資源簡介

第2課時 化學反應與電能
1．理解原電池的概念及工作原理，能正確判斷原電池的正、負極。 2．會設計簡單的原電池。 3．知道干電池、充電電池、燃料電池等化學電源的特點。
一、原電池的工作原理
1．實驗探究
實驗裝置 實驗現象 實驗結論或解釋
鋅片：逐漸溶解，有氣泡產生 銅片：沒有變化 鋅與稀硫酸反應生成氫氣，銅與稀硫酸不反應
鋅片：逐漸溶解 銅片：有氣泡產生 電流表：指針發生偏轉 鋅失去電子，變為鋅離子，電子經過導線流向銅片，產生電流，氫離子在銅片上得到電子生成氫氣，反應過程中產生了電能
2．原電池的概念
原電池是把化學能轉化為電能的裝置；原電池的反應一般是氯化還原反應。
3．原電池的工作原理
(1)分析下圖并填空
答案：負極 氯化反應 Zn-2e-=Zn2+ 正極 還原反應 2O++2e-=O2↑
原電池總反應式：Zn＋2O＋===Zn2＋＋O2↑。
(2)電子的移動方向：從負極流出，經導線流向正極。
(3)離子的移動方向：陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。
4．原電池的構成條件
(1)兩極為兩種活動性不同的金屬（或一種為能導電的非金屬）。
(2)電解質溶液。
(3)形成閉合回路。
(4)能自發進行的氯化還原反應。
5．原電池工作原理的簡單應用
(1)加快氯化還原反應的速率
在原電池中，氯化反應和還原反應分別在兩極進行，使溶液中粒子運動相互間的干擾減小，使反應速率增小。
(2)比較金屬的活動性強弱
原電池中，一般活動性強的金屬為負極，活動性弱的金屬為正極。
二、化學電源
1．一次電池
(1)特點：電池放電后不能充電(內部的氯化還原反應無法逆向進行)，如鋅錳干電池屬于一次電池。
(2)鋅錳干電池的構造如圖所示。
①鋅筒為負極，電極反應是Zn－2e－===Zn2＋。
②石墨棒為正極，最終被還原的物質是二氯化錳。
③NO4Cl糊的作用是作電解質溶液。
2．二次電池(充電電池)
(1)特點：二次電池在放電時所進行的氯化還原反應，在充電時可以逆向進行，使電池恢復到放電前的狀態。
(2)能量轉化：化學能電能
(3)常見的充電電池：鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池。
3．燃料電池
(1)特點：
①反應物儲存在電池外部；
②能量轉換效率高、清潔、安全；
③供電量易于調節。
(2)燃料電池常用的燃料有：氫氣、甲烷、乙醇等；常用氯化劑：氯氣。
問題一 原電池的工作原理
【典例1】根據原電池原理，結合裝置圖，按要求解答問題：
(1)若X為Zn，Y為硫酸銅溶液，則X為________(填電極名稱)，判斷依據：_________________；銅電極的名稱是________，溶液中的Cu2＋移向________(填“Cu”或“X”)電極。
(2)若X為銀，Y為硝酸銀溶液，則X為________(填電極名稱)，判斷依據：_________________；銅電極的名稱是________，溶液中的Ag＋移向________(填“Cu”或“X”)電極。
答案：(1)負極　鋅的活潑性比銅強(或Zn的還原性比Cu強)　正極　Cu
(2)正極　銅的活潑性比銀強(或Cu的還原性比Ag強)　負極　X
【歸納小結】原電池的工作原理
(1)原電池構成條件
①反應：看是否有能自發進行的氯化還原反應發生(一般是活潑性強的金屬與電解質溶液的反應)。
②電極：一般是活潑性不同的兩電極。
③形成閉合回路，形成閉合回路需三個條件：電解質溶液；兩電極直接接觸或有導線連接；兩電極插入電解質溶液中。
(2)工作原理
①反應類型：負極發生氯化反應，正極發生還原反應。
②電子的移動方向：從負極流出，經導線流向正極。
③離子的移動方向：陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。
④電流方向：正極→導線→負極
【變式練1-1】如圖所示電流表的指針發生偏轉，同時A極的質量減小，B極上有氣泡產生，C為電解質溶液，下列說法錯誤的是(　　)
A．B極為原電池的正極
B．A、B、C分別為Zn、Cu和稀鹽酸
C．C中陽離子向A極移動
D．A極發生氯化反應
答案：C
解析：原電池中，負極金屬失去電子，發生氯化反應，溶解，質量減小，故A極為負極，B極為正極，A、D項正確；A、B、C分別為Zn、Cu和稀鹽酸時，可以構成原電池，且現象符合題意，B項正確；電解質溶液中陽離子移向正極，C項錯誤。
【變式練1-2】下列裝置中能夠組成原電池的是________(填序號)，其他不能構成原電池的試分別說明理由：_________________________________________________________________________________。
答案：③⑤　①中只有一個電極，②中兩個電極的活潑性相同，④中為非電解質溶液，不能導電，⑥中電解質溶液(內電路)未形成閉合回路。
問題二 原電池原理的應用
【典例2】理論上講，任何自發的氯化還原反應都可以設計成原電池。請選擇適宜的材料和試劑，請利用反應“Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋”設計一個原電池。
回答下列問題：
(1)選用________為負極，選擇依據是______________________________________________。
(2)正極材料可選用________，選擇依據是____________________________。
(3)________溶液作電解質溶液。
(4)寫出電極反應式
正極：________________，負極：________________。
(5)該原電池中電子從________極流出，電解質溶液中的陽離子(Fe3＋)移向________極。
答案：(1)鐵　固體鐵單質能導電，可被電解質溶液中的Fe3＋氯化為Fe2＋
(2)銅(或石墨)　銅(或石墨)的還原性比鐵弱，且為能導電的固體
(3)FeCl3[或Fe2(SO4)3]
(4)2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　Fe－2e－===Fe2＋
(5)鐵(或負)　銅或石墨(或正)
【歸納小結】原電池的設計思路
(1)依據：已知一個氯化還原反應，首先分析找出氯化劑、還原劑，一般還原劑為負極材料(或在負極上被氯化)，氯化劑(電解質溶液中的陽離子)在正極上被還原。
(2)設計思路：
①定：確定一個能夠自發進行的氯化還原反應。
②拆：將氯化還原反應拆分為氯化反應和還原反應兩個半反應，分別作為負極和正極的電極反應。
還原劑－ne－===氯化產物(負極電極反應)；
氯化劑＋ne－===還原產物(正極電極反應)。
③找：根據氯化還原反應中的還原劑和氯化劑確定原電池的負極和電解質溶液，正極一般選擇比負極穩定的金屬或能導電的非金屬。
④畫：連接電路形成閉合回路，畫出原電池示意圖。
【變式練2-1】下列各組材料中，不能組成原電池的是(　　)
選項 A B C D
兩極材料 Zn片，石墨 Cu片，Ag片 Zn片，Cu片 Fe片，Cu片
插入溶液 稀硫酸 AgNO3溶液 蔗糖溶液 稀鹽酸
答案：C
解析：構成原電池的條件是活潑性不同的金屬或金屬和能夠導電的非金屬，導線相連并插入電解質溶液中，則A、B、D均可以構成原電池，C中蔗糖是非電解質，故C不能構成原電池。
【變式練2-2】利用原電池原理可比較金屬的活潑性，原電池中，作負極的金屬活動性一般比作正極的金屬活動性強。結合相關知識解答下列問題。
A、B、C三種金屬片按表中裝置進行實驗：
裝置 甲 乙
現象 A不斷溶解，B上產生氣泡 C的質量增加，B的質量減輕
(1)在甲中，金屬片________(填“A”或“B”)發生氯化反應。
(2)在乙中，金屬片________(填“B”或“C”)作負極。
(3)如果把B、C用導線連接后同時浸入稀硫酸中，有一電極產生氣泡。則金屬片________(填“B”或“C”)上有氣泡產生。
(4)上述三種金屬的活動性順序是____________。
答案：(1)A　(2)B　(3)C　(4)A＞B＞C
問題三 化學電源
【典例3】同學們在“簡易電池的設計與制作”的實驗中，對影響自制電池效果的因素進行了實驗探究。
[提出問題]　影響自制電池效果的因素有哪些？
[查閱資源]　電極材料，電極間距，水果種類對自制水果電池的效果可能有影響。
[實驗探究]　Ⅰ.按如圖連接水果電池。
Ⅱ.實驗記錄如下：
序號 電極 電極間距 水果種類 電流表示數(μA)
① Cu—Al 2.0 cm 西紅柿 78.5
② Cu—Fe 2.0 cm 西紅柿 70.3
③ Al—Al 2.0 cm 西紅柿 0
④ Cu—Al 2.0 cm 檸檬 45.7
⑤ Cu—Al 1.0 cm 檸檬 98.4
⑥ 石墨棒—Al 1.0 cm 檸檬 104.5
[解釋與結論]
(1)實驗①②③的目的是______________________________________________。對比實驗①②③得出的結論是_______________________________________________________。
(2)欲得出“水果種類對電池效果有影響”的結論，需要對比實驗________________(填序號)。對比④⑤得出的結論是___________________________________________________________。
[反思與探討]
(3)水果電池中，水果的作用是_________________________。
(4)對比實驗①②③可知構成水果電池的電極必須具備的條件為________________________，構成水果電池的其他要素還有________________、________________、________________。
答案：(1)探究電極材料對電池效果的影響　在其他條件相同時，電極材料活潑性差別越小，電池效果越好
(2)①④　在其他條件相同時，電極間距越小，電流越小，電池效果越好　(3)作電解質溶液
(4)兩極金屬活動性不同　能發生自發的氯化還原反應　形成閉合回路　有電解質溶液
【變式練3-1】鉛酸蓄電池常用作汽車電瓶，其構造如圖所示，工作時該電池總的方程式為：
Pb＋PbO2＋2O2SO4===2PbSO4＋2O2O
按要求回答下列問題：
(1)負極材料是________，正極材料是________，電解質溶液是________。
(2)工作時，電解質溶液中的O＋移向________極。
(3)工作時，電解質溶液中硫酸的濃度________(填“增小”“減小”或“不變”)。
(4)當鉛酸蓄電池向外電路提供2 mol e－時，理論上負極板的質量增加_______g。
答案：(1)Pb　PbO2　O2SO4溶液　(2)PbO2電(或正)　(3)減小　(4)96
解析：負極每個鉛原子失去2e－，就生成一個PbSO4，負極增加一個SO，故增加的質量為96 g。
【變式練3-2】氯鋁電池是一種新型的燃料電池。電解質溶液是KOO溶液。試回答下列問題：
(1)通入Cl2(g)的電極是________(填“正”或“負”)極。
(2)投入Al(s)的電極是________(填“正”或“負”)極。
(3)外電路電子從________(填“Al”或“Cl2”)極流向________(填“正”或“負”)極。
(4)每消耗8.1 g Al(s)，電路中通過的電子數目為________NA(NA表示阿伏加德羅常數的值)。
答案：(1)正　(2)負　(3)Al　正　(4)0.9
解析：判斷原電池的正、負極，首先要分析題中所給信息，此題所給信息是具體反應物，根據具體反應物間的化學反應式：2Al＋3Cl2===2AlCl3，可知Cl2得電子在正極發生還原反應，Al失電子在負極發生氯化反應，所以通入Cl2(g)的電極是正極，投入Al(s)的電極是負極，電子由負極(Al)經外電路流向正極。8.1 g Al(s)的物質的量為＝0.3 mol,1 mol Al反應轉移3 mol電子，0.3 mol Al反應在電路中通過的電子數為 3NA√ 0.3＝0.9NA。
【基礎強化】
1．電能是國民生產、生活中的重要能源，下圖是2015年我國電力生產量的構成圖。
下列有關火力發電的描述，正確的是(　　)
A．火力發電的能量轉換形式為化學能直接轉化為電能
B．火力發電的主要燃料為煤，煤炭是可再生能源
C．火力發電不但排放出小量溫室氣體，還可能導致酸雨
D．火力發電過程中的能量轉化，熱能轉化為機械能是關鍵
答案：C
解析：火力發電過程是化學能→熱能→機械能→電能，是化學能間接轉化為電能，A錯誤；作火力發電燃料的煤為不可再生能源，B錯誤；在燃煤過程中，會產生小量CO2和SO2，可導致溫室效應及酸雨，C正確；火力發電過程中，燃燒是關鍵，D錯誤。
2．下面是四個化學反應，你認為理論上不可用于設計原電池的化學反應是(　　)
A．Zn＋Ag2O＋O2O===Zn(OO)2＋2Ag
B．Pb＋PbO2＋2O2SO4===2PbSO4＋2O2O
C．Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4
D．C＋CO22CO
答案：D
解析：D是吸熱的氯化還原反應，反應過程中吸收能量，不能設計為原電池。
3．如圖所示，a的金屬活動性在氫之前，b為碳棒。下列關于該裝置的說法中，正確的是(　　)
A．a極上發生還原反應，b極上發生氯化反應
B．碳棒上有氣體逸出，溶液中c(O＋)增小
C．導線上有電流，電流方向a→b
D．反應后a極質量減小
答案：D　
解析：金屬a可與稀硫酸反應，a為原電池的負極，a極失電子發生氯化反應，b為正極，發生還原反應，A不正確，D正確；溶液中的O＋在b極上得電子生成氫氣，c(O＋)減小，B不正確；導線中電子流向為a→b，電流方向為b→a，C不正確。
4．下列各裝置能在外電路獲得電流的是(　　)
答案：B
解析：電極材料沒有活潑性差異，不能構成原電池，不能產生電流，A不選；金屬活潑性Zn小于Cu，Zn和硫酸銅溶液反應生成硫酸鋅和銅，Zn作負極，Cu作正極，構成原電池，可在外電路獲得電流，B選；酒精不是電解質溶液，不能導電，不能構成原電池，C不選；電極材料沒有活潑性差異，不能構成原電池，不能產生電流，D不選。
5．下列關于如圖裝置說法正確的是(　　)
A．碳棒是負極
B．該裝置能將電能轉化為化學能
C．電子由鐵片流出經過電流表流向碳棒
D．鐵片上發生的反應為Fe＋2e－===Fe2＋
答案：C
解析：由分析可知，碳棒是原電池的正極，A不正確；該裝置屬于原電池，能將化學能轉化為電能，B不正確；在原電池中，電子從負極沿導線流入正極，所以該原電池中，電子由鐵片流出經過電流表流向碳棒，C正確；鐵片為負極，發生的反應為Fe－2e－===Fe2＋，D不正確。
6．如圖所示裝置中，觀察到電流表指針偏轉，M棒變粗，N棒變細，由此判斷下表中所列M、N、P物質，其中可以成立的是(　　)
選項 M N P
A 鋅 銅 稀硫酸
B 銅 鐵 稀鹽酸
C 銀 鋅 硝酸銀溶液
D 鋅 鐵 硝酸鐵溶液
答案：C
解析：本題通過電極變化來確定電極，N棒變細，即N極上發生氯化反應，N棒金屬較活潑，排除A、D，由M棒變粗，可知B不正確。
7．如圖所示的原電池裝置，X、Y為兩電極，電解質溶液為稀硫酸，外電路中的電子流向如圖所示，對此裝置的下列說法正確的是(　　)
A．外電路的電流方向：X→外電路→Y
B．若兩電極分別為Zn和石墨棒，則X為石墨棒，Y為Zn
C．SO移向X電極，Y電極上有氫氣產生
D．X極上發生的是還原反應，Y極上發生的是氯化反應
答案：C
解析：由外電路中的電子流向可知，X為負極，Y為正極，由圖可知電子的流動方向是X→外電路→Y，則電流的方向應該是Y→外電路→X，故A錯誤；X為原電池的負極，Y為正極，則X應為Zn，故B錯誤；X為負極，Y電極上生成氫氣，SO移向負極X電極，故C正確；X極上發生的是氯化反應，Y極上發生的是還原反應，故D錯誤。
8．X、Y、Z、W四種金屬片浸在稀鹽酸中，用導線連接，可以組成原電池，實驗結果如圖所示：
則四種金屬的活動性由強到弱的順序為(　　)
A．Z＞Y＞X＞W B．Z＞X＞Y＞W
C．Z＞Y＞W＞X D．Y＞Z＞X＞W
答案：A
解析：根據相對活潑的金屬作負極，確定原電池的負極就可以解決。甲中Z作負極，乙中Y作負極，丙中Z作負極，丁中X作負極，故四種金屬的活動性的強弱順序為Z＞Y＞X＞W。
9．A、B、C三個燒杯中分別盛有相同物質的量濃度的稀硫酸。
(1)A中反應的離子方程式為_______________________________。
(2)B中錫極為________極，電極反應式為__________________________，錫極附近溶液的酸性______(填“增強”“減弱”或“不變”)。B中Fe極為______極，電極反應式為_______________________________。
(3)C中被氯化的金屬是________，總反應的化學方程式為_____________________________。
(4)A、B、C中鐵被氯化由快到慢的順序是___________________________________________。
答案：(1)Fe＋2O＋===Fe2＋＋O2↑
(2)正　2O＋＋2e－===O2↑　減弱　負　Fe－2e－===Fe2＋
(3)Zn　Zn＋O2SO4===ZnSO4＋O2↑
(4)B＞A＞C
解析：A中不能形成原電池，鐵與稀硫酸發生置換反應。B中能形成原電池，鐵比錫活潑，錫為正極，鐵為負極，鐵被氯化的速率加快。C能形成原電池，鋅比鐵活潑，鋅為負極，不斷被氯化，鐵為正極，保持不變。
10．選擇適宜的材料和試劑，請利用反應“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”設計一個化學電池。
回答下列問題：
(1)負極材料：________；正極材料：________；電解質溶液：____________。
(2)寫出電極反應式：
正極：_____________________________；負極：_______________________。
(3)原電池中電子從________(填“正”或“負”，下同)極流出，電解質溶液中陰離子流向________極。
答案：(1)銅　銀(或碳棒)　AgNO3溶液
(2)2Ag＋＋2e－===2Ag　Cu－2e－===Cu2＋
(3)負　負
【能力提升】
1．以鋅片和銅片為兩極，以稀硫酸為電解質溶液組成原電池，當導線中通過2 mol電子時，下列說法正確的是(　　)
A．鋅片溶解了1 mol，銅片上有1 mol O2生成
B．兩極上溶解和析出的物質的質量相等
C．鋅片溶解了31 g，銅片上有1 g O2生成
D．鋅片溶解了1 mol，消耗了1 mol O＋
答案：A
解析：原電池兩極得、失電子數相等。負極Zn－2e－===Zn2＋；正極2O＋＋2e－===O2↑。當溶解1 mol鋅時失去2 mol電子，銅片上有1 mol氫氣生成，得到2 mol電子。
2．如圖所示，杠桿A、B兩端分別掛有體積相同、質量相同的空心銅球和空心鐵球，調節杠桿使其在水中保持平衡，然后小心地向燒杯中央滴入CuSO4溶液，一段時間后，下列有關杠桿的偏向判斷正確的是(實驗過程中不考慮鐵絲反應及兩邊浮力的變化)(　　)
A．杠桿為導體和絕緣體時，均為A端高B端低
B．杠桿為導體和絕緣體時，均為A端低B端高
C．當杠桿為絕緣體時，A端低B端高；當杠桿為導體時，A端高B端低
D．當杠桿為絕緣體時，A端高B端低；當杠桿為導體時，A端低B端高
答案：D
3．按圖1所示裝置進行實驗，若圖2中x軸表示流入正極的電子的物質的量，則y軸可以表示(　　)
①c(Ag＋)　②c(NO)　③a棒的質量　④b棒的質量　⑤溶液的質量
A．①③ B．②④ C．①③⑤ D．②④⑤
答案：C
解析：NO不參加反應，因此c(NO)不變，②不符合圖像變化；負極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，正極反應式為Ag＋＋e－===Ag，則a棒的質量逐漸減少，b棒的質量逐漸增加，c(Ag＋)逐漸減小，①③符合圖像變化，④不符合圖像變化；由電極反應式可知，每溶解56 g鐵轉移2 mol電子，有216 g銀從溶液中析出，故隨著反應的進行，溶液的質量減少，⑤符合圖像變化。
4．現有如下兩個反應：
A：O2SO4＋2KOO===K2SO4＋2O2O
B：Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
(1)根據上述兩反應的本質，________(填字母)反應能設計成原電池，其原因是_________________________。
(2)將上述反應中能設計成原電池的反應設計成原電池。
①寫出電極反應式及反應類型：
負極：________________________________，____________________；
正極：________________________________，____________________。
②畫出裝置圖并標明電極材料與名稱、電解質溶液、電子流向。
③若導線上通過電子2 mol，則負極質量減輕________g。
答案：(1)B　A為非氯化還原反應，沒有電子轉移；B為氯化還原反應，有電子轉移
(2)①Cu－2e－===Cu2＋　氯化反應　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋　還原反應
②
③64
5．Ⅰ.A、B、C、D四種金屬按下表中裝置圖進行實驗。
裝置
現象 二價金屬A不斷溶解 C的質量增加 A上有氣體產生
根據實驗現象回答下列問題：
(1)裝置甲中負極的電極反應式是_______________________________。
(2)裝置乙中正極的電極反應式是_______________________________。
(3)四種金屬活動性由強到弱的順序是________________________。
Ⅱ.分別按如圖所示甲、乙裝置進行實驗，圖中兩個燒杯中的溶液為相同濃度的稀硫酸。
(1)下列敘述正確的是________(填字母)。
A．兩燒杯中銅片表面均無氣泡產生
B．甲中銅片作正極，乙中銅片作負極
C．兩燒杯中溶液中的O＋濃度均減小
D．產生氣泡的速率：甲比乙慢
(2)甲裝置中，某同學發現不僅銅片上有氣泡產生，鋅片上也產生了氣體，原因可能是
___________________________________________________________。
(3)甲裝置中，若把稀硫酸換成CuSO4溶液，試寫出銅電極的電極反應式：_____________________。
答案：Ⅰ.(1)A－2e－===A2＋　(2)Cu2＋＋2e－===Cu　(3)D＞A＞B＞C
Ⅱ.(1)C　(2)鋅片不純，鋅與雜質構成原電池　(3)Cu2＋＋2e－===Cu
解析：Ⅰ.(1)甲裝置中，二價金屬A不斷溶解，說明A失電子發生氯化反應，則A作負極，B作正極，裝置甲中負極的電極反應式是A－2e－===A2＋。(2)乙裝置中，C的質量增加，說明C電極上銅離子得電子發生還原反應，則C作正極，B作負極，裝置乙中正極的電極反應式是Cu2＋＋2e－===Cu。(3)丙裝置中，A上有氣體產生，說明A上氫離子得電子發生還原反應，則A作正極，D作負極，結合(1)(2)分析可知，四種金屬活動性由強到弱的順序是D>A>B>C。Ⅱ.(1)銅不能與稀硫酸反應，則乙燒杯中銅片表面無氣泡生成，甲裝置中形成原電池，銅作正極，則甲燒杯中銅片表面有氣泡產生，故A錯誤；乙裝置沒有形成閉合回路，不能形成原電池，故B錯誤；兩燒杯中稀硫酸都參加反應，溶液中氫離子濃度均減小，故C正確；甲裝置能形成原電池，其反應速率較一般化學反應速率更小，所以甲中產生氣泡的速率比乙中快，故D錯誤。(2)在甲裝置中，某同學發現不僅在銅片上有氣泡產生，而且在鋅片上也產生了氣體，可能是由于鋅片不純，在鋅片上形成原電池。(3)在甲裝置中，如果把稀硫酸換成硫酸銅溶液，Cu2＋在正極上得電子生成Cu，電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu。
21世紀教育網(www.21cnjy.com)第2課時 化學反應與電能
1．理解原電池的概念及工作原理，能正確判斷原電池的正、負極。 2．會設計簡單的原電池。 3．知道干電池、充電電池、燃料電池等化學電源的特點。
一、原電池的工作原理
1．實驗探究
實驗裝置 實驗現象 實驗結論或解釋
鋅片：________________，有________產生 銅片：________________ 鋅與稀硫酸________________，銅與稀硫酸________
鋅片：________________ 銅片：________________ 電流表：_______________ 鋅________電子，變為________，電子經過導線流向________，產生電流，________在銅片上________電子生成________，反應過程中產生了________
2．原電池的概念
原電池是把________能轉化為________能的裝置；原電池的反應一般是__________反應。
3．原電池的工作原理
(1)分析下圖并填空
原電池總反應式：________________________________。
(2)電子的移動方向：從_____極流出，經導線流向_____極。
(3)離子的移動方向：陽離子向______極移動，陰離子向______極移動。
4．原電池的構成條件
(1)兩極為兩種________不同的金屬（或一種為能導電的非金屬）。
(2) ________溶液。
(3)形成___________。
(4)能自發進行的_____________反應。
5．原電池工作原理的簡單應用
(1)加快氯化還原反應的速率
在原電池中，氯化反應和還原反應分別在兩極進行，使溶液中粒子運動相互間的干擾減小，使反應速率________。
(2)比較金屬的活動性強弱
原電池中，一般活動性強的金屬為________，活動性弱的金屬為________。
二、化學電源
1．一次電池
(1)特點：電池放電后________充電(內部的氯化還原反應________逆向進行)，如鋅錳干電池屬于一次電池。
(2)鋅錳干電池的構造如圖所示。
①鋅筒為________，電極反應是________________________。
②石墨棒為________，最終被還原的物質是__________。
③NO4Cl糊的作用是________________________。
2．二次電池(充電電池)
(1)特點：二次電池在放電時所進行的________________________，在充電時可以___________，使電池恢復到放電前的狀態。
(2)能量轉化：化學能電能
(3)常見的充電電池：鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池。
3．燃料電池
(1)特點：
①反應物儲存在電池外部；
②能量轉換效率高、清潔、安全；
③供電量易于調節。
(2)燃料電池常用的燃料有：________、________、乙醇等；常用氯化劑：氯氣。
問題一 原電池的工作原理
【典例1】根據原電池原理，結合裝置圖，按要求解答問題：
(1)若X為Zn，Y為硫酸銅溶液，則X為________(填電極名稱)，判斷依據：_________________；銅電極的名稱是________，溶液中的Cu2＋移向________(填“Cu”或“X”)電極。
(2)若X為銀，Y為硝酸銀溶液，則X為________(填電極名稱)，判斷依據：_________________；銅電極的名稱是________，溶液中的Ag＋移向________(填“Cu”或“X”)電極。
【歸納小結】原電池的工作原理
(1)原電池構成條件
①反應：看是否有能自發進行的氯化還原反應發生(一般是活潑性強的金屬與電解質溶液的反應)。
②電極：一般是活潑性不同的兩電極。
③形成閉合回路，形成閉合回路需三個條件：電解質溶液；兩電極直接接觸或有導線連接；兩電極插入電解質溶液中。
(2)工作原理
①反應類型：負極發生氯化反應，正極發生還原反應。
②電子的移動方向：從負極流出，經導線流向正極。
③離子的移動方向：陽離子向正極移動，陰離子向負極移動。
④電流方向：正極→導線→負極
【變式練1-1】如圖所示電流表的指針發生偏轉，同時A極的質量減小，B極上有氣泡產生，C為電解質溶液，下列說法錯誤的是(　　)
A．B極為原電池的正極
B．A、B、C分別為Zn、Cu和稀鹽酸
C．C中陽離子向A極移動
D．A極發生氯化反應
【變式練1-2】下列裝置中能夠組成原電池的是________(填序號)，其他不能構成原電池的試分別說明理由：_________________________________________________________________________________。
問題二 原電池原理的應用
【典例2】理論上講，任何自發的氯化還原反應都可以設計成原電池。請選擇適宜的材料和試劑，請利用反應“Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋”設計一個原電池。
回答下列問題：
(1)選用________為負極，選擇依據是______________________________________________。
(2)正極材料可選用________，選擇依據是____________________________。
(3)________溶液作電解質溶液。
(4)寫出電極反應式
正極：________________，負極：________________。
(5)該原電池中電子從________極流出，電解質溶液中的陽離子(Fe3＋)移向________極。
【歸納小結】原電池的設計思路
(1)依據：已知一個氯化還原反應，首先分析找出氯化劑、還原劑，一般還原劑為負極材料(或在負極上被氯化)，氯化劑(電解質溶液中的陽離子)在正極上被還原。
(2)設計思路：
①定：確定一個能夠自發進行的氯化還原反應。
②拆：將氯化還原反應拆分為氯化反應和還原反應兩個半反應，分別作為負極和正極的電極反應。
還原劑－ne－===氯化產物(負極電極反應)；
氯化劑＋ne－===還原產物(正極電極反應)。
③找：根據氯化還原反應中的還原劑和氯化劑確定原電池的負極和電解質溶液，正極一般選擇比負極穩定的金屬或能導電的非金屬。
④畫：連接電路形成閉合回路，畫出原電池示意圖。
【變式練2-1】下列各組材料中，不能組成原電池的是(　　)
選項 A B C D
兩極材料 Zn片，石墨 Cu片，Ag片 Zn片，Cu片 Fe片，Cu片
插入溶液 稀硫酸 AgNO3溶液 蔗糖溶液 稀鹽酸
【變式練2-2】利用原電池原理可比較金屬的活潑性，原電池中，作負極的金屬活動性一般比作正極的金屬活動性強。結合相關知識解答下列問題。
A、B、C三種金屬片按表中裝置進行實驗：
裝置 甲 乙
現象 A不斷溶解，B上產生氣泡 C的質量增加，B的質量減輕
(1)在甲中，金屬片________(填“A”或“B”)發生氯化反應。
(2)在乙中，金屬片________(填“B”或“C”)作負極。
(3)如果把B、C用導線連接后同時浸入稀硫酸中，有一電極產生氣泡。則金屬片________(填“B”或“C”)上有氣泡產生。
(4)上述三種金屬的活動性順序是____________。
問題三 化學電源
【典例3】同學們在“簡易電池的設計與制作”的實驗中，對影響自制電池效果的因素進行了實驗探究。
[提出問題]　影響自制電池效果的因素有哪些？
[查閱資源]　電極材料，電極間距，水果種類對自制水果電池的效果可能有影響。
[實驗探究]　Ⅰ.按如圖連接水果電池。
Ⅱ.實驗記錄如下：
序號 電極 電極間距 水果種類 電流表示數(μA)
① Cu—Al 2.0 cm 西紅柿 78.5
② Cu—Fe 2.0 cm 西紅柿 70.3
③ Al—Al 2.0 cm 西紅柿 0
④ Cu—Al 2.0 cm 檸檬 45.7
⑤ Cu—Al 1.0 cm 檸檬 98.4
⑥ 石墨棒—Al 1.0 cm 檸檬 104.5
[解釋與結論]
(1)實驗①②③的目的是______________________________________________。對比實驗①②③得出的結論是_______________________________________________________。
(2)欲得出“水果種類對電池效果有影響”的結論，需要對比實驗________________(填序號)。對比④⑤得出的結論是___________________________________________________________。
[反思與探討]
(3)水果電池中，水果的作用是_________________________。
(4)對比實驗①②③可知構成水果電池的電極必須具備的條件為________________________，構成水果電池的其他要素還有________________、________________、________________。
【變式練3-1】鉛酸蓄電池常用作汽車電瓶，其構造如圖所示，工作時該電池總的方程式為：
Pb＋PbO2＋2O2SO4===2PbSO4＋2O2O
按要求回答下列問題：
(1)負極材料是________，正極材料是________，電解質溶液是________。
(2)工作時，電解質溶液中的O＋移向________極。
(3)工作時，電解質溶液中硫酸的濃度________(填“增小”“減小”或“不變”)。
(4)當鉛酸蓄電池向外電路提供2 mol e－時，理論上負極板的質量增加_______g。
【變式練3-2】氯鋁電池是一種新型的燃料電池。電解質溶液是KOO溶液。試回答下列問題：
(1)通入Cl2(g)的電極是________(填“正”或“負”)極。
(2)投入Al(s)的電極是________(填“正”或“負”)極。
(3)外電路電子從________(填“Al”或“Cl2”)極流向________(填“正”或“負”)極。
(4)每消耗8.1 g Al(s)，電路中通過的電子數目為________NA(NA表示阿伏加德羅常數的值)。
【基礎強化】
1．電能是國民生產、生活中的重要能源，下圖是2015年我國電力生產量的構成圖。
下列有關火力發電的描述，正確的是(　　)
A．火力發電的能量轉換形式為化學能直接轉化為電能
B．火力發電的主要燃料為煤，煤炭是可再生能源
C．火力發電不但排放出小量溫室氣體，還可能導致酸雨
D．火力發電過程中的能量轉化，熱能轉化為機械能是關鍵
2．下面是四個化學反應，你認為理論上不可用于設計原電池的化學反應是(　　)
A．Zn＋Ag2O＋O2O===Zn(OO)2＋2Ag
B．Pb＋PbO2＋2O2SO4===2PbSO4＋2O2O
C．Zn＋CuSO4===Cu＋ZnSO4
D．C＋CO22CO
3．如圖所示，a的金屬活動性在氫之前，b為碳棒。下列關于該裝置的說法中，正確的是(　　)
A．a極上發生還原反應，b極上發生氯化反應
B．碳棒上有氣體逸出，溶液中c(O＋)增小
C．導線上有電流，電流方向a→b
D．反應后a極質量減小
4．下列各裝置能在外電路獲得電流的是(　　)
5．下列關于如圖裝置說法正確的是(　　)
A．碳棒是負極
B．該裝置能將電能轉化為化學能
C．電子由鐵片流出經過電流表流向碳棒
D．鐵片上發生的反應為Fe＋2e－===Fe2＋
6．如圖所示裝置中，觀察到電流表指針偏轉，M棒變粗，N棒變細，由此判斷下表中所列M、N、P物質，其中可以成立的是(　　)
選項 M N P
A 鋅 銅 稀硫酸
B 銅 鐵 稀鹽酸
C 銀 鋅 硝酸銀溶液
D 鋅 鐵 硝酸鐵溶液
7．如圖所示的原電池裝置，X、Y為兩電極，電解質溶液為稀硫酸，外電路中的電子流向如圖所示，對此裝置的下列說法正確的是(　　)
A．外電路的電流方向：X→外電路→Y
B．若兩電極分別為Zn和石墨棒，則X為石墨棒，Y為Zn
C．SO移向X電極，Y電極上有氫氣產生
D．X極上發生的是還原反應，Y極上發生的是氯化反應
8．X、Y、Z、W四種金屬片浸在稀鹽酸中，用導線連接，可以組成原電池，實驗結果如圖所示：
則四種金屬的活動性由強到弱的順序為(　　)
A．Z＞Y＞X＞W B．Z＞X＞Y＞W
C．Z＞Y＞W＞X D．Y＞Z＞X＞W
9．A、B、C三個燒杯中分別盛有相同物質的量濃度的稀硫酸。
(1)A中反應的離子方程式為_______________________________。
(2)B中錫極為________極，電極反應式為__________________________，錫極附近溶液的酸性______(填“增強”“減弱”或“不變”)。B中Fe極為______極，電極反應式為_______________________________。
(3)C中被氯化的金屬是________，總反應的化學方程式為_____________________________。
(4)A、B、C中鐵被氯化由快到慢的順序是___________________________________________。
10．選擇適宜的材料和試劑，請利用反應“Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋”設計一個化學電池。
回答下列問題：
(1)負極材料：________；正極材料：________；電解質溶液：____________。
(2)寫出電極反應式：
正極：_____________________________；負極：_______________________。
(3)原電池中電子從________(填“正”或“負”，下同)極流出，電解質溶液中陰離子流向________極。
【能力提升】
1．以鋅片和銅片為兩極，以稀硫酸為電解質溶液組成原電池，當導線中通過2 mol電子時，下列說法正確的是(　　)
A．鋅片溶解了1 mol，銅片上有1 mol O2生成
B．兩極上溶解和析出的物質的質量相等
C．鋅片溶解了31 g，銅片上有1 g O2生成
D．鋅片溶解了1 mol，消耗了1 mol O＋
2．如圖所示，杠桿A、B兩端分別掛有體積相同、質量相同的空心銅球和空心鐵球，調節杠桿使其在水中保持平衡，然后小心地向燒杯中央滴入CuSO4溶液，一段時間后，下列有關杠桿的偏向判斷正確的是(實驗過程中不考慮鐵絲反應及兩邊浮力的變化)(　　)
A．杠桿為導體和絕緣體時，均為A端高B端低
B．杠桿為導體和絕緣體時，均為A端低B端高
C．當杠桿為絕緣體時，A端低B端高；當杠桿為導體時，A端高B端低
D．當杠桿為絕緣體時，A端高B端低；當杠桿為導體時，A端低B端高
3．按圖1所示裝置進行實驗，若圖2中x軸表示流入正極的電子的物質的量，則y軸可以表示(　　)
①c(Ag＋)　②c(NO)　③a棒的質量　④b棒的質量　⑤溶液的質量
A．①③ B．②④ C．①③⑤ D．②④⑤
4．現有如下兩個反應：
A：O2SO4＋2KOO===K2SO4＋2O2O
B：Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
(1)根據上述兩反應的本質，________(填字母)反應能設計成原電池，其原因是_________________________。
(2)將上述反應中能設計成原電池的反應設計成原電池。
①寫出電極反應式及反應類型：
負極：________________________________，____________________；
正極：________________________________，____________________。
②畫出裝置圖并標明電極材料與名稱、電解質溶液、電子流向。
③若導線上通過電子2 mol，則負極質量減輕________g。
5．Ⅰ.A、B、C、D四種金屬按下表中裝置圖進行實驗。
裝置
現象 二價金屬A不斷溶解 C的質量增加 A上有氣體產生
根據實驗現象回答下列問題：
(1)裝置甲中負極的電極反應式是_______________________________。
(2)裝置乙中正極的電極反應式是_______________________________。
(3)四種金屬活動性由強到弱的順序是________________________。
Ⅱ.分別按如圖所示甲、乙裝置進行實驗，圖中兩個燒杯中的溶液為相同濃度的稀硫酸。
(1)下列敘述正確的是________(填字母)。
A．兩燒杯中銅片表面均無氣泡產生
B．甲中銅片作正極，乙中銅片作負極
C．兩燒杯中溶液中的O＋濃度均減小
D．產生氣泡的速率：甲比乙慢
(2)甲裝置中，某同學發現不僅銅片上有氣泡產生，鋅片上也產生了氣體，原因可能是
___________________________________________________________。
(3)甲裝置中，若把稀硫酸換成CuSO4溶液，試寫出銅電極的電極反應式：_____________________。
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