高中人教版 (2019)第一节 化学反应与能量变化第2课时导学案

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新知探究(一) 原电池的工作原理[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．化学能间接转化为电能——火力发电
eq \a\vs4\al(化学能)eq \(――→,\s\up7(燃料燃烧))eq \a\vs4\al(热能)eq \(――→,\s\up7(蒸汽轮机))eq \a\vs4\al(机械能)eq \(――→,\s\up7(发电机))eq \a\vs4\al(电能)
2．化学能直接转化成电能——原电池
(1)实验探究
(2)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)：
③反应本质：原电池反应的本质是氧化还原反应。
[落实新知能]
1．原电池的构成条件——“两极一液一线一反应”
(1)两极——两种活泼性不同的金属(或一种为能导电的非金属如碳棒)。
(2)一液——电解质溶液(或熔融的电解质)。
(3)一线——形成闭合回路。
(4)一反应——能自发进行的氧化还原反应。
2．原电池的工作原理思维模型
(1)电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。
(2)离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
[注意] ①电子只能在导线中定向移动，离子只能在电解质溶液或熔融电解质中定向移动。(简记为：电子不下水，离子不上岸)
②负极区失电子带正电，所以带负电的阴离子移向负极，电子流向正极后正极带负电，所以溶液中带正电的阳离子移向正极。(简记为：负负、正正)
3．原电池正负极的判断方法
[演练新学考]
1.如图所示，把锌片和铜片用导线相连后插入稀硫酸溶液构成原电池。下列叙述正确的是( )
A．Zn是负极，发生还原反应
B．电流从锌片流向铜片
C．一段时间后，铜片质量减轻
D．该装置将化学能转变为电能
解析：选D 负极上发生氧化反应，A错误；电流从铜片流向锌片，B错误；铜片上产生H2，质量不变，C错误；该装置为原电池，能将化学能转化为电能，D正确。
2.如图所示的装置中，M为活动性顺序位于氢之前的金属，N为石墨棒。下列关于此装置的叙述中，不正确的是( )
A．N上有气体放出
B．M为负极，N为正极
C．是化学能转变为电能的装置
D．导线中有电流通过，电流方向由M到N
解析：选D M为活动性顺序位于氢之前的金属，N为石墨棒，则M为原电池的负极，石墨为正极，负极M被氧
化，正极生成氢气，电流由正极经外电路流向负极，即由N流向M，故D项错误。
3．(1)下列装置属于原电池的是________。
(2)在选出的原电池中，________是负极，发生________反应，________是正极，该极的现象是________________________________________________________________________。
(3)此原电池反应的化学方程式为___________________________________________。
解析：(1)依据构成原电池的条件判断，只有⑤符合。
(2)在装置⑤中，较为活泼的金属铁作负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋；不活泼的金属铜作正极，正极上发生还原反应：2H＋＋2e－===H2 ↑，所以看到的现象是正极产生气泡。
(3)由上述分析，可确定此原电池的电池总反应是Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑。
答案：(1)⑤ (2)Fe 氧化 Cu 电极上产生气泡
(3)Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑
新知探究(二) 化学电源[学考层级]
[自学新教材]
1．干电池
(1)构造示意图
(2)工作原理和正负极
锌筒作负极，发生氧化反应，石墨棒作正极，二氧化锰不断被还原，电子由锌筒流向石墨棒。
(3)特点
①一次电池，放电后不能充电。
②便于携带，价格低。
2．蓄电池
(1)特点：又称二次电池，它在放电时进行氧化还原反应，在充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。
(2)实例：铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。目前汽车上使用的多数是铅酸蓄电池。手机、笔记本计算机、照相机和摄像机等电器所用的电池多数为锂离子电池。
3．燃料电池
如图是氢氧燃料电池结构示意图，结合图示思考什么是燃料电池，其有什么特点：
(1)概念：一种将燃料(如氢气、甲烷、乙醇)与氧化剂(如氧气)的化学能直接转化为电能的电化学反应装置。
(2)特点：
①电极反应物不是储存在电池内部，从外部提供，同时将电极反应产物不断排出电池。
②具有清洁、安全、能量转化率高、供电量易于调节，能适应用电器负载的变化等特点。
(3)常见燃料电池：氢氧燃料电池、甲烷燃料电池等。
[落实新知能]
几种电池的特点比较
[演练新学考]
1．下列有关电池的叙述正确的是( )
A．水果电池是高效环保的家用电池
B．锌锰干电池是一种常用的二次电池
C．锌锰干电池中碳棒是负极，锌是正极
D．锌锰干电池工作一段时间后锌外壳逐渐变薄
解析：选D 水果电池产生的电流微弱，不能作为家用电池，A错误；锌锰干电池是一种常用的一次性电池，其中锌作负极，碳棒作正极；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错误，D正确。
2．下列电池不属于二次电池的是( )
解析：选D 四种电池中只有锌锰干电池不属于二次电池，故D项符合题意。
3．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理示意图如图所示。下列有关氢氧燃料电池的说法，正确的是( )
A．该电池工作时电能转化为化学能
B．该电池中电极a是正极
C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a
D．该电池的总反应：2H2＋O2===2H2O
解析：选D 燃料电池是将化学能转化为电能，A项不正确；a极通入H2发生氧化反应，是电池的负极，B项不正确；外电路中电子由负极流向正极，即由电极a通过导线流向电极b，C项不正确。
新知探究(三) 原电池原理的应用[选考层级]
[难度增一点]
[典例] 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：
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] 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，可知b比c活泼，且c位于金属活动性顺序表中氢的后面；装置三和四均形成原电池，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。
[答案] C
[知能深一点]
1．原电池原理的应用
(1)比较金属活动性
作负极的金属活动性强，作正极的金属活动性弱。
(2)改变化学反应速率
如：在Zn和稀硫酸反应时，滴加少量CuSO4溶液，则Zn置换出的铜和锌能构成原电池的正、负极，从而加快Zn与稀硫酸反应的速率。
(3)设计原电池
如：把Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋设计成原电池，可用Fe作负极，铜(或石墨)作正极，FeCl3溶液作电解质溶液。
(4)保护金属设备
如：船体是钢铁材料，在海水中易被腐蚀，在船体外壳焊接上比铁活泼的金属(如Zn)，则构成以Zn、Fe为电极的原电池，Zn被消耗掉而Fe得到保护。
2．设计原电池的一般思路
(1)将已知氧化还原反应拆分成两个半反应
氧化反应：还原剂－ne－===氧化产物
还原反应：氧化剂＋ne－===还原产物
正极反应式＋负极反应式===电池总反应式
(2)根据总反应式并结合两个半反应，找出正、负极材料及电解质溶液。
①电极材料的选择：选活泼性较强的金属作负极，活泼性较弱的金属或能导电的惰性材料作正极。
②电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能与负极发生反应，可参照总反应式选择电解质溶液。
[选考难一点]
1．100 mL 2 ml·L－1的盐酸与过量的锌反应，为加快速率，又不影响产生氢气的总量，可采用的方法是( )
A．加入适量的6 ml·L－1的盐酸
B．加入数滴氯化铜溶液
C．加入适量的蒸馏水
D．加入适量的氯化钠溶液
解析：选B A项，能加快反应速率，但增加了产生氢气的总量，错误；C、D项，不影响H2的量，但稀释了盐酸，降低了反应速率，错误；B项，发生反应Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu，形成Cu－Zn原电池，加快了反应速率，正确。
2.如图所示装置，电流表指针发生偏转，同时A极逐渐变粗，B极逐渐变细，C为电解质溶液，则A、B、C应是下列各组中的( )
A．A是Zn，B是Cu，C为稀硫酸
B．A是Cu，B是Zn，C为稀硫酸
C．A是Fe，B是Ag，C为稀AgNO3溶液
D．A是Ag，B是Fe，C为稀AgNO3溶液
解析：选D A极逐渐变粗，说明A极为原电池的正极，溶液中的金属阳离子得到电子后在A极上析出；B极逐渐变细，说明B极为原电池的负极，失去电子后变成离子
进入溶液中。A项和B项中的反应为Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，则A项中A极变细，B项中A极不变。C和D两项中的反应为Fe＋2AgNO3===2Ag＋Fe(NO3)2，其中C项中A极变细，D项中A极变粗。
3．利用反应Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4，设计一个原电池。
(1)选用______为负极材料，_______为正极材料，电解质溶液为________。
(2)写出电极反应式：负极________________，正极___________________________。
(3)试画出上述装置图。
解析：(1)根据反应Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4可知Zn是还原剂，CuSO4是氧化剂，故用锌片作负极，正极选用金属性弱于锌的金属或能导电的非金属，因此可以是铜片或碳棒为正极材料，电解质溶液为CuSO4溶液。(2)Zn在负极发生氧化反应生成Zn2＋，即Zn－2e－===Zn2＋，Cu2＋正极被还原得到Cu，即Cu2＋＋2e－===Cu。
答案：(1)锌片 铜片(或碳棒) CuSO4溶液
(2)Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu
(3)
新知探究(四) 化学电源 电极反应式的书写[选考层级]
[难度增一点]
[典例1] 铅酸蓄电池是化学电源，其电极材料分别是Pb和PbO2，电解液为稀硫酸。工作时该电池总反应式为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。根据上述情况判断：
(1)工作时，电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)工作时，电解质溶液中的阴离子移向________极。
(3)电流方向从______极流向______极。
(4)写出负极的电极反应式：___________________________________________________。
(5)当铅酸蓄电池向外电路提供1 ml电子时，理论上负极板的质量增加________g。
[解析] 本题解答时应从两方面入手：一是根据电池总反应式明确铅酸蓄电池的工作原理；二是抓住电极反应中各反应物和生成物之间量的关系。由铅酸蓄电池工作时总反应式可知Pb为负极，负极反应为Pb－2e－＋SOeq \\al(2－,4)===PbSO4，PbO2为正极，正极反应为PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O。由于电池工作时，不断消耗H2SO4且生成水，使H＋的浓度减小，故pH增大；阴离子移向负极，电流方向与电子移动方向相反，由正极到负极；当外电路中通过1 ml电子时，根据Pbeq \(――→,\s\up7(－2e－))PbSO4，则负极增重为SOeq \\al(2－,4)的质量，即96 g·ml－1×eq \f(1,2) ml＝48 g。
[答案] (1)增大 (2)负 (3)正 负
(4)Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4 (5)48
[典例2] 如图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。
试回答下列问题：
(1)酸式电池的电极反应：负极：_______________________________________________，
正极：__________________________________________________________；
电池总反应：___________________________________________________；
电解质溶液pH的变化为________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)碱式电池的电极反应：负极：_______________________________________________，
正极：_______________________________________________________________；
电池总反应：______________________________________________________；
电解质溶液pH的变化为__________(填“变大”“变小”或“不变”)。
[解析] (1)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，与水结合生成OH－，酸性条件下再与H＋结合成H2O。负极上，H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。电池总反应相当于H2在O2中燃烧的反应，由于有水生成，溶液将逐渐变稀，故pH变大。(2)正极上，O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，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。电池总反应相当于H2在O2中燃烧的反应。同样，由于有水生成，c(OH－)变小，pH变小。
[答案] (1)2H2－4e－===4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O 2H2＋O2===2H2O 变大
(2)2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 2H2＋O2===2H2O 变小
[知能深一点]
常见化学电源电极反应式
1．普通锌锰干电池
负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：2MnO2＋2NHeq \\al(＋,4)＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O
总反应：Zn＋2MnO2＋2NHeq \\al(＋,4)===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O
2．铅酸蓄电池
负极(Pb)：Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4
正极(PbO2)：PbO2＋4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2e－===PbSO4＋2H2O
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
3．氢氧燃料电池
[选考难一点]
1．汽车的启动电源常用铅酸蓄电池，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．负极反应式为Pb＋SOeq \\al(2－,4)－2e－===PbSO4↓
C．PbO2得电子，被氧化
D．电池放电时，溶液酸性增强
解析：选B 根据电极反应式可知Pb被氧化，作负极，PbO2作正极，A错误；Pb在负极失去电子结合SOeq \\al(2－,4)生成PbSO4，B正确；PbO2在正极得电子被还原，C错误；放电过程中，正极消耗H＋，溶液酸性减弱，D错误。
2．一种燃料电池中发生的化学反应为酸性溶液中甲醇(CH3OH)与氧反应生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是( )
A．CH3OH＋O2－2e－===H2O＋CO2＋2H＋
B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋
D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析：选C 该燃料电池的总反应为2CH3OH＋3O2===4H2O＋2CO2，由于在酸性溶液中正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，根据电子守恒则负极反应为CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋。
3.银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，其工作示意图如图。下列说法不正确的是( )
A．Zn电极是负极
B．Ag2O电极发生还原反应
C．Zn电极的电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
D．放电前后电解质溶液的pH保持不变
解析：选D 根据反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag，锌元素的化合价升高，失电子，发生氧化反应生成Zn(OH)2，作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，A和C选项都正确；银元素的化合价降低，得电子，发生还原反应生成Ag，作原电池的正极，电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，B选项正确；根据总反应式可知，KOH没有参与总反应，但是反应消耗了水，使溶液的体积变小，c(OH－)变大，溶液的pH升高，D选项错误。
eq \a\vs4\al([课时跟踪训练])
A级—学业水平考试达标练
1．下面是四个化学反应，你认为理论上不可用于设计原电池的化学反应是( )
A．2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑
B．2H2＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2H2O
C．Mg3N2＋6H2O===3Mg(OH)2＋2NH3↑
D．CH4＋2O2eq \(=====,\s\up7(点燃))CO2＋2H2O
解析：选C 只有属于氧化还原反应，才能用于设计原电池；A、B、D属于氧化还原反应，均可以设计为原电池。C不属于氧化还原反应，不能设计原电池。
2．下列说法中正确的是( )
A．碱性锌锰电池是二次电池
B．铅酸蓄电池是一次电池
C．二次电池又叫蓄电池，它放电后可以再充电使活性物质获得再生
D．燃料电池的活性物质储存在电池内
解析：选C 碱性锌锰电池属于一次电池(干电池)，A错误；铅酸蓄电池是二次电池，B错误；二次电池，可反复充放电循环使用，充电后可使活性物质获得再生，C正确；燃料电池的氧化剂和还原剂均在电池外部，使用时通入即可，D错误。
3．如图所示各装置中，不能构成原电池的是(烧杯中所盛液体都是稀硫酸)( )
解析：选D 原电池的形成条件包括活动性不同的电极、电解质溶液、形成闭合回路、自发进行氧化还原反应。对图示各个装置进行观察，发现只有D不能形成闭合回路，因此不能形成原电池。
4.如图为某原电池的示意图，下列说法正确的是( )
A．铜片作负极
B．溶液的颜色逐渐变浅
C．电子由铜棒流出
D．锌片上发生还原反应
解析：选B 由于金属活动性：Zn>Cu，即Zn是负极，Cu是正极，A错误；正极上是溶液中的Cu2＋得电子被还原为单质Cu，即溶液的颜色变浅，B正确；电子由负极Zn流出，经外电路流向正极Cu，C错误；Zn在负极失去电子，发生氧化反应，D错误。
5．人造地球卫星用到的一种高能电池——银锌蓄电池，其电池的电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。据此判断氧化银是( )
A．负极，并被氧化 B．正极，并被还原
C．负极，并被还原 D．正极，并被氧化
解析：选B 根据Ag由＋1价降至0价，可知Ag2O在反应中被还原，即Ag2O作正极。
6．将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是( )
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pH均增大
D．产生气泡的速率甲比乙慢
解析：选C 图甲是一个原电池装置，负极(Zn)反应式为Zn－2e－===Zn2＋，正极(Cu)反应式为2H＋＋2e－===H2↑，形成的原电池能加快产生氢气的速率；图乙中，Zn直接与稀硫酸反应生成H2：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，甲、乙两烧杯中H2SO4均被消耗，溶液的pH均增大。
7.“盐水动力”玩具车的电池以镁片、活性炭为电极，向极板上滴加食盐水后电池便可工作，电池反应为2Mg＋O2＋2H2O===2Mg(OH)2。下列关于该电池的说法错误的是( )
A．镁片作为正极
B．食盐水作为电解质溶液
C．电池工作时镁片逐渐被消耗
D．电池工作时实现了化学能向电能的转化
解析：选A 结合题中总反应可知Mg在反应中化合价升高，即镁片作负极，A错误；食盐水是该电池的电解质溶液，B正确；电池工作时镁片在负极逐渐溶解而被消耗，C正确；该装置能将化学能转化为电能，D正确。
8.最早使用的化学电池是锌锰电池，即大家熟悉的干电池，其结构如图所示。
尽管这种电池的历史悠久，但对于它的化学过程人们尚未完全了解。一般认为，放电时，电池中的反应如下：
E极：2MnO2＋2e－＋2NHeq \\al(＋,4)===Mn2O3＋H2O＋2NH3↑
F极：Zn－2e－===Zn2＋
总反应式：2MnO2＋Zn＋2NHeq \\al(＋,4)===Mn2O3＋Zn2＋＋2NH3↑＋H2O
下列说法正确的是( )
A．E极是电池的正极，发生的是氧化反应
B．F极是电池的负极，发生的是氧化反应
C．从结构上分析，锌锰电池应属于可充电电池
D．锌锰电池内部发生的氧化还原反应是可逆的
解析：选B E极发生还原反应，应为电池的正极，F极发生氧化反应，为电池的负极。干电池中反应不可逆，故不属于可充电电池。
9．镍镉(Ni—Cd)可充电电池可以发生如下反应：Cd(OH)2＋2Ni(OH)2eq \(,\s\up7(充电),\s\d5(放电))Cd＋2NiO(OH)＋2H2O，由此可知，该电池的负极材料是( )
A．Cd B．NiO(OH)
C．Cd(OH)2 D．Ni(OH)2
解析：选A 放电时，元素化合价升高的物质为负极材料。
10.
在铜锌原电池中(如图)，以硫酸铜为电解质溶液，锌为________极，电极上发生的是________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为________________________________________________________________________。
锌片上观察到的现象为___________________________________________；
铜为________极，电极上发生的是________(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式为________________________________________________________________________；
铜片上观察到的现象为______________________________________________________，
原电池总反应的离子方程式为________________________________________________。
解析：CuSO4为电解质溶液时，铜锌原电池的负极为锌，电极反应式为Zn－2e－=== Zn2＋，所以锌片不断溶解，正极为铜，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，所以铜极不断变粗，原电池总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。
答案：负 氧化 Zn－2e－===Zn2＋ 锌片溶解 正 还原 Cu2＋＋2e－===Cu 铜极变粗 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
11．某学习小组设计如图所示装置观察氧化还原反应中电子的转移。
(1)实验Ⅰ中，Fe与CuSO4溶液反应的离子方程式是____________________，负极反应式为________________________________________________________________________。
(2)根据实验Ⅰ的原理，推测实验Ⅱ中：锌片上发生____(填“氧化”或“还原”)反应；铜片上的实验现象是_________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)Fe与CuSO4溶液发生置换反应，其离子方程式为Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋；由于金属性Fe＞Cu，故Fe为负极，其电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。(2)金属性：Zn＞Cu，根据实验Ⅰ的原理，推测实验Ⅱ中Zn失电子发生氧化反应，H＋在正极得到电子被还原生成H2，即铜片上可看到产生无色气泡。
答案：(1)Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋ Fe－2e－===Fe2＋
(2)氧化 产生无色气泡
B级—选考等级考试增分练
1．将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是( )
解析：选A a中加入少量CuSO4溶液，能置换出少量Cu，构成Cu－Zn－稀硫酸原电池，可加快反应速率，但a中Zn有少量与CuSO4反应置换出Cu，故产生的H2体积减小，A正确。
2．燃料电池是利用燃料(如H2、CO、CH4等)跟氧气或空气反应，将化学能转化为电能的装置。电解质溶液是强碱溶液。下列关于甲烷燃料电池说法中正确的为( )
A．负极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．随着放电进行，溶液的pH不变
C．负极的电极反应式为CH4＋8OH－－8e－===CO2＋6H2O
D．放电时溶液中的OH－向负极移动
解析：选D CH4在负极发生氧化反应，O2在正极发生还原反应，A错误；CH4在负极失去电子后转化为COeq \\al(2－,3)，消耗OH－，溶液pH减小，B错误；负极反应式为CH4＋10OH－－8e－===COeq \\al(2－,3)＋7H2O，C错误；放电过程中阴离子(OH－)向负极移动，D正确。
3.金属(M)－空气电池的工作原理如图所示。下列说法中不正确的是( )
A．金属M作电池负极
B．电解质是熔融的MO
C．正极的电极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．电池反应：2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2
解析：选B 该电池中M失电子作负极，A正确；由图中M2＋和OH－可知，电解质不是熔融的MO，B错误；空气得电子作正极，电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C正确；电池总反应为2M＋O2＋2H2O===2M(OH)2，D正确。
4．根据下列实验事实：①X＋Y2＋===X2＋＋Y；②Z＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(冷))Z(OH)2＋H2↑；③Z2＋的氧化性比X2＋弱；④由Y、W电极组成原电池，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是( )
A．X>Z>Y>W B．Z>W>X>Y
C．Z>X>Y>W D．Z>Y>X>W
解析：选C ①中X能置换出Y，说明还原性X>Y；②中Z可与冷水反应，说明Z是极活泼金属；③说明还原性Z>X；④中Y、W形成原电池时，Y作负极，说明还原性Y>W。综上所述，金属的还原性由强到弱的顺序为Z>X>Y>W。
5．人们应用原电池原理制作了多种电池以满足不同的需要，同时废弃的电池随便丢弃也会对环境造成污染。请回答下列问题：
(1)电子表和电子计算器中所用的是纽扣式微型银锌电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质为KOH溶液，工作时电池总反应为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。
①工作时电流从_____极流向_____极(填“Ag2O”或“Zn”)。
②电极反应式：正极：_______________________________________________________，
负极：________________________________________________________________。
③工作时电池正极区的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)氢镍电池是近年来开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式为eq \f(1,2)H2＋NiO(OH)eq \(,\s\up7(放电),\s\d5(充电))Ni(OH)2。
电池放电时， 负极反应式为_______________，正极反应式为__________________， 正极附近溶液的pH ______(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析：(1)①根据总反应中化合价变化可知Zn为负极，Ag2O为正极，电池工作时，电流由正极流向负极。②正极是Ag2O得电子转化为Ag并生成OH－，负极是Zn在碱性条件下失电子生成Zn(OH)2。③正极反应生成了OH－，导致正极区溶液pH增大。(2)结合总反应可知放电时负极是H2在碱性条件下生成H2O，正极是NiO(OH)得电子被还原为Ni(OH)2，并生成OH－，导致正极区溶液的pH增大。
答案：(1)①Ag2O Zn ②Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－ Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 ③增大
(2)eq \f(1,2)H2－e－＋OH－ ===H2O NiO(OH)＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－ 增大
6．为了探究原电池的工作原理，某化学学习小组设计了一组实验，其装置如图所示：
回答下列问题：
(1)根据原电池原理填写下表：
(2)电极类型除与电极材料的性质有关外，还与 ___________有关。
(3)根据上述电池分析，负极材料是否一定参加电极反应？ ______(填“一定”或“不一定”)，用上述电池说明： ______________________________________________。
(4)上述电池放电过程中，电解质溶液酸碱性的变化：甲 ________，丙 ________，戊 ________(填“酸性减弱”或“碱性减弱”)。
解析：(1)甲中Mg、Al分别为负极和正极，负极Mg失电子生成Mg2＋，阳离子向正极Al移动；乙中Fe、Pt分别为负极和正极，负极Fe失电子生成Fe2＋，阳离子向正极Pt移动；丙中Al、Mg分别为负极和正极，负极Al生成AlOeq \\al(－,2)，阳离子向正极Mg移动；丁中Al遇浓硝酸钝化，Cu、Al分别为负极和正极，负极Cu失电子生成Cu2＋，阳离子向正极Al移动；戊为燃料电池，通甲烷的Pt电极为负极，通空气的电极为正极，负极上CH4在碱性条件下被氧化成COeq \\al(2－,3)并生成水，阳离子向正极石墨移动。(2)电极类型与电极材料和电解质溶液的性质都有关。(3)负极材料不一定参加电极反应，如装置戊，而其他4个装置负极材料均失电子发生氧化反应。(4)甲中消耗稀硫酸，溶液酸性减弱，丙和戊反应中均消耗OH－，溶液碱性均减弱。
答案：(1)
(2)电解质溶液的性质
(3)不一定 在5个装置中，戊装置负极材料未参与反应，其他电池负极材料发生了氧化反应
(4)酸性减弱 碱性减弱 碱性减弱
1.以原电池为例认识化学能可以转化为电能。
2.从氧化还原反应角度初步认识原电池的工作原理。
装置
现象
解释或结论
实验1
①锌片：不断溶解，且锌片上有气泡产生
②铜片：无明显现象
锌是活泼金属能与稀硫酸反应产生氢气；铜不能与稀硫酸反应
实验2
①锌片：不断溶解
②铜片：不溶解，但铜片上产生大量气泡
③电流计：指针发生偏转
有电流产生，装置中化学能转化为电能
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
总反应式
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
名称
干电池
(一次电池)
充电电池
(二次电池)
燃料电池
特点
①活性物质(发生氧化还原反应的物质)消耗到一定程度后，不能再使用
②电解质溶液为胶状，不流动
①放电后可再充电使活性物质获得再生
②可以多次充电，重复使用
①电极本身不包含活性物质，只是一个催化转换元件
②工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排出
举例
普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、银锌电池等
铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池
氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等
A
B
C
D
手机用锂电池
电动汽车用电池
铅酸蓄电池
锌锰干电池
实验装置
部分实验现象
a极质量减小，b极质量增大
b极有气体产生，c极无变化
d极溶解，c极有气体产生
电流从a极流向d极
酸性
碱性
负极
2H2－4e－===4H＋
2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极
O2＋4H＋＋4e－===2H2O
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应
2H2＋O2===2H2O
实验Ⅰ
实验Ⅱ
装置
现象
电流计指针向右偏转；铁片溶解；铜片上有红色物质(铜)析出，铜片质量增加
电流计指针向右偏转；……
装置序号
正极
负极反应式
阳离子移动方向
甲
乙
丙
丁
戊
装置
正极
负极反应式
阳离子移动方向
甲
Al
Mg－2e－===Mg2＋
移向铝极
乙
Pt
Fe－2e－===Fe2＋
移向铂极
丙
Mg
Al－3e－＋4OH－
===AlOeq \\al(－,2)＋2H2O
移向镁极
丁
Al
Cu－2e－===Cu2＋
移向铝极
戊
石墨
CH4－8e－＋10OH－
===COeq \\al(2－,3)＋7H2O
移向石墨极