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專題6　化學反應與
能量變化
第三單元　化學能與電能的轉化
第一課時　化學能轉化
為電能
1．通過實驗探究認識化學能與電能之間轉化的實質。2．從氧化還原反應的角度理解原電池的工作原理，能正確判斷原電池的正、負極。3．能運用原電池原理解釋鋼鐵的電化學腐蝕現象。
學習理解
01
課時分層練
04
目錄
CONTENTS
探究應用
02
總結提升
03
學習理解
1．原電池的定義
將_________轉變為_______的裝置稱為原電池。
2．工作原理(以鋅－銅－稀硫酸原電池為例)
(1)負極：______電子，發生______反應，電極反應式：_________________。
正極：______電子，發生______反應，電極反應式：___________________。
電池總反應：_________________________。
(2)電子流向和電流方向：在外電路中，電子從______經外電路流向______，電流從原電池的正極經外電路流向負極。
(3)離子移動方向：在電解質溶液中，陽離子移向____極，陰離子移向____極。
化學能
電能
失去
氧化
Zn－2e－===Zn2＋
2H＋＋2e－===H2↑
得到
還原
Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑
負極
正極
正
負
3．鋼鐵的電化學腐蝕
2Fe－4e－===2Fe2＋
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
Fe2O3·xH2O
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
不純的金屬
電解質
原電池
判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。
(1)原電池是一種化學能轉化為電能的裝置。(　　)
(2)負極發生還原反應。(　　)
(3)正極是電子流出極。(　　)
(4)用導線連接的銅片和鋅片插入稀硫酸中，鋅片上有大量氣泡產生。(　　)
(5)HCl＋NaOH===NaCl＋H2O是放熱反應，能設計成原電池。(　　)
解析：(5)中和反應為非氧化還原反應，不能設計成原電池。
√
×
×
×
×
探究應用
將鋼鐵制品與水和氧氣隔絕，就可以阻止鋼鐵銹蝕。因此，防止鐵
生銹最簡單的方法是保持鋼鐵制品表面光潔干燥。防止鋼鐵生銹的方法
還有很多，如在鋼鐵表面形成保護層、制成不銹鋼、利用電化學知識防
腐蝕等。
[問題探究]
1．鋼鐵制品在潮濕空氣中易生銹的原理是什么？
提示：發生了原電池反應。
2．鋅與稀硫酸反應時，若滴幾滴硫酸銅溶液，反應速率會加快，試分析其原因。
3．已知反應Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，請將該反應設計成原電池，畫出原電池裝置圖并標出正、負極。
提示：滴加硫酸銅溶液后，會有少量鋅與硫酸銅反應置換出銅，生成的銅、鋅分別作為原電池的兩個電極而形成原電池，從而加快鋅與稀硫酸的反應。
提示：滴先確定兩個電極，負極失電子化合價升高，所以銅作負極，再找活動性比銅弱的碳棒或銀棒作正極；從反應中可以看出電解質溶液中必須含有銀離子，所以用硝酸銀溶液作電解質溶液。裝置如圖所示。
知識點一　原電池原理及正、負極判斷
1．原電池原理的實驗探究
實驗裝置 實驗現象 實驗結論
鋅片：逐漸溶解，表面有氣泡產生 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，表面有氣泡產生 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：表面有氣泡產生 鋅與稀硫酸發生反應，銅片上產生H2
鋅片：逐漸溶解 銅片：表面有氣泡產生 電流計：指針發生偏轉 在物質發生化學反應的同時產生了電流，即化學能轉化為電能
2．原電池的構成條件
(1)具有不同活動性的兩種電極材料(金屬和金屬或金屬和能導電的非金屬)。
(2)電解質溶液(或熔融狀態的電解質)。
(3)“兩極”“一液”形成閉合回路。
(4)能自發進行的氧化還原反應。
[注意]　(1)在原電池中，電子在導線中定向移動，離子在溶液中定向移動，即“電子不下水，離子不上岸”，它們共同組成了一個完整的閉合回路。
(2)當有以水為溶劑的電解質溶液存在時，很活潑的金屬單質不能用作原電池的負極，如K、Na、Ca等，因為它們與水反應劇烈。
(3)非電解質溶液不能參與形成原電池。
3．原電池正、負極的判斷方法
1．下列關于原電池的敘述正確的是(　　)
A．負極發生的電極反應是還原反應
B．能將化學能轉化為電能
C．工作時其正極上不斷產生電子并經外電路流向負極
D．電極只能由兩種不同的金屬構成
2．某興趣小組設計如圖所示裝置進行原電池原理的探究，下列
敘述錯誤的是(　　)
A．a和b用導線連接時，電子由Zn經導線流向Cu，再經稀硫酸
流回Zn
B．a和b用導線連接時銅片為正極，發生的反應為2H＋＋2e－===
H2↑
C．a和b不連接時，鋅片上有氣體生成，該裝置不能形成原電池
D．無論a和b是否連接，稀硫酸均參與反應
解析：a和b用導線連接時，構成原電池，電子由Zn經導線流向Cu，電子不會通過溶液傳遞，A錯誤。
知識點二　鋼鐵的電化學腐蝕
1．金屬腐蝕的本質
金屬原子失去電子變為金屬陽離子，金屬發生氧化反應。
2．金屬腐蝕的類型
類型 化學腐蝕 電化學腐蝕
條件 金屬與非金屬單質或非電解質液體直接接觸 不純金屬或合金與電解質溶液接觸
現象 無電流產生 有微弱電流產生
本質 金屬被氧化 較活潑金屬被氧化
兩者往往同時發生，電化學腐蝕更普遍 3．析氫腐蝕與吸氧腐蝕
分類 析氫腐蝕 吸氧腐蝕
形成條件 水膜酸性較強 水膜呈堿性、弱酸性或中性
電極 反應 負極 Fe－2e－===Fe2＋ 2Fe－4e－===2Fe2＋
正極 2H＋＋2e－===H2↑ 2H2O＋O2＋4e－===4OH－
總反應 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
腐蝕速率 一般較快 一般較慢
3．在鋼鐵腐蝕過程中，下列五種變化可能發生的是(　　)
①Fe(OH)2轉化為Fe(OH)3　②O2被還原　③產生H2　④Fe(OH)3脫水形成Fe2O3·xH2O　⑤雜質碳被氧化
A．只有①② B．只有②③④
C．①②③④ D．①②③④⑤
解析：在鋼鐵腐蝕過程中，負極Fe－2e－===Fe2＋，正極O2或H＋得電子，Fe2＋與OH－結合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被氧化生成Fe(OH)3，Fe(OH)3脫水形成鐵銹。
4．在一塊表面無銹的鐵片上滴食鹽水，放置一段時間后看到鐵片上有鐵銹出現。鐵片腐蝕過程中發生的總化學方程式為2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2進一步被氧氣氧化為Fe(OH)3，再在一定條件下
脫水生成鐵銹，其原理如圖。下列說法正確的是(　　)
A．鐵片發生還原反應而被腐蝕
B．鐵銹的主要成分是Fe2O3
C．鐵片腐蝕過程中負極發生的電極反應：2H2O＋
O2＋4e－===4OH－
D．鐵片里的鐵和碳與食鹽水形成無數微小原電池，發生了電化學腐蝕
解析：鐵在負極區失去電子被氧化為Fe2＋，氧氣在正極區得到電子被還原為OH－，OH－與Fe2＋生成Fe(OH)2，進一步被氧化為Fe(OH)3，再脫水生成鐵銹，鐵銹的主要成分為Fe2O3·xH2O，A、B錯誤；負極反應為Fe－2e－===Fe2＋，C錯誤。
知識點三　原電池原理的應用
1．加快化學反應速率
(1)分析：構成原電池，加快了化學反應速率。
(2)實例：實驗室用Zn和稀硫酸(或稀鹽酸)反應制H2，使用粗鋅產生H2的速率快。原因是粗鋅中的雜質和鋅、稀硫酸(或稀鹽酸)形成原電池，加快了鋅的腐蝕，使產生H2的速率加快。
2．比較金屬的活動性強弱
(1)分析：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。
(2)實例：有兩種金屬A和B，用導線連接后插入稀硫酸中，觀察到A極溶解，B極上有氣泡產生，由原電池原理可知，金屬活動性：A>B。
3．金屬材料的防護
(1)分析：將被保護金屬設計成原電池的正極。
(2)實例：輪船在海里航行時，為了保護輪船不被腐蝕，可以在輪船上焊上一些活動性比鐵更強的金屬，如Zn，這樣構成原電池，Zn為負極，Fe為正極，從而防止鐵被腐蝕。
4．制作化學電源——設計原電池
(1)分析：①首先將已知氧化還原反應拆分為兩個電極反應式。
氧化反應：還原劑－ne－===氧化產物(負極反應式)；
還原反應：氧化劑＋ne－===還原產物(正極反應式)；
正極反應式＋負極反應式===電池的總反應式。
②根據原電池的反應特點，結合兩極反應式找出正、負極材料及電解質溶液。
a．電解質溶液的選擇：電解質溶液一般要能夠與負極發生氧化還原反應。
b．電極材料的選擇：電極材料必須導電。在原電池中，一般選擇活動性較強的金屬作為負極，活動性較弱的金屬或能導電的惰性材料作正極。負極材料或還原性物質在負極上失去電子被氧化，氧化性物質在正極上得到電子被還原。
(2)實例：利用氧化還原反應Zn＋CuSO4===ZnSO4＋Cu設計成如圖所示的原電池。
①該原電池的電極反應如下：
負極(Zn)：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反應)；
正極(Cu)：Cu2＋＋2e－===Cu(還原反應)。
②裝置：
5．把a、b、c、d四塊金屬浸入稀硫酸中，用導線兩兩相連形成原電池。若a、b相連時，a為負極；c、d相連時，電流由d到c；a、c相連時，c上有大量氣泡產生；b、d相連時，b上有大量氣泡產生，則四種金屬的活動性順序為(　　)
A．a>b>c>d B．a>c>d>b
C．c>a>b>d D．b>d>c>a
解析：在原電池中，一般較活潑的金屬電極會溶解，較不活潑的金屬電極上會有固體析出或產生氣體，電子從負極流向正極，電流從正極流向負極。a、b相連時，a為負極，說明活動性：a>b；c、d相連時，電流由d到c，說明活動性：c>d；a、c相連時，c上有大量氣泡產生，說明活動性：a>c；b、d相連時，b上有大量氣泡產生，說明活動性：d>b。
6．某原電池中發生的離子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，該原電池正確的組成是(　　)
解析：將Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu拆成兩個半反應：
氧化反應(負極反應)：Zn－2e－===Zn2＋。
還原反應(正極反應)：Cu2＋＋2e－===Cu。
則電池的負極是Zn, 正極是比鋅不活潑的金屬或導電的非金屬，電解質溶液中含Cu2＋。
選項 正極 負極 電解質溶液
A Cu Zn HCl
B Zn Cu CuSO4
C Cu Zn CuSO4
D Cu Zn ZnCl2
總結提升
本課總結
自我反思：﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
隨堂提升
1．鋼鐵在潮濕的空氣中會被腐蝕，下列說法正確的是(　　)
A．負極發生反應：Fe－3e－===Fe3＋
B．正極發生反應：2H2O＋O2＋2e－===4OH－
C．發生的原電池反應為2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
D．鋼柱在水下的部分比在空氣與水交界處的部分更容易被腐蝕
解析：由原電池原理可知負極上發生的反應為Fe－2e－===Fe2＋，A錯誤；正極上發生的反應為2H2O＋O2＋4e－===4OH－，B錯誤；在空氣與水交界處O2濃度大，鋼柱更容易被腐蝕，D錯誤。
2．下列關于實驗現象的描述不正確的是(　　)
A．銅、鋅組成的原電池中，電子從鋅極經過導線流向銅極
B．把銅片和鋅片緊靠在一起浸入稀硫酸中，銅片表面出現氣泡
C．把銅片插入FeCl3溶液中，在銅片表面出現一層鐵
D．將銅片和鐵片用導線相連浸入硫酸銅溶液中，一段時間后，鐵片質量減輕，銅片質量增加
解析：把銅片插入FeCl3溶液中，Cu和FeCl3反應生成CuCl2和FeCl2，故C錯誤。
3．某化學興趣小組利用反應：Zn＋2FeCl3===ZnCl2＋2FeCl2，設計了如圖所示的原電池裝置，下列說法正確的是(　　)
A．Zn為負極，發生還原反應
B．b電極反應式為2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
C．電子流動方向是a電極→FeCl3溶液→b電極
D．電池的正極材料可以選用石墨、鉑電極，也可以用銅電極
解析：根據Cl－的移動方向可知，b電極為負極，a電極為正極，根據電池總反應可知，Zn發生失電子的氧化反應，即b電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋，A、B錯誤；電子流動方向是b電極→導線→a電極，C錯誤；正極材料的活動性應比負極材料弱，D正確。
4．金屬a、b在金屬活動性順序中均位于氫的前面，a還可以從b的硝酸鹽溶液中置換出b。將a、b用導線相連放入CuSO4溶液中，下列敘述不正確的是(　　)
A．導線中有電流，電流由b流向a
B．a的質量減小，b的質量增大
C．b上有氫氣產生
D．a上發生氧化反應，b上發生還原反應
解析：由題意可知，a、b、Cu的金屬活動性由強到弱的順序為a>b>Cu，則a、b及CuSO4溶液構成的原電池中，a作負極，b作正極。電子由a經過導線流向b，電流由b流向a。a失去電子，發生氧化反應，質量減小，溶液中的Cu2＋在b上得到電子，發生還原反應析出Cu，從而使b的質量增大，b上不會產生H2。
5．(2024·廣東省南陽中學高一下學期月考)銅片、鋅片和稀硫酸組成的銅鋅原電池，工作一段時間后，銅片上有2．24 L氣體(標準狀況)放出，下列說法中正確的是(　　)
A．外電路中轉移電子0．2 mol
B．銅為負極，有12．8 g銅溶解
C．鋅為正極，有6．5 g鋅溶解
D．反應過程中消耗0．4 mol氫離子
解析：銅片、鋅片和稀硫酸組成的銅鋅原電池，其中鋅較活潑，失去電子，發生氧化反應，作負極，則銅作正極，B、C錯誤；負極：Zn－2e－===Zn2＋，正極：2H＋＋2e－===H2↑，由正、負極得失電子守恒可得關系式：Zn～2e－～2H＋～H2，當產生2．24 L氫氣(物質的量為0．1 mol)時，需要0．2 mol氫離子，有0．2 mol電子轉移，A正確，D錯誤。
課時分層練
題號 1 2 3 4 5 6 7
難度 ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★★
對點 原電池的概念和工作 原理 原電池的形成條件 原電池的工作原理 原電池的工作原理 原電池工作原理的應用 原電池的工作原理、形成條件 原電池的工作原理
題號 8 9 10 11 12 13 難度 ★★ ★ ★★ ★★★ ★★ ★★★ 對點 原電池的原理、形成條件、金屬腐蝕 原電池的工作原理 Cu Zn原電池的相關考查 原電池的原理及相關計算 原電池的設計 原電池的工作原理、形成條件 1．下列有關原電池的說法正確的是(　　)
A．電極一定要由兩種不同的金屬組成
B．電子流出的一極是正極
C．兩極均發生氧化還原反應
D．將化學能轉化為電能的裝置
解析：在原電池中電極既可以是金屬，也可以是能導電的非金屬或其他能導電的物質(如PbO2)，A錯誤；電子由負極經導線流向正極，所以電子流出的一極是負極，B錯誤；在原電池中負極發生氧化反應，正極發生還原反應，C錯誤。
[學習·理解]
解析：只有屬于氧化還原反應，才能用于設計原電池；C不屬于氧化還原反應，不能設計成原電池。
3．人造地球衛星用到的一種高能電池——銀鋅蓄電池，其電池的電極反應式分別為Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。據此判斷氧化銀是(　　)
A．負極，被氧化 B．正極，被還原
C．負極，被還原 D．正極，被氧化
4．如圖所示裝置，下列有關該裝置反應開始時的敘述正確的是(　　)
A．鋅極附近滴入酚酞試液，溶液呈紅色
B．鐵極發生的電極反應為2H2O＋O2＋4e－===4OH－
C．鐵極發生電化學腐蝕生成鐵銹
D．溶液中的OH－向鐵極移動
5．X、Y、Z都是金屬，把X浸入Z的硝酸鹽溶液中，X的表面有Z析出，X和Y組成原電池時，Y為電池的負極。X、Y、Z三種金屬的活動性順序為(　　)
A．X>Y>Z B．X>Z>Y
C．Y>X>Z D．Y>Z>X
6．(2024·廣東省南陽中學高一下學期月考)利用金屬鎂和鋁設計成如圖所示的原電池。下列說法正確的是(　　)
解析：鎂作負極，A錯誤；H＋向正極移動，即向Al電極移動，B錯誤；若將稀H2SO4換成乙醇，乙醇不能導電，則電流表的指針不能偏轉，C錯誤。
7．在如圖所示裝置中，觀察到電流計指針發生偏轉，M棒變粗，N棒變細，P為電解質溶液。由此判斷下列M、N、P所代表的物質可以成立的是(　　)
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 銅 鐵 硝酸鐵溶液
解析：經分析可知該裝置是原電池，其中M棒有金屬單質析出，作正極，N棒失電子溶解作負極。鋅、銅、稀硫酸構成原電池，則鋅是負極，M棒變細，A不成立；鐵、銅、稀鹽酸構成原電池，M棒上無金屬單質析出，B不成立；銅、鐵、硝酸鐵溶液構成原電池，銅作正極，在銅電極上鐵離子得到電子轉化為亞鐵離子，M棒上不能析出金屬，D不成立。
8．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”)。
(3)C中被腐蝕的金屬是___，總反應的化學方程式為______________________。
(4)A、B、C中鐵被腐蝕由快到慢的順序是__________。
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
正
2H＋＋2e－===H2↑
減弱
Zn
Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑
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，鐵被腐蝕的速率加快。C中能形成原電池，鋅比鐵活潑，鋅為負極，不斷被腐蝕，鐵為正極，被保護。
9．如圖所示，電流計的指針發生偏轉，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分別可能為Zn、Cu和稀鹽酸
C．C中陽離子向A極移動
D．A極發生氧化反應
解析：原電池中，負極金屬失去電子，發生氧化反應而溶解，質量減小，故A極為負極，B極為正極，A、D正確；A、B、C分別為Zn、Cu和稀鹽酸時，可以構成原電池，且現象與題述現象一致，B正確；電解質溶液中陽離子移向正極，C錯誤。
[應用·實踐]
10．如圖將鋅片和銅片用導線連接后放入稀硫酸中，發生原電池反應，下列敘述錯誤的是(　　)
11．質量相同的鐵棒、碳棒和足量CuCl2溶液組成的裝置如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．閉合K，電子通過CuCl2溶液移到碳棒上
B．閉合K，鐵棒表面發生的電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu
C．閉合K，轉移0．2 mol電子時，理論上碳棒與鐵棒的質量差為24 g
D．打開K與閉合K時發生的總反應相同
12．利用生活中或實驗室中的常用物品，根據氧化還原
反應知識和電化學知識，自己動手設計一個原電池。請填寫
下列空白：
(1)實驗原理：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
(2)實驗用品：電極(________________、_____________
______________________)、稀硫酸、________、________、耳機。
(3)按如圖所示裝置連接好實驗儀器，該原電池中，Fe在____極發生________反應；H＋在____極發生________反應。
鐵釘(或鐵片等)
銅釘(或其他的惰性電極，如鉛筆芯等)
燒杯
導線
負
氧化
正
還原
13．(1)如圖所示，將Mg、Al和電解質溶液組成一種原
電池。試回答下列問題：
①若電解質溶液為稀硫酸，則正極為______，電極反應
式為______________________。負極是______，電極反應式
為____________________。
②若電解質溶液為NaOH溶液，則正極為________。
[創新·提高]
Al
2H＋＋2e－===H2↑
Mg
Mg－2e－===Mg2＋
Mg
(2)若將鋁片與銅片用導線連接后，插入稀硝酸的燒杯
中，負極為_____，若將鋁片與銅片用導線連接后，插入濃
硝酸的燒杯中。下列敘述正確的是_____(填字母)。
A．Al比Cu活潑，Al為負極，Cu極上析出NO2
B．Cu為負極，Al為正極，Al極上析出Cu
C．Cu為負極，電極反應為Cu－2e－===Cu2＋
D．Al為正極，電極反應為2H＋＋2e－===H2↑
Al
C
解析：(1)電解質溶液為稀硫酸時，鎂、鋁都能與稀硫酸反應，但由于鎂的金屬活動性比鋁強，所以鎂為原電池的負極，電極反應式為Mg-2e－===Mg2＋，鋁為正極，電極反應式為2H+＋
2e－===H2↑。當電解質溶液為NaOH溶液時，由于鋁能與NaOH溶液反應，而鎂不與NaOH溶液反應，所以鎂為原電池的正極。

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