4.1.2 化学电源-【优学精讲】2025-2026学年高中化学选择性必修一教用Word(人教版)

本讲义聚焦化学电源核心知识点，系统梳理一次电池（如碱性锌锰电池）、二次电池（铅酸蓄电池、锂离子电池）、燃料电池（氢氧燃料电池）的工作原理，通过电极反应式书写方法、电池优劣判断标准等学习支架，构建从基础到新型电源的知识脉络。 该资料采用“自主预习-自我诊断-迁移应用-达标检测”闭环设计，结合2024北京卷等高考真题培养科学思维，通过电池回收、锂离子电池研发等案例渗透科学态度与责任。课中辅助教师高效授课，课后助力学生通过真题演练查漏补缺，强化知识应用能力。

第2课时 化学电源 【学习目标】1.了解常见的化学电源，能运用原电池模型分析其工作原理，能用电极反应表示其中发生的化学反应。 2.能从物质变化和能量变化的角度分析新型电池的研发和利用。 知识点一 一次电池 自主预习 新知构建 1．化学电源包括①_ _ 电池、②_ _ 电池和③_ _ 电池等。 【答案】一次； 二次； 燃料 2.电池优劣或是否适合某种用途的判断标准 已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。你能计算 空气电池与 空气电池的“理论比能量”之比吗? 【答案】假设质量都是,金属、转移电子的物质的量分别为、，空气电池与空气电池的“理论比能量”之比为 。 3．电池回收利用的原因及意义 废旧电池中常含有④_ _ _ _ _ _ 、酸和碱等物质，如果随意丢弃，会对生态环境和人体健康造成危害。因此，应当重视废旧电池的回收利用，这样既可以减少环境污染，又可以节约资源。 【答案】重金属 4．一次电池 （1）概念：放电后⑤_ _ 再充电的电池，也叫做⑥_ _ _ _ _ _ 。 （2）碱性锌锰电池 构造示意图 负极反应 ⑦_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 正极反应 电解质 ⑧_ _ _ _ _ _ _ _ 总反应 ⑨_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 【答案】不可； 干电池； ； ； 自我诊断 （1） 太阳能电池属于原电池（ ） （2） 干电池根据电解质的性质又可分为酸性电池、碱性电池和中性电池（ ） （3） 碱性锌锰电池中是催化剂,可使碱性锌锰电池的比能量提高（ ） （4） 碱性锌锰电池工作过程中，负极区附近升高（ ） 【答案】（1） × （2） √ （3） × （4） × 迁移应用 对点训练 1．[（2024·北京卷）]酸性锌锰电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是（ ） A. 石墨为电池的负极材料 B. 电池工作时，向负极方向移动 C. 发生氧化反应 D. 锌筒发生的电极反应为 【答案】D 【解析】选。酸性锌锰电池中，锌筒为负极，石墨电极为正极，故 错误；原电池工作时，阳离子向正极（石墨电极）方向移动，故 错误；发生得电子的还原反应，故 错误；锌筒为负极，发生失电子的氧化反应，电极反应为，故 正确。 2．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应为。下列说法错误的是（ ） A. 电池工作时，锌失去电子 B. 电池正极的电极反应式为 C. 电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极 D. 外电路中每通过电子，消耗锌 【答案】C 【解析】选。由电池总反应可知，锌为负极，电子从负极流出经外电路流向正极；外电路中每通过 电子，理论上参加反应的锌的物质的量为，即消耗 锌。 3．银锌纽扣电池的总反应为。下列说法不正确的是（ ） A. 锌为负极，失去电子 B. 为正极，发生还原反应 C. 电池工作时，电子从经导线流向 D. 正极的电极反应式为 【答案】C 【解析】选。该原电池的电池反应式为，则负极反应式为，正极反应式为，电子由负极流向正极。失电子发生氧化反应，锌为负极，故 正确；正极上 得电子发生还原反应，故 正确；原电池中电子从负极沿导线流向正极，该原电池中 是负极、是正极，所以电池工作时电子从 经导线流向，故 错误；正极上 得电子，电极反应式为，故 正确。 电极反应式的书写方法 定电极，标得失 按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应产物，找出得失电子的数量 看环境，配守恒 电极产物在电解质溶液中应能稳定存在，如碱性介质中生成的应让其结合生成水。电极反应式要依据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平 两式加，验总式 两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证 知识点二 二次电池 自主预习 新知构建 1.二次电池是一类放电后可以再充电而反复使用的电池，又称可充电电池或蓄电池。 2．铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，总反应为。负极是①_ _ _ _ _ _ ，正极是②_ _ _ _ _ _ _ _ ，电解质溶液是③_ _ _ _ _ _ 。 （1）放电 ①负极：④_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 ②正极：⑤_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 ③放电过程中，负极质量⑥_ _ （填“增大”或“减小”，下同），的浓度⑦_ _ 。 （2）充电 ①阴极（还原反应）⑧_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 ②阳极（氧化反应）⑨_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 ③充电时，铅酸蓄电池正极与直流电源的⑩极相连，负极与直流电源的⑪极相连。即“负极接负极，正极接正极”。 【答案】； ； 稀硫酸； ； ； 增大； 减小； ； ； 正； 负 3．锂离子电池 电极 电极反应 负极 嵌锂石墨 正极 钴酸锂 总反应 反应过程：放电时，由石墨中脱嵌移向⑫极，嵌入钴酸锂晶体中；充电时，从钴酸锂晶体中脱嵌，由⑬极回到⑭极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，往返于电池的正极、负极之间，完成化学能与电能的相互转化。 【答案】正； 正； 负 自我诊断 （1） 二次电池的放电过程，负极质量一定减小（ ） （2） 可充电电池的充、放电过程是可逆反应（ ） （3） 由于的性质活泼，因此在锂电池中不能用水溶液作为电解质溶液（ ） （4） 铅酸蓄电池充电时，正极接直流电源正极，发生还原反应（ ） （5） 锂离子电池放电时，移向正极区（ ） 【答案】（1） × （2） × （3） √ （4） × （5） √ 迁移应用 对点训练 1．关于铅酸蓄电池，下列说法正确的是（ ） A. 放电时，溶液中移向电极 B. 放电时，负极的电极反应式为 C. 该电池工作时，将电能转化为化学能 D. 放电时，正极电极质量增加 【答案】D 【解析】选。铅酸蓄电池放电时，铅为负极，发生氧化反应，二氧化铅为正极，发生还原反应。该电池放电时为原电池，溶液中阳离子 移向正极 电极，错误；放电时，负极上 失电子生成，电极反应式为，错误；该电池工作时将化学能转化为电能，错误；放电时，正极上二氧化铅转化为硫酸铅，电极质量增加，正确。 2．[（2025·新泰高二期末）]下图是常用于太阳能路灯蓄电池的磷酸铁锂电池工作原理图。电极材料是金属锂和碳的复合材料（碳作为金属锂的载体），电解质是一种能传导的高分子材料，隔膜只允许通过，电池总反应为。电池放电时，下列说法正确的是（ ） A. 极为电池负极 B. 由极迁移到极 C. 极发生还原反应 D. 将电能转化为化学能 【答案】B 【解析】选。由电池总反应 可知，电池放电时，极为负极，发生氧化反应，电极反应式为，极为正极，发生还原反应，电极反应式为，、错误；原电池中阳离子向正极移动，故 由 极迁移到 极，正确；电池放电时将化学能转化为电能，错误。 3．[（2025·怀化高二质检）]下图是空气二次电池（锌和铝的某些性质相似），电池内聚丙烯酸钠吸收了溶液形成导电凝胶。下列说法错误的是（ ） A. 放电时，向电极移动 B. 放电时，锌电极发生反应: C. 充电时，阳极附近减小 D. 充电时，导线中每通过电子，阴极产生（标准状况下） 【答案】D 【解析】选。根据题干信息可知，空气二次电池中，放电时，负极反应式为，正极上氧气得到电子生成氢氧根离子，电极反应式为。放电时，电极为负极，电极为正极，所以 向 电极移动，正确；放电时，锌电极发生失电子的氧化反应，电极反应式为，正确；充电时，阳极的电极反应式为，消耗氢氧根离子的同时生成水，所以阳极附近 减小，正确；充电时，导线中每通过 电子，阳极产生氧气的物质的量为，在标准状况下的体积为，错误。 知识点三 燃料电池 自主预习 新知构建 1．燃料电池是一种连续地将①_ _ 和②_ _ _ _ _ _ 的化学能直接转化为电能的化学电源。 【答案】燃料； 氧化剂 2．氢氧燃料电池 （1）基本构造 （2）工作原理 电极反应 酸性电解质 碱性电解质 负极反应 ③_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ④_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 正极反应 ⑤_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ⑥_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 总反应 【答案】； ； ； 在氢氧燃料电池中质子交换膜的作用是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 【答案】质子交换膜只允许通过,既可以将两个半电池分隔开避免氢气与氧气接触,又可以保证由负极室移向正极室,形成闭合回路 3.燃料电池的特点 （1）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。 （2）燃料电池将化学能转化为电能的转化率超过。 （3）污染物少排放甚至零排放，被誉为“绿色发电站”。 4.不同介质中， 燃料电池的电极反应式 电解质 电极名称 电极反应式 负极 正极 负极 正极 熔融 负极 正极 固体氧化物（在高温下能传导） 负极 正极 自我诊断 （1） 燃料电池中通入燃料的一极为正极（ ） （2） 氢氧燃料电池（酸性电解质）中通入正极，电极反应为（ ） （3） 燃料电池电极材料本身不参与电极反应（ ） （4） 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，从正极区向负极区迁移（ ） 【答案】（1） × （2） √ （3） √ （4） × 迁移应用 对点训练 1．某种氢氧燃料电池的电解质溶液为溶液。下列有关该电池的叙述不正确的是（ ） A. 正极反应式为 B. 工作一段时间后，电解质溶液中的物质的量不变 C. 该燃料电池的总反应为 D. 消耗（标准状况）时，转移电子 【答案】D 【解析】选。在碱性氢氧燃料电池中，在负极上反应：；在正极上反应：；总反应为；工作一段时间后，电解质溶液中 的物质的量不变，故、、项正确。消耗（标准状况）时，转移电子的物质的量为，故 项不正确。 2．某学习小组以肼为原料设计了一种燃料电池，构造如下图所示。其中两个电极均为铂电极，电池总反应为。下列说法错误的是（ ） A. 通入的一极是电池的负极 B. 通入的电极反应式为 C. 电池工作一段时间后电解质溶液的将变大 D. 若消耗，则理论上转移电子 【答案】C 【解析】选。电池总反应为，中 元素化合价由 价升高到0价，失电子，为还原剂，被氧化，可知左侧电极为负极，右侧电极为正极，正确；通入 的电极为正极，得电子与水反应生成，电极反应式为，正确；电池总反应为，电池工作一段时间后电解质溶液中 减小，将变小，错误；由电池总反应可得关系式：，若消耗，则理论上转移 电子，正确。 3．[（2025·周口高二期末）]某新型燃料电池以民用燃气为燃料，工作原理如下图所示。下列说法错误的是（ ） A. 通入空气的电极为该电池的正极 B. 电池工作时，电子由极经固体电解质流向极 C. 在极的反应式为 D. 相同状况下，极消耗，理论上极消耗燃料 【答案】B 【解析】选。由题图可知，极为正极，极为负极。燃料电池中，通入空气的电极为该电池的正极，正确；电池工作时，电子由 极经外电路流向 极，错误；在 极被氧化为，电极反应式为，正确；、与 发生反应生成、时，、与 的化学计量数之比均为，因此相同状况下，极消耗，理论上 极消耗 燃料，正确。 课堂检测 巩固落实 1．[（2023·海南卷）]利用金属、海水及其中的溶解氧可组成电池，如下图所示。下列说法正确的是（ ） A. 电极为电池正极 B. 电池工作时，海水中的向电极移动 C. 电池工作时，紧邻电极区域的海水呈强碱性 D. 每消耗，电池最多向外提供电子的电量 【答案】A 【解析】选。铝为活泼金属，发生氧化反应，为负极，石墨为正极，正确；电池工作时，阳离子向正极移动，故海水中的 向 电极移动，错误；电池工作时，电极反应为，铝离子水解显酸性，错误；由 项分析可知，每消耗，电池最多向外提供 电子的电量，错误。 2．[（2025·铜川一中高二期末）]氯气-铝电池是一种新型的燃料电池，若电解质溶液为溶液，则下列说法不正确的是（ ） A. 通入氯气的电极是正极 B. 电池工作时，电子从电极流出 C. 负极反应为 D. 该电池总反应为 【答案】D 【解析】选。氯气-铝电池是一种新型的燃料电池，电解质溶液为 溶液，为负极，电极反应式为，通入氯气的电极是正极，电极反应式为，电池总反应为，、正确，错误；电池工作时，外电路中电子从负极流出，故电子从 电极流出，正确。 3．[（2025·重庆渝中区高二统考）]清华大学开发出一种锂离子电池，在室温条件下可进行循环充放电，实现对磁性的可逆调控，下图电池一极为纳米，另一极为金属锂和石墨的复合材料，电解质只传导锂离子。下列说法错误的是（ ） A. 该电池不能使用氯化锂水溶液作为电解质溶液 B. 充电时，纳米连接电源的正极，发生氧化反应 C. 放电时，该电池正极的电极反应式为 D. 放电时，电池逐渐远离磁铁 【答案】D 【解析】选。金属锂能与水反应，该电池不能使用氯化锂水溶液作为电解质溶液，正确；放电时，金属锂和石墨的复合材料为负极，发生氧化反应，纳米 为正极，充电时纳米 连接电源的正极，发生氧化反应，正确；放电时，纳米 为正极，电极反应式为，生成铁单质，电池逐渐靠近磁铁，正确，错误。 4．[（2025·大连高二期末）]水系锌金属电池因锌负极水系电解液的腐蚀问题而限制了循环寿命。中科院化物所团队设计了一种双相电解液体系，该体系的负极侧电解液富含有机溶剂，而正极侧电解液以水溶液为主，装置如下图所示。下列说法错误的是（ ） A. 负极反应为 B. 电解质溶液中的和向负极移动 C. 电子从负极流向正极，再经电解液回到负极 D. 该电池的优点是降低了负极的含水量，从而抑制水溶液的腐蚀 【答案】C 【解析】选。该装置为原电池，负极上锌失电子生成锌离子，电极反应为，故 正确；原电池中阴离子向负极移动，则电解质溶液中的 和 向负极移动，故 正确；原电池中电子从负极经导线流向正极，电子不经过电解液，故 错误；根据题干信息，该电池负极侧电解液富含有机溶剂，含水量少，抑制了水溶液的腐蚀，故 正确。 5．[（2025·聊城高二检测）]下图是某氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为溶液。氢气在催化剂作用下提供质子和电子，电子经外电路、质子经内电路到达另一极与氧气反应，电池总反应为。回答下列问题。 （1） 通入的一极为电池的（填“正”或“负”）极。 （2） 极的电极反应式为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 （3） 每转移电子，消耗的体积为_ _ （标准状况下）。 （4） 若将氢气换成甲烷，电解质溶液换成溶液，去掉质子交换膜。 ① 极的电极反应式为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 ② 电池工作一段时间后电解质溶液的_ _ （填“增大”“减小”或“不变”）。 （5） 若将氢气换成一氧化碳，电解质溶液换成固体电解质（传导），去掉质子交换膜，则极的电极反应式为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。 【答案】（1） 负 （2） （3） 2.24 （4） ① ② 减小 （5） 【解析】 （1） 电池总反应为，氢气失电子发生氧化反应，通入 的一极为电池的负极。 （2） 极为正极，正极上氧气得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为。 （3） 由 可知，每转移 电子，消耗，在标准状况下的体积为。 （4） ① 若将氢气换成甲烷，电解质溶液换成 溶液，去掉质子交换膜，则 极仍为负极，电极反应式为。 ② 电池的总反应为，电池工作一段时间后电解质溶液的 减小。 （5） 若将氢气换成一氧化碳，电解质溶液换成固体电解质（传导），去掉质子交换膜，则 极仍为负极，电极反应式为。 学科网（北京）股份有限公司 $