第1章 第2节 第2课时 化学电源-【正禾一本通】2025-2026学年高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版双选）

本高中化学讲义聚焦化学电源核心知识点，系统梳理电池分类（一次、二次、燃料电池）及特点，通过锌锰干电池、铅蓄电池、氢氧燃料电池的电极反应与工作原理分析，构建从原理到应用的完整学习支架。 资料以表格对比电池类型、设计探究活动（如二次电池pH变化分析、燃料电池电极反应书写）及配套练习题解析为亮点，培养科学思维与科学探究能力，课中辅助教师高效授课，课后帮助学生巩固知识、弥补薄弱环节。

第2课时　化学电源 [素养发展目标]　1.了解常见化学电源的工作原理。2.认识原电池在实现物质转化和储存能量中的具体应用。 一、电池分类及特点 电池 一次电池 可充电电池(二次电池) 燃料电池 特点 只能一次放电，不能充电 可反复充电和放电，充电时为电解池；放电时为原电池 能量利用率高，可连续使用，污染轻 二、一次电池——锌锰干电池 1．构造 2．电极反应和电池反应 (1)酸性锌锰干电池 负极(锌)反应：Zn－2e－===Zn2+； 正极(石墨)反应：2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O。 (2)碱性锌锰干电池 负极(锌)反应：Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O； 正极(石墨)反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－； 电池反应：Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH。 三、二次电池——铅蓄电池 装置 放电 负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4 正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O 充电 阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO 阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO 总反应 Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O 四、氢氧燃料电池 1．氢氧燃料电池的工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 H2－2e－===2H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 2H2＋O2===2H2O 2.燃料电池的优点 能量利用效率高、可连续使用、污染轻等。 3．常见类型：除了氢气外，甲烷、甲醇和乙醇等也可用作燃料电池的负极反应物。氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，它可以使用不同的电解质如KOH溶液、H3PO4溶液、熔融碳酸盐、固体电解质作为离子导体。 1．下列有关化学电源的描述正确的是(　　) ①一次电池也叫干电池，其活性物质被消耗后不能再生　②二次电池也叫可充电电池，通过充电可使其活性物质再生　③任何电池都是依据原电池的原理制造的 　④化学电源与其他能源相比，具有携带方便，可制成各种形状等优点 A．①②③④ B．①②④ C.③④ D．①②③ B　[一次电池中电解质溶液为胶状，无法流动，故也叫作干电池，干电池中发生氧化还原反应的活性物质被消耗到一定程度时，电池就不能继续使用了，①正确；二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，②正确；部分电池(如太阳能电池)不是依据原电池的原理制造的，③错误；化学电源可以制成各种形状、大小不同的电池，④正确。] 2．碱性锌锰电池(结构如右图)是一种使用广泛的便携式电源，电池总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH。下列说法不正确的是(　　) A.MnOOH中Mn元素化合价为＋3价 B.正极参与反应的物质为MnO2和H2O C.负极反应式为Zn－2e－===Zn2+ D.金属外壳起到容器作用，不参与反应 C　[MnOOH中O元素化合价为－2，H元素化合价为＋1，故Mn元素的化合价为＋3，A项正确；正极反应为MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－，故MnO2和H2O均参与了正极反应，B项正确；负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，C项错误；金属外壳起到容器作用，可保护内部物质，不参与反应，D项正确。] 3．下列关于铅蓄电池的说法正确的是(　　) A.放电时，正极发生的电极反应是Pb＋SO－2e－===PbSO4 B.放电时，该电池的负极材料是铅板 C.充电时，电池中硫酸的浓度不断减小 D.充电时，阳极发生的反应是PbSO4＋2e－===Pb＋SO B　[铅蓄电池充放电总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。放电时Pb作负极，电极反应为Pb－2e－＋SO===PbSO4，正极反应为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O。充电时，电池中H2SO4的浓度不断增大，阳极上PbSO4失去电子发生氧化反应。] 4.燃料电池是目前电池研究的热点之一。如图所示为某课外小组自制的氢氧燃料电池，a、b均为惰性电极。下列叙述不正确的是(　　) A.a电极是负极，该电极上发生氧化反应 B.b电极反应为O2＋4OH－－4e－===4H2O C.电池总反应为2H2＋O2===2H2O D.该电池使用过程中电解质溶液的pH逐渐减小 B　[氢氧燃料电池工作时，通入氢气的一极(a电极)为电池的负极，发生氧化反应，A项正确；通入氧气的一极(b电极)为电池的正极，发生还原反应，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B项错误；氢氧燃料电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O，C项正确；电池工作时生成水，c(OH－)逐渐减小，则溶液pH逐渐减小，D项正确。] 探究一　二次电池的常考问题 高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池可长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。 1．写出该电池放电时的负极反应式。 提示：　Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2。 2．根据该电池的总反应分析电池工作时，正极附近溶液的pH怎样变化？ 提示：　放电时正极附近生成OH－，碱性增强，pH变大。 3．给该电池充电时应该怎样连接电极？ 提示：　充电时该电池的正极接外接电源正极，负极接外接电源负极。 1．可充电电池的电极和两极反应物的判断 判断电池放电时电极和参加反应的物质，可先标出放电(原电池)总反应中电子转移方向和数目，失去电子的物质即为负极参加反应的物质；得到电子的物质即为正极参加反应的物质。电池充电时电极和参加反应的物质的判断：阳极反应为放电时正极反应的逆过程，发生氧化反应；阴极反应为放电时负极反应的逆过程，发生还原反应。 2．溶液中离子移动方向的判断 放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极；充电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。 3．pH变化规律的判断 若电极反应消耗OH－(H＋)，则电极周围溶液的pH减小(增大)；若电极反应生成H＋(OH－)，则电极周围溶液的pH减小(增大)。若总反应的结果是消耗OH－(H＋)，则溶液的pH减小(增大)；若总反应的结果是生成H＋(OH－)，则溶液的pH减小(增大)。若两极消耗或生成的OH－(H＋)的物质的量相等，则溶液的pH变化规律视溶液的酸碱性及是否有水生成而定，应具体问题具体分析。 1．已知某镍镉(Ni­Cd)电池的电解质溶液为KOH溶液，其充放电总反应为：Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。有关该电池的说法正确的是(　　) A.充电时阳极反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O B.充电过程是化学能转化为电能的过程 C.放电时负极附近溶液的碱性不变 D.放电时电解质溶液中的OH－向正极移动 A　[根据总反应可知，放电时正极反应为NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，由充电时阳极反应是放电时正极反应的逆过程可推知，充电时阳极反应为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O，故A正确；充电时，电能转化为化学能，故B错误；放电时，负极反应为Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，所以负极附近溶液的碱性减弱，故C错误；放电时，电解质溶液中OH－向负极移动，故D错误。] 探究二　燃料电池电极反应式的书写 1．哪些物质可以用作氢氧燃料电池的电极材料？哪些物质可以用作氢氧燃料电池的离子导体？ 提示：　氢氧燃料电池的电极材料是性质稳定的导体如石墨、金属铂等；强酸溶液如稀硫酸、强碱溶液如KOH溶液、熔融碳酸盐如熔融Na2CO3、固体电解质和离子交换膜等均可以作为离子导体。 2．除氢氧燃料电池外，其他燃料电池的负极通常还有哪些物质？正极放电的是什么物质？ 提示：　燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体；正极放电的是氧气。 3．用稀硫酸作电解质溶液时，甲烷燃料电池的正、负极反应如何书写？并写出总反应。若用KOH溶液作电解质溶液时，甲烷燃料电池的总反应会发生变化吗？试分别写出两极的电极反应。 提示：　甲烷燃料电池的总反应为CH4＋2O2===CO2＋2H2O，其中正极反应为2O2＋8H＋＋8e－===4H2O，负极反应为CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋。会发生变化；因为CO2会与KOH溶液反应生成K2CO3，故电池总反应为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，其中正极反应为2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，负极反应为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。 燃料电池的正、负极均为惰性电极，起传导电子的作用，电极材料一般具有很强的催化活性，但不参与反应。 1．正极反应式的书写 燃料电池的正极发生还原反应，通入的气体一般是O2，O2得到电子首先变为O2-，即O2＋4e－===2O2-，根据电解质溶液的不同，其正极反应式的书写分以下几种情况： (1)在酸性溶液中，生成的O2-与H＋结合生成水，其电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。 (2)在碱性及中性溶液中，O2-与H2O结合生成OH－，其电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。 (3)在熔融碳酸盐中，O2-与CO不能结合，只能与CO2结合生成CO，其电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO。 [注意]　在碱性电解质溶液中，电极反应式中不能出现H＋；在酸性电解质溶液中，电极反应式中不能出现OH－。 2．负极反应式的书写 燃料电池的负极通入的一定是燃料。若负极通入含碳元素的化合物，如CO、CH4、CH3OH等，碳元素均转化为＋4价，其中在酸性溶液及熔融碳酸盐中生成CO2，在碱性溶液中生成CO；若负极通入含氢元素的化合物，则最终都有H2O生成。燃料电池的总反应式－正极反应式＝负极反应式，注意将两个反应相减时，要消去正极的反应物O2。 2．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小，无需气体存储装置等优点。一种以肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。下列关于该燃料电池的叙述不正确的是(　　) A.该燃料电池的电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触 B.电子从右侧电极经过负载后流向左侧电极 C.负极发生的电极反应为N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O D.该燃料电池持续放电时，OH－从正极向负极迁移，因而离子交换膜需选用阴离子交换膜 B　[电极材料应采用多孔导电材料，以提高电极反应物质在电极表面的吸附量，并使它们与电解质溶液充分接触，A项正确；原电池中电子由负极经过导线流向正极，N2H4在负极发生氧化反应，氧气在正极发生还原反应，即电子从左侧电极经过负载后流向右侧电极，B项错误；由装置图可以看出，通入N2H4的电极为负极，发生氧化反应N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O，C项正确；该燃料电池持续放电时，正极上O2发生反应生成OH－，而负极反应消耗OH－，故OH－从正极向负极移动，因而离子交换膜需选用阴离子交换膜，D项正确。] [知识网络] [要点归纳] 1．电池中，在电极上分别进行的氧化反应和还原反应叫作电极反应，可用电极反应式来表示。电池的正极上发生还原反应，负极上发生氧化反应，两个电极反应组成电池反应。 2．原电池负极流出电子，正极流入电子。电解质溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极。 3．原电池的构成条件：①两个活动性不同的电极；②有电解质溶液；③形成闭合回路；④自发的氧化还原反应。 4．正极材料活泼性<负极材料活泼性，正极通常具备特定的现象：有气体生成、电极质量增加或不变等；负极通常不断溶解，质量减小。 5．利用原电池原理可以加快某些氧化还原反应的速率。 6．化学电源分为一次电池、可充电电池(二次电池)和燃料电池。一次电池只能放电不能充电，二次电池可以反复充电和放电。可充电电池放电时，将化学能转化为电能；充电时，电池内发生的是原电池反应的逆反应，将电能转化为化学能。 7．锌锰干电池、铅蓄电池和燃料电池是重要的化学电源。燃料电池中燃料一定在负极发生氧化反应，正极一般是氧气发生还原反应(也可以是其他合适的氧化剂)。 1．普通锌锰干电池的简图如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作电极，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状做电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2+＋Mn2O3＋H2O。下列关于普通锌锰干电池的说法中正确的是(　　) A.当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原 B.电池负极反应为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O C.原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极 D.外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g C　[普通锌锰干电池是一次电池，不能充电复原，A项错误；根据原电池工作原理，负极失电子，B项错误；Zn＋2NH3－2e－===[Zn(NH3)2]2+，由负极的电极反应可知，每通过0.1 mol电子，消耗锌的质量是65 g·mol-1×＝3.25 g，D项错误。] 2．碱性镍锌( Ni­Zn)电池是一种可以替代镍氢电池的新型电池，其总反应为：2NiOOH＋2H2O＋Zn2Ni(OH)2＋Zn(OH)2，则下列说法中错误的是(　　) A.电池工作时，OH－向负极移动 B.放电时负极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2 C.充电时，与外电源正极相连的电极上电极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O D.充电时阳极附近溶液pH升高 D　[电池工作时，阳离子移向正极，阴离子移向负极，即OH－向负极移动，故A正确；该原电池中，Zn作负极，NiOOH作正极，负极上Zn失电子生成Zn(OH)2，电极反应式：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，故B正确；充电时与外电源正极相连的电极为阳极，发生失电子的氧化反应，电极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O，消耗OH－，则阳极附近溶液pH降低，故C正确、D错误。故选D。] 3．目前常见的燃料电池主要有四种，下面是这四种燃料电池的工作原理示意图，其中正极的反应产物为水的是(　　) C　[A中通入空气的一极为正极，电极反应为O2＋4e－===2O2-；B中通O2的一极为正极，电极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－；C中通空气的一极为正极，电极反应为4H＋＋O2＋4e－===2H2O；D中通CO2和O2的一极为正极，电极反应为2CO2＋O2＋4e－===2CO]。 4．中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆。甲醇燃料电池的工作原理如图所示： (1)该电池工作时，b口通入的物质为________，c口通入的物质为________。 (2)该电池负极的电极反应式为_____________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)工作一段时间后，当12.8 g甲醇完全反应生成CO2时，有________NA个电子转移。 解析：　(1)根据氢离子移动方向知，右侧电极为正极，正极上氧气得电子，左侧电极为负极，负极上通入燃料甲醇。(2)负极上甲醇失电子和水反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋。(3)根据CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋知，当12.8 g甲醇完全反应生成CO2时，转移电子的物质的量为×6＝2.4 mol，则转移电子个数为2.4NA。 答案：　(1)CH3OH　O2　(2)CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋　(3)2.4 学科网（北京）股份有限公司 $