【同步讲义】高中化学（人教版2019）必修第二册--第09讲 化学反应与电能 讲义

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第09讲 化学反应与电能
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课程标准
课标解读
1．以原电池为例认识化学能可以转化为电能。
2．从氧化还原反应的角度初步认识原电池的工作原理。
1．培养学生的实验操作能力、观察能力、科学的学习方法，培养学生创造性思维与探究能力，以及提出问题、分析问题、解决问题的能力。
2．通过小组探究实验活动，培养学生自主探索创新精神和同学间的交流合作学习的协作精神，并通过实验不断体现出由实践→认识→再实践一再认识的认知过程。
知识精讲

知识点01 化学能转化为电能
1．化学能间接转化为电能
（1）火力发电原理：通过化石燃料燃烧，使化学能转化为热能，加热水使之汽化为蒸汽以推动蒸汽轮机，带动发电机发电。
（2）能量转换过程
①化学能热能机械能电能
②能量转换的关键环节是可燃物的燃烧，属于氧化还原反应。
（3）火力发电存在的弊端
①使用的化石燃料属于不可再生资源；
②化石燃料的燃烧会产生大量的有害气体（如SO2、CO等）及粉尘，污染环境；
③能量经过多次转化，能量利用率低。
2．化学能直接转化为电能——原电池
（1）实验探究
实验装置
实验现象
实验结论

锌片溶解，表面产生气泡，铜片上无气泡
锌与稀硫酸反应，铜与稀硫酸不反应

锌片溶解，铜片上有气泡
锌片参与反应，铜片上产生氢气

锌片溶解，铜片上有气泡，电流表指针偏转
该装置将化学能转化为电能
（2）原电池：将化学能转变为电能的装置。
（3）工作原理（以铜-锌-稀硫酸原电池为例）

电极材料
电极名称
电子流向
电极反应式
反应类型
锌
负极
流出
Zn－2e－Zn2+
氧化反应
铜
正极
流入
2H++2e－H2↑
还原反应
总反应
化学方程式：Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑
离子方程式：Zn+2H+Zn2++H2↑
【即学即练1】下列关于如图所示原电池装置的叙述正确的是（ ）。

A．铜片是正极，电极上发生氧化反应
B．铜片质量逐渐减少
C．电流从锌片经导线流向铜片
D．铜离子移向铜片被还原
【解析】选D。Zn比Cu活泼，形成原电池时，铜片是正极，该电极上发生还原反应，A错误；铜片上发生的反应为Cu2++2e－Cu，则铜片质量增加，B错误；锌片是负极，铜片是正极，则电流由铜片经导线流向锌片，C错误；电解质溶液中阳离子移向正极，故Cu2+移向铜片，并得电子被还原为Cu，D正确。
知识点02 化学电池
1．一次电池——锌锰干电池

工作原理
负极
锌筒
锌被氧化，逐渐消耗
正极
石墨棒
二氧化锰被还原
电解质
氯化铵糊
——
特点
放电后不能充电
便于携带，价格低
2．二次电池

3．燃料电池

【即学即练2】（2022·湖州高一检测）某固体碱燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递OH－，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2H2+O2＝2H2O，下列有关说法不正确的是（ ）。

A．电子通过外电路从a极流向b极
B．b电极为正极
C．a极上的电极反应式为：H2－2e－＝2H+
D．该装置能将化学能转变为电能
【解析】选C。根据总反应可知氢元素的化合价升高，失去电子，则通入氢气的一极为负极，则a为负极，b为正极，电子通过外电路从负极流向正极，所以电子应该是通过外电路由a极流向b，故A正确；通入氧气的一极为正极，则b电极为正极，故B正确；由题意可知，该燃料电池以CsHSO4固体为电解质传递OH－，则a极上的电极反应式为：H2+2OH－－2e－＝2H2O，故C错误；该装置为固体碱燃料电池，能将化学能转变为电能，故D正确。
能力拓展

考法01 原电池原理
【典例1】（2022·湖南张家界高一下期中检测）电子表中电子计算器的电源常用微型银锌原电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，放电时锌极上的电极反应是：Zn+2OH－－2e－＝Zn（OH）2；氧化银电极上的反应式为：Ag2O+H2O+2e－＝Ag+2OH－，总反应式为：Ag2O+H2O+Zn＝Zn（OH）2+2Ag。下列说法不正确的是（ ）。
A．锌是负极，氧化银是正极
B．锌发生氧化反应，氧化银发生还原反应
C．溶液中OH－向正极移动，K+、H+向负极移动
D．随着电极反应的不断进行，电解质溶液的pH会增大
【解析】选C。根据总反应以及原电池的工作原理，Zn的化合价升高，即Zn为负极，氧化银为正极，故A说法正确；根据A选项分析，Zn为负极，发生氧化反应，氧化银中Ag的化合价降低，氧化银发生还原反应，故B说法正确；根据原电池工作原理，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，即OH－向负极移动，K+、H+向正极移动，故C说法错误；电解质溶液为碱性，根据总反应可知，该反应消耗水，KOH浓度增大，pH增大，故D说法正确。
【规律方法】原电池正、负极的判断基础是氧化还原反应，如果给出一个方程式判断正、负极，可以直接根据化合价的升降来判断。发生氧化反应的一极为负极，发生还原反应的一极为正极。
【知识拓展】
1．原电池的构成条件

2．原电池工作原理

（1）反应类型：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
（2）电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。
（3）离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
（4）电流方向：正极→导线→负极。
3．原电池正、负极的判断

考法02 原电池的应用
【典例2】（2022·吉林梅河口高一下期中）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：
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
由此可判断这四种金属的活动性顺序是（ ）。
A．a＞b＞d＞c B．b＞c＞d＞a
C．a＞b＞c＞d D．d＞a＞b＞c
【解析】选D。原电池中，通常负极金属的活动性大于正极金属的活动性。通过电极现象判断金属的正负极，从而比较金属活动性。装置一：a极质量减小，则a为负极、失电子溶解；b极质量增大，则金属离子得电子析出。故金属活动性a＞b。装置二：金属b、c未用导线连接，不是原电池。b极有气体产生，c极无变化，则活动性b＞（H）＞c。装置三：d极溶解，则a为负极；c极有氢气产生，则c为正极。故金属活动性d＞c。装置四：电流从a极流向d极，则d为负极、a为正极，金属活动性d＞a。综上，金属活动性d＞a＞b＞c。
【规律方法】根据原电池原理判断金属性强弱
（1）若两种金属作电极，负极的还原性强于正极；
（2）电子是从负极流向正极，而不是从正极流向负极；
（3）原电池负极发生氧化反应，而正极发生还原反应；
（4）金属阳离子的氧化性越弱，对应金属的还原性越强。
【知识拓展】
1．加快化学反应速率

2．比较金属活泼性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。

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（一般为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；正极材料一般活泼性比负极的弱，也可以是能导电的非金属。
②电解质溶液：电解质溶液一般能与负极材料反应。
考法03 实用电池分析
【典例3】（2022·湖南省等级考）海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂－海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是（ ）。

A．海水起电解质溶液作用
B．N极仅发生的电极反应：2H2O+2e－2OH－+H2↑
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂－海水电池属于一次电池
【解析】选C。海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li－e－Li+，则N为正极，电极反应为2H2O+2e－2OH－+H2↑，故B正确；Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，但不能传导离子，故C错误；该电池不可充电，属于一次电池，故D正确。
【知识拓展】几种电池的特点
名称
干电池
（一次电池）
充电电池
（二次电池）
燃料电池
特点
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
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，燃料和氧化剂连续由外部供给，在电极上不断进行反应，生成物不断被排出
举例
普通的锌锰干电池、碱性锌锰干电池、银锌电池等
铅酸蓄电池、锂离子电池、镍氢电池等
氢氧燃料电池、CH4燃料电池、CH3OH燃料电池等
分层提分

题组A 基础过关练
1．（陕西省西安市2021~2022学年高一下学期期末）下列电池工作时能量转化形式与其它三个不同的是（ ）。

A．锌锰碱性电池 B．硅太阳能电池
C．铅蓄电池 D．银锌纽扣电池
【解析】选B。太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置,而其他电池均是将化学能转化为电能的装置。
2．化学电池可以直接将化学能转化为电能，化学电池的本质是（ ）。
A．化合价的升降 B．电子的转移
C．氧化还原反应 D．电能的储存
【解析】选C。化学电池可以直接将化学能转化为电能，其特征是由电流的产生，而电子定向一定才能形成电流，有电子转移的反应为氧化还原反应，所以化学电池的本质是氧化还原反应。
3．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是（ ）。

A．①④ B．③④⑤ C．④⑧ D．②④⑥⑦
【解析】选D。①不存在两个电极，不是原电池；②满足原电池的构成条件，是原电池；③两个电极相同，不是原电池；④满足原电池的构成条件，是原电池；⑤酒精是非电解质，不是原电池；⑥满足原电池的构成条件，是原电池；⑦满足原电池的构成条件，是原电池；⑧未构成回路，不是原电池。
4．（2022·湖南醴陵高一下期中检测）下列可设计成原电池的化学反应是（ ）。
A．H2O（液）+CaO（固）＝Ca（OH）2（固）
B．Ba（OH）2·8H2O+2NH4Cl＝BaCl2+2NH3·H2O+8H2O
C．2KClO32KCl+3O2↑
D．CH4（气）+2O2（气）CO2（气）+2H2O（液）
【解析】选D。可设计成原电池的化学反应是能自发进行氧化还原反应，并且是放热反应。C中反应时氧化还原反应，但是属于吸热反应，不能设计成原电池。
5．（2022·株洲高一检测）某兴趣小组设计的简易原电池装置如下图所示。该电池工作时，下列说法正确的是（ ）。

A．锌片作正极
B．碳棒上有气泡产生
C．可将电能转化为化学能
D．电子由碳棒经滤纸流向锌片
【解析】选B。电池工作时，Zn失去电子，作负极，故A错误；碳棒为正极，氢离子在正极上得到电子生成氢气，有气泡产生，故B正确；原电池中化学能转化为电能，故C错误；Zn为负极，电子由锌片经导线流向碳棒，故D错误。
6．（山东省济宁市兖州区2021~2022学年高一下学期期中）某原电池总反应的离子方程式为：2Fe3++Fe3Fe2+，能实现该反应的原电池是（ ）。

A
B
C
D
正极
Ag
C
Fe
Cu
负极
Fe
Fe
Zn
Fe
电解质溶液
FeCl3
FeCl2
Fe2（SO4）3
CuSO4
【解析】选A。A中原电池总反应的离子方程式为2Fe3++Fe3Fe2+，A正确；B中没有自发的氧化还原反应，不能构成原电池，B错误；选项中锌比铁活泼，锌做负极，发生氧化反应，总反应为2Fe3++Zn2Fe2++Zn2+，C错误；D中原电池总反应的离子方程式为Fe+Cu2+Fe2++Cu，D错误。
7．（2022·菏泽高一检测）a、b、c都是金属，把a浸入c的硝酸盐溶液中，a的表面有c析出，a、b和酸溶液组成原电池时，b为电池的负极。a、b、c三种金属的活动性顺序为（ ）。
A．a＞b＞c B．a＞c＞b C．b＞a＞c D．b＞c＞a
【解析】选C。a能从c的硝酸盐溶液中置换出c，金属活动性：a＞c；a、b和酸溶液组成原电池时，b为负极，则金属活动性：b＞a。
8．（2020·山东合格考）某同学设计的原电池装置如图，下列说法错误的是（ ）。

A．该电池的总反应为Fe+2Fe3+＝3Fe2+
B．Fe极为电池的负极
C．电子从C极经导线流向Fe极
D．Fe3+在C极表面被还原
【解析】选C。根据原电池原理，Fe为负极，负极上Fe失去电子生成Fe2+，
C极为正极，正极上Fe3+得电子，被还原，生成Fe2+，电池反应为Fe+2Fe3+＝3Fe2+，原电池中电子由负极流出，经导线流入正极，故C错误。
9．某原电池结构如图所示，回答下列问题：

（1）铜作原电池的_______极，发生_______反应，电极反应式为______________；
（2）银作原电池的_______极，发生_______反正，电极反应式为______________；
（3）电子从_______经外电路流向_______，银离子向_______极移动，硝酸根离子向_______极移动（填“正极”或“负极”）。
【解析】（1）铜银原电池中，Cu为负极，负极上铜失去电子生成铜离子，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－＝Cu2+；（2）银为正极，银棒上银离子得到电子生成银，发生还原反应，电极反应式为2Ag++2e－＝2Ag；（3）在铜银原电池中，电子从负极经外电路流向正极，电解质溶液中银离子向正极移动，硝酸根离子向负极移动。
【答案】（1）负；氧化；Cu－2e－＝Cu2+
（2）正；还原；2Ag++2e－＝2Ag
（3）负极；正极；正极；负极
10．（2022·内蒙古赤峰高一下期中检测）A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸。

（1）B中反应的离子方程式为____________________________。
（2）A中作正极的金属是_____，该电极上看到的现象为_________________。
（3）C中作负极的金属是_____，该电极反应方程式为__________________。
（4）现有未知金属A，将A与Fe用导线相连后放入稀硫酸溶液中，观察到A上有气泡产生，在A上发生__________（填“氧化”或“还原”）反应。
【解析】（1）B中是铁和稀硫酸反应，故其离子方程式为Fe+2H+＝Fe2++H2↑；（2）A中铁比铜活泼，故铁作负极，铜作正极，该原电池正极上看到的现象为有气泡产生；（3）C中锌比铁更活泼，故锌作负极，负极上通常是电极本身失电子被氧化，故电极反应方程式为Zn－2e－＝Zn2+；（4）观察到A上有气泡产生，故A上发生的电极反应为2H++2e－＝H2↑，故为还原反应。
【答案】（1）Fe+2H+＝Fe2++H2↑
（2）Cu；有气泡产生（3）Zn；Zn－2e－＝Zn2+（4）还原
题组B 能力提升练
1．（2022·天津红桥区高一检测）2022年6月5日，神舟十四号载人飞船成功将3名航天员送入空间站，空间站中一种能量储存系统原理如图所示，图中没有涉及的能量转化形式是（ ）。

A．电能转化为化学能 B．太阳能转化为电能
C．化学能转化为电能 D．太阳能转化为动能
【解析】选D。在装置X中，太阳能电池产生的电能，将水电解生成O2和H2，实现电能转化为化学能，A不符合题意；在太阳能电池板上，太阳能转化为电能，B不符合题意；在装置Y中，O2、H2反应转化为H2O，将化学能转化为电能，C不符合题意；马达工作时，电能转化为机械能，该图中没有涉及太阳能转化为动能，D符合题意。
2．电能是现代社会中应用最广泛的一种能源。下列与电有关的叙述中，正确的是（ ）。
A．电能属于一次能源
B．锂离子电池属于一次电池
C．火力发电将电能间接转化为热能
D．电池工作时发生了氧化还原反应
【解析】选D。电能是由煤、风等一次能源转化来的能源，属于二次能源，A错误；锂离子电池是可充电电池，属于二次电池，B错误；火力发电的能量转化过程为化学能→热能→机械能→电能，C错误；电池放电时将化学能转化成电能，发生了氧化还原反应，D正确。
3．（2022年1月江苏合格考模拟）如图为发光二极管连接柠檬电池。下列说法不正确的是（ ）。

A．该装置的能量转化形式主要为化学能→电能
B．电子的流向：Zn→导线→Cu→柠檬液→Zn
C．锌片是负极，质量不断减小
D．铜片上的电极反应为：2H++2e－＝H2↑
【解析】选B。A项，该装置的能量转化是化学能变电能，A正确；B项，锌为负极，铜为正极，电子从锌流出，经过导线，流向铜，电子不能通过溶液，B错误；C项，锌为负极，反应生成锌离子，质量不断减小，C正确；D项，铜为正极，溶液中的氢离子得到电子生成氢气，D正确。
4．（2022·福州师大附中高一下期中检测）某普通锌锰干电池的结构如下图所示。下列说法正确的是（ ）。

A．锌筒是原电池的正极
B．石墨电极上发生氧化反应
C．铵根离子流向石墨电极
D．电子经石墨沿电解质溶液流向锌筒
【解析】选C。锌锰干电池中，锌筒作负极，石墨作正极，选项A错误；锌锰干电池中，锌筒作负极，石墨作正极，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，选项B错误；原电池中阳离子定向移动到正极，故铵根离子流向石墨电极，选项C正确；电子经导线由负极锌筒流向正极石墨电极，选项D错误。
5．（2022·宁波高一检测）小明利用家中废旧材料制作了一个可使玩具扬声器发出声音的电池，装置如图。下列有关该电池工作时的说法不正确的是（ ）。

A．木炭棒是正极材料，发生还原反应
B．电子流向为铝质汽水罐→导线→扬声器→导线→木炭棒
C．食盐水中的Na+向木炭棒移动
D．木炭棒上发生的反应为2H++2e－＝H2↑
【解析】选D。该原电池的负极是活泼金属铝，易被腐蚀，发生失电子的氧化反应，木炭棒是正极材料，发生还原反应，故A正确；在原电池中，电子从负极流向正极，铝是负极，木炭棒为正极，则电子流向为铝质汽水罐→导线→扬声器→导线→木炭棒，故B正确；原电池中，电解质溶液里的阳离子钠离子移向正极浸有食盐水的木炭棒，故C正确；在原电池的正极浸有食盐水的木炭棒上发生得电子的还原反应，在中性环境下，发生反应：O2+4e－+2H2O＝4OH－，故D错误。
6．（2021~2022学年浙江省宁波市高一下期中）汽车的启动电源常用铅蓄电池。放电时的电池反应为：PbO2+Pb+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O。根据此反应判断下列说法正确的是（ ）。
A．PbO2是电池的负极
B．电池放电时，溶液的酸性增强
C．PbO2得电子，被氧化
D．负极电极反应式：Pb－2e－+SO42－＝PbSO4
【解析】选D。根据电池反应式知，PbO2在反应中得电子化合价由+4价变为+2价，所以二氧化铅作正极，故A错误；放电时，硫酸参加反应，导致溶液中氢离子浓度减小，则溶液的酸性减弱，故B错误；PbO2得电子，被还原，故C错误；Pb失电子作负极，反应式为：Pb+SO42－－2e －＝PbSO4↓，故D正确。
7．（2022·哈尔滨高一下期中检测）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中加少量CuSO4溶液，下图中产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系，其中正确的是（ ）。

【解析】选A。a中加入CuSO4溶液，被置换出的铜覆盖在Zn的表面，形成原电池，产生H2的速率加快，反应所需时间缩短，但置换铜时消耗了一部分锌，故与稀硫酸反应的锌的质量减少，完全反应后生成的H2的量比b少。
8．根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是（ ）。
A．2Ag（s）+Cd2+（aq）＝2Ag+（aq）+Cd（s）
B．Co2+（aq）+Cd（s）＝Co（s）+Cd2+（aq）
C．2Ag+（aq）+Cd（s）＝2Ag（s）+Cd2+（aq）
D．2Ag+（aq）+Co（s）＝2Ag（s）+Co2+（aq）

【解析】选A。第一个原电池装置中，Cd作负极，Co作正极，自发进行的氧化还原反应是：Co2+（aq）+Cd（s）＝Co（s）+Cd2+（aq），还原性：Cd＞Co；第二个原电池装置中，Co作负极，Ag作正极，自发进行的氧化还原反应是：2Ag+（aq）+Co（s）＝2Ag（s）+Co2+（aq），还原性：Co＞Ag，即Cd＞Co＞Ag。根据置换反应的规律判断：Ag不能置换出Cd，A选项错误，其余选项都正确。
9．甲、乙两位同学分别按图1所示装置进行实验，甲同学在虚线框内接一个电流计，乙同学在虚线框内没有做连接，请回答下列问题：
（1）以下叙述正确的是______。
a．甲同学实验中，石墨棒上无气泡产生
b．甲、乙两同学实验中的铁片都是负极
c．甲同学实验中，电子在溶液中没有迁移
d．甲、乙同学在实验中都发现有气泡生成，产生气泡的速率甲比乙慢
（2）甲同学观察到电流计指针发生偏转，根据实验中的发现，绘制了图2，X轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，则Y轴可能表示______。
a．石墨棒的质量 b．铁棒的质量 c．c（H+）
d．c（SO42－） e．c（Fe2+）
（3）采用甲同学装置，实验时把稀硫酸换成硫酸铜溶液，请写出铁电极电极反应式：________________，石墨电极观察到的现象________________，发生了______反应（填“氧化”、“还原”或“非氧化还原”）。

【解析】（1）甲同学实验中，构成铁碳原电池，铁为原电池的负极，石墨棒为正极，氢离子得到电子生成氢气，故a错误；甲同学实验中，构成了原电池，铁为原电池的负极，石墨为原电池的正极，乙同学实验中在虚线框内没有做连接，不构成原电池，铁片与稀硫酸发生化学反应，故b错误；甲同学实验中，构成了原电池，电子在导线上运动，从铁到碳，溶液中没有迁移，故c正确；甲同学实验中，构成了原电池，属于铁的电化学腐蚀，乙同学实验中在虚线框内没有做连接，不构成原电池，铁片与稀硫酸反应，属于化学腐蚀，电化学腐蚀速率大于化学腐蚀的速率，所以甲中产生氢气的速率比乙快，故d错误；（2）铁碳原电池中，铁是负极，失去电子发生氧化反应，电极反应为Fe－2e－＝Fe2+，碳是正极，氢离子得电子发生还原反应，电极反应为2H++2e－＝H2↑。石墨棒是正极，氢离子得电子发生还原反应，石墨棒的质量不变，故a错误；由于铁是负极，不断发生反应Fe－2e－＝Fe2+，所以铁棒的质量减小，故b正确；由于反应不断消耗H+产生氢气，所以溶液的c（H+）逐渐降低，故c正确；SO42－不参加反应，其浓度不变，故d错误；由于铁是负极，不断发生反应Fe－2e－＝Fe2+，所以溶液中c（Fe2+）增大，故e错误；（3）如果把硫酸换成硫酸铜溶液，则电池总反应为铁与铜离子的反应，负极铁失去电子，电极反应为Fe－2e－＝Fe2+，正极石墨上铜离子得到电子生成铜，Cu2++2e－＝Cu，石墨电极上有红色物质析出，发生还原反应。
【答案】（1）c（2）bc
（3）Fe－2e－＝Fe2+；石墨电极上有红色物质析出；还原
10．（2022·安徽芜湖高一下期中检测）科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子（就是H+）和水分子通过。其工作原理的示意图如下，请回答下列问题：

（1）该装置的能量转化形式为______________。
（2）Pt（a）电极是电池_____（填“正”或“负”）极。
（3）电解液中的H+向_________（填“a”或“b”）极移动。
（4）如果该电池工作时消耗1molCH3OH，则电路中通过____mol电子。
（5）比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电池的能量转化率高，其次是_________________________。
【解析】（1）该装置的能量转化形式为原电池反应是化学能转化为电能；（2）Pt（a）电极甲醇通入失电子发生氧化反应，是电池负极；（3）燃料电池中，通入燃料的电极Pt（a）为负极，负极上失电子发生氧化反应，通入氧气的电极Pt（b）为正极，氧气得到电子生成氢氧根离子，电解液中的H+向正极移动，即向b电极移动；（4）通入燃料的电极为负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应为：CH3OH+H2O－6e－＝CO2+6H+，则该电池工作时消耗1molCH3OH，则电路中通过6mol电子；（5）燃料电池的能量转化率高，甲醇反应产物为CO2和H2O，对环境无污染。
【答案】（1）化学能转化为电能（2）负（3）b（4）6（5）对环境无污染
题组C 培优拔尖练
1．（2022·邯郸高一检测）以电池为动力的纯电动汽车的普及，更有利于我国的环境保护。下列有关电池的叙述不正确的是（ ）。
A．水果电池是方便实用的家用电池
B．铅酸蓄电池是一种常用的二次电池
C．氢氧燃料电池是一种高效、无污染的发电装置
D．锌锰干电池工作一段时间后，锌外壳逐渐变薄
【解析】选A。水果电池产生的电流非常微弱且不能连续长时间放电，不能作为家用电池；铅酸蓄电池是一种常用的二次电池；氢氧燃料电池产物为水，无污染；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、D正确，A错误。
2．（2022·贵阳高一上学期期末检测）锌与100mL 1mol·L－1盐酸反应的实验中，若设想向溶液中分别加入少量的：①醋酸钠；②溴化铜；③醋酸铜（均为可溶性），并测定生成H2的速率（mL·min－1），预计三种方案的速率大小是（ ）。
A．①＞③＞② B．③＞②＞①
C．②＞③＞① D．①＞②＞③
【解析】选C。加入少量醋酸钠固体，CH3COO－与H+结合生成CH3COOH（弱酸），氢离子浓度变小，反应速率减慢；加入溴化铜，锌可以置换出Cu，Cu能与Zn形成原电池，反应速率加快；加入醋酸铜，锌可以置换出Cu，Cu能与Zn形成原电池，反应速率加快，但是同时CH3COO－与H+结合生成CH3COOH，反应速率又减慢，所以反应速率介于①和②之间。
3．（2021·浙江7月学考）某兴趣小组以相同大小的铜片和锌片为电极研究水果电池，装置如图，实验所得数据如下：
实验编号
水果种类
电极间距离/cm
电流/μA
1
番茄
1
98.7
2
番茄
2
72.5
3
苹果
2
27.2

电池工作时，下列说法不正确的是（ ）。
A．化学能主要转化为电能
B．负极电极反应式为Zn－2e－＝Zn2+
C．电子从锌片经水果流向铜片
D．水果种类和电极间距离对电流的大小均有影响
【解析】选C。电池工作时（原电池）为将化学能转化为电能的装置，故A正确；由图示分析可知，Zn为负极，失去电子，发生氧化反应，即负极的电极反应为Zn－2e－＝Zn2+，故B正确；电子从锌片经导线流向铜片，而不能经水果流向铜片，故C错误；由表中的数据分析可知不同的水果以及同种水果电极间距离不同，则电流的大小也不同，所以水果种类和电极间距离对电流的大小均有影响，故D正确。
4．（2022·安徽六安高一下期中）常温下，将除去表面氧化膜的铝、铜片插入浓HNO3中组成的原电池如图所示，发现电流计指针偏向铝，铝片上有气体生成，下列说法正确的是（ ）。

A．铝比铜活泼，作负极，发生氧化反应
B．铝电极上生成的气体是H2
C．电子从铜电极流出，经导线流入铝电极，经过电解质溶液回到铜电极
D．铜电极的电极反应式：Cu－2e－＝Cu2+
【解析】选D。铝比铜活泼，但常温下浓硝酸能使铝钝化，则Cu发生氧化反应、作负极，故A错误；铝电极作正极，正极上NO3－得电子生成NO2气体，正极反应式为NO3－－e－+2H+＝NO2↑+H2O，故B错误；该原电池中，铜作负极，Al作正极，电子从铜电极流出，经导线流入铝电极，但电子不能进入溶液中，故C错误；该原电池中，铜作负极，负极电极反应式为Cu－2e－＝Cu2+，故D正确。
5．（2022·宁夏石嘴山高一下期中）如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相同的空心铜球和空心铁球，调节杠杆使其在水中保持平衡，然后小心地向烧杯中央滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是（实验过程中不考虑铁丝反应及两边浮力的变化）（ ）。

A．杠杆为导体和绝缘体时，均为A端高B端低
B．杠杆为导体和绝缘体时，均为A端低B端高
C．当杠杆为绝缘体时，A端低B端高；为导体时，A端高B端低
D．当杠杆为绝缘体时，A端高B端低；为导体时，A端低B端高
【解析】选D。根据题意，若杠杆为绝缘体，滴入CuSO4溶液后，Cu在铁球表面析出，铁球质量增大，B端下沉；若杠杆为导体，滴入CuSO4溶液后，形成原电池，Cu在铜球表面析出，Fe部分溶解，A端下沉。
6．（2021·广东合格考）一种以稀硫酸为电解质溶液的钒（V）蓄电池装置如图所示，a、b为惰性电极。该电池放电时（ ）。

A．电能转化为化学能
B．a为电池的正极
C．H+由a极移向b极
D．b的电极反应式：V3++e－＝V2+
【解析】选B。钒（V）蓄电池放电时，化学能转化为电能，充电时，电能转化为化学能，A错误；从放电时外电路中电子的定向移动方向可知，电子从负极流出，经过导线、电流表，流入正极，因此a为电池的正极，b为电池的负极，B正确；内电路中，带正电的阳离子移向正极，带负电的阴离子移向负极，因此氢离子从负极移向正极，即从b极移向a极，C错误；放电时，负极上发生氧化反应，失去电子，元素的化合价升高，则b极上反应式为V2+－e－＝V3+，D错误。
7．以铁片和铜片为两极，以盐酸为电解质溶液组成的原电池，理论上当导线中通过0.02mol电子时，下列说法正确的是（ ）。
A．正极溶解0.01molFe
B．负极上析出0.02molH2
C．两极上溶解和析出的物质的质量相等
D．有0.01molFe发生氧化反应
【解析】选D。正极上氢气得电子生成氢气，不是铁溶解，故A错误；负极上铁失电子生成二价铁离子，不是析出氢气，故B错误；负极上铁溶解，正极上析出氢气，通过的电子数相等，溶解铁和析出氢气的物质的量相等，因为铁和氢气的摩尔质量不同，导致溶解的铁和析出的氢气的质量不同，故C错误；负极上发生的电极反应式为Fe－2e－＝Fe2+，n（Fe）＝n（e－）＝×0.02mol＝0.01mol，当导线中通过0.02mol电子时有0.01molFe发生氧化反应，故D正确。
8．某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，在常温下，设计并进行了以下一系列实验，实验结果记录如下。
编号
电极材料
电解质溶液
电流表指针偏转方向
1
Al、Mg
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al、C（石墨）
稀盐酸
偏向石墨
4
Al、Mg
氢氧化
钠溶液
偏向Mg
5
Al、Zn
浓硝酸
偏向Al
试根据表中的实验现象回答下列问题：
（1）实验1、2中Al所作的电极（正极或负极）是否相同？____（填“是”或“否”）。
（2）由实验3完成下列填空：
①铝为_____极，电极反应式：___________________；
②石墨为_____极，电极反应式：________________；
③电池总反应式：____________________________。
（3）实验4中铝作负极还是正极？_____，理由是____________________________________。写出铝电极的电极反应式：______________________________。
（4）解释实验5中电流表指针偏向铝的原因：_________________。
（5）根据实验结果总结出影响铝在原电池中作正极或负极的因素：______________。
【解析】在稀盐酸中的活动性：Mg＞Al＞Cu。由实验1、2可知，原电池中电流表指针是偏向正极。在实验3中电流表指针偏向石墨，由上述规律可知，Al是负极，石墨是正极，化学反应是Al失去电子被氧化为Al3+，盐酸中的H+得到电子被还原为H2。在NaOH溶液中镁不反应，则Al是负极，Mg是正极。Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中被氧化，即在浓硝酸中Zn是负极，Al是正极，所以在实验5中电流表指针偏向铝。
【答案】（1）否（2）①负；2Al－6e－＝2Al3+
②正；6H++6e－＝3H2↑
③2Al+6H+＝2Al3++3H2↑
（3）负极；Al与NaOH溶液自发进行氧化还原反应，而Mg与NaOH溶液不反应；Al－3e－+4OH－＝AlO2－+2H2O
（4）Al在浓硝酸中发生钝化，Zn在浓硝酸中发生反应，被氧化，Al是原电池的正极
（5）①另一个电极材料的活动性；②电解质溶液