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第一節 化學反應與能量變化
第2課時 化學反應與電能
學習任務一 原電池的工作原理
學習任務二 常見化學電源
學習任務一 原電池的工作原理
【新知自主預習】
1.火力發電中能量轉化過程
（1）火力發電是通過__________燃燒時發生的氧化還原反應，使
______能轉化為____能，加熱水使之汽化為蒸汽以推動蒸汽輪機，
帶動發電機發電。
化石燃料
化學
熱
（2）火力發電過程中能量轉化過程
化學能熱能機械能 電能
［微點撥］ 在火力發電過程中，燃燒（氧化還原反應）是使化學能
轉化為電能的關鍵。
2.原電池
（1）實驗探究原電池的構成及原理教材實驗
實驗操作 實驗現象 解釋或結論
①將鋅片和銅片插入盛有稀 硫酸的燒杯中，觀察現象 鋅片表面產生大量氣 泡，銅片表面無明顯 現象 鋅比銅活潑，能與
稀硫酸反應，銅不
反應
②用導線連接鋅片和銅片， 觀察、比較導線連接前后的 現象 鋅片逐漸溶解，銅片 表面產生大量氣泡 鋅逐漸反應而溶
解，銅片表面產生
氫氣
實驗操作 實驗現象 解釋或結論
③用導線在鋅片和銅片之間 串聯一個電流表，觀察電流 表的指針是否偏轉 鋅片逐漸溶解，銅片 表面產生氣泡，電流 表指針偏轉 有電流通過電流表
續表
（2）理論分析
鋅片和銅片通過導線連接，插入稀硫酸中形成
原電池，裝置如圖所示：
電極上的變化 電極反應式
鋅片 發生______反應生成______而進入溶液 ____________
__________
銅片 電子由鋅片通過導線流向銅片，溶液中的____ 從銅片獲得電子，發生______反應生成氫分子 而從銅片上放出 ____________
___________
電池總 反應 ________________________ 氧化
還原
（3）原電池
化學能
電能
負極
正極
氧化
還原
電子
定向
【實驗活動探究】
生活中有多種常見的電池，如干電池、鉛酸蓄電池、鋰離子電
池等。某校研究小組設計實驗探究原電池的構成條件及工作原理，
實驗裝置如圖所示：
問題一： 裝置甲、乙、丙中電流表的指針是否都發生偏轉？為什么？
若發生偏轉，請指明電流的流向，并寫出兩極的電極反應式。
提示：裝置甲中兩個電極都是鋅電極，不能形成原電池，不產生電
流，故裝置甲中電流表指針不發生偏轉。裝置乙能形成原電池，故
電流表指針發生偏轉，電流由銅電極經電流表流向鋅電極；負極：
；正極： 。裝置丙中乙醇是非
電解質，不導電，不能形成閉合回路，不能形成原電池，不產生電
流，電流表指針不發生偏轉。
問題二： 若將丙中乙醇換成 溶液，請判斷電池的正、負極，
并寫出電極反應式和電池總反應。
提示：正極是；負極是
；電池總反應： 。
問題三： 乙和丁兩裝置中產生 的位置有什么
不同？能量轉化形式有什么不同？
提示：裝置乙中棒表面產生，裝置丁中棒表面產生 。裝置
乙中化學能轉化為電能，裝置丁中化學能轉化為熱能。
【核心知識講解】
1.原電池的構成要素
2.原電池的工作原理
（1）負極上金屬失電子發生氧化反應，生成的金屬陽離子進入電解
質溶液；正極上溶液中的陽離子發生還原反應，析出氫氣
（或不活潑金屬）。
（2）電極與導線中，電子由負極流出，經導線流向正極，電流則是
由正極流出，經導線流向負極。
（3）電解質溶液中，陽離子移向正極，陰離子移向負極。
3.原電池中電極和電池反應式的書寫
4.原電池原理的應用
（1）加快反應速率：如實驗室制 用粗鋅與酸反應。
（2）比較金屬的活潑性：原電池中一般負極金屬比正極金屬活潑。
（3）設計原電池
①依據：已知一個氧化還原反應，首先分析找出氧化劑、還原劑，
一般還原劑為負極材料（或在負極上被氧化），氧化劑（電解質溶
液中的陽離子）在正極上被還原。
②選擇合適的電極材料及電解質溶液
電極材料：電極材料必須導電。負極材料一般選擇較活潑的金屬材
料，或者在該氧化還原反應中，本身失去電子的材料。
電解質溶液：電解質溶液一般能與負極反應。
【知識遷移應用】
例1 下列裝置能夠形成原電池且銅作負極的是( )
A. B. C. D.
√
[解析] 鋅能與硫酸發生氧化還原反應，鋅失電子作負極，銅作正極，
A錯誤；
鐵比銅活潑，鐵與反應生成 ，作負極，銅作正極，B錯誤；
、 均不能與稀硫酸反應，不能形成原電池，C錯誤；
常溫下 遇到濃硝酸發生鈍化，銅與濃硝酸反應生成硝酸銅，失電子，
作負極，D正確。
例2 [2024·江西井岡山大學附中期中] 用如圖所示裝置探究原電池的
工作原理，下列說法不正確的是( )
A.乙圖與丙圖中鋅片的質量均減輕
B.乙圖中銅電極上的電極反應式為
C.丙圖中片上發生氧化反應，溶液中的 向銅電極移動
D.甲圖中鋅片質量減輕，銅片上有氣泡產生
√
[解析] 乙圖與丙圖裝置均形成原電池，鋅均作負極，發生氧化反應
生成 ，故其質量均減輕，A正確；
乙圖中銅電極作正極，電解質溶液為稀硫酸，
電極反應式為 ，B正確；
丙圖中鋅電極為負極，發生氧化反應，溶液中
的 向正極銅電極移動，C正確；
甲圖中沒有形成閉合電路，不能構成原電池，
反應中鋅片質量減輕且鋅表面有氣泡產生，D錯誤。
例3 某原電池總反應的離子方程式為 ，不能實
現該反應的原電池是( )
選項 正極 負極 電解質溶液
A 溶液
B C 溶液
C 溶液
D 溶液
√
[解析] 根據 知，鐵失電子而作負極，不如鐵活
潑的金屬或導電的非金屬作正極，鐵離子得電子發生還原反應，所
以電解質溶液為可溶性的鐵鹽。銅作正極，鐵作負極，電解質溶液
為可溶性的氯化鐵溶液，A不符合題意；
鐵作負極，碳作正極，電解質溶液為溶液，能發生氧化還原
反應，B不符合題意；
的金屬活潑性比強，則作負極， 作正極，電解質溶液為可溶
性的硫酸鐵溶液，負極不是放電，C符合題意；
作負極，銀作正極，電解質溶液為 溶液，發生的反應為
，D不符合題意。
［方法技巧］ 判斷原電池的正極和負極的方法
學習任務二 常見化學電源
【新知自主預習】
1.化學電源的分類
2.鋅錳干電池
（1）鋅錳干電池的構造示意圖
（2）電池分析
石墨棒
鋅筒
鋅筒
石墨棒
還原
3.鉛酸蓄電池
（1）鉛酸蓄電池的構造示意圖
（2）放電時的工作原理
①負極材料是_______，正極材料是
________________，電解質溶液是稀硫
酸。
②放電時，電池總反應為
。
鉛
二氧化鉛
4.燃料電池
（1）將燃料（如氫氣、甲烷、乙醇）和氧化劑（如氧氣）的______能
直接轉化為____能的電化學反應裝置，具有清潔、安全、高效等特點。
化學
電
（2）當以氫氣為燃料時，產物為水；當以甲烷為燃料時，產物為水
和二氧化碳。
【情境問題思考】
氫能是能源利用的新潮流，氫能產業是新興產業發展的新藍海，
加快氫能產業發展是實現“碳中和、碳達峰”的重要舉措。交通作為
引領氫能產業快速發展的重要領域，正在成為各國布局氫能應用率
先啟動的場景，以氫能車輛落地最為迅速，在軌道交通、船舶、航
空等交通細分領域也在不斷拓展。
問題一: 氫氧燃料電池中,若電解質溶液為稀硫酸,分別寫出正極和負
極的電極反應式。
提示：電解質溶液為稀硫酸,正極: ,負極:
。
問題二: 氫氧燃料電池中，若電解質溶液為 溶液,分別寫出正極
和負極的電極反應式。
提示：電解質溶液為溶液,正極: ,負
極: 。
【核心知識講解】
常見化學電源簡單電極反應式的書寫
1.負極反應式的書寫
（1）活潑金屬作負極（電極材料本身反應）
①生成的陽離子與電解質溶液不反應時：
。
②若生成的陽離子與電解質溶液反應，應將“金屬失電子的反應式”
與“陽離子和電解質溶液反應的反應式”疊加寫出。
（2）燃料電池（電極材料本身不反應）
燃料電池的電極反應式和電解液環境有關，需要根據電解液環境具
體分析。
如氫氧燃料電池：
燃料電池負極反應式：
。
燃料電池負極反應式：
。
2.正極反應式的書寫
（1）首先判斷在正極發生反應的物質
①當負極材料與電解質溶液能自發地發生氧化還原反應時，在正極
上發生電極反應的物質是電解液中的某種粒子。
②當負極材料與電解質溶液不能自發地發生氧化還原反應時，在正
極上發生電極反應的是溶解在電解液中的 。
③燃料電池中在正極反應的物質是作氧化劑的物質。
（2）根據具體情況書寫正極反應式（也要考慮是否與電解液反應）。
如的正極反應式： 。
的正極反應式： 。
【知識遷移應用】
例4 下列四個常用電化學裝置的敘述正確的是( )
__________________________________________ _______________________________
圖Ⅰ 水果電池 圖Ⅱ 鋅錳干電池
__________________________ ___________________________
圖Ⅲ 鉛酸蓄電池 圖Ⅳ 氫氧燃料電池
A.圖Ⅰ所示電池中，銅電極發生氧化反應
B.圖Ⅱ所示鋅錳干電池中，鋅得到電子，作負極
C.圖Ⅲ所示電池為二次電池，放電時電解質溶液中的移向 極
D.圖Ⅳ所示電池中正極反應式為
√
[解析] 圖Ⅰ所示電池中由于比活潑，則 電極為正極，發生還
原反應，A錯誤；
圖Ⅱ所示鋅錳干電池中，鋅電極作負極，發生氧化反應，失去電子，
B錯誤；
圖Ⅲ所示鉛酸蓄電池屬于可充電電池即為二次電池，放電時作負
極，作正極，故電解質溶液中的 移向正極即極，C錯誤；
圖Ⅳ所示電池為氫氧燃料電池，通 的一極為負極，電極反應式為
，通 的一極為正極，電極反應式為
，D正確。
例5 [2024·山東濟寧期中] 一種新型乙醇燃料電池，用能傳遞質子
的介質作溶劑，電池總反應為 ，
如圖所示是該電池的示意圖，下列說法正確的是( )
A. 極為電池的負極
B.電池正極的電極反應式為
C.電池工作時電子由極沿導線經燈泡再到 極
D.電池工作時， 被氧化時就有
電子轉移
√
[解析] 由電池總反應可知，發生氧化反應生成，則 極
為電池的負極，極為正極，A錯誤；
電解質溶液呈酸性， 在正極發生還原反應，電極反應式為
，B正確；
電池工作時，電子由負極經外電路流向正極，故電子由 極沿導線經燈
泡再到極，C錯誤；
由電池總反應可知， 發生氧化反應生成
，C元素由價升高到價，則
被氧化時有 電子轉移，D錯誤。
［易錯提醒］ 分析燃料電池問題,書寫電極反應式時,要特別注意:
（1）酸性溶液中，只能出現和，不能出現 。
（2）堿性溶液中，只能出現和，不能出現 。
1.[2024·江蘇徐州期末]下列裝置中，能形成原電池的是( )
A. B. C. D.
[解析] 構成原電池的條件一般是活潑性不同的兩個電極、電解質溶
液、形成閉合回路、自發的氧化還原反應。乙醇是非電解質，不能
構成原電池，A錯誤；
蔗糖是非電解質，不能構成原電池，B錯誤；
沒有形成閉合回路，不能構成原電池，C錯誤。
√
2.[2024·山東棗莊期末]某水果電池的結構如圖
所示，下列說法正確的是( )
A.鋅片作負極，發生還原反應
B.電池工作時，電子從鋅片經 燈流向銅片
C.電池工作時，鋅片變細銅片變粗
D.電池工作結束后檸檬的酸性變強
√
[解析] 檸檬汁呈酸性，鋅片和銅片通過導線相連插入檸檬中形成原
電池，鋅比銅活潑，則鋅片作負極，發生氧化反應，A錯誤；
原電池中電子由負極經外電路流向正極，故電子從鋅片經 燈流向
銅片，B正確；
電池工作時，鋅片逐漸被氧化生成 而進入溶液，則鋅
片變細，銅片表面生成 ，不會變粗，C錯誤；
電池工作過程中正極上 不斷放電，故電池工作結
束后檸檬的酸性變弱，D錯誤。
3.[2024·山東菏澤期中]金屬、 在金屬活動性順序中均位于氫的前
面，可以從的硝酸鹽溶液中置換出。將、 用導線相連放入
溶液中，下列敘述不正確的是( )
A.導線中有電流，電流由經外電路流向
B.的質量減小， 的質量增大
C. 上有氫氣產生
D.上發生氧化反應， 上發生還原反應
√
[解析] 可以從的硝酸鹽溶液中置換出，說明比活潑。將、
用導線相連放入溶液中形成原電池，作負極， 作正極，故
電流由經外電路流向，A正確；
作負極，失電子發生氧化反應，作正極，在正極表面被還原
生成，故的質量減小， 的質量增大，B正確，C錯誤；
作負極，作正極，則 上發生氧化反應， 上發生還原反應，D正確。
4.下面是幾種常見的化學電源示意圖，有關說法不正確的是( )
A.上述電池分別屬于一次電池、二次電池和燃料電池
B.鋅錳干電池在長時間使用后，鋅筒被破壞
C.鉛酸蓄電池在工作中，負極每消耗 ，則硫酸溶液中就轉移
電子
D.氫氧燃料電池具有清潔、安全、高效等特點
√
[解析] 鋅錳干電池屬于一次電池，鉛酸蓄電池屬于二次電池，氫氧
燃料電池屬于燃料電池，A項正確；
鋅錳干電池中鋅筒為負極，負極上鋅發生失電子的氧化反應而溶解，
鋅筒被破壞，B項正確；
鉛酸蓄電池在工作時，負極反應式為 ，
負極每消耗，外電路中通過 電子，但電子不會在硫酸
溶液中轉移，C項錯誤；
氫氧燃料電池的產物為 ，氫氧燃料電池具有清潔、
安全、高效等特點，D項正確。
5. [2024·四川德陽廣漢中學質監] 鎂、海水、溶解氧可構成原電池,為
水下小功率設備長時間供電,該電池結構示意圖如下,電池總反應為
2Mg+O2+2H2O = 2Mg(OH)2。下列說法正確的是 (　)
A.Mg作電池的正極
B.電子由Mg電極經海水流向石墨電極
C.石墨電極的電極反應式為
O2+2H2O+2Mg2++4e- = 2Mg(OH)2
D.電池工作一段時間,海水濃度減小
√
[解析] Mg發生失電子的反應生成Mg(OH)2,則Mg
作電池的負極,石墨作正極,正極上O2發生得電子
的還原反應。根據電池總反應可知鎂元素化合價
升高,Mg作負極,A錯誤;
原電池中電子從負極流出,經外電路流向正極,電子不經過海水,B錯誤;
石墨作正極,正極上O2發生得電子的還原反應,并與海水中的Mg2+結合
生成Mg(OH)2,電極反應式為O2+2H2O+2Mg2++4e- 2Mg(OH)2,C正確;
電池總反應為2Mg+O2+2H2O 2Mg(OH)2,消耗水,則海水濃度增大,D錯誤。
1.某興趣小組設計的水果電池裝置如圖所示。
下列關于該裝置的敘述正確的是( )
A.電流表指針不發生偏轉 B.銅片作負極
C.將化學能轉化為電能 D.鋅片發生還原反應
[解析] 鋅片、銅片相連插入水果中形成水果電池，將化學能轉化為
電能，電路中有電流通過，電流表指針發生偏轉，A錯誤，C正確；
鋅片作負極，發生氧化反應，銅片作正極，B、D錯誤。
√
2.[2024·山西孝義中學等校聯考]以氫氧化鉀溶液為電解質溶液的堿
性鋅錳電池，電池總反應式為
。下列說
法正確的是( )
A.電池工作時，鋅得到電子，被還原
B.電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極
C.電池正極的電極反應式為
D.堿性鋅錳電池為二次電池
√
[解析] 電池工作時，鋅失去電子發生氧化反應為負極，A錯誤；
電池工作時，電子由負極通過外電路流向正極， 錯誤；
電池正極的電極反應為二氧化錳得到電子發生還原反應生成 ，
則電極反應式為， 正確；
堿性鋅錳電池鋅會被逐漸消耗，反應不會逆向進行，故不是二次電
池，D錯誤。
3.某同學用下圖所示裝置探究原電池的工作原理，并推出下列結論，
其中不正確的是( )
A.鋅片不斷溶解，說明 失去電子
B.銅片上產生氣泡，說明溶液中 在其表面得到電子
C.電流計指針發生偏轉，說明該裝置將電能轉化為化學能
D.該裝置的總反應為
√
[解析] 鋅片不斷溶解，說明失去電子，被氧化成 ，進入溶液，
A正確；
銅片上產生氣泡，說明溶液中 在其表面得到電子被還原
成 ，B正確；
該裝置為原電池，可將化學能轉化為電能，C錯誤；
作負極，電解質溶液為稀硫酸，電池總反應為
，D正確。
4.[2024·山東臨沂期中]鋁-空氣燃料電池是一種新型高能量電池，具
有能量密度大、無污染、可靠性高等優點。圖甲是一種鹽水鋁空氣
電池裝置原理圖，圖乙是石墨空氣電極結構示意圖。下列說法正確
的是( )
甲
乙
A.鋁極為負極，發生還原反應
B.工作一段時間后，含鋁微粒的存在形式為
C.石墨空氣電極的電極反應式：
D.在石墨空氣電極中， 會穿過多孔防水透氣層進入電極右側
√
[解析] 鋁失電子作負極，發生氧化反應，A錯誤；
該電池的總反應為 ，工作一段時間后，
含鋁微粒的存在形式為， 需強堿性條件下才能存在，
題中無強堿性條件，B錯誤；
由圖乙可知，石墨空氣電極 得電子轉化為，其電極反應式為
，C正確；
在石墨空氣電極中， 能穿過多孔防
水透氣層進入電極左側，D錯誤。
5.一種氫鎳電池的工作原理示意圖如圖所示，該電池放電時的總反應
為（ 表示某種金屬）。下列說法錯
誤的是( )
A.工作時，中的 元素被還原
B. 電極為負極
C.工作時，向 電極附近移動
D.工作時，導線中流過 ，理論上生成
√
[解析] 為儲氫金屬，中氫元素被氧化，則為負極，
為正極。鎳氫電池中為儲氫金屬，工作時元素被氧化， 元素被
還原，A正確；
放電時得電子被還原轉化為 ，作正極，B錯誤；
電池工作時，陰離子向負極移動，C正確；
由總反應式知，工作時，導線中流過
，理論上生成 ，D正確。

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