专题1 第2单元 第2课时 化学电源（Word教参）-【精讲精练】2025-2026学年高中化学选择性必修第一册（苏教版）江苏专版

第2课时　化学电源 [学习目标]　 1.列举常见的化学电源，并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。 2.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。 [对应学生用书P22] 知识点一　一次电池和二次电池 1．化学电源的分类 化学电源按其反应原理常分为如下三类： (1)一次电池：又叫干电池，__活性物质__消耗到一定程度就不能再使用。 (2)二次电池：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再__充电__使活性物质再生。 (3)燃料电池：是利用__燃料和氧化剂__之间发生的氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的化学电源。 2．一次电池 (1)锌锰干电池 名称 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 电极 负极：__锌__，正极：__石墨__棒 负极反应物：__锌粉__， 正极反应物：__二氧化锰__ 电解质溶液 __氯化铵和氯化锌__溶液 __氢氧化钾__溶液 电极反应 碱性锌锰干电池总反应式为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 ①负极反应式是__Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2__； ②正极反应式是__2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－__ (2)银锌电池具有比能量大、电压稳定、储存时间长等特点 负极反应物：__锌粉__，正极反应物：__Ag2O__，电解质溶液：__KOH溶液__。 总反应式为Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 ①负极反应式是__Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2__； ②正极反应式是__Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋＋2OH－__。 3．二次电池 (1)铅酸蓄电池 ①构造与组成 ②工作原理 放电过程 充电过程 负极：__Pb(s)－2e－＋SO(aq)===PbSO4(s)__；(__氧化__反应) 阴极：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)；(__还原__反应) 正极：__PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)__＋2H2O(l)；(__还原__反应) 阳极：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)；(__氧化__反应) 总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l) 总反应：2PbSO4(s)＋2H2O(l)===Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 铅蓄电池的充、放电过程：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l) ③铅蓄电池的优缺点 a．优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产、生活中应用广泛。 b．缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。 (2)锂离子电池 ①构造与组成 负极材料：LixCy(嵌锂石墨) 正极材料：LiCoO2(钴酸锂) 电解质溶液：LiPF6(六氟磷酸锂)的碳酸酯溶液(无水) ②工作原理 放电过程 充电过程 负极：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy (__氧化__反应) 阴极：xLi＋＋Cy＋xe－===LixCy (__还原__反应) 正极：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 (__还原__反应) 阳极：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋ (__氧化__反应) 锂离子电池的充、放电过程：LixCy＋Li1－xCoO2LiCoO2＋Cy ③锂离子电池的优点 锂离子电池具有__质量小__、__体积小__、储存和输出__能量大__等特点。 锂电池以金属锂或锂合金为负极材料，金属锂极易与水发生反应，故锂电池一定要使用非水电解质溶液。 1．化学电池与其他能源相比有哪些优点？ 提示　化学电池的优点是：①能量转换效率高，供能稳定可靠。②可以制成各种形状和大小、不同容量和电压的电池和电池组，使用方便。③易维护，可在各种环境下工作。 2．已知铅蓄电池的充、放电过程： Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。 (1)充、放电时互为逆向过程，是可逆反应吗？ (2)在充、放电过程中，溶液的pH分别如何变化？ (3)如何判断铅蓄电池是否需要充电？ (4)放电完成时，正、负极的质量如何变化？ 提示　(1)二次电池的充电反应和放电反应是两个相反的过程，但反应条件不同，不是可逆反应。 (2)根据电池的总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O可作出判断，放电时，消耗硫酸，pH增大；充电时，生成硫酸，pH减小。 (3)由电池总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O可以看出，随着放电反应的进行，硫酸的浓度不断下降，密度不断减小，因此根据硫酸密度的大小可以判断是否需要充电。 (4)由负极反应式：Pb＋SO－2e－===PbSO4 正极反应式：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O知：两极的质量均增加。 3．铅酸蓄电池充电时，如何与外电源相接？ 提示　铅酸蓄电池充电时，电池的负极变为阴极发生还原反应，生成Pb，与电源负极相连；电池的正极变为阳极发生氧化反应，生成PbO2，与电源正极相连。即正极接正极，负极接负极。 1．可充电电池的反应规律 (1)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池，充电时是电解池(在本章第三节中学习)。 (2)放电时的负极反应和充电时的阴极反应，放电时的正极反应和充电时的阳极反应在形式上互逆。即将正(负)极反应改变方向即得阳(阴)极反应式。 (3)放电总反应和充电总反应在形式上互逆，但不是可逆反应。 2．充、放电时各电极上发生的反应 3．化学电源电极反应式的书写 (1)根据电源总反应式或装置确定正、负极的反应物；原电池的正极大多数只起导电作用，而化学电源的正极材料得电子参与电极反应。 (2)根据电源总反应式的产物或装置中微粒的种类确定稳定的产物。特别注意溶液的酸碱性和离子共存问题。 (3)利用氧化还原配平方法配平电极反应式，运用原子守恒和电荷守恒进行检查。 1．某华人科学家和他的团队研发出“纸电池”(如图所示)，这种一面镀锌、一面镀二氧化锰的超薄电池在使用印刷与压层技术后，变成一张可任意裁剪大小的“电纸”，厚度仅为0.5毫米，可以任意弯曲和裁剪，纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解质溶液，电池总反应式为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)。下列说法正确的是(　　) A．该电池的正极材料为锌 B．该电池反应中二氧化锰发生了氧化反应 C．电池的正极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－ D．当有0.1 mol锌溶解时，流经电解质溶液的电子数为1.204×1023 解析　A错，该原电池中，锌元素化合价由0变为＋2，锌失电子作负极；B错，该原电池中，锰元素化合价由＋4变为＋3，所以二氧化锰作正极，发生还原反应；C对，正极上二氧化锰得电子发生还原反应，电极反应式为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－；D错，电子从负极沿导线流向正极，不经过电解质溶液。 答案　C 2．锂－空气电池是一种新型的二次电池，其放电时的工作原理如图所示，下列说法正确的是 (　　) A．该电池放电时，正极的反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O B．该电池充电时，阴极发生了氧化反应：Li＋＋e－===Li C．电池中的有机电解液可以用稀盐酸代替 D．充电时，空气极与直流电源正极相连 解析　正极上是氧气得电子生成氢氧根离子，则电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A错误；阴极上阳离子得电子，则该电池充电时，阴极锂离子得电子发生还原反应：Li＋＋e－===Li，B错误；金属锂能与盐酸反应生成氢气，所以电池中的有机电解液不可以用稀盐酸代替，C错误；放电时，空气极为原电池正极，充电时，空气极为电解池的阳极，因此充电时，空气极与直流电源正极相连，D正确。 答案　D 知识点二　燃料电池 1．基本构造 2．工作原理 负极反应：__2H2－4e－===4H＋__； 正极反应：__O2＋4H＋＋4e－===2H2O__； 总反应：2H2＋O2===2H2O。 3．特点 (1)能量转换率高(超过80%)。 (2)排放废弃物少，运行时噪音低。 1．燃料电池的电池反应式和燃料燃烧的化学方程式一定相同吗？举例说明。 提示　不一定。甲烷燃料电池在碱性条件下的电池反应式与燃烧的化学方程式不同，而在酸性条件下的电池反应式与燃烧的化学方程式相同。 2．燃料电池主要有酸性燃料电池、碱性燃料电池、熔融盐燃料电池及固体氧化物燃料电池(传导O2-)四种，正极参加反应的均为氧气，四种情况下正极的电极反应式有什么不同？ 提示　①酸性燃料电池：O2＋4H＋＋4e－===2H2O； ②碱性燃料电池：O2＋2H2O＋4e－===4OH－； ③熔融盐燃料电池：O2＋2CO2＋4e－===2CO； ④固体氧化物燃料电池：O2＋4e－===2O2-。 1．常见的四种典型燃料电池 名称 电解质 电极反应和总反应 氢氧 燃料 电池 KOH 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O H2SO4 总反应：2H2＋O2===2H2O 正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O 负极：2H2－4e－===4H＋ 甲烷燃 料电池 KOH 正极：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ 负极：CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O 总反应：CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O 甲醇燃 料电池 KOH 正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－ 负极：2CH3OH＋16OH－－12e－===2CO＋12H2O 总反应：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O 肼燃料 电池 KOH 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 负极：N2H4＋4OH－－4e－===N2＋4H2O 总反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O 2．般的燃料电池大多是可燃性物质(主要是可燃性气体或蒸气)与氧化剂(一般是氧气)及电解质溶液共同组成的原电池。可燃性物质在原电池负极发生氧化反应，氧气在原电池正极发生还原反应。也就是说不管是哪一种燃料电池，正极都是氧化剂(如O2)得电子发生还原反应。 3．书写燃料电池电极反应式的三步骤 1．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A．电子从b流出，经外电路流向a B．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO 的反应是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋ C．如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化 D．若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.5 mol H＋通过质子交换膜 解析　b电极通入氧气，是正极，a电极是负极，电子从a流出，经外电路流向b，A错误；a电极是负极，发生失去电子的氧化反应，即HS－在硫氧化菌作用下转化为SO，电极反应是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋，B正确；如果将反应物直接燃烧，会有部分化学能转化为光能，因此能量的利用率会变化，C错误；若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，根据电荷守恒可知有0.4 mol H＋通过质子交换膜与0.1 mol氧气结合转化为水，D错误。 答案　B 2．固体氧化物燃料电池是由美国西屋公司研制开发的。它以固体氧化锆—氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子(O2-)在其间通过。该电池的工作原理如图所示，其中多孔电极a、b均不参与电极反应。下列判断正确的是 (　　) A．有O2放电的a极为电池的负极 B．有H2放电的b极为电池的正极 C．a极对应的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．该电池的总反应方程式为2H2＋O2===2H2O 解析　在燃料电池中，有O2放电的a极为原电池的正极，A错误；在燃料电池中，有H2放电的b极为电池的负极，B错误；a极对应的电极反应为O2＋4e－===2O2-，C错误；在燃料电池中，总反应方程式即为燃料燃烧的化学方程式，即2H2＋O2===2H2O，D正确。 答案　D [对应学生用书P26] 1．人造卫星用到的一种高能电池——银锌电池，其电极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。根据反应式判断氧化银是(　　) A．负极　被氧化　　　　 B．正极　被还原 C．负极　被还原 D．正极　被氧化 解析　原电池的负极发生氧化反应(失电子)，正极发生还原反应(得电子)，Ag2O→Ag可知，Ag2O作正极得电子发生还原反应。 答案　B 2．(2024·安徽卷)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如图。该电池分别以Zn­ TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是(　　) A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键 B．电池总反应为：I＋ZnZn2+＋3I－ C.充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn­TCPP D．放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol电子 解析　标注框内Zn和N之间存在配位键，N和C、C和C、C和H之间存在共价键，A项正确；放电时Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2+，Zn－TCPP为正极，电极反应式为I＋2e－===3I－，则电池总反应为Zn＋IZn2+＋3I－，B项正确；充电时Zn为阴极，阴极反应式为Zn2+＋2e－===Zn，Zn2+来自电解质溶液，C项错误；根据放电时负极反应式：Zn－2e－===Zn2+知，消耗0.65 g Zn，即0.01 mol Zn，理论上转移0.02 mol电子，D项正确。 答案　C 3．一种新型锂­氮电池的装置图如下，它以可传递Li＋的醚类物质作电解质，电池的总反应为6Li＋N2===2Li3N。电池工作时，下列说法正确的是(　　) A．X极发生还原反应 B．电流由X极经用电器流入Y极 C．转移1 mol电子时，有2 mol Li＋从左向右移动 D．Y极的电极反应为6Li＋＋N2＋6e－===2Li3N 解析　根据电池总反应，Li失电子发生氧化反应，锂电极为负极，即X极为负极，发生氧化反应，A项错误；Y极为正极，电流由Y极经用电器流入X极，B项错误；X极的电极反应为Li－e－===Li＋，Y极的电极反应为6Li＋＋N2＋6e－===2Li3N，转移1 mol电子时，有1 mol Li＋从左向右移动，C项错误，D项正确。 答案　D 4．(2024·宁波余慈五校期中)镁－H2O2酸性燃料电池采用海水作为电解质(加入一定量的酸)，下列结论不正确的是 (　　) A．电池总反应式为Mg＋H2O2===Mg(OH)2 B．该电池的正极反应式为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O C．工作时，正极周围海水的pH增大 D．电池工作时，负极的镁被氧化 解析　电解质溶液呈酸性，不可能生成Mg(OH)2，电池总反应应为H2O2＋2H＋＋Mg===Mg2+＋2H2O，A错误；工作时，正极上是H2O2得电子生成水，其电极反应式为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，B正确；工作时，正极反应式为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，不断消耗H＋，正极周围海水的pH增大，C正确；镁－H2O2酸性燃料电池中，镁为活泼金属，应为原电池的负极，被氧化，D正确。 答案　A 5．(2024·朝阳检测)应用电化学原理，回答下列问题： (1)上述三个装置中，负极反应物化学性质上的共同特点是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)甲中电流计指针偏移时，盐桥(装有含琼胶的KCl饱和溶液)中离子移动的方向是________________________________________________________________________。 (3)乙中正极反应式为________________________________________________________________________； 若将H2换成CH4，则负极反应式为________________________________________________________________________。 (4)丙中铅蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将外接电源的负极与铅蓄电池的________极相连接。 解析　(1)负极物质中元素化合价升高，发生氧化反应，本身具有还原性，即负极反应物化学性质上的共同特点是失电子被氧化，具有还原性。(2)阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，盐桥中的K＋会移向CuSO4溶液，氯离子移向硫酸锌溶液。(3)正极是氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－；若将H2换成CH4，则负极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。(4)丙中铅蓄电池放电一段时间后，进行充电时，要将负极中的硫酸铅变成单质铅，发生还原反应，所以应做电解池的阴极，与电源的负极相连。 答案　(1)失电子被氧化，具有还原性 (2)钾离子移向硫酸铜溶液、氯离子移向硫酸锌溶液 (3)O2＋4e－＋2H2O===4OH－　CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O　(4)负 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$