必修二第二章第二节化学能与电能
一次能源和二次能源
点拨：电能是当今社会应用最广泛的二次能源。

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：
(2)关键：燃烧(氧化还原反应)是使化学能转换为电能的关键。

2．化学能直接转化为电能——原电池
(1)实验探究
(2)原电池
①定义：将化学能转变为__电能__的装置。

点拨：原电池反应的本质是一个自发的放热的氧化还原反应。

原电池原理的应用
问题探究：
1．NaOH＋HCl===NaCl＋H
2
O，能利用这个反应设计成原电池吗？为什么？
2．锌与稀硫酸反应制H
2时向溶液中加少量CuSO
4
后，为什么反应速率
加快？
原电池原理的应用
探究提示：1.不能。

因为该反应不是氧化还原反应。

2．锌置换出的铜附着在锌上，铜、锌、稀硫酸构成原电池。

知识归纳总结：
1．加快氧化还原反应的速率：
(1)原理：原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中离子运动时相互的干扰减小，使反应速率增大。

(2)实例：实验室用Zn和稀硫酸反应制取氢气时，可滴入几滴硫酸铜溶液，形成原电池，加快反应速率。

2．比较金属活泼性强弱：
(1)原理：一般原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应，不活泼金属作正极，发生还原反应。

(2)实例：有两种金属A和B，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到A 极溶解，B极上有气泡产生。

由原电池原理可知，金属活动性A>B。

3．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(电解质溶液中的阳离子)在正极上被还原。

(2)选择合适的材料。

①电极材料：电极材料必须导电。

负极材料一般选择较活泼的金属材料，或者在该氧化还原反应中，本身失
去电子的材料。

②电解质溶液：电解质溶液一般能与负
极反应。

(3)实例以Fe＋CuSO
4===FeSO
4
＋Cu为例
原电池的工作原理
问题探究：
1．在铜锌原电池中，电子是怎样移动的？电子能否通过电解质溶液？如果不能，电流是如何形成的？
2．若将稀硫酸换作硫酸铜溶液，能否产生电流？电极反应有何不同？原电池的工作原理
探究提示：1.由于金属锌比金属铜活泼，锌失去电子，电子通过导线
2+流向铜片。

电子不能通过电解质溶液，在稀硫酸中H＋移向铜片，SO
4移向锌片，阴阳离子定向移动形成电流。

2．将稀硫酸换作硫酸铜溶液，也可以形成原电池，产生电流。

锌为负极，发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋，铜为正
极，发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，总反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。

知识归纳总结：
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)。

(2)一液——电解质溶液。

(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．原电池工作原理：
(1)装置示意图：
(2)工作原理(以铜、锌、稀硫酸原电池为例)
3.原电池正负极的判断方法：
点拨：(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，例如石墨。

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，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。

(3)在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼的强弱也要考虑电解质溶液性质。

如Mg—Al—HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是
Mg—Al—NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。

化学电源
干电池
1．构造示意图
2．工作原理和正负极：
__锌__为负极，发生氧化反应，__石墨棒__为正极，发生还原反应。

3．特点：
一次电池，放电后__不能__充电。

(2)便于携带，价格低。

(3)若将电解质NH
Cl换成湿的KOH，并在构造上改进，可以制成__碱
4
性__锰电池。

点拨：现代生活中，应用更多的是碱性锌锰电池。

充电电池
1．特点：又称__二次__电池，它在放电时所进行的氧化还原反应，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
点拨：实际应用中，充电电池的充放电次数仍有限制。

燃料电池
1．构造示意图
2．特点：燃料气体和__氧气__分别在两个电极上反应将化学能转化为电能。

3．实
点拨：燃料电池中通入氧气的电极为正极，通入可燃物的电极为负极。

常见化学电源的特点
问题探究：
1．你知道铅蓄电池中的正、负极材料和电解质溶液是什么吗？
2．燃料电池电极有什么特点？
常见化学电源的特点
探究提示：1.负极：Pb；正极：PbO
，电解质溶液：稀硫酸。

2
2．两个电极一般都是惰性电极，本身不包含活泼性物质，只是一个催化转换元件。

知识归纳总结：
化学电源电极反应式的书写
问题探究：1.以30%的KOH溶液作电解质溶液的氢氧燃料电池的正极反应式是什么？KOH溶液的浓度如何变化？
2．以稀硫酸为电解质溶液的氢氧燃料电池的正极反应式是什么？H
2SO
4
的物质的量变化吗？
化学电源电极反应式的书写
探究提示：1.正极反应式为O
2＋2H
2
O＋4e－===4OH－；总化学反应方程式
为2H2＋O2===2H2O，KOH的物质的量浓度减小。

2．正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，总的反应方程式为2H2＋O2===2H2O，H2SO4的物质的量不变。

知识归纳总结：
1．常见化学电源电极反应式：
普通锌锰干电池(如图1)。

负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O
总反应：Zn＋2MnO2＋2NH===Zn2＋＋Mn2O3＋2NH3＋H2O
(2)铅蓄电池(如图2)。

负极(Pb)：Pb＋SO－2e－===PbSO4
正极(PbO2)：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
工作原理：放电时，二氧化铅电极上发生还原反应，铅电极发生氧化反应。

充电时，二氧化铅电极上发生氧化反应，铅电极发生还原反应。

(3)氢
2．电极反应式的书写
(1)原电池负极反应式的书写。

①较活泼金属作负极时，电极本身被氧化。

a．若生成的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＋。

b．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。

如铅蓄电池负极反应为Pb＋SO－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)原电池正极反应式的书写。

书写时总的原则是首先根据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。

如氢氧(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－。

3．一般电极反应式的书写思路
感谢您的阅读，祝您生活愉快。