【同步讲义】高中化学（沪科版2020）必修第二册--5.3 化学变化的能量变化 （第2课时） 讲义

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5.3.2 化学能与电能的转化
学习聚焦


知识精讲

知识点01 原电池
原电池
1、原电池的定义：把化学能转化为电能的装置叫原电池。
2、形成原电池的条件：
① 电极：有两种活性不同的金属（或一种是非金属导体）做电极，较活泼的金属为负极，较不活泼的金属（或非金属）为正极。电解质溶液：电极材料均插入电解质溶液中。
② 整个装置必须形成闭合电路。
③ 自发进行的氧化还原反应
3、原电池的化学原理：
（1）自发进行的氧化还原反应在两极进行
（2）电子从负极（较活泼的金属）流向正极（较不活泼的金属或非金属），负极发生氧化反应，正极发生还原反应。电子只在导线上定向流动，电解质溶液中有离子的定向移动，从而形成闭合回路
如：Cu─H2SO4─Zn原电池：
正极： 2H+ + 2e- = H2↑ 正极得电子，发生还原反应
　　负极： Zn - 2e- = Zn2+ 负极失电子，发生氧化反应
总反应式： Zn + 2H+ == Zn2+ + H2↑

举例2：

实验现象：锌电极不断溶解，在铜电极上会有红色物质生成，铜的质量增加，蓝色溶液逐渐变浅。
总结：
Nm+-me-→N

M-ne-→Mn+



提问：原电池的形成需要哪些条件呢？
（1）把硫酸溶液换成酒精
硫酸溶液
乙醇溶液

现象：左图中正极（Cu电极）有气泡产生，电流表发生偏转；右图无明显现象。
结论：条件之一是电极必须插入电解质溶液中。
（2）断开电池的闭合回路
硫酸溶液
硫酸溶液
硫酸溶液

现象：左图中正极（Cu电极）有气泡产生，电流表发生偏转；右图锌电极有气泡产生，电流表无偏转。
结论：条件之二是必须形成闭合回路。
（3）把铜电极换成锌电极
硫酸溶液
硫酸溶液


现象：左图中正极（Cu电极）有气泡产生，电流表发生偏转；右图两极均产生气泡现象，电流表无偏转。
结论：氧化还原是核心。
总结：构成原电池的条件：
要形成原电池必须同时满足(1)、(2)、(3)三个条件：
（1）能自动发生氧化一还原反应；（2）活泼性不同的两种导体做电极；（3）电解质溶液（能导电的溶液），形成闭合回路。

【即学即练1】微生物脱盐电池既可以处理废水中和，又可以实现海水淡化，原理如下图所示。下列说法不正确的是

A．生物电极b为电池的正极
B．电极a的电极反应式为
C．离子交换膜a为阳离子交换膜，离子交换膜b为阴离子交换膜
D．每生成标准状况下时，电路中转移电子
【答案】C
【解析】A．由分析可知，生物电极b为电池的正极，A正确；
B．电极a上发生氧化反应生成二氧化碳，电极反应式为，B正确；
C．原电池中阳离子向正极、阴离子向负极运动，则氯离子向左侧移动、钠离子向右侧移动，中间室得到淡水，故离子交换膜b为阳离子交换膜，离子交换膜a为阴离子交换膜，C错误；
D．NO得到电子发生还原反应生成氮气，电子转移为，每生成标准状况下（为0.1mol）时，电路中转移0.6mol电子，D正确；
故选C。

知识点02 原电池的正负极电极反应方程式
（1）．钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀：正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
　　 负极：2Fe - 4e- = 2Fe2+
　　 总反应式：2Fe + O2 + 2H2O == 2Fe（OH)2
　　（2）．氢氧燃料电池（中性介质）：正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
　　 负极：2H2 - 4e- = 4H+
　　 总反应式：2H2 + O2 = 2H2O
　　（3）．氢氧燃料电池（酸性介质）：正极：O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O
　　 负极：2H2 - 4e- = 4H+
　　 总反应式：2H2 + O2 = 2H2O
　　（4）．氢氧燃料电池（碱性介质）：正极：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH-
　　 负极：2H2 - 4e- + 4OH- = 4H2O
　　 总反应式：2H2 + O2 = 2H2O
　　（5）．铅蓄电池（放电）：正极 (PbO2) ： PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ = PbSO4 + 2H2O
　　 负极 (Pb) ：Pb - 2e-+ (SO4)2-= PbSO4
　　 总反应式：Pb + PbO2 + 4H+ + 2(SO4)2- = 2PbSO4 + 2H2O　
　 （6）．Al─NaOH─Mg原电池：正极：6H2O + 6e- = 3H2↑ + 6OH-
　　 负极：2Al - 6e- + 8OH- = 2AlO2- + 4H2O
　　 总反应式：2Al + 2OH- + 2H2O = 2AlO2- + 3H2↑
【即学即练2】
可同步实现除污脱氮和产电的双阴极微生物燃料电池的工作原理如图，下列说法不正确的是

A．工作过程中由厌氧室分别向缺氧室和好氧室迁移
B．理论上，厌氧室消耗1 mol，外电路转移24 mol e-
C．缺氧室中电极发生的反应为
D．好氧室在电极上得电子的微粒有和
【答案】D
【解析】A．该装置为原电池，阳离子移向正极，左侧缺氧室和右侧好氧室均为正极，则由厌氧室分别向缺氧室和好氧室迁移，故A正确；
B．厌氧阳极上葡萄糖发生失电子的氧化反应生成CO2和H+，电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-═6CO2+24H+，消耗1 mol，外电路转移24 mol e-，故B正确；
C．左侧缺氧室NO→N2中N元素化合价降低，得电子发生还原反应，电极反应式为2NO+12H++10e-=N2↑+6H2O，故C正确；
D．“由图可知，厌氧阳极上提供的电子分别转移到“好氧阴极”和“缺氧阴极”上，并且“好氧阴极”发生反应为O2+4e-+4H+=2H2O，电极附近还发生+3H2O-8e-=NO+10H+，其中失电子，故D错误；
故选：D。
知识点03 电解池
电解池
1、电解池：一种将电能转化为化学能的装置。
2、电解：电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极发生氧化还原反应过程。
3、电解池反应原理：
阴极：与电源负极相连，本身不反应，溶液中阳离子得电子发生还原反应。
阳极：与电源正极相连，发生氧化反应，若是惰性中极，则是溶液中阴离子失电子；若是非惰性电极，则电极本身失电子
电子的流向：负极—阴极—阳极—正极
电流的流向：正极—阳极—阴极—负极

4、电解反应中反应物的判断——放电顺序

⑴阴极
A.阴极材料(金属或石墨)总是受到保护。
B.阳离子得电子顺序 — 金属活动顺序表的反表：K+