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高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化优秀学案设计
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这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化优秀学案设计，文件包含第1课时化学反应与热能doc、第2课时化学反应与电能doc等2份学案配套教学资源，其中学案共41页， 欢迎下载使用。
【教材梳理】
一、化学能转化为电能
1．化学能间接转化为电能——火力发电
(1)过程
化学能eq \(――→,\s\up9(燃料燃烧))热能eq \(――→,\s\up9(蒸汽轮机))机械能eq \(――→,\s\up9(发电机))电能
(2)关键——燃烧(氧化还原反应)
2．化学能直接转化为电能——化学电池
(1)实验探究
(2)原理分析
(3)原电池
①定义：把化学能转化为电能的装置。
②工作原理(以铜锌稀硫酸原电池为例)
二、化学电池——新能源和可再生能源的重要组成部分
1．一次电池——锌锰干电池
2.二次电池
3．发展中的燃料电池
【自主检测】
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)火力发电过程经过了化学能转化为热能，热能转化为动能，动能转化为电能的过程。( )
(2)原电池工作时电子从正极流出。( )
(3)原电池中的阴离子移向正极。( )
(4)HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池。( )
(5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子。( )
(6)任何氧化还原反应都可设计成原电池。( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
2．下列装置中，能构成原电池的是( )
A．只有甲 B．只有乙
C．只有丙 D．除乙均可以
解析：选C。甲装置不能构成闭合回路，乙装置两极材料相同，丁装置酒精是非电解质，只有丙装置具备原电池的构成条件。
学习任务1 原电池的构成条件及正负极的判断方法
1．原电池的构成条件
记忆口诀：两极一液一连线，自发的氧化还原反应定中心。
2．原电池的工作原理
(1)两反应：正极——还原反应；负极——氧化反应。
(2)三方向
①电流方向：正极→负极；
②电子流动方向(导线中)：负极→正极；
③阴阳离子移动方向(电解质溶液或熔融电解质中)
阳离子：负极→正极；
阴离子：正极→负极。
[名师点拨]
在原电池中，电子在导线中定向移动(由负极流出，流入正极)，离子在溶液中定向移动(阳离子移向正极，阴离子移向负极)，即“电子不下水，离子不上岸”或“电子走陆路，离子走水路”，它们共同组成了一个完整的闭合回路。
3．原电池正负极的判断方法
[易错提醒]
(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，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，还必须有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。例如：MgAlHCl溶液构成的原电池中，负极为Mg，正极为Al；但是MgAlNaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。
(2020·淄博高一检测)如图所示电流表的指针发生偏转，同时A极的质量减小，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可分别为Zn、Cu和稀盐酸
C．C中阳离子向A极移动
D．A极发生氧化反应
[思维建模] 解答有关原电池问题的思维流程如下：
[解析] 原电池中，负极金属失去电子，发生氧化反应，溶解，质量减小，故A极为负极，B极为正极，A、D项正确；A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B项正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C项错误。
[答案] C
[延伸探究] (1)若将“B极上有气泡产生”改为“B极上有金属析出”，答案选什么？
(2)将例题中B项改为“A、B、C分别为Fe、Cu和浓硝酸”，能否构成原电池？若能，正、负极分别是什么？
答案：(1)选BC。“B极上有金属析出”说明在正极上电解质溶液中的金属阳离子发生还原反应，B项也错误。
(2)能构成原电池。由于Fe遇浓硝酸钝化，Cu常温下可与浓硝酸反应，故Fe做正极，Cu做负极。
1．下列各个装置中能构成原电池的是( )
解析：选B。该装置两电极的活泼性相同，不能构成原电池，A错误；该装置符合原电池的构成条件，能构成原电池，B正确；酒精是非电解质，该装置不能自发地进行氧化还原反应，不能构成原电池，C错误；该装置没有形成闭合回路，不能构成原电池，D错误。
2．如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下，其中描述合理的是( )
①Zn为正极，Cu为负极 ②H＋向负极移动 ③电子流动方向为由Zn经外电路流向Cu ④Cu极上有H2产生 ⑤若有1 ml电子流过导线，则产生H2的物质的量为0.5 ml ⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
A．①②③B．③④⑤
C．④⑤⑥ D．②③④
解析：选B。在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn做负极，Cu做正极，电子由Zn流出经外电路流向Cu，负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故每转移1 ml电子时，产生H2 0.5 ml，在溶液中H＋向正极移动，SOeq \\al(2－,4)向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确。
学习任务2 原电池原理的应用
1．加快化学反应进行
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池可以加快反应进行。
2．比较金属活动性强弱
两种金属分别做原电池的两极时，一般做负极的金属比做正极的金属活泼。
3．用于金属的防护
将被保护的金属与比其活泼的金属连接。
4．设计原电池
(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂为电解质溶液中的阳离子(或在正极上被还原)。
(2)步骤(以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例)
(2020·岳阳高一检测)把A、B、C、D四块金属浸在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成多种原电池。若A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时，A极减轻；B、D相连时，B为正极。则四种金属的活泼性顺序由大到小的排列是( )
A．A>C>D>BB．A>C>B>D
C．B>D>C>A D．A>B>C>D
[解析] A、B相连时，A为负极，说明A与B相比较，A更加活泼；C、D相连，D上有气泡逸出，则C为电源的负极，C比D活泼；A、C相连时，A极减轻，A参与了电极反应，被消耗，则A为负极，A比C活泼；B、D相连，B为正极，则D是活泼金属，做电源的负极，D比B活泼。故有A>C>D>B。
[答案] A
铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：
________________________________________________________________。
(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图并标出正、负极，在下列横线上写出电极反应式。
正极反应式：____________________________________________________；
负极反应式：____________________________________________________。
[思维建模] 解答“设计原电池”类试题思维流程如下：
[解析] 依据反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋可得，氧化反应为Cu－2e－===Cu2＋，还原反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，则设计思路明确：
原电池组成为Cu是负极，正极材料选用比铜不活泼的铂或导电的非金属石墨棒，电解质溶液选用FeCl3溶液。
[答案] (1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)装置图如下：
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Cu－2e－===Cu2＋
[误区警示] 设计原电池装置的两个易错点
(1)能设计成原电池的反应一般是自发的放热的氧化还原反应，吸热反应不可能将化学能转化为电能。
(2)设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以。
1．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
有由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A．a>b>c>d B．b>c>d>a
C．d>a>b>c D．a>b>d>c
解析：选C。装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属易失去电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，由现象可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序中氢的后面；装置三和四均形成原电池，由现象易知d比c活泼，d比a活泼。 因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。
2．某原电池的总反应离子方程式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，则下列关于该原电池的装置中正确的是( )
解析：选C。该原电池的负极为锌，正极是比锌活泼性弱的金属或导电的非金属，电解质溶液中含有Cu2＋，故选C。
学习任务3 原电池电极反应式的书写
1．电极反应式的书写规律
(1)负极反应式的书写
①较活泼金属做负极时，电极本身被氧化
若生成的金属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＋；
若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应为两反应合并后的反应，如铅酸蓄电池的负极反应为Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4；
②负极本身不反应
氢氧(酸性)燃料电池，负极反应为H2－2e－===2H＋；
氢氧(碱性)燃料电池，负极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O。
(2)正极反应式的书写
书写时的总原则：首先根据元素化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒，其次确定该微粒得电子后生成什么物质。
氢氧(酸性)燃料电池，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
氢氧(碱性)燃料电池，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
(3)书写复杂电极反应式的方法——加减法
①写出总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4；
②写出其中较为简单的一个半反应(正极或负极)，如Li－e－===Li＋(负极)；
③利用总反应与上述一极的反应相减，即得另一电极的反应式，如LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。
2．一般电极反应式的书写思路
燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )
A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C．随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变
D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
[解析] O2＋2H2O＋4e－===4OH－应为正极反应式，A错误；燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根，所以负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O，B错误；由于部分强碱和二氧化碳反应，所以溶液的c(OH－)将减小，C错误。
[答案] D
[方法总结] 燃料电池电极反应式的书写
(1)写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
(2)写出正极反应式。无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH等)，正极一般都是O2发生还原反应，若在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(3)写出负极反应式。负极反应式＝总反应式－正极反应式。
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－
解析：选C。根据题给信息可知，该燃料电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O；电解液为酸性溶液，电极反应式中不能出现OH－，A错误；又因为燃料电池中负极通入氢气，正极通入氧气，B、D错误。
2．锂电池是一代新型高能电池，它以能量密度大而受到普遍重视，目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是( )
A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋
B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋
C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnOeq \\al(－,2)
D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋
解析：选B。根据原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再结合总反应可知，Li失去电子生成Li＋被氧化，为负极；MnO2得到电子被还原，为正极。
1．(2020·北京海淀区高一检测)下列设备工作时，将化学能转化为电能的是( )
解析：选A。A项，锂离子电池是把化学能转化为电能的设备，故正确；B项，太阳能集热器是把太阳能转化为热能的设备，故错误；C项，燃烧是放热反应，燃气灶是把化学能转化为热能的设备，故错误；D项，硅太阳能电池是把太阳能转化为电能的设备，故错误。
2．下列有关电池的叙述不正确的是( )
A．水果电池是方便实用的家用电池
B．铅酸蓄电池是一种常用的二次电池
C．氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置
D．锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄
解析：选A。水果电池产生的电流非常微弱且不能连续长时间放电，不能作为家用电池；铅酸蓄电池是一种常用的二次电池；氢氧燃料电池产物为水，无污染；锌锰干电池工作时，Zn放电被消耗，故工作一段时间后锌外壳会逐渐变薄，B、C、D项正确，A项错误。
3．下列各装置能构成原电池的是( )
解析：选B。A项中两电极相同，错误；C项中蔗糖溶液是非电解质溶液，错误；D项中两烧杯中溶液是分开的，没有形成闭合回路，错误。
4．(2020·白山第十九中学高一月考)a、b的活动性均比氢强，a还可以从b的硝酸盐中置换出b。将a、b用导线相连放入CuSO4溶液中，下列叙述中不正确的是( )
A．导线上有电流，电流方向由b到a
B．a极质量减少，b极质量增加
C．a极析出氢气
D．a极发生氧化反应，b极发生还原反应
解析：选C。将a、b用导线相连放入CuSO4溶液中，构成原电池，a是负极，b是正极，导线上有电流，电流方向由b到a，故A正确；在原电池中，负极a发生失电子的氧化反应，质量减轻，相对不活泼金属b为正极，发生得电子的还原反应，质量增加，故B、D正确，C错误。
5．(2020·北海高一期末)某锂离子电池的工作原理如图所示(a极材料为金属锂和石墨的复合材料，b极材料为FePO4和石墨的复合材料)，其电池反应为Li＋FePO4===LiFePO4。
(1)a为________极，电极反应式为________________；b为________极，电极反应式为________________________________________。
(2)电池内部Li＋由________侧移向________侧。(填“左”或“右”)
(3)能否用磷酸溶液做电解质？________(填“能”或“否”)。
答案：(1)负 Li－e－===Li＋ 正 FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4 (2)左 右 (3)否
6．如图是氢氧燃料电池工作原理的示意图。通常氢氧燃料电池有酸式(电解质溶液为硫酸)和碱式[电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)]两种。试回答下列问题：
(1)酸式氢氧燃料电池中：
负极反应式为___________________________________________________；
正极反应式为___________________________________________________；
电池总反应为___________________________________________________。
(2)碱式氢氧燃料电池中：
负极反应式为___________________________________________________；
正极反应式为___________________________________________________；
电池总反应为___________________________________________________。
解析：(1)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，酸性条件下与H＋结合成H2O；负极上，H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。(2)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，碱性条件下与H2O结合成OH－；负极上，H2失电子变为H＋，碱性条件下H＋不能大量存在，与OH－结合成H2O。
答案：(1)2H2－4e－===4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O 2H2＋O2===2H2O
(2)2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 2H2＋O2===2H2O
[合格考检测]
1．下列对于原电池的电极名称叙述错误的是( )
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．电流的方向由正极到负极
解析：选C。原电池中相对活泼的金属为负极，相对不活泼的金属为正极，C项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，A项正确；原电池工作时，外电路中电子由负极流出，由正极流入，电流方向与电子流动方向相反，B、D两项正确。
2．下列有关电池的说法不正确的是( )
A．手机上用的锂离子电池属于二次电池
B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D．锌锰干电池中，锌电极是负极
解析：选B。锂离子电池是可充电电池，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中，Cu为正极，Zn为负极，外电路中电子由负极流向正极，B项错误；燃料电池将化学能转化为电能，C项正确；锌锰干电池中，锌电极为负极，D项正确。
3．汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，其结构如图所示，放电时的电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。根据此反应判断下列叙述中正确的是( )
A．PbO2是电池的负极
B．Pb是负极
C．PbO2得电子，被氧化
D．电池放电时，溶液酸性增强
解析：选B。根据电池反应可知，放电过程中Pb失去电子，因此Pb电极是原电池的负极，其电极反应式为Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4，故B项正确；PbO2在放电过程中得到电子被还原，为原电池的正极，故A、C两项错误；由于原电池放电的过程中消耗硫酸，所以溶液的酸性减弱，故D项错误。
4．(2020·宁县高一检测)如图为水果电池的示意图，下列说法正确的是( )
A．锌片做负极，质量逐渐减小
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
解析：选A。锌比铜活泼，则Zn做负极，发生氧化反应，失去电子，进入溶液，所以质量减小，A正确；Zn为负极，则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，将化学能转化为电能，D错误。
5．(2020·三明第一中学月考)某原电池的电池反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，与此电池反应不符的原电池是( )
A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
B．石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
C．铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池
D．铜片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
解析：选C。由总反应可知，负极应为铁，被氧化，电解质溶液应为含有Fe3＋的溶液，A、B、D中铁都为负极，C中铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液构成的原电池中，锌片为负极，铁片为正极，原电池反应为Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋。
6．(2020·南京外国语高一检测)如图所示，两电极分别为碳棒和铁片，若电流计的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是( )
A．a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸
B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸
D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
解析：选C。两电极分别为碳棒和铁片，若电流计的指针发生偏转，则说明形成了原电池，由于活动性：Fe>C，所以Fe为负极，C为正极，且a极上有大量气泡生成，则溶液是硫酸溶液。b是Fe，做负极，在负极上发生反应：Fe－2e－===Fe2＋；a是正极，正极材料是C，在正极上发生反应：2H＋＋2e－===H2↑。
7．(2020·忻州第一中学月考)将编号为①②③④的四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可构成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属的活动性由强到弱的顺序是( )
A．①③②④ B．①③④②
C．③④②① D．③①②④
解析：选B。在两种金属片相连浸入稀硫酸的原电池中，较活泼的金属做负极、较不活泼的金属做正极，电子从负极流向正极，负极上金属失电子而导致质量减少，正极上氢离子得电子生成氢气，①②相连时，外电路电流从②流向①，则②是正极，①是负极，金属活动性：②<①；①③相连时，③为正极，则金属活动性：①>③；②④相连时，②上有气泡逸出，④为负极，②为正极，则金属活动性：④>②；③④相连时，③的质量减少，③为负极，④为正极，则金属活动性：③>④。通过以上分析可知，金属活动性强弱顺序是①③④②。
8．将两根质量相同的铜棒和锌棒用导线相连接后插入CuSO4溶液中，经过一段时间后，取出洗净后干燥并称重，两棒质量相差6.45 g，导线中通过的电子的物质的量为 ( )
A．0.1 ml B．0.2 ml
C．0.3 ml D．0.4 ml
解析：选A。负极：Zn－2e－===Zn2＋，1 ml Zn失去2 ml e－时减重65 g；正极：Cu2＋＋2e－===Cu，1 ml Cu2＋得到2 ml e－时增重64 g，则两极质量相差：65 g＋64 g＝129 g，现在两棒质量相差6.45 g，计算可得应转移0.1 ml e－。
9．某同学为了探究原电池产生电流的过程，设计了如图实验。
(1)打开K，观察到的现象为_______________________________________。
(2)关闭K，观察到的现象为_______________________________________，
此电池负极的电极反应式为_______________________________________，
总反应式为_____________________________________________________。
(3)关闭K，溶液中阳离子向________(填“Zn”或“C”)极移动，外电路中，电子流动方向是____________________________________________(用Zn、C表示)。
解析：(1)打开K，锌与硫酸铜溶液接触，置换出铜，所以可以看到锌棒上附着有红色固体。(2)关闭K，形成原电池，锌做负极，碳做正极，溶液中的铜离子在碳棒上得到电子生成铜，可以看到碳棒上附着有红色固体；其正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。 (3)关闭K，溶液中的阳离子向正极移动，即向碳棒移动；电子从锌极出来经过导线流向碳极。
答案：(1)锌棒上附着有红色固体
(2)碳棒上附着有红色固体 Zn－2e－===Zn2＋
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
(3)C Zn→C
[等级考检测]
10．固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghuse)公司研制开发的。它以固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是( )
A．有O2放电的a极为电池的负极
B．O2－移向电池的正极
C．b极对应的电极反应为2H2－4e－＋2O2－===2H2O
D．a极对应的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析：选C。在该燃料电池中，有O2放电的a极为电池的正极，A错误；O2－移向电池的负极，B错误；在该燃料电池中，有H2放电的b极为电池的负极，电极反应为2H2－4e－＋2O2－===2H2O，C正确；a极是正极，氧气在正极得电子，则对应的电极反应为O2＋4e－===2O2－，D错误。
11．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法中不正确的是 ( )
A．水既是氧化剂又是溶剂
B．放电时负极上有氢气生成
C．放电时OH－向负极移动
D．总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
解析：选B。由题意知此电池名称为锂水电池，可推测其总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，再依据原电池原理写出其电极反应如下：负极为2Li－2e－===2Li＋，正极为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，在原电池内部，放电时OH－向负极移动，故A、C、D项正确，B项错误。
12．有甲、乙两位同学，他们一起做了水果电池的实验，测得数据如下：
试根据上表中的实验数据回答下列问题：
(1)实验2中负极是________，电极反应式为_________________________。
(2)实验1和5电流方向相反的原因是_______________________________。
(3)由实验1～实验4可知，影响水果电池的电压的因素为_____________。
(4)根据实验2、6和实验1、5的比较可发现水果电池的电压还与________有关。
答案：(1)Zn Zn－2e－===Zn2＋
(2)水果类型(或电解质溶液)相同时，实验1中锌的还原性大于铜，锌是负极，实验5中锌的还原性小于铝，锌是正极
(3)水果的类型(或电解质溶液)
(4)电极材料
13．(1)如图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向，可知氧气从________(填“a”或“b”)口通入，X极为电池的________(填“正”或“负”)极。
(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷做电解质，两极上发生的电极反应如下：
A极——2H2＋2O2－－4e－===2H2O
B极——O2＋4e－===2O2－
则A极是电池的________极；电子从该极________(填“流入”或“流出”)。
(3)微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌纽扣电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应如下：
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
总反应为Ag2O＋Zn===ZnO＋2Ag
①Zn是________极，Ag2O发生________反应；
②电子由________极流向________极(填“Zn”或“Ag2O”)，当电路中通过1 ml电子时，负极消耗物质的质量是________g；
③在使用过程中，电解质溶液中KOH的物质的量________(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析：(1)氢氧燃料电池中，电子从负极向正极移动，由题图可知，X是负极，Y是正极，氧气应通入正极。(2)根据电极反应可知，A极发生氧化反应，为电池的负极，电子从该极流出。(3)①根据电极反应可知Zn失电子被氧化而溶解，Ag2O得电子被还原，发生还原反应；②发生原电池反应时，电子由负极经外电路移向正极，即电子从Zn极经外电路移向Ag2O极，当电路中通过1 ml电子时，负极消耗Zn的质量是32.5 g；③电池中KOH只起到增强导电性的作用，不参与反应，故电池使用过程中KOH的物质的量不变。
答案：(1)b 负 (2)负 流出
(3)①负 还原 ②Zn Ag2O 32.5 ③不变课程标准
核心素养
1.以原电池为例认识化学能可以转化为电能。
2．从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。
3．能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要素。体会研制新型电池的重要性。
1.宏观辨识与微观探析：能从宏观(能量变化)和微观(电子转移)相结合的视角分析原电池的组成和工作原理。
2．科学探究与创新意识：能从有关原电池的问题和假设出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验进行实验探究。
实验装置
实验现象
实验结论
锌片上有气泡产生，铜片上无气泡产生
锌与稀硫酸反应生成H2，铜与稀硫酸不反应
锌片上无气泡产生，铜片上有气泡产生
产生H2(还原反应)的位置发生了改变
锌片上无气泡产生，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转
该装置将化学能转化为电能
电极材料
电极名称
电子转移
电极反应式
反应类型
锌
负极
失电子
Zn－2e－===Zn2＋
氧化反应
铜
正极
得电子
2H＋＋2e－===H2↑
还原反应
电池反应的离子方程式
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
构造示意图
工作
原理
负极
锌筒
锌被氧化逐渐消耗
电解质
氯化铵糊
正极
石墨棒
二氧化锰被还原
特点
放电后不能充电；便于携带，价格低
步骤
实例
将反应拆分为电极反应
↓
选择电极材料
↓
选择电解质
↓
画出装置图
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
正极反应
Cu2＋＋2e－===Cu
负极：较活泼金属，一般为发生氧化反应的金属
Fe
正极：活泼性弱于负极材料的金属或石墨
Cu或C
一般为与负极反应的电解质
CuSO4溶液
实验装置
部分实
验现象
a极质量减小，b极质量增大
b极有气泡产生，c极无变化
d极溶解，c极有气泡产生
电流从a极流向d极
A
B
C
D
锂离子电池
太阳能集热器
燃气灶
硅太阳能电池
实验次数
电极材料
水果品种
电极间距cm
电压/mV
1
锌
铜
菠萝
3
900
2
锌
铜
苹果
3
650
3
锌
铜
柑橘
3
850
4
锌
铜
西红柿
3
750
5
锌
铝
菠萝
3
650
6
锌
铝
苹果
3
450
【教材梳理】
一、化学能转化为电能
1．化学能间接转化为电能——火力发电
(1)过程
化学能eq \(――→,\s\up9(燃料燃烧))热能eq \(――→,\s\up9(蒸汽轮机))机械能eq \(――→,\s\up9(发电机))电能
(2)关键——燃烧(氧化还原反应)
2．化学能直接转化为电能——化学电池
(1)实验探究
(2)原理分析
(3)原电池
①定义：把化学能转化为电能的装置。
②工作原理(以铜锌稀硫酸原电池为例)
二、化学电池——新能源和可再生能源的重要组成部分
1．一次电池——锌锰干电池
2.二次电池
3．发展中的燃料电池
【自主检测】
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)火力发电过程经过了化学能转化为热能，热能转化为动能，动能转化为电能的过程。( )
(2)原电池工作时电子从正极流出。( )
(3)原电池中的阴离子移向正极。( )
(4)HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放热反应，可以设计成原电池。( )
(5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子。( )
(6)任何氧化还原反应都可设计成原电池。( )
答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
2．下列装置中，能构成原电池的是( )
A．只有甲 B．只有乙
C．只有丙 D．除乙均可以
解析：选C。甲装置不能构成闭合回路，乙装置两极材料相同，丁装置酒精是非电解质，只有丙装置具备原电池的构成条件。
学习任务1 原电池的构成条件及正负极的判断方法
1．原电池的构成条件
记忆口诀：两极一液一连线，自发的氧化还原反应定中心。
2．原电池的工作原理
(1)两反应：正极——还原反应；负极——氧化反应。
(2)三方向
①电流方向：正极→负极；
②电子流动方向(导线中)：负极→正极；
③阴阳离子移动方向(电解质溶液或熔融电解质中)
阳离子：负极→正极；
阴离子：正极→负极。
[名师点拨]
在原电池中，电子在导线中定向移动(由负极流出，流入正极)，离子在溶液中定向移动(阳离子移向正极，阴离子移向负极)，即“电子不下水，离子不上岸”或“电子走陆路，离子走水路”，它们共同组成了一个完整的闭合回路。
3．原电池正负极的判断方法
[易错提醒]
(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，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，还必须有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。例如：MgAlHCl溶液构成的原电池中，负极为Mg，正极为Al；但是MgAlNaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。
(2020·淄博高一检测)如图所示电流表的指针发生偏转，同时A极的质量减小，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可分别为Zn、Cu和稀盐酸
C．C中阳离子向A极移动
D．A极发生氧化反应
[思维建模] 解答有关原电池问题的思维流程如下：
[解析] 原电池中，负极金属失去电子，发生氧化反应，溶解，质量减小，故A极为负极，B极为正极，A、D项正确；A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B项正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C项错误。
[答案] C
[延伸探究] (1)若将“B极上有气泡产生”改为“B极上有金属析出”，答案选什么？
(2)将例题中B项改为“A、B、C分别为Fe、Cu和浓硝酸”，能否构成原电池？若能，正、负极分别是什么？
答案：(1)选BC。“B极上有金属析出”说明在正极上电解质溶液中的金属阳离子发生还原反应，B项也错误。
(2)能构成原电池。由于Fe遇浓硝酸钝化，Cu常温下可与浓硝酸反应，故Fe做正极，Cu做负极。
1．下列各个装置中能构成原电池的是( )
解析：选B。该装置两电极的活泼性相同，不能构成原电池，A错误；该装置符合原电池的构成条件，能构成原电池，B正确；酒精是非电解质，该装置不能自发地进行氧化还原反应，不能构成原电池，C错误；该装置没有形成闭合回路，不能构成原电池，D错误。
2．如图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下，其中描述合理的是( )
①Zn为正极，Cu为负极 ②H＋向负极移动 ③电子流动方向为由Zn经外电路流向Cu ④Cu极上有H2产生 ⑤若有1 ml电子流过导线，则产生H2的物质的量为0.5 ml ⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
A．①②③B．③④⑤
C．④⑤⑥ D．②③④
解析：选B。在该原电池中，Zn比Cu活泼，故Zn做负极，Cu做正极，电子由Zn流出经外电路流向Cu，负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故每转移1 ml电子时，产生H2 0.5 ml，在溶液中H＋向正极移动，SOeq \\al(2－,4)向负极移动，故①②⑥错误，③④⑤正确。
学习任务2 原电池原理的应用
1．加快化学反应进行
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池可以加快反应进行。
2．比较金属活动性强弱
两种金属分别做原电池的两极时，一般做负极的金属比做正极的金属活泼。
3．用于金属的防护
将被保护的金属与比其活泼的金属连接。
4．设计原电池
(1)依据：已知一个氧化还原反应，首先分析找出氧化剂、还原剂，一般还原剂为负极材料(或在负极上被氧化)，氧化剂为电解质溶液中的阳离子(或在正极上被还原)。
(2)步骤(以Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu为例)
(2020·岳阳高一检测)把A、B、C、D四块金属浸在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成多种原电池。若A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时，A极减轻；B、D相连时，B为正极。则四种金属的活泼性顺序由大到小的排列是( )
A．A>C>D>BB．A>C>B>D
C．B>D>C>A D．A>B>C>D
[解析] A、B相连时，A为负极，说明A与B相比较，A更加活泼；C、D相连，D上有气泡逸出，则C为电源的负极，C比D活泼；A、C相连时，A极减轻，A参与了电极反应，被消耗，则A为负极，A比C活泼；B、D相连，B为正极，则D是活泼金属，做电源的负极，D比B活泼。故有A>C>D>B。
[答案] A
铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式：
________________________________________________________________。
(2)若将(1)中的反应设计成原电池，请在方框内画出原电池的装置图并标出正、负极，在下列横线上写出电极反应式。
正极反应式：____________________________________________________；
负极反应式：____________________________________________________。
[思维建模] 解答“设计原电池”类试题思维流程如下：
[解析] 依据反应：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋可得，氧化反应为Cu－2e－===Cu2＋，还原反应为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，则设计思路明确：
原电池组成为Cu是负极，正极材料选用比铜不活泼的铂或导电的非金属石墨棒，电解质溶液选用FeCl3溶液。
[答案] (1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)装置图如下：
2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ Cu－2e－===Cu2＋
[误区警示] 设计原电池装置的两个易错点
(1)能设计成原电池的反应一般是自发的放热的氧化还原反应，吸热反应不可能将化学能转化为电能。
(2)设计原电池时，负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以。
1．有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
有由此可判断这四种金属的活动性顺序是( )
A．a>b>c>d B．b>c>d>a
C．d>a>b>c D．a>b>d>c
解析：选C。装置一是原电池，a极质量减小，说明a极金属易失去电子形成离子，故a极金属比b极金属活泼；装置二没有形成原电池，由现象可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序中氢的后面；装置三和四均形成原电池，由现象易知d比c活泼，d比a活泼。 因此四种金属的活动性顺序为d>a>b>c。
2．某原电池的总反应离子方程式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，则下列关于该原电池的装置中正确的是( )
解析：选C。该原电池的负极为锌，正极是比锌活泼性弱的金属或导电的非金属，电解质溶液中含有Cu2＋，故选C。
学习任务3 原电池电极反应式的书写
1．电极反应式的书写规律
(1)负极反应式的书写
①较活泼金属做负极时，电极本身被氧化
若生成的金属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＋；
若生成的金属阳离子与电解质溶液反应，其电极反应为两反应合并后的反应，如铅酸蓄电池的负极反应为Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4；
②负极本身不反应
氢氧(酸性)燃料电池，负极反应为H2－2e－===2H＋；
氢氧(碱性)燃料电池，负极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O。
(2)正极反应式的书写
书写时的总原则：首先根据元素化合价变化或氧化性强弱判断得电子的微粒，其次确定该微粒得电子后生成什么物质。
氢氧(酸性)燃料电池，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
氢氧(碱性)燃料电池，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
(3)书写复杂电极反应式的方法——加减法
①写出总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4；
②写出其中较为简单的一个半反应(正极或负极)，如Li－e－===Li＋(负极)；
③利用总反应与上述一极的反应相减，即得另一电极的反应式，如LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。
2．一般电极反应式的书写思路
燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)反应将化学能转变为电能的装置，若电解质溶液是强碱溶液，下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是( )
A．负极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．负极反应式：CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
C．随着放电的进行，溶液的氢氧根浓度不变
D．放电时溶液中的阴离子向负极移动
[解析] O2＋2H2O＋4e－===4OH－应为正极反应式，A错误；燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出，它将进一步反应转化成碳酸根，所以负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O，B错误；由于部分强碱和二氧化碳反应，所以溶液的c(OH－)将减小，C错误。
[答案] D
[方法总结] 燃料电池电极反应式的书写
(1)写出电池总反应式。燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加合后的反应。如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的总反应为CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O。
(2)写出正极反应式。无论负极燃料是H2还是含碳燃料(CO、CH4、CH3OH、C4H10、C2H5OH等)，正极一般都是O2发生还原反应，若在碱性条件下，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，若在酸性条件下，正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(3)写出负极反应式。负极反应式＝总反应式－正极反应式。
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－
解析：选C。根据题给信息可知，该燃料电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O；电解液为酸性溶液，电极反应式中不能出现OH－，A错误；又因为燃料电池中负极通入氢气，正极通入氧气，B、D错误。
2．锂电池是一代新型高能电池，它以能量密度大而受到普遍重视，目前已成功研制多种锂电池。某种锂电池的总反应为Li＋MnO2===LiMnO2，下列说法正确的是( )
A．Li是正极，电极反应为Li－e－===Li＋
B．Li是负极，电极反应为Li－e－===Li＋
C．MnO2是负极，电极反应为MnO2＋e－===MnOeq \\al(－,2)
D．Li是负极，电极反应为Li－2e－===Li2＋
解析：选B。根据原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，再结合总反应可知，Li失去电子生成Li＋被氧化，为负极；MnO2得到电子被还原，为正极。
1．(2020·北京海淀区高一检测)下列设备工作时，将化学能转化为电能的是( )
解析：选A。A项，锂离子电池是把化学能转化为电能的设备，故正确；B项，太阳能集热器是把太阳能转化为热能的设备，故错误；C项，燃烧是放热反应，燃气灶是把化学能转化为热能的设备，故错误；D项，硅太阳能电池是把太阳能转化为电能的设备，故错误。
2．下列有关电池的叙述不正确的是( )
A．水果电池是方便实用的家用电池
B．铅酸蓄电池是一种常用的二次电池
C．氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置
D．锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄
解析：选A。水果电池产生的电流非常微弱且不能连续长时间放电，不能作为家用电池；铅酸蓄电池是一种常用的二次电池；氢氧燃料电池产物为水，无污染；锌锰干电池工作时，Zn放电被消耗，故工作一段时间后锌外壳会逐渐变薄，B、C、D项正确，A项错误。
3．下列各装置能构成原电池的是( )
解析：选B。A项中两电极相同，错误；C项中蔗糖溶液是非电解质溶液，错误；D项中两烧杯中溶液是分开的，没有形成闭合回路，错误。
4．(2020·白山第十九中学高一月考)a、b的活动性均比氢强，a还可以从b的硝酸盐中置换出b。将a、b用导线相连放入CuSO4溶液中，下列叙述中不正确的是( )
A．导线上有电流，电流方向由b到a
B．a极质量减少，b极质量增加
C．a极析出氢气
D．a极发生氧化反应，b极发生还原反应
解析：选C。将a、b用导线相连放入CuSO4溶液中，构成原电池，a是负极，b是正极，导线上有电流，电流方向由b到a，故A正确；在原电池中，负极a发生失电子的氧化反应，质量减轻，相对不活泼金属b为正极，发生得电子的还原反应，质量增加，故B、D正确，C错误。
5．(2020·北海高一期末)某锂离子电池的工作原理如图所示(a极材料为金属锂和石墨的复合材料，b极材料为FePO4和石墨的复合材料)，其电池反应为Li＋FePO4===LiFePO4。
(1)a为________极，电极反应式为________________；b为________极，电极反应式为________________________________________。
(2)电池内部Li＋由________侧移向________侧。(填“左”或“右”)
(3)能否用磷酸溶液做电解质？________(填“能”或“否”)。
答案：(1)负 Li－e－===Li＋ 正 FePO4＋e－＋Li＋===LiFePO4 (2)左 右 (3)否
6．如图是氢氧燃料电池工作原理的示意图。通常氢氧燃料电池有酸式(电解质溶液为硫酸)和碱式[电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)]两种。试回答下列问题：
(1)酸式氢氧燃料电池中：
负极反应式为___________________________________________________；
正极反应式为___________________________________________________；
电池总反应为___________________________________________________。
(2)碱式氢氧燃料电池中：
负极反应式为___________________________________________________；
正极反应式为___________________________________________________；
电池总反应为___________________________________________________。
解析：(1)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，酸性条件下与H＋结合成H2O；负极上，H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。(2)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，碱性条件下与H2O结合成OH－；负极上，H2失电子变为H＋，碱性条件下H＋不能大量存在，与OH－结合成H2O。
答案：(1)2H2－4e－===4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O 2H2＋O2===2H2O
(2)2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 2H2＋O2===2H2O
[合格考检测]
1．下列对于原电池的电极名称叙述错误的是( )
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．电流的方向由正极到负极
解析：选C。原电池中相对活泼的金属为负极，相对不活泼的金属为正极，C项错误；负极发生氧化反应，正极发生还原反应，A项正确；原电池工作时，外电路中电子由负极流出，由正极流入，电流方向与电子流动方向相反，B、D两项正确。
2．下列有关电池的说法不正确的是( )
A．手机上用的锂离子电池属于二次电池
B．铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
C．甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
D．锌锰干电池中，锌电极是负极
解析：选B。锂离子电池是可充电电池，属于二次电池，A项正确；铜锌原电池中，Cu为正极，Zn为负极，外电路中电子由负极流向正极，B项错误；燃料电池将化学能转化为电能，C项正确；锌锰干电池中，锌电极为负极，D项正确。
3．汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，其结构如图所示，放电时的电池反应如下：PbO2＋Pb＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。根据此反应判断下列叙述中正确的是( )
A．PbO2是电池的负极
B．Pb是负极
C．PbO2得电子，被氧化
D．电池放电时，溶液酸性增强
解析：选B。根据电池反应可知，放电过程中Pb失去电子，因此Pb电极是原电池的负极，其电极反应式为Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4，故B项正确；PbO2在放电过程中得到电子被还原，为原电池的正极，故A、C两项错误；由于原电池放电的过程中消耗硫酸，所以溶液的酸性减弱，故D项错误。
4．(2020·宁县高一检测)如图为水果电池的示意图，下列说法正确的是( )
A．锌片做负极，质量逐渐减小
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
解析：选A。锌比铜活泼，则Zn做负极，发生氧化反应，失去电子，进入溶液，所以质量减小，A正确；Zn为负极，则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，将化学能转化为电能，D错误。
5．(2020·三明第一中学月考)某原电池的电池反应为Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，与此电池反应不符的原电池是( )
A．铜片、铁片、FeCl3溶液组成的原电池
B．石墨、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
C．铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液组成的原电池
D．铜片、铁片、Fe(NO3)3溶液组成的原电池
解析：选C。由总反应可知，负极应为铁，被氧化，电解质溶液应为含有Fe3＋的溶液，A、B、D中铁都为负极，C中铁片、锌片、Fe2(SO4)3溶液构成的原电池中，锌片为负极，铁片为正极，原电池反应为Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋。
6．(2020·南京外国语高一检测)如图所示，两电极分别为碳棒和铁片，若电流计的指针发生偏转，且a极上有大量气泡生成，则以下叙述正确的是( )
A．a为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸
B．b为负极，是铁片，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
C．a为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸
D．b为正极，是碳棒，烧杯中的溶液为硫酸铜溶液
解析：选C。两电极分别为碳棒和铁片，若电流计的指针发生偏转，则说明形成了原电池，由于活动性：Fe>C，所以Fe为负极，C为正极，且a极上有大量气泡生成，则溶液是硫酸溶液。b是Fe，做负极，在负极上发生反应：Fe－2e－===Fe2＋；a是正极，正极材料是C，在正极上发生反应：2H＋＋2e－===H2↑。
7．(2020·忻州第一中学月考)将编号为①②③④的四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可构成原电池。①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属的活动性由强到弱的顺序是( )
A．①③②④ B．①③④②
C．③④②① D．③①②④
解析：选B。在两种金属片相连浸入稀硫酸的原电池中，较活泼的金属做负极、较不活泼的金属做正极，电子从负极流向正极，负极上金属失电子而导致质量减少，正极上氢离子得电子生成氢气，①②相连时，外电路电流从②流向①，则②是正极，①是负极，金属活动性：②<①；①③相连时，③为正极，则金属活动性：①>③；②④相连时，②上有气泡逸出，④为负极，②为正极，则金属活动性：④>②；③④相连时，③的质量减少，③为负极，④为正极，则金属活动性：③>④。通过以上分析可知，金属活动性强弱顺序是①③④②。
8．将两根质量相同的铜棒和锌棒用导线相连接后插入CuSO4溶液中，经过一段时间后，取出洗净后干燥并称重，两棒质量相差6.45 g，导线中通过的电子的物质的量为 ( )
A．0.1 ml B．0.2 ml
C．0.3 ml D．0.4 ml
解析：选A。负极：Zn－2e－===Zn2＋，1 ml Zn失去2 ml e－时减重65 g；正极：Cu2＋＋2e－===Cu，1 ml Cu2＋得到2 ml e－时增重64 g，则两极质量相差：65 g＋64 g＝129 g，现在两棒质量相差6.45 g，计算可得应转移0.1 ml e－。
9．某同学为了探究原电池产生电流的过程，设计了如图实验。
(1)打开K，观察到的现象为_______________________________________。
(2)关闭K，观察到的现象为_______________________________________，
此电池负极的电极反应式为_______________________________________，
总反应式为_____________________________________________________。
(3)关闭K，溶液中阳离子向________(填“Zn”或“C”)极移动，外电路中，电子流动方向是____________________________________________(用Zn、C表示)。
解析：(1)打开K，锌与硫酸铜溶液接触，置换出铜，所以可以看到锌棒上附着有红色固体。(2)关闭K，形成原电池，锌做负极，碳做正极，溶液中的铜离子在碳棒上得到电子生成铜，可以看到碳棒上附着有红色固体；其正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。 (3)关闭K，溶液中的阳离子向正极移动，即向碳棒移动；电子从锌极出来经过导线流向碳极。
答案：(1)锌棒上附着有红色固体
(2)碳棒上附着有红色固体 Zn－2e－===Zn2＋
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
(3)C Zn→C
[等级考检测]
10．固体氧化物燃料电池是由美国西屋(Westinghuse)公司研制开发的。它以固体氧化锆氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是( )
A．有O2放电的a极为电池的负极
B．O2－移向电池的正极
C．b极对应的电极反应为2H2－4e－＋2O2－===2H2O
D．a极对应的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析：选C。在该燃料电池中，有O2放电的a极为电池的正极，A错误；O2－移向电池的负极，B错误；在该燃料电池中，有H2放电的b极为电池的负极，电极反应为2H2－4e－＋2O2－===2H2O，C正确；a极是正极，氧气在正极得电子，则对应的电极反应为O2＋4e－===2O2－，D错误。
11．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法中不正确的是 ( )
A．水既是氧化剂又是溶剂
B．放电时负极上有氢气生成
C．放电时OH－向负极移动
D．总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
解析：选B。由题意知此电池名称为锂水电池，可推测其总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，再依据原电池原理写出其电极反应如下：负极为2Li－2e－===2Li＋，正极为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，在原电池内部，放电时OH－向负极移动，故A、C、D项正确，B项错误。
12．有甲、乙两位同学，他们一起做了水果电池的实验，测得数据如下：
试根据上表中的实验数据回答下列问题：
(1)实验2中负极是________，电极反应式为_________________________。
(2)实验1和5电流方向相反的原因是_______________________________。
(3)由实验1～实验4可知，影响水果电池的电压的因素为_____________。
(4)根据实验2、6和实验1、5的比较可发现水果电池的电压还与________有关。
答案：(1)Zn Zn－2e－===Zn2＋
(2)水果类型(或电解质溶液)相同时，实验1中锌的还原性大于铜，锌是负极，实验5中锌的还原性小于铝，锌是正极
(3)水果的类型(或电解质溶液)
(4)电极材料
13．(1)如图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向，可知氧气从________(填“a”或“b”)口通入，X极为电池的________(填“正”或“负”)极。
(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷做电解质，两极上发生的电极反应如下：
A极——2H2＋2O2－－4e－===2H2O
B极——O2＋4e－===2O2－
则A极是电池的________极；电子从该极________(填“流入”或“流出”)。
(3)微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌纽扣电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应如下：
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
总反应为Ag2O＋Zn===ZnO＋2Ag
①Zn是________极，Ag2O发生________反应；
②电子由________极流向________极(填“Zn”或“Ag2O”)，当电路中通过1 ml电子时，负极消耗物质的质量是________g；
③在使用过程中，电解质溶液中KOH的物质的量________(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析：(1)氢氧燃料电池中，电子从负极向正极移动，由题图可知，X是负极，Y是正极，氧气应通入正极。(2)根据电极反应可知，A极发生氧化反应，为电池的负极，电子从该极流出。(3)①根据电极反应可知Zn失电子被氧化而溶解，Ag2O得电子被还原，发生还原反应；②发生原电池反应时，电子由负极经外电路移向正极，即电子从Zn极经外电路移向Ag2O极，当电路中通过1 ml电子时，负极消耗Zn的质量是32.5 g；③电池中KOH只起到增强导电性的作用，不参与反应，故电池使用过程中KOH的物质的量不变。
答案：(1)b 负 (2)负 流出
(3)①负 还原 ②Zn Ag2O 32.5 ③不变课程标准
核心素养
1.以原电池为例认识化学能可以转化为电能。
2．从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。
3．能举出化学能转化为电能的实例，能辨识简单原电池的构成要素。体会研制新型电池的重要性。
1.宏观辨识与微观探析：能从宏观(能量变化)和微观(电子转移)相结合的视角分析原电池的组成和工作原理。
2．科学探究与创新意识：能从有关原电池的问题和假设出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验进行实验探究。
实验装置
实验现象
实验结论
锌片上有气泡产生，铜片上无气泡产生
锌与稀硫酸反应生成H2，铜与稀硫酸不反应
锌片上无气泡产生，铜片上有气泡产生
产生H2(还原反应)的位置发生了改变
锌片上无气泡产生，铜片上有气泡产生，电流表指针发生偏转
该装置将化学能转化为电能
电极材料
电极名称
电子转移
电极反应式
反应类型
锌
负极
失电子
Zn－2e－===Zn2＋
氧化反应
铜
正极
得电子
2H＋＋2e－===H2↑
还原反应
电池反应的离子方程式
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
构造示意图
工作
原理
负极
锌筒
锌被氧化逐渐消耗
电解质
氯化铵糊
正极
石墨棒
二氧化锰被还原
特点
放电后不能充电；便于携带，价格低
步骤
实例
将反应拆分为电极反应
↓
选择电极材料
↓
选择电解质
↓
画出装置图
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
正极反应
Cu2＋＋2e－===Cu
负极：较活泼金属，一般为发生氧化反应的金属
Fe
正极：活泼性弱于负极材料的金属或石墨
Cu或C
一般为与负极反应的电解质
CuSO4溶液
实验装置
部分实
验现象
a极质量减小，b极质量增大
b极有气泡产生，c极无变化
d极溶解，c极有气泡产生
电流从a极流向d极
A
B
C
D
锂离子电池
太阳能集热器
燃气灶
硅太阳能电池
实验次数
电极材料
水果品种
电极间距cm
电压/mV
1
锌
铜
菠萝
3
900
2
锌
铜
苹果
3
650
3
锌
铜
柑橘
3
850
4
锌
铜
西红柿
3
750
5
锌
铝
菠萝
3
650
6
锌
铝
苹果
3
450
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