溶液的H＋浓度均减小 D．甲产生气泡的速率比乙的慢
(2)甲装置中的能量转化形式：________能转化为____________能，乙装置中的能量转化形式：________能转化为______能。
(3)某同学发现甲装置中不仅铜片上有气泡产生，且锌片上也产生了气泡，原因可能是____________________________。
(4)在甲装置中，若把稀硫酸换成CuSO4溶液，试写出铜电极的电极反应________________。
[解析](1)甲装置为原电池，乙中Zn与稀硫酸接触反应；甲装置中铜片作正极，H＋在铜片上得电子被还原为H2，形成原电池后产生气泡的速率比乙装置中产生气泡的速率快；随着两烧杯溶液中H＋不断被消耗，溶液中的H＋浓度均减小。(2)甲装置中，锌、铜及稀硫酸形成原电池，是将化学能转化为电能，乙装置主要是锌与稀硫酸反应，该反应是将化学能转化为热能。(3)锌片上产生气泡，原因可能是锌片不纯，锌与杂质形成原电池。(4)若将稀硫酸换成CuSO4溶液，则铜片上会析出Cu。
[答案] (1)C (2)化学 电 化学 热 (3)锌片不纯，锌与杂质形成原电池 (4)Cu2＋＋2e－===Cu
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