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第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
第2课时 化学反应与电能
课程标准要求 以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理；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。
学科核心素养 1．宏观辨识与微观探析：通过实验探究，原理分析，从宏观上认识原电池的结构特点，电流的流向，了解原电池两极可能出现的现象，从微观上了解原电池的工作原理、形成条件。
2．证据推理与模型认知：能根据原电池的工作原理及构成条件，设计简单的原电池，形成分析原电池正负极、电极反应式、电子(流)流向等相关知识的认知模型。
3．科学探究与创新意识：通过对原电池的原理分析和设计不同的原电池，体会化学能到电能的直接转化，体验科学探究的过程与方法，提升实验探究和创新能力。
学习目标 1．通过查阅资料、阅读思考，能举出化学能转化为电能的实例，辨识简单原电池的正负极及正负极上发生的化学反应类型。
2．通过实验探究、讨论交流，知道原电池概念及原电池工作原理是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，知道构成原电池的条件。
3．通过观察现象、原理分析，会判断原电池的正极、负极，能正确书写简单原电池的电极反应式，了解常见的化学电源，感受化学能转化为电能的奇妙。
学习任务一 化学能转化为电能
自主学习 认知形成
热能
蒸汽
化学
热
机械
电
燃烧
氧化还原
? 化学能直接转化为电能
1.实验探究
实验步骤 实验现象 原因分析
实验一：分别将锌片和铜片插入稀硫酸溶液中 锌片表面有 ________，铜片 ______________，反应一段时间后，烧杯外壁 ________ 与金属活动性顺序有关：锌与稀硫酸反应生成氢气且放热：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，而铜不反应
气泡
无明显变化
微热
实验步骤 实验现象 原因分析
实验二：锌片和铜片先接触插入稀硫酸溶液中，然后再用导线连接 铜片表面出现 _______
____，锌片表面有少量(或几乎没有)气泡产生。且产生气泡的速率比实验一快 可能因锌比铜更容易失去电子，且锌失去的电子通过导线移动到铜片上，溶液中的H＋再得到电子生成了H2。2H＋＋2e－===H2↑
大量气
泡
实验步骤 实验现象 原因分析
实验三：锌片和铜片通过导线接电流表插入稀硫酸溶液中
铜片上有气泡产生，锌片逐渐 ______；电流表的指针发生 ______
电流表指针发生 ____，说明导线中有 ______产生，整个过程中 _______转化成 ______
溶解
偏转
偏转
电流
化学能
电能
2.原电池的概念及工作原理
概念 利用氧化还原反应将化学能转变为电能的装置叫原电池
装置示意图
电极材料 电极名称 电子转移 电极反应式 反应类型
锌片 ____极 电子 _____ _________________ ________反应
负
流出
Zn－2e－===Zn2＋
氧化
电极材料 电极名称 电子转移 电极反应式 反应类型
铜片 ______极 电子 _____ _________________ ________反应
电子的流向 电子由 ________经导线流向 ________
反应本质 自发进行的氧化还原反应
总反应式 Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
正
流入
2H＋＋2e－===H2↑
还原
负极
正极
3.原电池的构成条件
4.原电池工作原理的应用
(1)加快氧化还原反应的进行
在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中粒子运动相互间的干扰减小，使反应加快。
(2)比较金属的活动性
一般，若两种金属A、B与电解质溶液构成原电池，若金属A作负极，则金属活动性： __________。
A＞B
? 设计原电池
1.给定氧化还原反应设计原电池
一般给定氧化还原反应的还原剂作负极，氧化剂作电解质溶液，比负极活动性弱的金属或石墨等能导电的非金属作正极。
如：利用Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag的氧化还原反应可设计原电池。
该电池负极为Cu，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，正极为石墨(C)，电极反应式为2Ag＋＋2e－===2Ag。
2.简易电池的设计与制作
根据原电池原理，设计水果电池和制作简易电池，体会原电池的构成要素。
1．结合课本原电池原理示意图，分析说明该原电池的电极和导线、电解质溶液中的导电微粒分别是什么，并说明其移动方向。
2．图1装置中的铜起什么作用？铜能否用锌代替？铜能用什么物质代替？图2中将锌片换成铜，能形成原电池吗？图2中用酒精代替稀硫酸能形成原电池吗？
提示：图1装置中铜作正极，能导电。若用锌代替铜，两极活泼性相同，不能构成原电池。能用石墨、较不活泼的金属等代替铜。图2中将锌片换成铜不能形成原电池，无自发进行的氧化还原反应。图2中用酒精代替稀硫酸不能形成原电池，酒精是非电解质，不导电。
3．用Zn和稀硫酸反应制氢气时，为了使反应加快，常常加入少量CuSO4溶液，请问这是为什么？
提示：锌和置换出的铜、稀硫酸构成了原电池，可以加快反应进行。
1．正误判断
(1)火力发电过程中，机械能转化为电能是整个能量转化的关键。( )
(2)原电池的电极材料必须是金属。( )
(3)原电池工作时，正极与负极转移电子数相同。( )
(4)在锌铜原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液流回锌。( )
(5)只要是自发的放热的化学反应就可以设计为原电池。( )
(6)原电池的负极上一定发生氧化反应，故负极本身质量一定减轻。( )
(7)向Zn和稀H2SO4反应的溶液中，滴加几滴CuSO4溶液，产生气泡速率加快，是因为构成了原电池。( )
【答案】 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)√
2．下列装置中能够组成原电池的有哪些？其他不能构成原电池的请分别说明理由。
【答案】 ④⑥⑦
【解析】 ①②只有一个电极，③两电极的活动性相同，⑤酒精为非电解质，不能导电，⑧未形成闭合回路。
3．(2024·江苏连云港高一期中)原电池原理的发现改变了人们的生活方式。某学习小组用如图所示装置A、B分别探究金属锌与稀硫酸的反应，请回答以下问题。
(1)B中Zn板是 ________极(填“正”或“负”)，发生的电极反应是 ___________________________，向Zn板移动的离子有 ________。
(2)B中电子由 ________极(填“正”或“负”)流出，Cu板上的现象是 ________________。
(3)从能量转化的角度来看，B中主要是将化学能转变为 ________。
互动探究 能力提升
● 情境创设
格林太太补过一颗不锈钢的假牙，后来她又因为车祸装了一颗黄金假牙，自此以后，她就经常出现头痛等症状。医生发现原因是她的两颗不同材质的假牙像一个微型电池一样产生电流，从而刺激神经使格林太太头痛。
● 问题探究
1．原电池产生电流需要什么条件呢？
提示：①具有活泼性不同的两个电极(或一种为能导电的非金属)；②两电极插入电解质溶液中；③形成闭合回路；④能自发地发生氧化还原反应。
2．两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中就能构成原电池吗？
提示：不一定。构成原电池除具备①两种活泼性不同的金属，②电解质溶液，③形成闭合回路外，还必须有一个能自发进行的氧化还原反应，如图由于Cu、Ag都不能与稀硫酸反应，故不能构成原电池。
● 要点归纳
1．原电池工作原理
(1)反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
(2)电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。
(3)离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
(4)电流方向：正极→导线→负极。
2．原电池正、负极的判断
点拨：(1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。
(2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。
(3)在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼性的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，负极为Mg；但是Mg－Al－NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。
题点1
原电池的构成条件
●题点例练
下列各个装置中能持续形成原电池的是( )
【答案】 C
【解析】 原电池的形成条件为电极材料由两种活动性不同的金属或能导电的材料组成，两电极在电解质溶液中形成闭合回路。未形成闭合回路，A项错误；酒精是非电解质，不导电，B项错误；电极直接接触也可以形成原电池，C项正确；浓硫酸使金属铝钝化，反应无法继续进行，故无法持续形成原电池，D项错误。
1.下列各装置能构成原电池的是( )
【答案】 B
【解析】 A项中两电极相同，A项错误；C项中蔗糖溶液是非电解质溶液，C项错误；D项中两烧杯中溶液是分开的，没有形成闭合回路，D项错误。
题点2
原电池工作原理
下列关于原电池的叙述正确的是( )
A．原电池是将化学能转变为电能的装置
B．构成原电池的正极和负极材料必须是两种活动性不同的金属
C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原
D．原电池放电时，在电解质溶液中阳离子移向负极
【答案】 A
【解析】 原电池是将化学能转变为电能的装置，A正确；构成原电池的正极和负极的材料必须是能导电的材料，电极材料可以是金属，也可以是非金属，如石墨等，B错误；在原电池中，负极失电子，被氧化，电子从负极流出，C错误；原电池放电时，在电解质溶液中阳离子移向正极，D错误。
2.海水电池为探索深海提供了能源保障。一种锂—海水电池以金属锂为负极，石墨为正极，下列关于该电池的描述正确的是( )
A．正极上发生氧化反应
B．电流由Li流向石墨
C．Li＋由正极向负极迁移
D．电池的总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
【答案】 D
【解析】 锂—海水电池以金属锂为负极，石墨为正极。电池的正极上发生还原反应，A错误；电池中电流由正极流向负极，故电流由石墨流向Li，B错误；电池中阳离子移向正极，故Li＋由负极向正极迁移，C错误；负极Li失电子生成Li＋，正极水得电子生成氢氧根离子和氢气，故电池的总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，D正确。
第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
第2课时 化学反应与电能
课程标准要求 以原电池为例认识化学能可以转化为电能，从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理；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。
学科核心素养 1．宏观辨识与微观探析：通过实验探究，原理分析，从宏观上认识原电池的结构特点，电流的流向，了解原电池两极可能出现的现象，从微观上了解原电池的工作原理、形成条件。
2．证据推理与模型认知：能根据原电池的工作原理及构成条件，设计简单的原电池，形成分析原电池正负极、电极反应式、电子(流)流向等相关知识的认知模型。
3．科学探究与创新意识：通过对原电池的原理分析和设计不同的原电池，体会化学能到电能的直接转化，体验科学探究的过程与方法，提升实验探究和创新能力。
学习目标 1．通过查阅资料、阅读思考，能举出化学能转化为电能的实例，辨识简单原电池的正负极及正负极上发生的化学反应类型。
2．通过实验探究、讨论交流，知道原电池概念及原电池工作原理是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置，知道构成原电池的条件。
3．通过观察现象、原理分析，会判断原电池的正极、负极，能正确书写简单原电池的电极反应式，了解常见的化学电源，感受化学能转化为电能的奇妙。
学习任务一 化学能转化为电能
自主学习 认知形成
热能
蒸汽
化学
热
机械
电
燃烧
氧化还原
? 化学能直接转化为电能
1.实验探究
实验步骤 实验现象 原因分析
实验一：分别将锌片和铜片插入稀硫酸溶液中 锌片表面有 ________，铜片 ______________，反应一段时间后，烧杯外壁 ________ 与金属活动性顺序有关：锌与稀硫酸反应生成氢气且放热：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，而铜不反应
气泡
无明显变化
微热
实验步骤 实验现象 原因分析
实验二：锌片和铜片先接触插入稀硫酸溶液中，然后再用导线连接 铜片表面出现 _______
____，锌片表面有少量(或几乎没有)气泡产生。且产生气泡的速率比实验一快 可能因锌比铜更容易失去电子，且锌失去的电子通过导线移动到铜片上，溶液中的H＋再得到电子生成了H2。2H＋＋2e－===H2↑
大量气
泡
实验步骤 实验现象 原因分析
实验三：锌片和铜片通过导线接电流表插入稀硫酸溶液中
铜片上有气泡产生，锌片逐渐 ______；电流表的指针发生 ______
电流表指针发生 ____，说明导线中有 ______产生，整个过程中 _______转化成 ______
溶解
偏转
偏转
电流
化学能
电能
2.原电池的概念及工作原理
概念 利用氧化还原反应将化学能转变为电能的装置叫原电池
装置示意图
电极材料 电极名称 电子转移 电极反应式 反应类型
锌片 ____极 电子 _____ _________________ ________反应
负
流出
Zn－2e－===Zn2＋
氧化
电极材料 电极名称 电子转移 电极反应式 反应类型
铜片 ______极 电子 _____ _________________ ________反应
电子的流向 电子由 ________经导线流向 ________
反应本质 自发进行的氧化还原反应
总反应式 Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
正
流入
2H＋＋2e－===H2↑
还原
负极
正极
3.原电池的构成条件
4.原电池工作原理的应用
(1)加快氧化还原反应的进行
在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中粒子运动相互间的干扰减小，使反应加快。
(2)比较金属的活动性
一般，若两种金属A、B与电解质溶液构成原电池，若金属A作负极，则金属活动性： __________。
A＞B
? 设计原电池
1.给定氧化还原反应设计原电池
一般给定氧化还原反应的还原剂作负极，氧化剂作电解质溶液，比负极活动性弱的金属或石墨等能导电的非金属作正极。
如：利用Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag的氧化还原反应可设计原电池。
该电池负极为Cu，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，正极为石墨(C)，电极反应式为2Ag＋＋2e－===2Ag。
2.简易电池的设计与制作
根据原电池原理，设计水果电池和制作简易电池，体会原电池的构成要素。
1．结合课本原电池原理示意图，分析说明该原电池的电极和导线、电解质溶液中的导电微粒分别是什么，并说明其移动方向。
2．图1装置中的铜起什么作用？铜能否用锌代替？铜能用什么物质代替？图2中将锌片换成铜，能形成原电池吗？图2中用酒精代替稀硫酸能形成原电池吗？
提示：图1装置中铜作正极，能导电。若用锌代替铜，两极活泼性相同，不能构成原电池。能用石墨、较不活泼的金属等代替铜。图2中将锌片换成铜不能形成原电池，无自发进行的氧化还原反应。图2中用酒精代替稀硫酸不能形成原电池，酒精是非电解质，不导电。
3．用Zn和稀硫酸反应制氢气时，为了使反应加快，常常加入少量CuSO4溶液，请问这是为什么？
提示：锌和置换出的铜、稀硫酸构成了原电池，可以加快反应进行。
1．正误判断
(1)火力发电过程中，机械能转化为电能是整个能量转化的关键。( )
(2)原电池的电极材料必须是金属。( )
(3)原电池工作时，正极与负极转移电子数相同。( )
(4)在锌铜原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液流回锌。( )
(5)只要是自发的放热的化学反应就可以设计为原电池。( )
(6)原电池的负极上一定发生氧化反应，故负极本身质量一定减轻。( )
(7)向Zn和稀H2SO4反应的溶液中，滴加几滴CuSO4溶液，产生气泡速率加快，是因为构成了原电池。( )
【答案】 (1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)√
2．下列装置中能够组成原电池的有哪些？其他不能构成原电池的请分别说明理由。
【答案】 ④⑥⑦
【解析】 ①②只有一个电极，③两电极的活动性相同，⑤酒精为非电解质，不能导电，⑧未形成闭合回路。
3．(2024·江苏连云港高一期中)原电池原理的发现改变了人们的生活方式。某学习小组用如图所示装置A、B分别探究金属锌与稀硫酸的反应，请回答以下问题。
(1)B中Zn板是 ________极(填“正”或“负”)，发生的电极反应是 ___________________________，向Zn板移动的离子有 ________。
(2)B中电子由 ________极(填“正”或“负”)流出，Cu板上的现象是 ________________。
(3)从能量转化的角度来看，B中主要是将化学能转变为 ________。
互动探究 能力提升
● 情境创设
格林太太补过一颗不锈钢的假牙，后来她又因为车祸装了一颗黄金假牙，自此以后，她就经常出现头痛等症状。医生发现原因是她的两颗不同材质的假牙像一个微型电池一样产生电流，从而刺激神经使格林太太头痛。
● 问题探究
1．原电池产生电流需要什么条件呢？
提示：①具有活泼性不同的两个电极(或一种为能导电的非金属)；②两电极插入电解质溶液中；③形成闭合回路；④能自发地发生氧化还原反应。
2．两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中就能构成原电池吗？
提示：不一定。构成原电池除具备①两种活泼性不同的金属，②电解质溶液，③形成闭合回路外，还必须有一个能自发进行的氧化还原反应，如图由于Cu、Ag都不能与稀硫酸反应，故不能构成原电池。
● 要点归纳
1．原电池工作原理
(1)反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
(2)电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。
(3)离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
(4)电流方向：正极→导线→负极。
2．原电池正、负极的判断
点拨：(1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。
(2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。
(3)在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼性的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，负极为Mg；但是Mg－Al－NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。
题点1
原电池的构成条件
●题点例练
下列各个装置中能持续形成原电池的是( )
【答案】 C
【解析】 原电池的形成条件为电极材料由两种活动性不同的金属或能导电的材料组成，两电极在电解质溶液中形成闭合回路。未形成闭合回路，A项错误；酒精是非电解质，不导电，B项错误；电极直接接触也可以形成原电池，C项正确；浓硫酸使金属铝钝化，反应无法继续进行，故无法持续形成原电池，D项错误。
1.下列各装置能构成原电池的是( )
【答案】 B
【解析】 A项中两电极相同，A项错误；C项中蔗糖溶液是非电解质溶液，C项错误；D项中两烧杯中溶液是分开的，没有形成闭合回路，D项错误。
题点2
原电池工作原理
下列关于原电池的叙述正确的是( )
A．原电池是将化学能转变为电能的装置
B．构成原电池的正极和负极材料必须是两种活动性不同的金属
C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原
D．原电池放电时，在电解质溶液中阳离子移向负极
【答案】 A
【解析】 原电池是将化学能转变为电能的装置，A正确；构成原电池的正极和负极的材料必须是能导电的材料，电极材料可以是金属，也可以是非金属，如石墨等，B错误；在原电池中，负极失电子，被氧化，电子从负极流出，C错误；原电池放电时，在电解质溶液中阳离子移向正极，D错误。
2.海水电池为探索深海提供了能源保障。一种锂—海水电池以金属锂为负极，石墨为正极，下列关于该电池的描述正确的是( )
A．正极上发生氧化反应
B．电流由Li流向石墨
C．Li＋由正极向负极迁移
D．电池的总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
【答案】 D
【解析】 锂—海水电池以金属锂为负极，石墨为正极。电池的正极上发生还原反应，A错误；电池中电流由正极流向负极，故电流由石墨流向Li，B错误；电池中阳离子移向正极，故Li＋由负极向正极迁移，C错误；负极Li失电子生成Li＋，正极水得电子生成氢氧根离子和氢气，故电池的总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，D正确。
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