化学能与电能的转化-2023-2024学年高二化学自主复习讲义（苏教版）

第二单元化学能与电能的相互转化

主复习

学习任务一铜锌原电池的工作原理

一、原电池原理

1.原电池的概念

原电池是利用将能转化为能的装置.

2.铜锌原电池

(1)【实验探究】

【实验1】向CuSCh溶液中加入适量锌粉，用温度计测量溶液的温度。

【实验2］将用导线与电流计相连接的锌片和铜片分别插入ZnSCh和CuSO«溶液中，将盐

桥插入两只烧杯的电解质溶液中，观察实验现象；取出盐桥，再观察实验现象。

实验现象实验结论

实验1

插入盐桥：①___________________

②___________________

实验2

③___________________

取出盐桥：___________________

(2)结论：实验1的能量变化的主要形式为能转化为能：实验2的能量变化

的主要形式为能转化为能。

(3)铜锌原电池的工作原理

Zn片为极，电极反应式为,反应类

型是反应。

Cu片为极，电极反应式为,反应类型是反应。

总反应式为___________________

电子的流动方向：_*导线f

盐桥中K+移向溶液，CI移向溶液。

【答案】：1.化学电

2.(1)

实验现象实验结论

溶液的温度升高

实验1Zn与CuSO4溶液反应放出热量

插入盐桥:①锌片溶解，铜片加厚变亮

②CuSO”溶液的颜色变浅有电流产生

实验2

③电流计指针发生偏转

取出盐桥：电流计指针不发牛偏转无电流产牛

（2）化学热化学电

（3）负Zn2e=Zn2+氧化正Cu2++2e=Cu还原Zn+Cu2+=Zn2++Cu

Zn片铜片CuSO4ZnSO4

学习任务二原电池的工作原理

1.原电池的构成

（1）半电池

原电池由两个半电池组成，半电池包括和0

（2）电极材料

一般情况下，两个活泼性的电极，相对活泼的金属作极，较不活泼的金属（或

导电的非金属）作极。

（3）形成闭合回路

两个半电池通过______和连接，形成闭合回路。

两个隔离的半电池通过_____连接起来，盐桥中通常是装有含的琼脂。

2.原电池的工作原理

（1）一般，原电池反应为的反应，且AH0。

（2）半反应：负极电子，发生______反应；正极电子，发生______反应。

（3）电子流向：电子由______经导线流向。

（4）离子流向：盐桥中的流向止极，流向负极。

（5）盐桥的作用：

①。

②O

【答案】：1.（1）电极材料电解质溶液（2）不同负正（3）盐桥导线盐

桥KC1饱和溶液2.（1）自发氧化还原＜（2）失去氧化得到还原

(3)负极正极(4)阳离子阴离子(5)①籽两个半电池隔开，提面电池效率。

②连接两个半电池，形成闭合回路。

学习任务三设计简单的原电池

【实验探究】根据离子反应C/++Fe=Cu+Fe2+设计•个原电池。

(1)画出原电池构造示意图，指出正负极。

(2)写出原电池的电极反应式

负极：正极：

学习任务四一次电池

一、化学电池

1.一次电池的特点

一次电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后不能

2.常见的一次电池

(1)碱性锌钵干电池

电池反应式：Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2

负极反应式：,正极反应式:

(2)银锌纽扣电池：

金属一锌粉

电池反应式：o外壳

—AK2°

负极反应式：o浸了KOH溶液的隔板

正极反应式：o

【答案】：1.再使用

Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O

2-2-+

(2)PbSO4+2e-=Pb+SO4PbSO42e-+2H2O=PbO2+SO4+4H

2Pbs04+2H2O===Pb+PbO2+2H2SO4

典

(3)Pb+PbO2+2H2SO4^2PbSO4+2H2O«

3.(2)①嵌入脱嵌碳素有机溶剂

--

@LiCoO2xe-*Li1xCoO2+xLi+6C+xLi'+xe-*LixC6L!CoO2+6C===Li|XCoO2+LixC6

学习任务六燃料电池

I.燃料电池

(1)概念：

燃料电池是利用和之间发生的氧化还原反应，将化学能

转化为电能的化学电池。

(2)特点

氧化剂和还原剂在工作时不断从，同时将电极反应产物不断

2.氢氧燃料电池(电解液为KOH溶液)

负极：___________________________________

正极：___________________________________

电池反应式：___________________________________

3.基础实验一一制作简单的燃料电池

(1)实验步骤

①将石墨棒和玻璃导管插入橡胶塞中，将橡胶塞塞入U形管管口中，检查___________,标

记到达的位置；

②取出橡胶塞，往U形管中注入稀硫酸，以接近___________的位置为宜；

③塞紧橡胶塞，接通学生电源，当一端玻璃管内的接近溢出时，切断学生电源；

④取出时钟内的干电池，将与时钟的正、负极相连，观察时钟指针。

(2)实验现象

①接通学生电源，o

②连接时钟，o

(3)判断燃料电池中正、负极的方法

接通学生电源时，玻璃管内液柱先接近溢出的电极产生的气体是,该电极为燃

料电池的极；

另外一个电极产生的是,该电解为燃料电池的极。

【答案】：1.(1)燃料氧化剂直接(2)外部输入排出电池

2.2H24e~+40H~=4H2O02+2H2O+4e一=40H2H2+O2===2H2O

3.(1)①气密性橡胶塞底部②橡胶塞底部标记③液柱④导线

(2)①两个石墨棒上都有气泡产生，U形管内液面下降，玻璃管液面上升

②时钟指针又开始走动(3)比负02正

学习任务七电解池的工作原理

一、电解池的工作原理及应用

1.电解熔融氯化钠的原理

(1)通电前，熔融NaCl中存在可以的e

(2)通电后，阴、阳离子发生________迁移，其中，Na+离子向极移动，发生_______

反应；C「向移动，发生_________反应。

⑶电极反应和电解反应：

阴极：：阳极：O电解反应：O

2.电解和电解池

(1)电解是在作用下，在两个电极上分别发生_________反应和

反应的过程。

(2)电解池是将能转化为能的装置”

(3)电极名称

阴极：与电源相连的电极，发生反应；

阳极：与电源相连的电极，发生____________反应。

(4)电解池的构成条件

具有与相连接的两个电极(阴极，阳极)，插入溶液或熔融

中，形成。

【答案】：1.(1)自由移动Na\Cl-(2)定向阴还原阳氧化

,_通电

(3)2Na++2e-===2Na2C1-2e-===Cht2NaCl=^=2Na+Cht

2.(1)直流电氧化还原(2)电化学(3)负极还原正极氧化(4)直流电源

电解质电解质闭合同路

学习任务八电解氯化铜溶液

1.实验探究

(1)实验现象：①溶液颜色__________:②阴极上有____________生成；③阳极附近有刺

激性气味的气体产生，能使湿润的淀粉-KI试纸。

(2)实验结论：o

2.实验原理

(1)放电顺序

通电时，在电场的作用下，溶液中的离子做移动，向阴极移动,

向a阳极移动。

在阴极，优于在电极上发生反应，在阳极，优于在电极

上发生反应。

(2)反应原理

电极名称阴极阳极

反应类型

电极反应式

电解反应

【答案】：1.(1)变浅红色物质变蓝(2)电解CuCk溶液，生成了铜和氯气

2.(1)定向Cu2+sH*C「、OH-Cu2+H*Cl-OH-

(2)

电极名称阴极阳极

反应类型还原反应氧化反应

电极反应式

Cu?'+2e===Cu2Cr-2e-===Cl2f

电解反应CuCl2^S=Cu4-Cl2t

学习任务九电解饱和食盐水的工作原理

1.电极反应和电解反应

（1）阳极：优先放电的离子：,电极反应式：,反应类型：

_______反应0

（2）阴极：优先放电的离子：,电极反应式：,反

应类型：反应。

（3）电解方程式：.：.

2.电解饱和食盐水的工作原理

（1）电解过程中，阳极室_______离子浓度减小，离子通过阳离子交换膜进入阴极

室，NaCl溶液浓度变小；阴极室_______离子浓度增大，形成NaOH浓溶液。

（2）阳极产物为,阴极产物为：。

（3）阳离子交换膜的作用

①防止阴极区的OH进入阳极区，0H一与Ch的反应方程式为。

②防止H2与Ch混合发生。

--

【答案】：1.（1）CF2C12e=Cl21氧化（2）出0的H+2H2O+2e=H2t+2OFF

rfi

还原（3）2NaCl+2H2。碧空二出t+2NaOH+Cl2t。

-+

2.（1）ClNaOH（2）Cl2NaOH、H2

（3）©Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O②爆炸

学习任务十铜的电解精炼

I.电解池的构成和电极反应

粗铜中往往含有铁、锌、银、金等多种杂质，常用电解的方法进行精炼。

（1）电解池的构成：用作阳极，用作阴极，用作电

解质溶液。

（2）电极反应式

阳极反应式：等。

阴极反应式：.

2.电解精炼铜的工作原理

（1）阳极反应

金属铜和比铜活泼的等金属转化为阳离子进入溶液中，不如铜活泼的等在阳

极沉积下来，形成阳极泥。

（2）阴极反应溶液中的C/+比Zn2+、Fe?+等离子优先电子，成为金属铜析出。

（3）电解质溶液中CM+浓度____________________。

【答案】：1.（1）粗铜纯铜硫酸酸化的硫酸铜溶液

（2）Zn2e-=Zn2\Fe2e"=Fe2\Cu2e-=Cu2+Cu2++2e-=Cu

2.（1）锌、铁银、金（2）得到（3）先减小后不变

学习任务十一电镀

1.电镀

（1）概念：应用的原理在或表面镀上一薄层

或的过程。

（2）目的：

①提升和增加;②增强材料的能力，防止金属o

（3）镀层金属通常是一些的金属或合金。

2.基础实验一一铁钉镀隹

（1）实验操作要点

①镀件的处理：铁钉依次用用打磨、浸泡、

浸泡、浸泡，并洗净。②电镀操作：作阳极，作阴极。

（2）电镀池的构成

通常用为归极，以为阳极，用含有的溶液作

电解质溶液。

（3）电镀银的工作原理

①电极反应式

阴极：;阳极：。

②可观察到的现象是。

③含银离子的溶液浓度的变化是O

【答案11.（1）电解某些金属其他材料其他金属合金

（2）①美观表面硬度②抗腐蚀氧化（3）不易被腐蚀

2.(1)①细砂纸NaOH溶液浓盐酸稀硝酸②锌片铁钉

(2)待镀金属制品镀层金属镀层金属离子

(3)@Ag-+e^===AgAg—e===Ag>

②待镀金属表面镀上•层光亮的银，阳极上的银不断溶解③不变

主测评

一、单选题

A.乙池中的N型半导体电极是电池的负极

B.M通过全氟磺酸膜从甲池进入乙池

【答案】B

【详解】A.由分析可知，甲池中的石墨电极是电池的正极，N型半导体电极是电池的负

极，A正确；

B.原电池工作时，阳离子向正极移动，H+通过全氨磺酸膜从乙池进入甲池，B错误；

故选Bo

2.电化学在现代的生产生活中有着很广泛的应用，越来越影响着我们的生活。下列关于电

化学的叙述正确的是

B.氯碱工业电解池中使用的离子交换膜是阴离子交换膜

C.在铁制品上镀银时，铁制品与电源负极相连

D.电动自行车使用的铅酸蓄电池的比能量较高，所以生活中使用很普遍

【答案】C

B.氯碱工业电解池中使用的离子交换膜是阳离子交换膜，B错误；

D.铅酸蓄电池的比能量较低，但电压稳定、安全、价格低，所以生活中广泛使用，D错

误；

答案选C。

3.氨是重要的化工材料，2022年Nalure杂志介绍的电化学锂介导的氮还原反应(Li-

NRR),被视为一种高效、稳定的氨生成工艺，其原理如图所示。下列有关说法正确的是

A.电极A为负极，发生还原反应

RiH

\+/

C.制氨过程中R?一P—C-R4主要作用是结合干

乩H

D.当生成lmoINFh时，导线中通过3mol电子，消耗了11.2LN2

【答案】B

【分析】根据图示氢气发生失电子的氧化反应，故电极A为负极，电极B为正极。

【详解】A.该电池为原电池，H2在A极放电，说明电极A为负极，发生氧化反应，A项

错误；

C.制氨过程中，带正电的原子团向正极移动，C项错误；

D.未指明在标准状况下不能计算生成气体的体积，D项错误；

故答案为：B。

4.北京林业大学党岩教授团队在微生物电化学系统中实现了直接电子传递途径的原位沼气

升级，工作原理如图所示s下列说法正确的是

A.该装置需要在高温下工作

B.图中应诜用质子交换膜，a极卜.的电势比b极卜•的低

【答案】C

【详解】A.在高温下b板上的细菌会失去活性，A错误；

B.由电极反应式分析可知，阳极室产生的H+向阴极区迁移，则离子交换膜应为质子交换

膜，a极为阳极，电势比b极（阴极）上的高，B错误；

D.b极为阴极，应得电子发生还原反应，D错误；

故选Cv

【答案】D

故选Do

6.用如图所示的新型电池可以处理含CW的碱性废水，同时还可以淡化海水。

下列说法正确的是

B.电池工作一段时间后，右室溶液的pH减小

C.交换膜团为阳离了交换膜，交换膜团为阴离了交换摸

【答案】D

B.由分析可知，b为正极，电极反应为：2H++2e=H2个，则消耗氢离子，pH增大，B错

误；

C.由A分析可知，a电极附近负电荷减少，则阴离子通过交换膜团向左移动，由B分析可

知，b电极附近正电荷减少，则阳离子通过交换膜同向右移动，C错误；

故选Do

7.某研究小组利用氢氧燃料电池作为电源，进行电解饱和Na。溶液的实验，装置如图所

示。下列说法正确的是

A.a电极上得到的是H2

D.若将两极石墨棒换成Fe棒，NaCI溶液中发生的总反应式不变

【答案】C

【分析】燃料电池中通燃料氢气的一极为负极，通氧气的一极为正极，所以a为电解池的

阳极、b为电解池的阴极，

【详解】A.a电极为电解池的阳极，其电极反应式为：2CI2e=Cl2T,故A错误；

B.氢氧燃料电池工作时，通燃料氢气的一极为负极，发生氧化反应，故B错误；

D.两极均为石墨棒时，电极本身不参与放电，若将两极石墨棒换成Fe棒，阳极为活性阳

极，电极本身参与放电，其电极反应式为：Fe2e=Fe2+,所以溶液中发生的总反应式会变

化，故D错误：

故答案为：Co

A.电极X与电源负极相连

B.膜b为阳离子交换膜

【答案】A

【分析】电解硫酸钠实质是电解水，X电极水中的氢氧根失电子生成氧气，剩余氢离子，Y

电极水中的氢离子得电子生成氢气，剩余氢氧根，所以电极X与电源正极相连，为阳极：

电极Y与电源负极相连，为阴极，据此分析解题。

【详解】A.由分析可知，电极X与电源正极相连，故A错误；

B.Na+向阴极移动，即电极Y,所以膜b为阳离子交换膜，故B正确；

故答案选A。

B.c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜

【答案】B

【分析】浓差电池中，左侧溶液中CW+浓度大，离子的氧化性强，所以Cu(l)电极为正

极、电极上发生得电子的还原反应，电极反应为Cu2++2e=Cu；Cu(2)电极为负极，电极反应

式为Cu2e=Cu2+；电解槽中a电极为阴极、b电极为阳极，阳极上水失电子生成。2和H+,

电极反应为：2H2O4e=O2个+4H♦，阴极上水发生得电子的还原反应生成出，电极反应为

2H2O+2e=H2个+20H,则钠离子通过离子交换膜c进入阴极室生成NaOH,c为阳离子交换

膜，硫酸根通过离子交换摸d进入阳极室生成硫酸、d为阴离于交换膜；

【详解】A.根据上述分析可知：Cu(2)电极为负极，电极反应式为Cu2e=Cu2+,A错误；

B.根据上述分析可知：c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜，B正确；

C.电解槽中a电极为阴极，阴极上水发生得电子的还原反应生成出，电极反应为

2H2O+2e=H2个+20H,C错误：

D.电池从开始工作到停L：放电，溶液中Cu2+浓度变为1.5mol/L,正极上析出Cu的物质的

量n(Cu)=(2.51.5)mol/Lx2L=2mol,正极反应为Cu2++2e=Cu,阴极反应为4H2O+4e=2H2个+

4OH,根据电子守恒有Cu~2e~2NaOH,电解池理论上生成NaOH的物质的量n(NaOH)

=2n(Cu)=4mol,WJm(NaOH)=4molx40g/mol=160g,D错误；

故选Bo

A.(a)1(c)的过程是电池充电过程

【答案】D

故答案诜D.

11.“海泥电池"既可用于深海水下仪器的电源补给，又有利「海洋环境污染治理。电池工

作原理如图所示。其中微生物代谢产物显酸性。下列说法不正确的是

A.A电极附近可沉积Mg(OH)2

B.H+从海底沉积层通过交接面向海水层移动

D.除去3.0gCH2。，A电极消耗标准状况下0.56LO?

【答案】A

【详解】A.A极氧元素价态降低得电子，故A极为正极，电极反应式为Oz+4e-+4H+=

2H2O,不会沉积Mg9H)2,故A错误;

B.原电池中阳离子移向正极，故酎从海底沉积层通过交接面向海水层移动，故B正确；

故答案选Ao

12.一种新型锌乙焕电池的结构如图所示，工作时，该电池左右室中KOH的质量均保持不

变。下列有关说法错误的是

A.M极为电源正极

B.左室溶液pH增大，右室溶液pH减小

C.N极的电极反应式为Zn2e+2OH=ZnO+H2O

D.每转移4moie,左室中溶液质量减少68g

【答案】D

【详解】A.M极乙焕加氢还原为乙烯，为正极，A正确；

故选D。

13.下列装置或操作能达到相应实验目的的是

C.利用图丙制备Fe(0H)2

D.利用图丁制取并收集干燥的NH3

【答案】B

【详解】A.配制一定浓度的溶液，液面离刻度线广2cm时，改用胶头滴管加水至凹液面

最低处与刻度线相切，故A错误；

B.铜与浓硝酸反应生成NOz,N02与水反应产生NO,用排水法收集NO，可利用图乙制

取NO,故B正确；

C.利用电解法制备Fe(OH)2,应该用铁作阳极，故C错误；

D.收集氨气用向下排空气法，故D错误；

选Bo

14.金属钠可溶于水银形成合金"钠汞齐"Na・nHg,利用这一性质可通过电解饱和食盐水得

到金属钠，实验装置如图所示，洗气瓶中有白烟产生，下列说法正确的是

A.电极B为电源正极，铁丝只起到导电的作用

B.生成钠的电极反应式为：Nae+nHg=Na-nHg

C.白烟产生的方程式为：8NH3+3Cl2=6NH4CH-N2

D.外电路转移2moi电子时，一定能生成46gNa

【答案】C

【分析】通过电解饱和食盐水得到金属钠，金属钠可溶于水银形成合金“钠汞齐"Na・nHg,

铁电极为阴极，石墨为阳极，洗气瓶中有白烟产生，说明有氯气通入洗气瓶生成氯化佞，

据此分析。

【详解】A.结合上述分析，电极B为电源负极，故错误；

B.钠在阴极生成，电极反应式为:Na++e+nHg=Na-nHg,故错误；

氯气通入洗气瓶生成氯化筱，方程式为：故正确；

C.8NH3+3CI2=6NH4CI+N2,

D.外电路转移2moi电子时，阴极也可能有氢离子放电，不一定能生成46gNa,故错误。

答案为：5

15.一种双阴极微生物燃料电池装置如图所示。该装置可以同时进行硝化和反硝化脱氮，

下列叙述正确的是

A.电池工作时，H♦的迁移方向：左3右

B.电池工作时，“缺氧阴极〃电极附近的溶液pH增大

【答案】B

【详解】A.原电池T作原理溶液中的阳离子移向正极，该装置中有两个正极，H+的讦移

方向由中间电极区既向左迁移也向右迁移，A错误；

答案选B。

二、填空题

16.电解原理在化学工'业中有广泛应用。

⑴电解食盐水是氯碱工业的基础。目前比较先进的方法是阳离子交换膜法，电解示意图如

下图所示，图中的阳离子交换膜只允许阳离子通过，请回答以下问题:

①电解饱和食盐水总反应的离子方程式为

②电解饱和食盐水时，在b口加入的物质为.（写化学式）。

质子

交换膜

全钿液流电池

离子种类

颜色黄色蓝色绿色紫色

①当完成储能时，阴极区溶液的颜色是O

由电解食盐水装置图可知，钠离子移向右边，则左侧A为阳极，电极方程式为

⑴甲池中通入氧气的一端为极（填“正〃或"负”），写出通入氢气的电极反应

式O

⑷比能量是指参与反应单位质展的电极材料所能输出电能的多少，电池输出电能与反应的

电子转移数目成正比。理论上，Li与Zn均作负极时，它们的比能量之比为。

【答案】⑴正H2-2e-+2OH-=2H2O

（3）0.02

（4）65:14

【分析】甲池为燃料电池，左侧通入氧气为正极，右侧通入氢气为负极，a为阴极，b为阳

极。阳极室亚硫酸根失去电子生成硫酸根，亚硫酸根通过N离子交换膜迁移过来，N为阴

离子交换膜，C处为较浓的硫酸溶液；阴极室水得电子生成氢气和氢氧根，钠离子迁移过

来，M为阳离子交换膜，B处为较浓的NaOH溶液。

【详解】（1）甲池中通入氧气的一端为：正极；通入氢气的电极反应式：H2-2e>2OH-=

2H2O：

18.原电池和电解池在生产生活中具有广泛的应用。

①某同学用如图1装置模拟工业电解精炼铜实验，则为