2026高中化学人教版必修第二册讲义 第六章 第一节 第2课时 化学反应与电能（含答案）

第2课时化学反应与电能

学习目标

1.知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化，以原电池为例认识化学能可以转化为电能。

2.通过原电池的学习，能辨识简单原电池的构成要素，能分析简单原电池的工作原理。

知识点一原电池构成条件及工作原理

（1）发电原理

火力发电是通过化石燃料燃烧时发生的氧化还原反应,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）能量转化过程

化学能燃料燃热能又汽轮机*机械能型生电能

I

燃烧（氧化还原反应）是火力发电的关键

（3）问题探究

火力发电的缺点是什么？

提示：①煤炭是不可再生能源，会造成能源危机；②疾炭燃烧会产生污染性气体；③经多次转换，能量损耗大，

燃料的利用率低。

2.原电池

（1）实验探究

用导线在锌片和铜片之间串联一个

将锌片和铜片插入盛有稀用导线连接锌片和铜片，观察、比

实验操作电流表，观察电流表的指针是否偏

硫酸的烧杯中，观察现象较导线连接前后的现象

转

实验装置

锌片表面产生大量气泡，锌片逐渐溶解，铜片表面产生大量锌片逐渐溶解，铜片表面产生气

实验现象

铜片表面无明显现象气泡泡，电流表指针发生偏转

锌与稀硫酸反应产生氢锌失去电子，经导线流向铜片，H导线中有电流通过，反应过程中产

实验结论+

气，而铜与稀硫酸不反应卡在铜片上得到电子被还原生成H?生了电能

（2）原电池的相关概念

①概念

把一化学能转化为电能的装置。

②本质

发生且化还原反应。

③电极

负极：电子流出的一极,发生氧化反应:

正极：电子流入的一极,发生还原反应。

（3）原电池的工作原理（以铜锌稀硫酸原电池为例）

c't

电极名称:负极］［电极名称:正极

电极反应类型:何化电极反应类型:避

反应反应

电极反应式：〔电极反应式：

Zn-2c-Za稀琉酸2H++2e=H2t

原电池总反应离子方程式：Zn+2H，=Zn2++H2t

【教材挖掘】

你能分析原电池工作时外电路电子和内电路离子的移动方向吗？

提示：外电路电子的移动方向：从负吸流出，经导线流向正极。内电路离子的移动方向：阳离子向正极移动，阴

离子向负极移动。

（4）原电池的构成条件

①反应：能自发进行的、放热的氧化还原反应；

②电极：具有活泼性不同的两个电极（金属与金属或金属与能导电的非金属）:

③溶液：两电极均插入电解质溶液中:

④导线：两电极用导线相连，形成闭合I可路。

【教材据掘】

图1装置中的铜起什么作用？能否用锌代替铜？铜可以用什么物质代替？

Zn^yu锌石墨

（I

稀硫酸稀破酸

图1图2

提示：铜作正极，能导电。若用锌代替铜，两极活泼性相同，不能构成原电池。能用石墨、较不活泼的金属等代

替铜。

»对点训练

I.正误判断（正确的打“4”，错误的打“X”）。

（1）火力发电是化学能直接转化为电能的过程。（X）

（2）原电池的电极材料必须是金属。（X）

（3）原电池工作时，正极与负极转移电子数相同。（4）

（4）在锌铜原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液流回锌。（X）

（5）将铜片和锌片川导线连接插入酒精中，电流表指针发生偏转。（X）

（6）在铜一锌一稀硫酸原电池中H一向正极移动。（V）

（7）HCl+NaOH^NaCl+FhO是放热反应，可以设计成原电池。（X）

2.如图是某同学学习原电池后整理的学习笔记，错误的是（）

②电流

③③

氧化反应还原反应

Zn-Zn2+2H・-*H2t

阴离子阳离子

④U电解质溶液H④

A.①电子流动方向B.②电流方向

C.③电极反应D.④溶液中离子移动方向

解析：BZn为负极，Cu为正极，电子由Zn流向Cu,A正确；电流方向与电子流动方向相反，贝U电流由Cu经

导线流向Zn,B错误；Zn被氧化生成ZM+,H’被还原生成的H?逸出，C正确；原电池工作时，阴离子移向负

极，阳离子移向正极，D正确。

3.

（1）锌是该电池的

（2）从化学的角度分析，该装置能产生电流的原因是一溶液中发生了氧化还原反应，离了•通过稀硫酸在溶液中移

动，电子通过导线流向铜片，所以产生了电流。

解析：（1）锌比铜活泼，发生氧化反应作原电池的负极。

（2）溶液中发生了氧化还原反应，离子通过稀硫酸在溶液中移动，电子通过导线流向铜片，产生了电流。

归纳总结

1.原电池正、负极的判断

〔负极一＞一｛电极名称--｛正极）

（活泼性较强的金属国一｛“雕黑第

,I、，i、:「：

（电子流出的一极-一｛电子流球）电子流入的一极）

，,；、,

（发生氧化反应--｛反应类型:一｛发生还原反应）

:"：；:I:

（阴离子移向的一极--（-于流可卜｛阳禹一核向的二极:

f一瓦解山一极卜｛实脸现象）一｛增重应市气泡放出）

2.原电池中反应类型与粒子移动方向

（1）反应类型

负极发生氧化反应，正极发生还原反应。

（2）粒子移动方向

①电子的移动方向：从负极流出，经导线流向正极。

②离子的移动方向：阳禹子向正极移动，阴离子向负极移动。

③电流方向：正极一导线一负极。

知识点二原电池工作原理的应用

1.加快反应速率

（1）原理

在原电池中，氧化反应和还原反应分别在两极进行，使溶液中的粒子运动时相互间的干扰减小，反应速率增

大。

（2）应用

实验室常用粗锌和稀硫酸（或稀盐酸）反应制取H2,产生H?的速率比纯锌快。原因是粗锌中的杂质和锌、稀硫酸

（或稀盐酸）形成原电池，加快了反应速率，使产生H2的速率增大。

2.比较金属的活动性强弱

（1）原理

原电池中，一般活动性强的金属为负极，活动性较弱的金属为正极。

（2）应用

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>Bo

3.设计原电池

问题探究

根据反应Fe+CuSO4=FeSO4+Cu设计一个简易原电池。

（1）用单线桥分析上述反应，标出电子转移的方向和数目，分析你设计原电池的依据是什么？

2c

提示：FHCuSJ—FcS（）,+Cu・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），氧化剂为电解质溶液中的阳离子（或在正极上被还原）。

（2）如何将反应Fe+CuSO4=FeSO4+Cu拆分为电极反应？

提示：负极反应：Fe—2e-：^=Fe2+；正极反应Cu2f+2e-^=Cu.,

（3）如何根据电极反应选择合适的电极材料及电解质溶液？

提示：负极：较活泼金属，一般为发生氧化反应的金属，选择Fe；正极：活泼性弱于负极材料的金属或石墨，可

以是Cu或C；电解质溶液一般为与负极反应的电解质，可以选择CuSCh溶液。

（4）请画出你设”的原电池的示意图。

【教材搀掘】

在“简易电池的设计与制作”的实验中,对影响自制电池效果的因素进行了实验探究C

［提出问题］影响自制电池效果的因素有哪些？

［查阅资源］电极材料，电极间距，水果种类对自制水果电池的效果可能有影响。

［实验探究］I.按如图连接水果电池。

n.实验记录如下:

序号电极电极间距水果种类电流表示数（卜出）

①Cu—A12.0cm西红柿78.5

②Cu—Fe2.0cm西红柿70.3

③Al—Al2.0cm西红柿0

④Cu—Al2.0cm柠檬45.7

⑤Cu—Al1.0cm柠檬98.4

⑥石墨棒一Al1.0cm柠檬104.5

［解释与结论］

a.实验①②③的目的是。

对比实验①②③得出的结论是。

b.欲得出“水果种类对电池效果有影响”的结论，需要对比实验—（填序号）。对比④⑤得出的结论是

［反思与探讨］

c.水果电池中，水果的作用是一。

d.对比实验①②③可知构成水果电池的电极必须具备的条件为—，构成水果电池的其他要素还

有、、。

提示：a.探究电极材料对电池效果的影响在其他条件相同时，电极材料活泼性差别越大，电池效果越好

b.①®在其他条件相同时，电极间距越小，电流越大，电池效果越好c.作电解质溶液d.两极金属活泼性不

同能发生自发的氧化还原反应形成闭合回路有电解质溶液

力对点训练

1.有a、b、c、d四个金属电极，有关的反应装置及部分反应现象如下:

_bc_

瓜避疝

实验装置

次麻标

CuSO1溶液

a极质量减小;b极有气体产生;d极溶解；电流计指示在导线中

部分实验现象

b极质量增加c极无变化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.d>a>c>bB.b>c>d>a

C.d>a>b>cD.a>b>d>c

解析：C原电池中较活泼的金属作负极，发生氧化反应；失去的电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向

正极移动，正极发生还原反应。a极质量减小，b极质量增加，这说明a极是负极，b极是正极，则金属活动性：a

>b：b极有气体产生，c极无变化，说明金属活动性：b>c；d极溶解，c极有气体产生，说明d极是负极，c极是

正极，则金属活动性：d>c；电流计指示在导线中电流从a极流向d极，这说明d极是负极，a极是正极，则金属

活动性：d>a；综上所述，四种金属的活动性顺序是d>a>b>c。

2.选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Fe+2Fe3^=3Fe2+"设计一个原电池。

（1）该反应氧化反应的半反应可表示为“Fe-2e-：==Fe2+>>,则还原反应的半反应为Fe:+e『Fe"。

（2）若设计成原电池

①负极材料是一铁，选择依据是陶体铁单质能导电，可被电解质溶液中的Fe*氧化为愈2+。

②正极材料可选用铜（或石墨），选择依据是铜（或石黑）的还原性比铁弱，且为能导电的固体。

③FeCh［或Fez（S。/3］溶液作可解质。

（3）写出电极反应式

正极：Fe*+e-=Fe2,负极：Fe—2e-^Fe2,,

（4）该原电池中电子从铁（负）极流出,电解质溶液中的阳离子（Fe3’）移向铜或石墨（正）极。

随堂演练

1.（鲁科版习题改编）下列化学反应中，可以用来设计原电池的是（）

A.CaC0s+2HCl==C1CI2+H2O+CO2T

B.Zn+CuS04Cu+ZnS04

C.NaOH+HCl=^NaCI+H2O

D.2NaOH+CuSO4^=Cu（OH）21+Na2so4

解析：BA、C、D不是氧化还原反应，所以不能用来设计原电池。

2.（苏教版习题改编）将锌片和铜片按图示方式插入柠檬中，电流计指针发生偏转。下列关于该装置的说法中，

正确的是（）

A.将电能转换为化学能

B.电子由铜片流出

C.锌片是负极

D.铜片逐渐被氧化

解析：C此装置为化学能转换为电能的装置；Zn为负极，Cu为正极，电子由锌片流出，Zn片逐惭被氧化。

+2+

3.某同学根据化学反应Fe+2H=Fe+H2t，并利用实验室材料制作原电池。下列关于该原电池组成的说法正

确的是（）

选项ABCD

正极锌棒铁棒石墨棒铁棒

负极铁棒石墨棒铁棒铜棒

电解质溶液H2s04溶液H2s04溶液H2s。4溶液H2so4溶液

解析：C若将反应Fc+2H~:=Fe2—+H2T设计为原电池，则Fe为负极，活动性比Fe弱的电极为正极，可以用

石墨棒、铜棒等作正极，电解质溶液为硫酸。

4.A、B、C、D四种金属按表中装置进行实验。

CTTBDOA

⑻T述HTJ（,,hf■7

CuSO,溶液稀施初

乙丙

现象金属A不断溶解为二价离子C的质量增加A上有气体产生

根据实3佥现象回答下列问题：

（1）1置甲中负极反应是A—2c：=叭2。

（2）溶液中OP+向极移动（填"B”或"C”）o

（3）装置丙中溶液的c（FC）变化是变小（填“变大”“变小”或“不变”）。

解析：据图（I）知，金属活动性：A>B,A作负极，电极反应为A—2e~=A2+；据图（II）知，金属活动

性：B>C,正极反应为Cu2++2e=Cu,由阳离子向正极移动可和，Ci^向C极移动；据图（IH）知，金属活

动性：D>A,正极反应为2H=2e=H2t，故。（田）减小。据图（I）、（II）、（111）知，金属活动性：

D>A>B>Co

课时作业

、基础对点练

题组一原电池构成条件及工作原理

I.下列烧杯中盛放的都是稀硫酸，在铜电极上能产生大量气泡的是（）

解析：CA项、B项装置中Cu、Ag均不能与稀硫酸反应生成H?,所以铜电极上没有气泡产生；C项装置构成原

电池，铜作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，产生气泡；D项没有形成原电池，Zn表面产生气泡，Cu表面无

现象。

2.某化学兴趣小组设计了一个如图所示的水果中.池，下列有关该电池的说法正确的是（）

A.锌片作正极

B.电子流向：锌片一导线-LED灯一铜片一柠檬一锌片

C.铜片上发生还原反应，质量一定增加

D.水果种类会影响LED灯的亮度

解析：D锌的金属活动性强于铜，所以锌片作负极，A错误；电子只能经过外电路导线进行移动，不能经过内电

路电解质溶液进行移动，B错误；铜片作正极，没有金属析出，铜片质量不变，C错误；水果种类不同，相当于电

解质溶液不同，会影响LED灯的亮度，D正确。

3.锌铜原电池的装置如图，下列说法王确的是（）

伫

fliCuSO,溶液

窸由

1壁聋一Cu

A.若用乙醇代替CuSO4溶液，则也能构成原电池

B.铜电极的电极反应式为Cu2++2e=Cu

C.电子由锌电极流出，经电解质溶液传递到铜电极

D.电池工作时，溶液中的QP+向锌电极迁移

解析：B乙醇是非电解质，构成原电池需要电解质溶液，A错误；原电池中发生总反应：Zn+Cu2+~2n2++

Cu,锌作负极，铜作正极，正极Cu2+得电子，电子由负极流出经导线传递到正极，阳离子向正极迁移，B正确，

C、D错误。

4.以硫峻铜为电解质的原电池装置如图所示，卜列叙述错误的是（）

cunnzn

A.红色的铜在锌片表面生成

B.电池的总反应为Zn+CuSCh^ZnSCh+Cu

C.锌片为负极，发生氧化反应

D.铜片质量逐渐增大，锌片质量逐渐减小

解析：A锌比铜活泼，锌为负极，电极反应为Zn-2e-=Zi?+,锌电极逐渐溶解；铜为正极，电极反应为C/+

+2e~=Cu,在铜电极表面生成红色的铜单质；红色的铜在铜片表面生成，A错误；锌为负极，电极反应为Zn—

2e;=Zn2+,铜为正极，电极反应为Cu2++2e-^=Cu,则电池的总反应为Zn+CuS04^=ZnS04+Cu,B正

确；锌片为负极，发生氧化反应，C正确；铜电极表面生成红色的铜单质，铜片质量逐渐增大，锌电极逐渐溶

解，锌片质量逐渐减小，D正确。

题组二原电池原理的应用

5.将过量的等质量的两份锌粉a、b,分别加入相同质量、相同浓度的稀硫酸，同时向a中加少量CuSCh溶液，图

中产生H2的体积V（L）与时间t（min）的关系，其中正确的是（）

cD

解析：Ba中加入硫酸铜溶液，会置换出金属铜，形成锌、铜、稀硫酸原电池，加速金属铁和硫酸反应的速率，

所以反应速率：a>b,速率越大，锌完全反应时所用的时间越短，所以a所用的时间小Fb所用的时间；产生氢气

的量取决于稀硫酸的物质的量，而a、b中金属锌均过量，分别和相同量的硫酸反应生成氢气的量相等，所以氢气

的体积：a=b。

6.比较X、Y、Z、W四种金属的活动性，方案及相关现象如下：

①将四种金属各自浸入稀硫酸中，只有W表面无气泡产生；②将X、Y用导线连接浸入稀硫酸中，X上产生气

泡；③将Y、Z用导线连接浸入稀硫酸中，Z极质量减小。

则四种金属的活动性由强到弱的顺序为（）

A.Z>Y>X>WB.Z>X>Y>W

C.Z>Y>W>XD.Y>Z>X>W

解析：A①中W表面无气泡产生，说明金属活动性W最弱；②中X上产生气泡，说明金属活动性：Y>X；③

中Z极质量减小，Z为负极，说明金属活动性：Z>Yo

7.某化学兴趣小组利用反应：Zn+2FeCl3=ZnCL+ZFcCb，设计了如图所示的原电池装置，下列说法错误的是

（）

ab

Fe"加液

A.Zn为负极，发生氧化反应

B.a电极反应式为Fe3f+e^^=Fe2'

C.电子流动方向是a电极—FeCb溶液—b电极

D.电池的正极材料可以选用石墨、钳电极，也可以用铜甩极

解析：C根据C厂的移动方向可知，b电极为负极，a电极为正极，根据电池反应式可知，Zn发工氧化反应，A

正确；正极发生还原反应，a电极反应式为Fe3++^^=Fe2+,B正确；电子流动方向是b电极一■导线一>a电极，C

错误；正极材料的活泼性应比负极材料弱，D正确。

国提升练

8.某原电池的总反应离子方程式为Zn+C『—-Zi?++Cu,则该原电池的正确组成可以是下列的（）

Znl~lCuZnl―lCu

H2solZnSO,

AB

CD

解析：C该原电池的负极为锌，正极是比锌活动性弱的金属或导电的非金属，电解质溶液中含有CM+。

9.某实验小组同学设计如图所示对比实验，探究原电池的构成条件，下列相关说法错误的是（）

实验1实验2实验3

锌L/■铜丝■铜丝锌L铜丝

实验装置雹施曼稀疏酸霰L翦稀疏酸品屋雪稀疏酸

①锌粒逐渐变小；

①锌粒逐渐变小；

实验现象无明显现象②锌粒上有气泡产生；

②铜丝远离•锌粒的一端有气泡产生

③铜丝无明显变化

A.实验1形成原电池，将化学能转化为电能

B.实验1中锌粒作负极，铜丝作正极

C.对比实验1和实验2,说明形成原电池可以使Cu与稀硫酸反应

D.对比实验1和实验3,说明形成原电池需要导线连成闭合回路

解析：C实验1中形成原电池，化学能转化为电能，锌粒作负极，发生氧化反应：Zn-2e-=Zn2+,铜丝作正

极，H+在正极发生还原反应：2H++2e^=H2t，A、B正确；实验1的本质是锌粒与稀硫酸的反应，C错误；原

电池需要形成闭合回路，D正确。

10.用如图所示装置研究原电池原理，下列说法错误的是（）

CuSOj容液

图3

A.若将图1中的Zn、Cu下端接触，Zn片逐渐溶解，Cu片上能看到气泡产生

B.图2中H+向Zn片移动

C.若将图2中的Zn片改为Mg片，Cu片上产生气泡的速率加快

D.图2与图3中，Zn片减轻的质量相等时，正极产物的质量之比为1：32

解析：B图1中，Zn、Cu直接接触就能构成闭合回路而形成原电池，Zn片逐渐溶解，Cu片上可看到有气泡产

生，A项正确；图2中，H十带正电荷，应该向正极Cu片移动，B项错误；图2中，由于Mg的失电子能力强于

Zn,所以将Zn片改为Mg片后，电子转移速率加快，生成Hz的速率也加快，C项正确；图2中假设消耗负极65g

Zn,则转移2moi电子，正极产生2gH2，而图3中消耗负极65gZn,也转移2moi电子，则正极析出64gCu,

正极产物的质量之比为1：32.D项正确。

II.某兴趣小组依据反应Zn+CuSO4『ZnSO」+Cu探究原电池的工作原理，将质量相等的锌片和铜片用导线相连

浸入硫酸铜溶液中构成如图1装置。

CuSO,溶液

图1

（I）该反应的能量变化可用图2中的甲（填“甲”或“乙”）表示。

（2）若K断开，锌片上有（填“有”或“无”，下同）氧化还原反应发生，导线上工电流产生。

（3）连接K,锌片