第六章 第一节 第3课时 化学电池-【优化探究】2025-2026学年新教材高中化学必修第二册同步导学案配套PPT课件（人教版）单选

第一节　化学反应与能量变化 第3课时　化学电池 优化探究 第六章　化学反应与能量 [学习目标]　1.知道干电池、充电电池、燃料电池等化学电池的特点。2.掌握构成化学电池的基本要素,常见化学电池的工作原理及电极反应的书写。 任务一　一次电池　二次电池 任务二　发展中的燃料电池 课时作业　巩固提升 任务一　一次电池　二次电池 1.一次电池 (1)特点:电池放电后　　　　充电(内部的氧化还原反应　　　　逆向进行),如锌锰干电池属于一次电池。  不能　 无法 (2)锌锰干电池: ①结构:锌锰干电池是以锌筒作　　　极,石墨棒作　　　极,氯化铵糊 作　　　　　　　。    ②原理:电子由　　　　　　流向　　　　　　。  负极:锌筒,电极反应是Zn-2e-=== Zn2+。 正极:石墨棒,最终被还原的物质是　　 　　。  负　 正　 电解质溶液　 锌筒(负极)　 石墨棒(正极) 二氧化锰 教材拓展 锌锰干电池在使用过程中,锌会逐渐溶解,锌外壳变薄,最后内部的糊状电解质会泄露出来,使电器腐蚀。为了延长电池寿命和提高其性能,人们将电池内的电解质NH4Cl糊换成湿的KOH,制成了碱性锌锰电池。总反应: Zn+2MnO2+2H2O===Zn(OH)2+2MnO(OH),负极的电极反应:Zn-2e-+2OH-===Zn(OH)2。 2.二次电池(充电电池) (1)特点:二次电池在放电时所进行的　　　　　　　　　,在充电时可 以　　　　　　,使电池恢复到放电前的状态,从而实现放电与充电的循环。  (2)充电电池中能量的转化关系:化学能 电能。 (3)常见的充电电池:　　　　电池、　　　　电池、　　　　电池等。  氧化还原反应　 逆向进行 铅酸蓄　 镍氢　 锂离子 教材拓展 1.铅酸蓄电池 (1)工作时电池总反应为Pb+PbO2+2H2SO4 2PbSO4+2H2O。 (2)放电时的电极反应 负极(Pb极):Pb+S-2e-===PbSO4,发生氧化反应。 正极(PbO2极):PbO2+4H++S+2e-===PbSO4+2H2O,发生还原反应。 (3)电解质溶液是稀硫酸,放电时电解质溶液中的H+移向PbO2极。 (4)铅酸蓄电池常用作汽车电瓶。 2.锂-空气电池 (1)工作时电池总反应为4Li+O2+2H2O===4LiOH (2)电极反应 负极(A极):4Li-4e-===4Li+,发生氧化反应 正极(B极):O2+4e-+2H2O===4OH-,发生还原反应 (3)电解液中的Li+移向正极(B极)。 1.干电池中发生的反应为Zn+2N===Zn2++2NH3↑+H2↑,工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A.碳棒为电池的负极 B.H2在Zn片上生成 C.电流由锌片流向碳棒 D.Zn片上发生氧化反应 D 解析:放电时,锌元素化合价由0价变为+2价,氢元素化合价由+1价变为0价,所以Zn是负极,碳棒是正极,A项错误;锌片上的电极反应为Zn-2e-===Zn2+,H2在碳棒上生成,B项错误;电流由正极流向负极,应是由碳棒流向锌片,C项错误;Zn片电极上失电子发生氧化反应,D项正确。 2.已知铅酸蓄电池放电过程可以表示为PbO2+2H2SO4+Pb=== 2PbSO4+2H2O。下列关于铅酸蓄电池的说法正确的是(　　) A.Pb为正极,PbO2为负极 B.正极电极反应为PbO2+S+2H+===PbSO4+H2O C.硫酸溶液中,H+移向负极 D.放电一段时间后,S浓度减小 D 解析:根据总反应的方程式可知,Pb是还原剂,失去电子,因此负极是Pb,正极是PbO2,A不正确;正极得到电子,发生还原反应,电极反应式为PbO2+2e-+S+4H+===PbSO4+2H2O,B不正确;原电池中阳离子向正极移动,C不正确;反应中消耗S,生成硫酸铅固体,因此放电一段时间后,S浓度减小,D正确。 任务二　发展中的燃料电池 应用:在航天、军事、交通等领域有广阔的应用前景。 燃料　 氧化剂　 化学 电 清洁　 安全　 高效 教材拓展 1.燃料电池的构成 (1)燃料电池的燃料可以是氢气、甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇、葡萄糖、肼等可燃性物质。 (2)电解质通常有四种情况:①稀硫酸; ②KOH溶液; ③Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质,其导电粒子是C; ④固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体,高温下能传导O2-。 2.氢氧燃料电池 (1)氢氧燃料电池的总反应为2H2+O2 2H2O。 (2)负极:氢气失电子化合价升高;正极:氧气得电子化合价降低。 其规律是通燃料的一极作负极,通氧气的一极作正极。 (3)氢氧燃料电池在不同介质中的总反应相同,但正、负极反应与电解质溶液有关,氢氧燃料电池正、负极反应如下: 电解质溶液 负极 正极 酸性(H+) 2H2-4e-===4H+ O2+4H++4e-===2H2O 碱性(OH-) 2H2-4e-+4OH-===4H2O O2+2H2O+4e-===4OH- 归纳总结 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 ①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; ②电解质溶液为胶状,不流动 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,燃料和氧化剂连续地由外部供给,在电极上不断地进行反应,生成物不断地被排出 举例 普通的锌锰电池、碱性锌锰电池、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 1.判断正误 (1)燃料电池是利用燃料的燃烧发电。 (　　) (2)燃料电池中,燃料在正极上发生氧化反应。 (　　) (3)氢氧燃料电池将热能直接转变为电能。(　　) (4)原电池中正极材料一定发生还原反应。 (　　) (5)原电池中的负极反应一定是电极材料失电子。(　　) × × × × × 2.国家电投氢能公司全自主研发的“氢腾”燃料电池系统广泛应用于氢能大巴。某种氢燃料电池的内部结构如图,下列说法正确的是(　　) A.电池工作时,电解质溶液中的H+向b极移动 B.a极发生的电极反应为 H2+2e-+2OH-===2H2O C.b极为正极,发生氧化反应 D.当外电路有1 mol电子转 移时,b极消耗5.6 L O2 A 解析:电池工作时,H+移向正极,故A正确;a极发生的电极反应为H2-2e-===2H+,故B错误;b极为正极,发生还原反应,故C错误;题目中未说明是否是标准状况,无法计算氧气的体积,故D错误。 3.燃料电池是燃料(如CO、H2、CH4等)跟氧气(或空气)起反应将化学能转变为电能的装置,若电解质溶液是强碱溶液,下面关于甲烷燃料电池的说法正确的是(　　) A.负极反应:O2+2H2O+4e-===4OH- B.负极反应:CH4+8OH--8e-===CO2+6H2O C.随着放电的进行,溶液的OH-浓度不变 D.放电时溶液中的阴离子向负极移动 D 解析:O2+2H2O+4e-===4OH-应为正极反应,燃料氧化生成的二氧化碳不可能从强碱溶液中逸出,它将进一步反应转化成碳酸根离子,所以负极反应为CH4+10OH--8e-===C+7H2O,由于部分碱和二氧化碳反应,所以溶液的c(OH-)将减小。 课时作业　巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 1 [A组　基础落实] 题组一　一次电池、二次电池 1.下列电池不属于二次电池(可充电电池)的是(　　) 9 10 11 A 解析:铅酸蓄电池、镍镉电池、锂离子电池等可以反复充电,属于可充电电池,是二次电池;锌锰干电池不能充电,完全放电后不能再使用,是一次电池。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2.下列说法正确的是(　　) A.锌锰电池电压逐渐下降后,能重新充电复原 B.燃料电池是一种高效但是会污染环境的新型电池 C.化学电池的反应原理是氧化还原反应 D.电池工作时,电子从正极通过外电路流向负极 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 C 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:锌锰干电池为一次电池,故A错误;燃料电池有氢氧燃料电池、甲烷燃料电池、乙醇燃料电池等,产物多为CO2、H2O等,不会污染环境,故B错误;化学电池是将化学能转变为电能的装置,有电子的得失,实质为氧化还原反应,故C正确;电池工作时,负极发生氧化反应,失电子,故电子从负极通过外电路流向正极,D错误。 11 3.汽车的启动电源常用铅酸蓄电池。其结构如图所示,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.负极反应:Pb-2e-+S===PbSO4 B.电池放电时,溶液的酸性增强 C.PbO2得电子,被氧化 D.PbO2是电池的负极 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 A 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:Pb失电子作负极,电极反应为Pb+S-2e-===PbSO4,故A正确;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,Pb元素的化合价由+4价变为+2价,所以二氧化铅作正极,故C、D错误。 11 4.锌-空气电池具有蓄电量大、充电循环次数多等优点。下列有关说法错误的是(　　) A.石墨为正极 B.电池放电时Zn电极逐渐溶解 C.电子由石墨经导线流向Zn片 D.电池放电时实现了化学能向电能的转化 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 C 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:A项,锌-空气电池中O2在石墨电极上得电子发生还原反应,石墨为正极,正确;B项,锌-空气电池中,锌电极为负极,锌失电子发生氧化反应,逐渐溶解,正确;C项,锌-空气电池中,Zn为负极,石墨为正极,因此,电子是从Zn经过导线流向石墨,错误;D项,电池放电时实现了化学能向电能的转化,正确。 11 题组二　燃料电池 5.目前,科学家提出了一种经济而且理想的获得氢 能源的循环体系(如图)。关于此循环体系,下列说 法错误的是(　　)  A.燃料电池能够使化学反应产生的能量转化为电能 B.燃料电池中通入H2的一极作负极,发生氧化反应 C.在此循环中发生了反应:2H2O2H2↑+O2↑ D.目前化学家急需解决的问题是寻找合适的光照条件下分解水的催化剂 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 C 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:此循环过程中利用太阳能将H2O分解为H2和O2,然后利用氢氧燃料电池将化学能转化为电能,循环过程中并没有发生电解水的反应。 11 6.某课外小组自制的氢氧燃料电池如图所示,a、b均为惰性电极。下列叙述错误的是(　　)   A.a极是负极,该电极上发生氧化反应 B.b极发生的电极反应是2H2O+2e-===H2↑+2OH- C.电池总反应为2H2+O2===2H2O D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 B 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:A项,a极通入H2,为负极,电极反应为H2+2OH--2e-===2H2O,发生氧化反应;B项,b极通入O2,为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-;C项,正、负极电极反应相加可得电池总反应为2H2+O2===2H2O;D项,氢氧燃料电池的能量高,且产物为水,对环境无污染,故是具有应用前景的绿色电源。 11 7.化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用,如图所示是几种常见的化学电源示意图,有关说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 A.干电池工作时,H+向锌筒移动 B.上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池 C.铅酸蓄电池工作过程中,每通过2 mol电子,负极质量减轻207 g D.氢氧燃料电池的正极反应一定是O2+4e-+2H2O===4OH- 答案:B 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:A.在干电池中,Zn作负极,干电池工作时,H+向正极碳棒移动,故A错误;B.干电池是一次电池,铅酸蓄电池是可充电电池,属于二次电池,氢氧燃料电池属于燃料电池,故B正确;C.铅酸蓄电池工作过程中,硫酸铅在负极上析出,该极质量应该增加,故C错误;D.氢氧燃料电池的正极反应受溶液的酸碱性影响,溶液为碱性时:O2+4e-+2H2O===4OH-,溶液为酸性时:O2+4e-+4H+===2H2O,故D错误。 11 [B组　培优训练] 8.微型纽扣电池在现代生活中应用广泛。一种银锌纽扣电池的电极分别为Ag2O和Zn,电解质溶液为KOH,电极反应为Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O和Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-。下列说法错误的是(　　) A.使用过程中,电池负极区溶液的碱性减弱 B.使用过程中,电子由Zn极经外电路流向Ag2O极 C.电池总反应为Ag2O+Zn===2Ag+ZnO D.Zn是负极发生还原反应,Ag2O是正极发生氧化反应 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 D 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:A.根据电极反应知,锌作负极,氧化银作正极,负极上氢氧根离子参与反应导致溶液中氢氧根离子浓度减小,即负极区溶液的碱性减弱,故A正确;B.锌是负极,氧化银是正极,电子从锌极沿导线流向氧化银极,故B正确;C.负极的电极反应为Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O,正极的电极反应为Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-,根据得失电子守恒可得总反应:Ag2O+Zn===2Ag+ZnO,故C正确;D.负极锌失电子发生氧化反应,正极氧化银得电子发生还原反应,故D错误。 11 9.锂-空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　　) A.放电时,Li+由B极向A极移动 B.放电时电池反应为 4Li+O2+2H2O===4LiOH C.B电极反应中每转移2 mol电子, 消耗11.2 L的O2 D.电解液a可以是饱和食盐水 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 B 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:根据题图可知,A电极是负极,B电极是正极,原电池中阳离子向正极移动,放电时Li+由A极向B极移动,A错误;根据题图,放电时,锂、水与正极的氧气反应生成氢氧化锂,电池反应为4Li+O2+2H2O===4LiOH,B正确; B电极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-,每转移2 mol电子,消耗标准状况下11.2 L的O2,但是题干中未表明是否为标准状况,C错误;金属锂可与水反应,电解液a不能是水溶液,D错误。 11 10.锌锰干电池是应用最普遍的电池之一,其基本反应: X极:Zn-2e-===Zn2+　Y极:2MnO2+2N+2e-===Mn2O3+2NH3+H2O (1)X是电池的　　　　(填“正”或“负”,下同)极,Zn2+向　　　　极移动。  (2)该电池总反应的离子方程式为  　 。  该反应中MnO2是　　　　(填“还原剂”或“氧化剂”)。  (3)若反应消耗16.25 g Zn,则电池中转移电子的物质的量为　　　　。  2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11 负　 Zn+2MnO2+2N===Mn2O3+2NH3+H2O +Zn2+　 氧化剂 正 0.5 mol 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:(1)X极Zn失电子,X作负极,Zn2+移向正极。(2)负极:Zn-2e-===Zn2+ ,正极:2MnO2+2N+2e-===Mn2O3+2NH3+H2O,所以电池总反应为Zn+2MnO2+2N===Mn2O3+2NH3+H2O +Zn2+,该反应MnO2中Mn元素得电子,化合价降低,所以MnO2作氧化剂。(3)因为1 mol Zn失2 mol电子,反应消耗16.25 g即0.25 mol Zn,所以电池中转移电子的物质的量为0.25 mol ×2=0.5 mol。 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 11.(1)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图为电池示意图,该电池电极表面镀一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定。其正极反应为　　　　　　　　;若将负极材料改为CH4,写出其负极反应:　 。  11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 (2)锂锰电池的结构示意图如图,其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂 中,Li+通过电解质转移到MnO2晶格中生成LiMnO2。 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 ①外电路的电流方向是由　　(填“a”或“b”,下同)极流向　　　　极。  ②正极是　　　　。  ③是否可用水代替电池中的混合有机溶剂?　　　　(填“是”或“否”);原因是　 　 。  答案:(1)O2+2H2O+4e-===4OH-　CH4+10OH--8e-===C+7H2O (2)①b　a　②MnO2　　③否　电极Li是活泼金属,能与水反应 11 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 解析:(1)题图为原电池装置,通氢气的电极为负极,氢气失电子发生氧化反应,在碱性溶液中生成水,通入氧气的电极为原电池正极,氧气得到电子发生还原反应生成氢氧根离子,正极的电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-;若将负极材料改为CH4,甲烷失电子发生氧化反应,负极的电极反应为CH4+10OH--8e-===C+7H2O。 (2)①该电池中Li失去电子生成Li+,所以Li作电池的负极,则a是负极,b是正极,所以外电路中的电流方向由正极流向负极,即从b极流向a极。③不能用水代替电池中的混合有机溶剂,因为Li是活泼金属,能与水反应。 11 $$